Коэффициент полезного действия мышцы

6.2.6. Энергетика мышцы. Системы восстановления АТФ, коэффициент полезного действия и тепловой выход мышцы
Источником энергии мышечного сокращения служит энергия гидролитического расщепления АТФ с помощью фермента миозин-АТФ-фазы до АДФ и неорганического фосфата (3 молекулы АТФ на 1 «гребок»). Расщепление 1 моля АТФ обеспечивает около 48 кДж. 50-60% этой энергии превращается в тепло и лишь 40-50% идет на работу мышц, причем лишь 20-30 % превращается в механическую энергию, остальное идет на работу ионных насосов и окислительного восстановления АТФ.
Системы восстановления АТФ

Восстановление АТФ осуществляется сразу же после ее расщепления до АДФ. Этот процесс осуществляется при участии 3 энергетических систем.

1) фосфогенная система, где используется энергия креатинфосфата (система АТФ-КрФ). Эта система обладает наибольшей скоростью действия, мощностью, но незначительной емкостью, поэтому используется в самом начале работы или при работе максимальной мощности (но не более 5 с). Это анаэробный процесс, т.е. он протекает без участия кислорода.

2) системаокислительного фосфорилирования разворачивается по мере удлинения времени работы (через 2-3 мин). Если интенсивность работы мышц не максимальна, то их потребности в кислороде удовлетворяются полностью. Поэтому работа может выполняться на протяжении многих часов. Необходимая для ресинтеза АТФ энергия поступает в результате окисления жиров и углеводов, причем чем больше интенсивность, тем меньше вклад жиров. Это аэробный процесс.

3) гликолитическая система, где восстановление АТФ идет за счет энергии анаэробного расщепления углеводов (гликогена, глюкозы) до молочной кислоты. Во время этой реакции скорость образования АТФ в 2-3 раза выше, а механическая работа в 2-3 раза больше, чем при длительной аэробной работе. Однако, емкость гликолитической системы в тысячи раз меньше, чем окислительной (хотя в 2,5 раза больше фосфогенной. Поэтому такая система может обеспечивать работу на время от 20 с до 1-2 мин. и заканчивается она значительным накоплением молочной кислоты.
Коэффициент полезного действия

Необходимо заметить, что и хемомеханическая реакция в системе актомиозиновых мостиков, и все последующие процессы идут с потерей энергии в форме теплоты. Коэффициент полезного действия (КПД) мышцы как механи­ческой машины (здесь надо оговориться, что мышца не только механическая машина, но и основной обогреватель организма, поэтому ее тепловой выход не бесполезен) может быть вычислен по формуле:

где А – совершаемая работа, а Q- тепловой выход мышцы.
Тепловой выход мышцы

Тепловой выход мышцы(Q) сложен. Во-первых, существует выход теплоты при изометрическом напряжении мышцы, при задержке ее сокращения стопо­ром. Этот выход называют теплотой активации. Если на фоне этого состояния мышца с грузом освобождается от стопора и, сокращаясь, поднимает груз, то она выделяет дополнительную теплоту — теплоту укорочения, пропорциональную механической работе (эффект Фенна). По-видимому, пере­мещение нитей с подключением в работу все новых (заряженных энергией) мостиков способствует высвобождению дополнительной энергии (и механиче­ской, и тепловой).

В условиях свободного подъема груза теплота активации (соответстствующая фазе напряжения сухожилия) и теплота укорочения сливаются, образуя так называемое начальное теплообразование. После сокращения (одиночного или краткого тетануса) в мышце возникает задержанное теплообразование, которое связано с процессами, обеспечивающими ресинтез АТФ, оно длится секунды и минуты. Если рассчитывать КПД мышцы по начальному теплообра­зованию, то он составит примерно 50-60% (для оптимальных условий стиму­ляции и нагрузки). Если же вести расчет КПД исходя из видов теплопродук­ции, связанных с данной механической работой, то КПД составит примерно 20-30% (КПД мышц млекопитающих падает при адаптации к холоду, что способствует усилению теплопродукции в организме).
6.3. Гладкие мышцы
6.3.1 Расположение и строение гладких мышц
Гладкие мышцы, формирующие мышечные слои стенок желудка, кишечника, мочеточников, бронхов, кровеносных сосудов и других полых внутренних органов, построены из веретенообразных одноядерных мышечных клеток. Отдельные клетки в гладких мышцах функционально связаны между собой низкоомными электрическими контактами — нексусами. За счет этих контактов потенциалы действия и медленные волны деполяризации беспрепятственно распространяются с одного мышечного волокна на другое. Поэтому несмотря на то, что двигательные нервные окончания расположены на небольшом числе мышечных волокон, вследствие беспрепятственного распространения возбуждения с одного волокна на другое в реакцию вовлекается вся мышца. Следовательно, гладкие мышцы представляют собой не морфологический, а функциональный синцитий.
6.3.2 Функциональные особенности гладких мышц
Особенностью гладких мышц является их способность осуществлять относительно медленные движения и длительные тонические сокращения. Медленные, имеющие ритмический характер, сокращения гладких мышц желудка, кишечника, мочеточников и других органов обеспечивают перемещение содержимого этих органов. Длительные тонические сокращения гладких мышц особенно хорошо выражены в сфинктерах полых органов, которые препятствуют выходу содержимого этих органов. Гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол, также находятся в состоянии постоянного тонического сокращения. Изменение тонуса мышц стенок артериальных сосудов влияет на величину их просвета и, следовательно, на уровень кровяного давления и кровоснабжения органов.

Важным свойством гладких мышц является их пластичность, т. е. способность сохранять приданную им при растяжении длину. Скелетная мышца в норме почти не обладает пластичностью. Эти различия хорошо наблюдать при медленном растяжении гладкой и скелетной мышцы. При удалении растягивающего груза скелетная мышца быстро укорачивается, а гладкая остается растянутой. Высокая пластичность гладких мышц имеет большое значение для нормального функционирования полых органов. Благодаря высокой пластичности гладкая мышца может быть полностью расслаблена как в укороченном, так и в растянутом состоянии. Так, например, пластичность мышц мочевого пузыря по мере его наполнения предотвращает избыточное повышение давления внутри его.

Сильное и резкое растяжение гладких мышц вызывает их сокращение. Последнее обусловлено нарастающей при растяжении деполяризацией клеток, обусловливающих автоматию гладкой мышцы. Автоматия – это способность структуры к самопроизвольному возбуждению, т.е. способность к деполяризации в отсутствие специальных раздражителей. Сокращение, индуцируемое растяжением, играет важную роль в авторегуляции тонуса кровеносных сосудов, а также обеспечивает непроизвольное (автоматическое) опорожнение 15. Камни мочевого пузыря»>переполненного мочевого пузыря в тех случаях, когда нервная регуляция отсутствует в результате повреждения спинного мозга. Свойством автоматии обладают также гладкая мышца кишки, мочеточника, желудка и матки.

Механизм возбуждения гладкомышечных клеток сходен с таковым в скелетных мышцах и вызывает либо увеличение входа ионов кальция через мембрану клетки, либо высвобождение ионов кальция из внутриклеточных хранилищ. В результате повышения концентрации ионов кальция в саркоплазме активируются сократительные структуры. Так же как сердечная и скелетная мышца, гладкая мышца всегда пассивно расслабляется, если концентрация ионов кальция очень мала. Однако расслабление гладких мышц происходит более медленно, т. к. замедлено удаление ионов кальция.
6.4 Кардиомиоциты позвоночных
Сердце у позвоночных построено из вытянутых одноядерных мышечных клеток — кардиомиоцитов, обладающих поперечной исчерченностью. Важная особенность строения мышцы сердца заключается в том, что кардиомиоциты связаны между собой низкоомными электрическими контактами — запирающими фасциями (нексусами).Таким образом, масса кардиомиоцитов в конечном счете образует функциональную единицу, что важно для выполнения сердцем функции насоса.

Электрическое раздражение любой точки сердца в силу этих связей вызывает электрическую и сократительную реакцию всех его мышечных клеток. Поэтому сердце (в отличие от скелетной мышцы, включающей много независимых ДЕ) отвечает на электрическое раздражение как единица по правилу «все или ничего». Т.е сердечная мышца не отве­чает на подпороговые раздражения, а на пороговое и надпороговое реаги­рует как одиночное исчерченное мышечное волокно — сокращением мак­симальной амплитуды.

Эти особенности строения обусловливают основные свойства сердечной мышцы – автоматию, возбудимость и сократимость.

источник

Методические рекомендации по самоподготовке.

Мышцы это машины, преобразующие химическую энергию в механическую работу или механическое напряжение. При укорочении мышцы во время сокращения против груза или сопротивления (изотоническое или динамическое; сокращение) производится работа. При развитии же напряжения без укорочения мышцы (изометрическое сокращение) внешняя работа не производится. Оценивая деятельность мышц, обычно учитывают только производимую ими внешнюю работу. В наиболее простом случае работа мышцы (W) по подъему груза на некоторую высоту может быть рассчитана как произведение веса груза (Р) на высоту подъема (h) и выражена в килограммометрах: W=Р h кгм.

Величина работы, производимой мышцей, зависит от внешней нагрузки на нее. При отсутствии груза (Р=0), несмотря на большую амплитуду сокращения (h), работа равна нулю.

По мере возрастания груза, внешняя механическая работа мышцы вначале увеличивается, а затем уменьшается, так как, с увеличением груза амплитуда сокращения (укорочения) уменьшается и при достаточно большой его величине укорочения мышцы совсем не происходит(h=0). Это максимальная изометрическая сила данной мышцы.

Наибольшую внешнюю работу мышца производит при средних для нее нагрузках. Это явление носит название закона или правила средних нагрузок.

Внешняя механическая работа зависит также от скорости сокращения мышцы. Наибольшая внешняя работа выполняется ею при средних скоростях укорочения. При высоких скоростях укорочения мышцы значительная часть ее энергии расходуется на преодоление внутреннего трения (вязкости). При этом чем выше скорость укорочения, тем больше внутреннее трение. При слишком медленном укорочении мышцы часть энергии идет не на укорочение, а на поддержание достигнутой степени укорочения мышцы.

Закон средних нагрузок и средних скоростей сокращения в значительной степени определяет механическую эффективность или производительность (R) мышц. При выполнении любой работы лишь часть потенциальной химической энергии превращается в механическую работу, большая же часть неизбежно переходит в тепло. Поэтому общий энергетический расход (Е) есть сумма расхода энергии на механическую работу (W) и расхода энергии на образование тепла (Н), т.е. Е=W+Н. Механическая эффективность, или производительность (R), мышечной работы (иначе — коэффициент полезного действия) представляет собой отношение (%) внешне выполненной механической работы, представленной в калориях как механическая энергия (W), к общей внешней энергопродукции (Е):

Если исследование ведется на изолированной мышце, то механическая эффективность может быть рассчитана на основании данных измерения совершенной работы (W) и энергии, проявляющейся в форме тепла. Работа и тепло в этом случае единственные формы проявления энергии. Расчет механической эффективности производится по следующей формуле:

Если исследование ведется на мышце с нормальным кровоснабжением, то расходуемая ею энергия (Е) рассчитывается по величине потребления кислорода. У изолированной мышцы механическая эффективность зависит от внешней нагрузки и скорости укорочения мышцы и может достигать 45 -50%. Наиболее высокая механическая эффективность изолированной мышцы обнаруживается при внешней нагрузке, составляющей около 50% от максимальной изометрической силы данной мышцы и при скорости укорочения около 30 % от максимальной.

Для расчета общей производительности мышечной работы у человека количество израсходованной энергии (Е) определяют по объему кислорода, потребленного во время выполнения работы и в период восстановления. В этом случае производительность рассчитывается по следующей формуле:

В этой формуле 0,49 -коэффициент эквивалентности между механической работой и объемом потребленного кислорода, т. е. при 100 %-ной производительности для осуществления 1 кгм работы необходимо 0,49 мл 0_2.

В данном случае определяется общая производительность, так как часть кислорода, поглощаемого сверх уровня покоя, используется не только скелетными мышцами, но и другими органами и тканями, участвующими в мышечной деятельности организма. Поэтому реальная механическая эффективность мышц в этом случае будет выше. Наиболее высокие показатели производительности у человека (20 -25%) обнаруживаются во время работы с участием большого числа мышечных групп (например, работы на велоэргометре). Производительность во время локальной мышечной работы, т. е. работы с участием небольшого числа мышц (например, сгибание -разгибание в локтевом суставе), обычно ниже, чем при работе с участием большого числа мышц (регионарная или глобальная работа).

Производительность изменяется в зависимости от условий выполнения мышечной работы, а так же уровня тренированности спортсмена. С повышением тренированности отмечается уменьшение энергетических затрат (потребления кислорода) во время выполнения одной и той же внешней работы. Это повышение производительности определяется тремя главными факторами. Во-первых, улучшается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, обеспечивающих работающие мышцы кислородом и другими энергетическими веществами. Во-вторых, улучшается координация движений, происходит совершенствование межмышечных координаций, исчезает активность «ненужных» мышечных групп. В-третьих, повышается сила тренированных мышц, которые могут теперь выполнять более интенсивную в абсолютном значении работу, так что работа той же мощности требует относительно меньших усилий активных мышечных групп.

Важно подчеркнуть, что повышение производительности проявляется лишь у тренируемых мышц. Так, общая мышечная тренировка мало изменяет производительность при локальной мышечной работе. Иначе говоря, повышение производительности мышц в результате тренировки чрезвычайно специфично. Используя один вид упражнения, можно рассчитывать на существенное повышение производительности при выполнении только этого вида упражнения.

Мышечная сила.

Сила мышцы может быть определена как максимальное напряжению, которое она развивает в условиях изометрического сокращения.

Измерение мышечной силы у человека осуществляется при произвольном напряжении мышц (например, динамометрия). Поэтому когда говорят о мышечной силе человека, практически всегда речь идет о максимальной произвольной мышечной силе, т. е. о суммарной величине изометрического напряжения (точнее — о суммарном моменте) группы мышц при максимальном произвольном усилии испытуемого. Максимальная произвольная мышечная сила зависит от двух групп факторов, которые можно обозначить как мышечные (периферические) факторы и координационные (нервные) факторы.

К мышечным (периферическим) факторамотносятся:

· механические условия действия мышечной тяги – плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;

Этот фактор менее всего зависит от желаний или возможностей человека, его анатомические особенности определены геномом, а условия, при которых следует развить максимальную силу, специально создаются разве что на соревнованиях. Однако если ничего не мешает, человек или другой организм будет стремиться занять наиболее выгодное (удобное) положение для получения максимального результата движения (прыжка, удара, толчка и т.д.).

· поперечник активируемых мышц, так как при прочих равных условиях проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц.

Это, пожалуй, самый широко обсуждаемый фактор, и чаще всего естественно и искусственно изменяемый фактор. Действительно, максимальная сила мышцы зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от толщины этих волокон. Число и толщина их определяют толщину мышцы в целом, или, иначе, площадь поперечного сечения мышцы (анатомический поперечник). Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Она измеряется в кг/см 2 . Анатомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине, а именно перпендикулярно ходу волокон, что важно учитывать при расчете относительной силы для мышц с косым расположением волокон.

Поперечный разрез мышцы, перпендикулярный ходу ее волокон, позволяет получить физиологический поперечник мышцы. Для мышц с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим, Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы. Она колеблется в пределах 4 — 8 кг/см 2 .

Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечника, увеличение последнего сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате мышечной тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы. Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками не способны к делению с образованием новых волокон. Рабочая гипертрофия мышцы происходит отчасти за счет продольного расщепления, а главным образом за счет утолщения (увеличения объема) мышечных волокон.

Можно выделить два основных типа рабочей гипертрофии мышечных волокон. Первый тип (саркоплазматический) – утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т. е. несократительной части мышечных волокон. Этот тип гипертрофии приводит к повышению метаболических резервов мышцы: запасов гликогена, безазотистых веществ, креатинфосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может в какой-то мере вызывать некоторое утолщение мышцы.

Первый тип рабочей гипертрофии мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность их к продолжительной работе, т. е. выносливость.

Второй тип рабочей гипертрофии (миофибриллярный) связан с увеличением объема миофибрилл, т. е. собственно сократительного аппарата мышечных волокон. При этом мышечный поперечник может увеличиваться не очень значительно, так как в основном возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Второй тип рабочей гипертрофии ведет к значительному росту максимальной силы мышцы. Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, тогда как при первом типе рабочей гипертрофии она или совсем не изменяется или даже несколько уменьшается.

Преимущественное развитие первого или второго типа рабочей гипертрофии определяется характером мышечной тренировки. Вероятно, длительные динамические упражнения с относительно небольшой нагрузкой вызывают рабочую гипертрофию главным образом первого типа (преимущественное увеличение объема саркоплазмы, а не миофибрилл). Изометрические упражнения с применением больших мышечных напряжений (более 2/3 от максимальной произвольной силы тренируемых мышечных групп), наоборот, способствуют развитию рабочей гипертрофии второго типа (миофибриллярной гипертрофии).

· исходная длина мышц, при которой начинается её сокращение;

Для развития максимальной силы мышца перед началом сокращения должна быть в состоянии длины покоя, то есть максимально расслаблена, но не растянута (Рис.2.А). Этот фактор специально учитывают спортсмены в тех видах спорта, где необходим высокий силовой результат. Например, тяжелоатлеты непосредственно перед поднятием штанги пытаются максимально расслабить мышцы, интенсивно встряхивая верхними и нижними конечностями.

Действительно, сточки зрения теории скользящих нитей (см. предыдущее занятие) при сокращении тонкие нити протягиваются (скользят) вдоль толстых. Усилие, которое при этом развивается, будет определяться исходной степенью перекрывания толстых и тонких нитей в саркомере.

Если исходная длина мышцы больше длины покоя (мышца исходно растянута) степень перекрывания головок миозина с нитями актина уменьшается (Рис. 2Б). Другими словами часть головок миозина еще в покое не контактирует с актином, а значит и не участвует в сокращении. Усилие, развиваемое сокращающейся мышцей, при этом снижается.

Если исходная длина мышцы меньше длины покоя (мышца исходно сокращена, а значит укорочена), то расстояние на которое саркомер, а следовательно и мышца может укоротиться при сокращении уменьшается (Рис. 2В).

К координационным (нервным) факторам относится совокупность центральнонервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом, которые можно разделить на две группы: механизмы внутримышечной и межмышечной координации.

Механизмы внутримышечной координации, регулирующие напряжение конкретной мышцы мы подробно рассмотрели выше. Напомним для получения максимального результата сокращения, в нашем конкретном случае силового результата, необходимо, во—первых – одновременная активация максимального числа двигательных единиц данной мышцы, т.е. активация максимально большого числа мотонейронов иннервирующих мышцу. Во-вторых, – режим полного тетануса у всех двигательных единиц, т.е. оптимальная частота импульсации этих мотонейронов. И в-третьих совпадение во времени активности разных двигательных единиц одной мышцы, т.е. не только максимальная но и одновременная активация мотонейронов иннервирующих мышцу. Это особенно важно в условиях тетанического сокращения.

Механизмы межмышечной координации координируют и согласуют сокращения всех мышц обеспечивающих движение, что так же влияет на показатель максимальной произвольной силы. В частности, совершенство межмышечной координации проявляется в правильном выборе активируемых мышц-синергистов, в адекватном ограничении активности мышц-антагонистов данного сустава и усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных суставов и т. п.

Т.о., управление мышцами в случае, когда требуется проявить максимальную произвольную силу, является сложной задачей для центральной нервной системы. Поэтому, в обычных условиях, максимальная произвольная сила тех или иных групп мышц меньше, чем их максимальная сила.

Разница между максимальной силой мышц и их силой, проявляемой при максимальном произвольном усилии, называется силовым дефицитом.

Различие между максимальной силой и произвольной максимальной силой данной мышечной группы (силовой дефицит) тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом.

Величина силового дефицита зависит от трех факторов:

· психологического состояния испытуемого, так при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его максимальные силовые возможности в обычных условиях. У спортсменов такие состояния могут возникать во время соревнований. При этом положительный эффект (уменьшение силового дефицита) более выражен у нетренированных испытуемых и слабее или совсем отсутствует у хорошо тренированных спортсменов, например тяжелоатлетов;

· количества одновременно активируемых мышечных групп, при одинаковых условиях измерения величина силового дефицита, по-видимому, тем больше, чем больше число одновременно сокращающихся мышечных групп.

· степени совершенства произвольного управления ими. Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, может вызвать значительное повышение максимальной произвольной силы, измеряемой в том же положении. Если измерения силы проводятся при других положениях конечности, то прирост мышечной силы оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы увеличение силы зависело лишь от прироста поперечника тренируемых мышц, то оно должно бы обнаружиться при измерениях в любом положении конечности. Однако увеличение произвольной мышечной силы выявляется в основном при измерениях в определенной (тренируемой) позе. Это означает, что в данном случае прирост силы обусловлен более совершенным, чем до тренировки, центральным управлением мышцами, т. е. совершенствованием координационных (нервных) механизмов.

К одной из разновидностей мышечной силы относят так называемую взрывную силу, которая характеризует способность к быстрому проявлению мышечной силы. Она в значительной мере определяет, например, высоту вертикального прыжка или прыжка в длину с места, переместительную скорость на коротких отрезках бега с максимально возможной скоростью и др. В качестве показателей взрывной силы используют отношение максимальной проявляемой силы к времени ее достижения или времени достижения половины этой силы. Показатели взрывной силы мало зависят от максимальной произвольной изометрической силы соответствующих мышечных групп. Так, изометрические упражнения, увеличивая статическую силу, незначительно изменяют показатели прыгучести (вертикального прыжка или прыжка с места в длину). Следовательно, физиологические механизмы, ответственные за взрывную силу, отличны от механизмов, определяющих статическую силу. Среди координационных факторов важную роль в проявлении взрывной силы играет характер импульсации мотонейронов активных мышц — частота их импульсации в начале разряда и синхронизация импульсации разных мотонейронов.

Среди «мышечных» факторов определенное значение, видимо, имеют скоростные сократительные свойства мышечных волокон.

Физиологическое содержание утомления. Теории утомления. Субъективные и объективные критерии утомления

Проблема утомления считается актуальной общебиологической проблемой, представляет большой теоретический интерес и имеет важное практическое значение для деятельности человека в труде и спорте

Первую попытку решения проблемы утомления предпринял Г. Галилей (1564-1642 гг.), который столкнулся с этим явлением, анализируя механику работы мышц при подъёме тела по лестнице и при ходьбе. По его мнению, мышцы утомляются в связи с тем, что им приходиться перемещать не только их собственный вес, но и вес остального тела. Поскольку сердце имеет дело только с собственным весом, оно, по мнению Галилея, неутомимо.

Позже, серьезные физиологические исследования процессов утомления развернулись только с середины XIX века, и в них сразу же обрисовались два основных направления: гуморально-локалистическая (периферическая) и центрально-нервная теории.

Исходной позицией гуморально-локалистической теории, является представление об утомлении как мышечной слабости и усталости, т. е. о процессах, происходящих под влиянием работы, прежде всего, в самой мышце. Самые известные теории этого направления: теория «отравления» немецкого учёного Э. Пфлюгера (1872), теория «истощения» М. Шиффа (1868, Швейцария), «обменная теория» английского исследователя А. Хилла (1929) и др. сегодня имеют только исторический интерес.

Появление центрально-нервной теории утомления связано с работами И. М.Сеченова и И.П. Павлова. Сегодня признаны две группы теорий, на основании которых первичными считаются изменения в нервных центрах. Согласно одной из них – утомление результат гипоксических, (т. е. связанных с недостаточностью кислородного снабжения), нарушений в нервных структурах и, прежде всего, медиаторного обмена и химических процессов возникновения и передачи возбуждений. Суть второй состоит в проявлении запредельного торможения в нервных клетках на различных уровнях ЦНС при выполнении напряженной мышечной работы. Разработка этой теории явилась важным шагом в раскрытии механизмов, предохраняющих нервную систему, а через неё весь организм от истощения, результатом которого может стать переутомление и перетренированность.

Однако центрально-нервная теория не позволяет объяснить многочисленные факты, характерные для развития утомления при напряженной мышечной деятельности. Например, показано, что даже в состоянии глубокого утомления работа может быть продолжена, если изменить её интенсивность и особенно характер её обеспечения даже при сохранении состава работающих мышц. Значит, в нервных центрах не наступало ни торможения, ни истощения, т.е. неотъемлемых механизмов утомления согласно центрально-нервной теории.

Согласно разработанной В. В. Розенблатом (1975) центрально-корковой теории, начальным звеном утомления при мышечной работе человека являются изменения «кортикальных центров». Утомление клеток этих центров приводит, с одной стороны, к нарушению контролируемой ими сложнейшей координации процессов, а с другой – меняет характер установочных влияний коры мозга и связанных с ней нижележащих образований на исполнительные органы.

Вопрос о правильной трактовке процесса утомления долгое время оставался дискуссионным. Ныне утомление рассматривается как особый вид функционального состояния организма, временно возникающий под влиянием продолжительной и интенсивной физической или умственной работы, проявляющийся в дискоординации двигательных и вегетативных функций и приводящий к временному снижению работоспособности и.

Снижение работоспособности можно считать одним из основных, объективных критериев развития утомления.

Работоспособность — потенциальная способность человека на протяжении заданного времени и с определенной эффективностью выполнить максимально возможное количество работы. Работоспособность человека зависит от уровня его тренированности, степени закрепленности рабочих навыков и опыта, его физического и психического состояния и других факторов. На протяжении рабочей смены работоспособность меняется в широких пределах, её изменения включают несколько фаз: фаза врабатывания, фаза устойчивой работоспособности, фаза снижения работоспособности, фаза утомления.

Проявлениями снижения работоспособности являются изменения количественных и качественных показателей работы, а также физиологических функций во время работы или в ответ на предъявление специальных тестов.

Снижение работоспособности связано с влиянием как внешних, так и внутренних факторов. Среди внешних факторов ведущее значение имеют условия окружающей среды и степень физиологической рациональности организации трудового процесса (особенности режимов труда и отдыха, рабочей позы и рабочего места, характер организации труда с точки зрения эргономики и др.). Из внутренних факторов выделяют такие, как мотивация и эмоциональная сторона труда, уровень функциональной активности в момент работы, величина физической подготовленности человека, особенности его личности и др.

Вопросами изучения механизмов повышения работоспособности, организации и обоснования условий для рационализации труда обеспечения производственного обучения занимается прикладная физиология труда

Утомление, обычно сопровождается чувством усталости; появление которого можно считать субъективным критерием утомления. Следует видеть разницу между утомлением – являющимся сложным физиологическим процессом и усталостью – являющейся чувством, появление которого обусловлено потребностью во сне и которое, в норме, после сна исчезает.

Усталость возникает параллельно с развитием утомления и отражает совокупность изменений физических, биохимических и психофизиологических функций, возникающих во время длительной или интенсивной работы, и вызывает желание либо прекратить ее, либо снизить нагрузку. Однако, надо иметь в виду, что в детстве, особенно раннем, чувство усталости может формироваться позже (и иногда значительно позже) начала развития утомления, что и обеспечивает во многом удивительную физическую активность детей. Эту особенность следует учитывать при планировании режима дня ребенка, организации занятий по физической подготовке и обеспечении отдыха

Таким образом, биологическая роль утомления состоит в своевременной защите организма от истощения при длительной или напряженной мышечной работе. Такая защита может проявляться по-разному. Так, у низших животных утомление развивается относительно медленно, но достигает большей глубины, чем у высших животных. У высших животных, формируются активные механизмы восстановления в ответ на развитие утомления.

Наиболее сложно утомление протекает у человека. Это связано с тем, что и в развитии утомления и в обеспечении восстановления у человека особую роль играют социальные факторы. Физиологические сдвиги при резко выраженном утомлении носят черты стрессовой реакции, сопровождающейся нарушением постоянства внутренней среды организма. В то же время, повторное утомление, не доводимое до чрезмерного, является средством повышения функциональных возможностей организма.

Виды утомления.

Единая классификация видов утомления, ввиду сложности процесса и вовлечения в него многих систем организма, затруднительна. В настоящее время специалисты при изучении проблемы утомления учитывают такие понятия этого процесса, как локализация и механизм. Такой подход берет своё начало с 60-х годов XX столетия, когда ученые сошлись во мнении о том, что локализация и механизмы утомления определены функциональным состоянием различных органов и систем организма, их координационными взаимоотношениями и обусловлены характером выполняемой работы и другими факторами.

В зависимости от преимущественного содержания работы – умственной или физической выделяют нервно-психическое (умственное, центральное) и физическое (мышечное) утомление.

Нервно-психическое утомление приводит к снижению трудоспособности из-за нарушений центральной нервной регуляции. Среди типичных симптомов следует отметить замедленную передачу информации, ухудшение мыслительных функций и процессов решения задач, ослабление сенсорного восприятия и сенсомоторной функции. Такое утомление сочетается с отвращением к работе и сниженной работоспособностью, а иногда при этом возникают склонность к депрессии, беспричинной тревоге или пониженной активности, а также раздражительность и эмоциональная лабильность.

Ситуации, вызывающие нервно-психическое утомление, включают:

· длительную умственную работу, требующую усиленной концентрации, чрезвычайного внимания или тонкого навыка;

· однообразную работу в монотонном ритме;

· шум, слабое освещение и температуру, неудобные для труда;

· конфликты, озабоченность или отсутствие интереса к работе;

· заболевание, боль и недостаточное питание.

Утомление центрального происхожденияв отличие от мышечного утомления может исчезать мгновенно при некоторых условиях, например когда:

· одна утомляющая деятельность сменяется другой;

· организм попадает в состояние тревоги при страхе или угрожающей опасности,

· интерес к работе возобновляется благодаря новой информации,

· изменяется аффективное состояние (настроение).

Тот факт, что нервно-психическое утомление может исчезать столь внезапно, свидетельствует, что ни накопление «веществ утомления», ни опустошение энергетических резервов не являются критическими факторами. Скорее, нервно-психическое утомление связано с ретикулярной формацией, активность которой изменяется не только при интенсивной умственной работе, но и под влиянием однообразной деятельности. Утомление, вызываемое однообразием, можно снизить путем изменения канала восприятия информации, хотя оно не способно предотвратить утомление при более длительных воздействиях. Например, ‘ при дальних поездках на автомобиле по шоссе нервно-психическому утомлению можно противостоять, слушая радио.

Возникновение нервно-психического утомления при физической работе может быть вызвано афферентной импульсацией от работающих мышц к головному мозгу, которая не только способствует осознанию того, что мышцы устают (или даже болят), но и подавляет функцию коры (вызывая, таким образом, нервно-психическое утомление).

Физическое утомление связано, прежде всего, с развитием функциональных нарушений в ходе непосредственной мышечной деятельности. При этом, имеет место очень сложный комплекс изменений в возбудимой системе мышцы и, прежде всего, ее двигательных единиц, в миофибриллах и других белковых системах обеспечивающих сокращение, а также ходе энергетических процессов, обусловливающих активность миофибрилл. При развитии утомления меняется возбудимость мышцы, что находит свое выражение в уменьшении интенсивности токов действия и увеличении их продолжительности. При утомлении также заметно уменьшается скорость распространения возбуждения.

Кроме того, физическое утомление сопровождается такими нарушениями, как снижение силы, точности, согласованности и ритмичности движений, что говорит об участии в развитии физического утомления нервных структур, регулирующих движение.

В связи с тем, что обнаруживается принципиальная общность физического и умственного утомления, – обе формы утомления сочетаются при тяжелой работе, и их нельзя строго отделить одну от другой – приобретает большое распространение классификация, основанная на преимущественной локализации утомления в звеньях нервной системы, обеспечивающей деятельность человека. Так, различают сенсорное утомление и его разновидности перцептивное, информационное и эффекторное.

Сенсорное утомление развивается в результате длительного или интенсивного воздействия раздражителя (например, сильный шум, свет), при котором первичные изменения возникают в сенсорных системах, начиная от рецептора и заканчивая корковым концом анализатора.

Перцептивное утомление, локализованное преимущественно в корковом конце анализатора, связано с трудностью обнаружения сигнала (например, при больших помехах, при его малой интенсивности, трудности дифференцирования).

Информационное утомление развивается вследствие недостаточности информации или при информационной перегрузке, когда наибольшая нагрузка падает на динамику межцентральных отношений, заключающуюся в замыкании временных связей между различными структурами в центральной нервной системе и оживлении ассоциативных связей, позволяющих правильно отразить в сознании объективную картину внешней среды.

Эффекторное утомление возникает при локализации изменений преимущественно в отделах центральной нервной системы, формирующих двигательный акт, т.е. имеющих прямое отношение к физическому утомлению.

Кроме того, отдельно можно выделить эмоциональное утомление, проявляющееся снижением эмоциональных реакций и эмоционального тонуса; вызывается воздействием сверхсильных или монотонных раздражителей.

В связи с тем, что при трудовой деятельности чаще сочетаются все перечисленные изменения, часто выделяют общее утомление, подчёркивая при этом наиболее выраженные нарушения в центральной нервной системе. Такое утомление, возникает при физической работе, в которую вовлечены обширные мышечные группы. Для общего утомления характерно нарушение регуляторной функции ЦНС, координации двигательной и вегетативной функций, снижение эффективности волевого контроля за качеством выполнения движений. Общее утомление сопровождается расстройствами вегетативных функций: неадекватным нагрузке увеличением ЧСС, падением пульсового давления, уменьшением легочной вентиляции. Субъективно это ощущается как резкий упадок сил, одышка, сердцебиение, невозможность продолжать работу,

Если чрезмерная нагрузка падает не на весь организм, а только на отдельные мышечные группы, развивается так называемое локальное утомление. В отличие от общего утомления при локальном утомлении страдает не столько центральный аппарат управления, сколько периферические структурные элементы регуляции движений: терминали двигательных нервов, нервно-мышечный синапс. Особо отметим, что нарушения в нервно-мышечной передаче возбуждения развиваются задолго до того, как сами исполнительные приборы (мышцы) перестают нормально функционировать.

Утомление развивается в несколько фаз. В скрытой,компенсируемой, фазе развития утомления сохраняется высокая работоспособность, поддерживаемая волевыми усилиями, но экономичность работы при этом падает. Продолжение ее вызывает некомпенсируемое, явное, утомление. Главным признаком некомпенсируемого утомления является снижение работоспособности при угнетении функций внутренних органов и двигательного аппарата. Угнетается функция надпочечников, снижается активность дыхательных ферментов, интенсивные процессы анаэробного энергообмена ведут к накоплению недоокисленных продуктов и падению резервной щелочности крови,

При резком падении работоспособности, когда физически невозможно продолжать работу, человек отказывается от нее (например, спортсмен сходит с дистанции, прекращает тренировку).

И, наконец, возможна классификация на основе клинических проявлений утомления.

Ø Легкое утомление — состояние, которое развивается даже после незначительной по объему и интенсивности мышечной работы. Оно проявляется в виде усталости. Работоспособность при этой форме утомления, как правило, не снижается.

Ø Острое утомление — состояние, которое развивается при предельной однократной физической нагруже.При этом состоянии отмечается слабость, резко снижается работоспособность и мышечная сила, появляются атипические реакции сердечно-сосудистой системы на функциональные пробы. Острое утомление чаще развивается у слабо тренированных спортсменов. Клинические проявления его: бледность лица, тахикардия, повышение максимального артериального давления (АД) на 40—60 мм рт. ст., резкое снижение минимального АД (феномен бесконечного тона), на ЭКГ нарушение обменных процессов сердца, повышение общего лейкоцитоза крови, иногда белок в моче.

Ø Перенапряжение — остро развивающееся состояние после выполнения однократной предельной тренировочной или соревновательной нагрузки на фоне сниженного функционального состояния организма (перенесенное заболевание, хронические интоксикации — тонзиллит, кариес зубов, гайморит и др.). Чаще это состояние развивается у квалифицированных спортсменов, которые способны благодаря хорошим волевым качествам выполнять большие нагрузки на фоне утомления. Клинически перенапряжение проявляется общей слабостью, вялостью, головокружениями, иногда обморочными состояниями, нарушением координации движений, сердцебиением, изменением АД, нарушением ритма сердца, увеличением печени (болевой печеночный синдром), атипическими реакциями сердечно-сосудистой системы на нагрузку. Эта форма утомления длится от нескольких дней до нескольких недель. Требуется вмешательство врача и тренера.

Ø Перетренированность — это состояние, которое развивается у спортсменов при неправильно построенном режиме тренировок и отдыха (хроническая физическая перегрузка, однообразие средств и методов тренировки, нарушение принципа постепенности увеличения нагрузок, недостаточный отдых, частые выступления в соревнованиях), особенно на фоне очагов хронической инфекции, соматических заболеваний.

Перетренированность характеризуется выраженными нервно-психическими сдвигами, ухудшением спортивных результатов, нарушением деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем. Все сдвиги в реакциях резко поражены, отмечаются изменения ЭКГ, снижение сопротивляемости организма к инфекциям. Эта форма утомления требует вмешательства врача и тренера.

Ø Переутомление — это уже патологическое состояние организма известно еще как хроническое утомление. Оно чаще всего проявляется в виде невроза, наблюдается, как правило, у спортсменов с неустойчивой нервной системой, эмоционально впечатлительных, при чрезмерных физических нагрузках. Клинические проявления похожи на те, что свойственны перетренировке, но более четко выражены. Спортсмены апатичны, их не интересуют результаты участия в соревнованиях, у них нарушен сон, появляются боли в сердце, расстройство пищеварения, половой функции, тремор пальцев рук. Это состояние требует вмешательства врача и тренера.

Дата добавления: 2016-10-23 ; просмотров: 860 | Нарушение авторских прав

источник