Біологія. 8 клас. Балан

§ 21. Робота м’язів. Втома м’язів та її причини

• Чому м’язи не можуть виконувати механічну роботу необмежений час?

Що таке сила та робота м’язів. Для скелетних м’язів характерні такі показники: сила, напруження, витривалість, тонус, робота. Скорочуючись, м’яз потовщується і виконує певну роботу. У фізиці поняття робота вживають у тих випадках, коли під дією сили відбувається переміщення певного тіла (приклад механічної роботи: вантаж певної маси піднімають на ту чи іншу висоту). Механічну роботу, таким чином, вимірюють добутком сили на відстань, яку проходить тіло вздовж напрямку дії цієї сили. У Міжнародній системі одиниць (SI)¹одиницею вимірювання роботи є Джоуль (скорочено Дж).

¹ Міжнародна система одиниць (скорочено SI, від франц. Systeme International d’Unites) - система одиниць фізичних величин, яку нині застосовують як у науці та техніці, так і у повсякденному житті.

• Пригадайте, чому дорівнює 1 Джоуль.

М’язове скорочення супроводжується виділенням значної кількості теплової енергії, яка використовується для підтримання постійної температури тіла. Лише 20-30 % енергії, що виділяється під час скорочення м’язів, витрачається на здійснення механічної роботи, тоді як 70-80 % - перетворюється на теплову.

Напруженням називають стан скелетного м’яза, за якого він тривалий час може стійко підтримувати стан скорочення.

Величина роботи, яку здатний виконати м’яз, залежить від його сили. Сила м’яза - це те максимальне напруження, яке він може розвинути. Її оцінюють або за максимальним вантажем, який здатний підняти чи пересувати м’яз, або за максимальним напруженням, яке він може створити. Поодиноке м’язове волокно спроможне розвивати напруження 100-200 мг. Ураховуючи те, що загальна кількість м’язових волокон у тілі людини становить близько 15-30 млн, то вони могли б за одночасної спрямованої дії розвинути напруження до 20-30 т. Зрозуміло, що більший поперечний переріз м’яза, то більшу силу він може розвивати. Унаслідок тренувань товщина м’язових волокон збільшується завдяки зростанню в них кількості скоротливих білків. Але кількість м’язових волокон у кожному м’язі при цьому залишається незмінною.

Кожен юнак за умов правильного тренування може досягти значного розвитку скелетної мускулатури. Але заняття силовими вправами слід розпочинати не раніше ніж у 14-15 років. Унаслідок регулярних фізичних вправ м’язи стають сильнішими та витривалішими. Крім того, треновані м’язи працюють більш економно, аніж нетреновані.

Роботу скелетних м’язів поділяють на статичну та динамічну (мал. 21.1). Статична робота м’язів пов’язана з тим, що вони певний час перебувають у стані напруження, без чергування періодів скорочення та розслаблення. Завдяки статичній роботі скелетних м’язів у певному положенні утримується кінцівка або вантаж, зберігається відповідне положення тіла у просторі тощо. Динамічна робота забезпечує рухи тіла або окремих його частин. Вона пов’язана з періодичним чергуванням скорочення та розслаблення м’язів.

Мал. 21.1. Приклад статичної (А: штангістка певний час тримає штангу у фіксованому положенні) та динамічної (Б: спортсмен задіює різні групи м’язів для здійснення бігу) роботи м’язів

Швидкість скорочення м’язів залежить від частоти надходження нервових імпульсів, а також від будови та властивостей самих м’язів. Усі скелетні м’язи постійно перебувають у стані часткового скорочення - м’язового тонусу. Він підтримується безперервним потоком нервових імпульсів, які надходять від спинного мозку. За рахунок тонусу м’язів зберігається постава тіла та внутрішні органи підтримуються в певному положенні. Зниження тонусу м’язів негативно впливає на діяльність усього організму.

Причиною зниження тонусу м’язів можуть бути негативні емоції, порушення режиму дня, особливо недосипання, перевтома, нестача вітамінів. Тому підтримуйте тонус своїх м'язів постійними дозованими фізичними навантаженнями, дотриманням режиму праці й активного відпочинку.

Що таке витривалість та втома м’язів. Витривалість м’язів - це їхня здатність тривалий час підтримувати заданий ритм роботи. Що більша витривалість м’язів, то пізніше настає їхня втома.

Дізнайтеся більше про джерело енергії, потрібної для скорочення м’язів, за QR-кодом.

Недостатня кількість кисню, що надходить до м’язів, та накопичення внаслідок цього молекул молочної кислоти у м’язових клітинах - одна з причин їхньої втоми. Втома м’язів - тимчасове зниження або втрата їхньої працездатності, що виникають унаслідок здійснення певної роботи. За збільшення маси вантажу механічна робота, яку виконує м’яз, зростає. Але за надмірного навантаження обсяг виконуваної роботи швидко зменшується і зрештою величина роботи дорівнює нулю. При цьому м’яз, навіть під час максимального свого напруження, не здатний підняти вантаж.

На втому м’язів впливає і ритм їхнього скорочення. Так, надто повільні чи дуже швидкі скорочення знижують витривалість м’язів швидше, ніж середні. За оптимального середнього навантаження й середнього ритму скорочення м’язів утома настає пізніше. Це відбувається тому, що в проміжках між скороченнями працездатність м’яза частково відновлюється. Цю закономірність називають законом середніх навантажень.

Працездатність м’язів відновлюється під час їх відпочинку. Запам’ятаємо: за активного відпочинку працездатність утомленого м’яза відновлюється швидше, ніж в умовах пасивного відпочинку, оскільки прискорюється постачання м’язам, що відпочивають, кисню та поживних речовин. Водночас кров швидше виводить з них продукти обміну речовин, такі як молочна кислота. Накопичення її у м’язових клітинах порушує передачу нервового імпульсу з нервового закінчення на м’язове волокно.

Надзвичайно тривала або інтенсивна робота може призвести до перевтоми, коли вичерпуються енергетичні ресурси м’язових клітин і можливе стомлення нервових центрів. Щоб запобігти перевтомі, необхідно уникати надмірних навантажень без достатньої фізичної підготовки. Чергування фізичних навантажень і відпочинку є одним зі способів підтримання високої працездатності й запобігання перевтомі.

У чому полягає нервова та гуморальна регуляція рухів. У спинному мозку є нервові центри, які регулюють скорочення м’язів і здійснення простих рефлекторних рухів, наприклад згинання ноги в колінному суглобі (див. мал. 6.3). Складні рухи, такі як гра на піаніно чи написання тексту, контролюються нервовими центрами півкуль головного мозку. Важливу роль у регуляції рухів і тонусу м’язів відіграє мозочок, який координує діяльність рухових нервових центрів. Тонус м’язів підвищує гормон адреналін.

Дізнайтеся більше про вітчизняних учених-біофізиків за QR-кодом.

Узагальнення

Скелетні м’язи проявляють такі властивості: силу, напруження, тонус, витривалість. Під час скорочення скелетні м’язи виконують роботу, яку поділяють на статичну та динамічну. Витривалість м’язів - це їхня здатність підтримувати тривалий час заданий ритм роботи. Під час здійснення певної роботи м’язи можуть втомлюватись, знижуючи свою працездатність. Оптимальним під час роботи м’язів є середній ритм їхнього скорочення та середнє навантаження. Робота скелетних м’язів перебуває під контролем як нервової, так і гуморальної регуляції функцій.

Поміркуйте