Развитие мышечной системы. Возрастные изменения работоспособности Процессы старения и продолжительность жизни

Наиболее общим проявлением функции движения является работоспособность мышц, которая лежит в основе возрастной эволюции различных двигательных качеств, определяющих взаимодействие организма со средой.

Напомню, что под физической работоспособностью понимается потенциальная способность человека показать максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе. Изучение возрастных особенностей величины этого показателя у детей младшего школьного возраста существенно затруднен, так как основной метод регистрации уровня физической работоспособности требует определенного уровня физического развития. Поэтому достоверные данные об изменении мышечной работоспособности относятся почти исключительно к детям старше 6-7 лет.

Систематические исследования изменений мышечной работоспособности у детей в возрасте от 7 до 18 лет показывает, что с возрастом работа, выполняемая ребенком на эргографе, в течение 1 мин увеличивается, причем прирост количества работы изменяется неравномерно в разные возрастные периоды. Существуют и определенные особенности, характеризующие процесс роста и развития ребенка.

Так, например, амплитуде эргограмм свойственно снижение (отчетливое) в период от 7 -9 до 10 -12 лет, которое сменяется затем постепенным увеличением. Обнаруживается четко выраженное снижение суммарной биоэлектрической активности мышц, то есть с возрастом улучшается использование мышцами нервного напряжения.

Изменяется также и характер биоэлектрической активности. Если у детей 7-9 лет пачки импульсов выражены нечетко, часто отмечается непрекращающаяся электрическая активность, то по мере роста и развития ребенка участки повышенной активности все более разделяются интервалами, на протяжении которых биопотенциалы не регистрируются. Это указывает на то, что с возрастом повышается уровень функционирования двигательного аппарата.

По мере роста и развития ребенка происходит концентрация нервных процессов и повышение лабильности мышц.

Одной из важных характеристик мышечной работоспособности является ее восстановление после физической нагрузки. Изучение этого вопроса представляет не только чисто теоретический интерес, но имеет и большое практическое значение для обоснования рационального режима деятельности и отдыха.

По мере старения организма работоспособность мышц уменьшается. Наиболее общую характеристику возрастной эволюции двигательной деятельности мышц может дать изучение степени развития двигательных качеств: силы, скорости, выносливости.

Возрастная изменчивость мышц.

Быстрота движений

Выносливость

Координация деятельности мышц

Показатели силы мышц в разные возрастные периоды

Развитие силы в онтогенезе характеризуется неравномерностью, обнаруживаемой при сравнении прироста силы какой-либо одной мышцы, или группы мышц в разные периоды времени.

Наиболее систематические исследования в этом плане принадлежат Коробкову (1962), который изучал силу сгибательных и разгибательных движений пальцев, кисти рук, предплечья, плеча и др.

Было показано, что общей закономерностью изменений максимальной силы мышц с возрастом является преобладание функций разгибателей нижних конечностей над функцией сгибателей.

Увеличение силы в онтогенезе выражено неодинаково для различных групп мышц.

С 6-7 лет наиболее значительно развивается сила мышц, сгибающих туловище, бедро, а также мышц, осуществляющих подошвенное сгибание стопы.

В 9-11 лет картина несколько изменяется. Для мышц руки наибольшими становятся показатели силы при движении плечом и наименьшими - кистью. Значительно увеличивается сила мышц, разгибающих туловище и бедро.

В 13-14 лет это соотношение снова изменяется, сила мышц, выполняющих разгибание туловища, бедра и подошвенное разгибание стопы вновь возрастает.

И лишь к 16-17 годам завершается формирование того соотношения силы мышц, типичного для взрослого человека.

В период после 50 лет это соотношение вновь изменяется.

Интенсивность развития силы мышц зависит от пола. По мере роста и развития становятся все более выраженными различия между показателями мышечной силы у мальчиков и девочек. В младшем школьном возрасте (7-9 лет) мальчики и девочки имеют одинаковую силу большинства мышечных групп.

У девочек к 7-9 годам сила мышц, разгибающих туловище, ниже, чем у мальчиков, однако к 10-12 годам у девочек становая сила возрастает настолько интенсивно, что они становятся и относительно, и абсолютно сильнее мальчиков.

После этого преимущественное развитие силы у мальчиков приводит к концу периода полового созревания к значительному преобладанию силы мышц над силой мышц у девочек.

Расчет величины максимальной силы на 1 кг веса тела позволяет оценить совершенство нервной регуляции, химизма и строения мышц. Отмечено, что в возрасте от 4-5 до 6-7 лет нарастание максимальной силы почти не сопровождается изменениями ее относительного показателя. Причиной указанного роста являются несовершенство нервной регуляции и функциональная незрелость мотонейронов, не позволяющих эффективно мобилизовать увеличенную к этому возрасту мышечную массу.

В дальнейшем в возрасте после 6-7 до 9-11 лет для ряда мышц рост относительной силы становится особенно заметным. В это время наблюдаются быстрые темпы совершенствования нервной регуляции произвольной мышечной деятельности, а также изменениями биохимической и гистологической структуры мышц. Это положение подтверждается тем, что в возрастной период от 4 до 30 лет мышечная масса возрастает в 8 раз, а сила мышц в 9 -14 раз.

Быстрота движений

Быстрота движений характеризует способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени.

Развитие этого качества определяется состоянием самого двигательного аппарата и деятельностью центральных иннервационных механизмов, то есть высокий уровень быстроты движений тесно связан с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения. С возрастом быстрота движений увеличивается.

Определяя этот показатель по максимальной частоте оборотов педалей велоэргометра, удалось установить, что наибольшее развитие этого качества достигается у детей 14-15 лет.

Быстрота движения тесно связана и с другими качествами - силой и выносливостью. Примечательно, что максимальные показатели быстроты вращения педалей зависят от сопротивления движению педалей, так как увеличение нагрузки, прилагаемой в упражнении, приводило к смещению максимальных значений скорости в сторону более старших возрастов.

Такая же картина была обнаружена и при увеличении длительности педалирования, то есть когда испытуемым требовалось проявить большую выносливость.

Таким образом, быстрота движений на разных этапах онтогенеза зависит от степени функционального развития нервных центров и периферических нервов, что определяет в конечном счете скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным единицам.

Исследования показали, что скорость проведения импульсов в волокнах периферических двигательных нервов достигает величин взрослых уже к 5 годам. Это положение подтверждается данными гистологии, показывающими, что строение волокон передних спинномозговых корешков у человека начинает соответствовать строению взрослого организма между 2 и 5 годами, а волокон задних корешков - между 5 и 9 годами.

Выносливость

Выносливость - это способность продолжать работу при развивающемся утомлении. Но несмотря на большую практическую значимость выяснения возрастных особенностей развития выносливости, развитие этой стороны двигательных качеств менее всего изучено.

Некоторые данные, представленные ниже на рис. 30, указывают на то, что статическая выносливость (измеряемая по времени сжимания рукой кистевого динамометра при силе, равной половине от максимального) с возрастом значительно увеличивается.

Например, у мальчиков 17 лет выносливость была в 2 раза выше, чем у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только в 20-29 лет. К старости выносливость уменьшается примерно в 4 раза.

Примечательно, что в разные возрастные периоды выносливость не зависит от развития силы. Если наибольший прирост силы наблюдается в 15-17 лет, то максимум повышения выносливости происходит в возрасте 7-10 лет, то есть при быстром развитии силы развитие выносливости замедляется.

Рис. 30. Максимальная сила сжатия правой кисти (Леонова, Гарсия, 1986 г.).

Важным показателем возможностей мышечной системы является работоспособность мышц – потенциальная способность человека к максимуму физического усилия при статической, динамической или смешанной работе. В дошкольном возрасте изучение возрастных особенностей работоспособности, как и других двигательных качеств мышечной системы, затруднено в связи с недостаточно развитой произвольностью усилия. Исследования изменений мышечной работоспособности у детей в возрасте от 7 до 18 лет показывают отчетливое ее снижение в период от 7–9 до 10–12 лет, которое сменяется постепенным повышением уровня функционирования двигательного аппарата: координации мышечной деятельности нервной системой, лабильности мышц (число потенциалов возбуждения, которое мышца способна провести за 1 с) и скорости восстановления после физической нагрузки. Изучение этого вопроса имеет большое практическое значение для обоснования рационального режима деятельности и отдыха. По мере старения организма работоспособность мышц уменьшается, снижаются сила и скорость их сокращений, выносливость.

Сила мышечного сокращения развивается неравномерно в разные периоды онтогенеза в различных группах мышц. С 6–7 лет опережающий характер имеет развитие силы сгибателей туловища и бедра, а также мышц, осуществляющих подошвенное сгибание стопы. С 9–11 лет ситуация изменяется: наибольшими становятся показатели силы при движении плечом и наименьшими – кистью, значительно увеличивается сила мышц, разгибающих туловище и бедро. В 13–14 лет эго соотношение снова изменяется: сила мышц, выполняющих разгибание туловища, бедра и подошвенное разгибание стопы, вновь возрастает.

Быстрота движений – способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени – определяется состоянием мышечного аппарата и воздействием центральных регулирующих механизмов, т.е. быстрота движений тесно связана с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения в нервной системе. С возрастом быстрота движений нарастает и достигает максимума к 14–15 годам. Быстрота движения тесно связана с силой и выносливостью, а также зависит от уровня развития нервных центров и проводящих нервных путей, определяющего скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным волокнам.

Выносливость – способность мышцы продолжать работу при нарастающем утомлении, она определяется временем, в течение которого мышца способна поддерживать определенное напряжение. Статическая выносливость определяется по времени сжимания рукой кистевого динамометра с силой, равной половине от максимальной. С возрастом она значительно увеличивается: у мальчиков 17 лет этот показатель в два раза превышает аналогичный у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только к 30 годам. К старости выносливость вновь снижается в несколько раз. Развитие выносливости в онтогенезе не имеет прямой связи с развитием силы: так, наибольший прирост силы происходит в 15–17 лет, а максимум повышения выносливости – в возрасте 7–10 лет, следовательно, быстрое развитие силы замедляет развитие выносливости.

Произвольные движения, лежащие в основе целенаправленной деятельности человека, становятся возможными в результате развития в онтогенезе координированной работы мышц. Возможности координации движений у маленького ребенка несовершенны. По мере роста и развития ребенка происходит не просто совершенствование координации движений, но и замена одних механизмов другими. Так, в движениях йог сначала возникает перекрестно-реципрокная координация, облегчающая попеременное движение ногами (ходьба, бег), и лишь к 7–9 годам формируется симметричная координация движений, сменяющая предыдущую (перекрестно-реципрокную) схему путем торможения и облегчающая одновременные движения ног. Основным механизмом регуляции точности движений является проприорецептивная чувствительность ("мышечное чувство"), а также другие органы чувств, обеспечивающие пространственную ориентацию.

Двигательная функция продолжает претерпевать изменения и по окончании периода детства достигает в зрелом возрасте наиболее полного развития и переживает инволютивные изменения в периоде старения. С возрастом постепенно уменьшаются все функциональные показатели, наиболее значительно снижается быстрота движений, в меньшей степени изменяются показатели мышечной силы.

Таким образом, в ходе онтогенеза задолго до рождения и вплоть до глубокой старости двигательная функция и отдельные ее составляющие развиваются интенсивно и неравномерно. Необходимо учитывать, что особенности развития двигательной функции на каждом возрастном этапе определяются не только возрастным фактором, но и конкретными условиями, в которых формируется двигательная функция, в значительной мере зависят от внешних и внутренних воздействий, влияющих на ее становление.

Персонал, накапливающий обширный опыт практической работы и знания, к сожалению, имеет тенденцию стариться. Одновременно не молодеют и руководители. Приходят новые сотрудники, у которых за плечами также груз прожитых лет. Как же организовывать труд стареющих работников, чтобы их деятельность была максимально эффективной?

Прежде всего, следует знать, что различается биологическое и календарное старение. Решающее влияние на работоспособность человека имеет биологическое старение. В течение всей жизни человеческий организм подвергается воздействиям, которые вызывают соответственные изменения биологических структур и функций. Время появления структурных и функциональных изменений, характерных для отдельных возрастных групп, индивидуально, поэтому с увеличением возраста могут наблюдаться большие различия между биологическим и календарным старением.

Медициной доказано, что рациональная трудовая деятельность пожилого человека позволяет дольше сохранять его трудоспособность, оттянуть биологическое старение, повышает чувство радости труда, следовательно, повышает полезность данного человека для организации. Поэтому необходимо учитывать специфические физиологические и психологические требования к труду пожилых людей, а не начинать активно воздействовать на процесс биологического старения лишь тогда, когда человек прекращает работу в связи с достижением пенсионного возраста. Считается, что проблема старения - это проблема отдельного человека, а не организации. Это не совсем так. Опыт работы японские менеджеров показывает, что забота о стареющих сотрудниках оборачивается миллионными прибылями для предприятий.

Для реализации индивидуального подхода к работнику, каждому руководителю важно знать определенные взаимосвязи, а именно: взаимосвязь между профессиональной трудоспособностью стареющих людей, их переживаниями и поведением, а также физической способностью выдержать нагрузку, связанную с определенной деятельностью.

По мере биологического старения наблюдается уменьшение функциональной полноценности органов и таким образом ослабление способности к восстановлению сил к следующему рабочему дню. В связи с этим руководитель должен соблюдать некоторые правила в организации работы пожилых людей:

1. Не допускать внезапных высоких нагрузок пожилых людей . Спешка, чрезмерная ответственность, напряженность в результате жесткого рабочего ритма, отсутствие расслабления способствуют возникновению заболеваний сердца. Не поручать пожилым работникам слишком тяжелой физической и однообразной работы.

2. Проводить регулярно профилактические медицинские осмотры . Это даст возможность предупредить возникновение обусловленных работой профессиональных заболеваний.

3. При переводе сотрудника на другое место в связи с понижением производительности труда придавать особое значение тому, чтобы пожилые работники из-за необдуманных мер или объяснений руководителя не почувствовали себя ущемленными.

4. Использовать пожилых людей преимущественно на тех рабочих местах, где возможен спокойный и равномерный темп работы , где каждый сможет сам распределить рабочий процесс, где не требуется чрезмерно большой статической и динамической нагрузки, где обеспечены хорошие условия труда в соответствии с нормами гигиены труда, где не требуется быстрой реакции. При принятии решения о сменной работе пожилых людей следует обязательно учесть общее состояние здоровья. Особое внимание следует уделять охране труда, учитывая при распределении новых заданий, что пожилой человек уже не так подвижен и, не имея длительного опыта работы на данном предприятии или на рабочем месте, более подвержен опасности, чем его молодой коллега в той же ситуации.

5. Необходимо учесть, что в период старения, хотя и происходит ослабление функциональной способности органов, эффективная трудоспособность не снижается . Некоторая функциональная недостаточность компенсируется за счет жизненного и профессионального опыта, добросовестности и рациональных методов работы. Важное значение приобретает оценка собственной значимости. Удовлетворение своей работой, достигнутая степень профессионального совершенства, а также активное участие в общественной работе укрепляют ощущение своей полезности. Быстрота выполнения трудовых операций снижается интенсивнее, чем точность, поэтому для пожилых людей наиболее приемлема работа, при выполнении которой необходимы преимущественна! опыт и установившиеся навыки мышления.

6. Принимать во внимание прогрессирующее ослабление у пожилых людей способности восприятия и запоминания . Это следует учитывать при изменении условий труда и возникновении необходимости приобретения новых навыков, например для обслуживания новых современных установок.

7. Учитывать, что в возрасте после 60 лет затруднительна адаптация к новым условиям работы и к новому коллективу , поэтому переход на другую работу может привести к большим осложнениям. Если этого нельзя избежать, то при поручении новой работы следует обязательно принимать во внимание имеющийся опыт и определенные навыки пожилого сотрудника. Не рекомендуются работы, для выполнения которых необходимы значительная подвижность и повышенное напряжение нескольких органов чувств (например, при управлении и контроле автоматических производственных процессов). Восприятие, а, следовательно, и реакции также изменяются качественно и количественно. Следует своевременно подготавливать сотрудников к изменениям на производстве, и в первую очередь пожилых людей; требовать от лиц, ответственных за повышение квалификации, особого подхода к пожилым сотрудникам. Нужно стремиться к тому, чтобы их профессиональные навыки и умения не оставались на прежнем уровне. Такая опасность возможна преимущественно там, где работники занимаются решением практических задач и у них остается мало времени и сил для дальнейшего повышения квалификации или отсутствует стимул для этого. Руководителю важно знать, что трудоспособность человека сохраняется тем дольше, чем выше его квалификация и чем больше внимания он уделяет ее повышению.

Чтобы заинтересовать пожилого сотрудника новой работой, необходимо установить связь между новой и старой работой, опираясь на взгляды, сравнения и богатый опыт из производственной и общественно-политической жизни пожилых людей и давая понять пожилому сотруднику, что руководитель высоко ценит его чувство долга и профессиональные качества. Это укрепит его уверенность в себе.

С ослаблением физических и психических возможностей у пожилых людей возможно появление склонности к замкнутости и обособленности. Руководитель должен принять меры против такой изоляции. Следует подчеркнуть, что богатый жизненный и производственный опыт пожилого сотрудника оказывает положительное влияние на молодежь.

8. Как следует относиться руководителю к проявляющимся слабостям пожилых людей? Не следует придавать чрезмерное значение обусловленным возрастом изменениям . Это естественный процесс. Однако нужно учитывать, что возможны явления возрастной депрессии, которые могут выражаться также в быстрой смене настроения. Нужно поддерживать пожилого человека, чаще его хвалить.

9. Следует тщательно следить за социально-психологическим климатом в коллективе, где трудятся разновозрастные сотрудники . Необходимо отмечать как тех, так и других за выполнение поставленной перед ними задачи, чтобы никакая возрастная группа не чувствовала себя ущемленной. Важно отмечать перед коллективом успехи пожилого работника в труде и в связи с торжественными датами.

10. Необходимо заранее планировать замену пожилых сотрудников и готовить их к этому. Не допускать возникновения напряженных отношений между предшественником и преемником.

11. Если сотрудник достиг пенсионного возраста, но еще хочет работать, то по его просьбе желательно дать ему возможность быть занятым на предприятии неполный рабочий день , так как труд способствует хорошему самочувствию и снижает отрицательные последствия процесса старения.

12. Необходимо помочь уходящему на пенсию работнику определить новый вид деятельности . Можно порекомендовать ему заняться общественной работой или стать членом клуба ветеранов производства и т. п. Нужно поддерживать связь с пенсионерами (приглашать на культурные мероприятия, производственные празднества, информировать о событиях, происходящих на предприятии, доставлять многотиражку и т. д.).

Политика руководителя в отношении к пожилым сотрудникам придает всему персоналу уверенность в будущем. Если более молодые и агрессивные сотрудники стремятся занять более высокое положение в организации, чему препятствует присутствие более старшего товарища, и стремятся вытеснить конкурента, то более старшее поколение уже задумывается о перспективах своего пребывания в данной организации. И если у них есть четкое видение того, что перспектива более благоприятна, они будут работать с более полной отдачей. Снизится уровень конфликтности, повысится производительность труда, улучшится социально-психологический климат в коллективе.

Круг факторов, оказывающих отрицательное воздействие на нервно--мышечный аппарат человека и его мышечную работоспособность, ограни­чен. Естественным и самым сильным фактором, оказывающим во все пери­оды жизни как отрицательное, так и положительное воздействие на ске­летные мышцы и двигательные функции человека, является величина на­грузки на опорно-двигательный аппарат. Наиболее значительный "удар" по мышечной системе (в любом возрасте) наносит уменьшение физической нагрузки на неё. На всех этапах онтогенеза человека снижение двигательной активности обуславливает понижение энерготрат, приводящее к торможению процессов окислительного фосфорилирования в мышечных клетках. При этом снижается скорость ресинтеза АТФ в мышцах и умень­шается их физическая работоспособность. В миоцитах уменьшаются коли­чество митохондрий, их размеры и содержание вних крист. Снижается активность фосфорилазы А и Б, НАДН 2 -дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, ферментативная активность АТФ-азы миофибрилл. Замедляет­ся скорость распада и синтеза богатых энергией фосфорных соединений и, следовательно, уменьшается мышечная работоспособность. В наиболь­шей степени это начинает проявляться в зрелом возрасте (после 35-40 лет).

Отсутствие оптимального уровня физической активности у человека (суточные энерготраты меньше 2800-3000 ккал) снижает тонус скелет­ных мышц, их возбудимость и сократительные свойства, ухудшает спо­собность выполнять высококоординированные движения, уменьшает рабо­тоспособность мышц как при динамической, так и при статической рабо­те, практически, любой интенсивности. Основной причиной снижения работоспособности мышц, особенно мало активных в течение суток, является уменьшение содержания сократительных белков в мышечных клеткахиз-за замедления интенсивности процессов их синтеза. В усло­виях ослабления физической активности и, следовательно, снижения интенсивности распада макроэргов ослабевает периодическая стимуля­ция генетического аппарата клетки, определяющего синтез сократитель­ных белков. За счет снижения активности процессов фосфорилирования в миоцитах замедляется синтез белка по схеме ДНКà РНКà белок. С уменьшением физической активности замедляется выработка гормонов, стимулирующих развитие мышечной ткани (андрогены, инсулин). Этот механизм также приводит к замедлению скорости синтеза Сократительных белков в клетках скелетных мышц.

Однако не только пониженная физическая активность, но и повышенная также является одним из факторов, уменьшающих функциональ­ные возможности двигательного аппарата и способствующих развитию па­тологии нервно-мышечной системы. Здесь (в силу специфики задач учеб­ника) нет необходимости касаться влияния больших физических напря­жений (например, у тяжелоатлетов) на развитие патологии опорно-двига­тельного аппарата. Это является предметом спортивной медицины. Вместе с тем следует подчеркнуть, что труд миллионов людей связан с необхо­димостью совершения большого количества (за рабочий день) физических движений при небольшой их величине (от 100-500 г до 10-15 кг и боль­ше). Так, например, сборщики электромоторов, контролёры-сортировщики, операторы-сборщики автомобильных заводов, сборщики обуви, операторы вычислительных клавишных машин, телеграфисты совершают за рабочий де­нь от 40 до 130 тысяч движений пальцами рук. При этом суммарная локаль­ная работа небольших мышечных групп нередко превышает за рабочую сме­ну 100-120 тысяч кгм. Степень развивающегося при таких работах мышечного утомления, последующего за ним перенапряжения нервно-мышечного аппарата и профессиональной патологии нервно-мышечного аппарата определяются количеством движений за смену и величиной развиваемо­го мышцами усилия. Если величина суммарной нагрузки превышает некий пороговый уровень (например, 60-80 тысяч движений пальцев за смену), то в результате происходит снижение мышечной работоспособности и возможно развитие профессиональных заболеваний нервно-мышечного аппарата.

На всех этапах онтогенеза человека оптимальная деятельность его опорно-двигательного аппарата или нарушения мышечных функций зависят от поступления в организм необходимых ему химических субстра­тов: белков, углеводов, жиров, витаминов и минеральных веществ, т.е. от структуры питания.

Белки составляют около 15% веса тела, преимущественно нахо­дятся в скелетных мышцах. Пока организм человека не лишён полностью своих основных энергетических субстратов (углеводов и жиров), доля белков в энергетическом обеспечении жизнедеятельности не превышает 1-5%. Основное назначение потребления белков состоит в их использо­вании в процессе роста и поддержания мышечной и костной массы, постро­ения клеточных структур, синтеза ферментов. У человека, не выполня­ющего значительных физических нагрузок, ежедневные потери белка со­ставляют около 25-30 г. При тяжёлой физической работе эта величина возрастает на 7-10 г Необходимая ежедневная норма потребления бел­ков наибольшая в периоды роста организма и при выполнении больших физических нагрузок. Минимальное количество белков потребляемых в день на I кг. веса тела детьми 4-7 лет составляет 3,5-4 г; 8-12 лет- 3 г и подростками 2-2,5 г. После завершения роста организма необхо­димо потреблять около 1г белков на I кг веса тела. Для лиц выполняющих тяжёлую физическую работу эта величина должна быть на 20-30% больше. Необходимо помнить, что даже в самых богатых белками про­дуктах (мясо, яйца) содержание белка не превышает 20-26%. Следо­вательно, для поддержания полноценного белкового баланса величину потребляемых человеком белковых продуктов по сравнению с приведен­ными выше нормами потребления белка необходимо увеличить в 4-5 раз.

Основными источниками энергии при мышечной работе человека являются углеводы и жиры. При "сгорании" I г углеводов освобожда­ется 4,1 ккал энергии, air жиров- 9,3 ккал. Процентное соотноше­ние использования углеводов и жиров при мышечной деятельности чело­века зависит от мощности работы. Чем она выше, тем больше тратится углеводов, а чем меньше - тем больше окисляются жиры. С содержанием жира применительно к задачам обеспечения энергией работу опорно-дви­гательного аппарата на всех этапах онтогенеза особых проблем не воз­никает, так как имеющееся жировое депо у человека способно обеспе­чить реальные потребности его организма в энергии при работах сред­ней и умеренной мощности в течение многих часов. Несколько сложнее дела обстоят с углеводами.

Дело в том, что работоспособность скелетных мышц находится в прямой зависимости от содержания в их волокнах углеводов (глико­гена). В норме в I кг мышцы содержится около 15-17 г гликогена. В любом возрасте чем больше гликогена содержат мышечные волокна, тем большую работу они способны совершить. Содержание углеводов в мышце зависит от интенсивности предшествующей работы (их траты), поступле­ния в организм углеводов с пищей, продолжительности периода восста­новления после физических упражнений. Для поддержания высокой работо­способности человека во всех возрастных периодах общими закономерностями являются: I) при любом количестве углеводов в ежедневной диете при отсутствии физических упражнений содержание гликогена в мышцах меняется незначительно; 2) концентрация гликогена в мышечных волокнах уменьшается почти полностью при интенсивной работе в тече­ние 40-100 мин.; 3) полное восстановление содержания гликогена в мыш­цах требует 3-4 суток; 4) возможность увеличения содержания глико­гена в мышцах, а, следовательно, и их работоспособности на 50-200%. Для этого необходимо выполнить мышечную работу субмаксимальной мощ­ности (70-80% от МПК) длительностью 30-60 мин (при такой нагрузке гликоген будет в основном израсходован) и затем 2-3 дня использовать углеводную диету (содержание углеводов в пище до 70-80%).

В обеспечении мышечной деятельности ведущую роль играет АТФ. В то же время ресинтез АТФ и, следовательно, работоспособность мышц во многом зависят от содержания в организме витаминов. При недостатке витаминов В-комплекса снижается аэробная выносливость человека. Это связано с тем, что среди множества разнообразных функций, на которые влияют витамины этой группы, их роль особенно велика в качестве кофакторов в различных ферментных системах, связанных с окислением про­дуктов питания и образованием энергии. Так, в частности, витамин Вт (тиамин) необходим для трансформации пировиноградной кислоты в аце­тил- КоА. Витамин Вр (рибофлавин) превращается в ФАД, который действу­ет как акцептор водорода во время окисления. Витамин Во (ниацин) -компонент НАДФ - ко-фермента гликолиза. Витамин Втр играет важную роль в метаболизме аминокислот (изменение мышечной массы при трени­ровке) и необходим для образования эритроцитов, транспортирующих кис­лород к мышечным клеткам для процессов окисления. Функции витаминов В-комплекса столь взаимосвязаны, что дефицит одного из них может нарушить утилизацию других. Недостаток одного или нескольких витаминов группы В снижает мышечную работоспособность. Дополнительное употребление этой группы витаминов повышает работоспособность только в тех слу­чаях, если у испытуемых имел место дефицит этих витаминов.

Недостаточное поступление с пищей витамина С (аскорбиновой кислоты) также уменьшает мышечную работоспособность человека. Этот витамин необходим для образования коллагена-белка, содержащегося в соединительной ткани. Следовательно, он важен для обеспечения но­рмальной функции (особенно при больших нагрузках) костно-связочного аппарата и сосудов. Витамин С участвует в обмене аминокислот, син­тезе некоторых гормонов (катехоламины, противовоспалительные кортикоиды), в обеспечении абсорбции железа из кишечника. Дополнительный приём витамина С повышает мышечную работоспособность лишь в случа­ях, когда имеет место его дефицит в организме. Витамин Е (альфа-токоферол) способствует увеличению концентрации креатина в мышцах и развитиюими большей силы. Он обладает также антиоксидантными свой­ствами. Сведения о влиянии остальных витаминов на работоспособность мышц у нетренированных и у спортсменов весьма противоречивы. Однако несомненно, что без приёма ежедневной нормы полного комплекса вита­минов работоспособность мышц может быть снижена.

Значение минеральных веществ в поддержании высокой мышечной работоспособности не вызывает сомнения. Однако их дополнительная по­требность отмечена лишь для лиц, выполняющих длительные и большие физические нагрузки в условиях жаркого и влажного климата.

Отрицательное воздействие на двигательные функции оказывает приём алкоголя. Данные по этому фактору "риска" применительно к де­ятельности опорно-двигательного аппарата весьма неоднозначны. Ещё менее определенны они в отношении воздействия алкоголя на мышечную систему в онтогенезе. Тем не менее, некоторые доказанные положения о влиянии алкоголя на нервно-мышечную систему состоят в следующем.

I. Приём алкоголя приводит к усилению процессов торможения в мотор­ной зоне коры головного мозга, ухудшает процессы дифференцировки тормозных процессов при двигательных реакциях, снижает скорость пере­ключения процессов торможения и возбуждения, уменьшает силу процес­сов концентрации возбуждения и скорость нарастания частоты импуль­сов в двигательных мотонейронах. 2. При употреблении алкоголя у челове­ка снижаются сила и скорость сокращения скелетных мышц, что приво­дит к снижению их скоростно-силовых качеств.3. Ухудшаются проявления двигательной координации человека. 4. Замедляются все ви­ды реакций на внешние раздражители (свет, звук, и др.). 5. Увеличи­ваются вегетативные реакции на ту же, что и до приёма алкоголя, мы­шечную работу, то есть возрастает физиологическая "стоимость" рабо­ты. 6. Снижается концентрация глюкозы в крови, вызывая тем самым ухудшение функций мышечной системы. 7. Уменьшается содержание глико­гена в мышцах (даже после однократного приёма алкоголя), что приво­дит к снижению мышечной работоспособности. 8. Длительный приём алко­голя приводит к снижению сократительной функции скелетных мышц чело­века.

Крайне ограничены сведения о влиянии табакокурения на функции опорно-двигательного аппарата. Доподлинно известно лишь, что никотин, попадающий в кровь, ухудшает процессы регуляции силы сокращения ске­летных мышц, ухудшает координацию движений, снижает мышечную работо­способность. У курящих, в основном, показатели МПК ниже, чем у некуря­щих. Это обусловлено более интенсивным присоединением окиси углерода к гемоглобину в эритроцитах, что снижает транспорт кислорода к рабо­тающим мышцам. Никотин, уменьшая содержание витаминов в организме человека, способствует понижению его мышечной работоспособности. При длительном табакокурении снижается эластичность соединительной ткани, уменьшается растяжимость мышц. Это приводит к возникновению болевых реакций при интенсивных сокращениях мышц человека.

Таким образом, наряду со многими отрицательными последстви­ями курения табака для систем организма человека и их функций нико­тин вызывает также снижение мышечной работоспособности и уровень физического здоровья курящих людей.

Одним из наиболее широко применяемых людьми эргогенных сред­ств, то есть средств повышающих работоспособность, является кофеин . Воздействуя на ЦНС, кофеин увеличивает её возбудимость; улучшает концентрацию внимания; поднимает настроение; укорачивает скорость сенсомоторных реакций; снижает утомление и задерживает время его проявления; стимулирует выделение катехоламинов; усиливает мобили­зацию из депо свободных жирных кислот; повышает скорость использова­ние мышечных триглицеридов. Благодаря всем этим реакциям кофеин вызы­вает заметное повышение аэробной работоспособности (езда на велоси­педе, бег на длинные дистанции, плавание и др.) По-видимому, кофеин способен также улучшать мышечную работоспособность у спринтеров и лиц, занимающихся силовыми видами спорта. Это может быть связано с его способностью усиливать обмен кальция в саркоспазматическом ретикулуме и работу калий-натриевого насоса в мышечных клетках.

Тем не менее, несмотря на указанное влияние кофеина на рабо­тоспособность человека, он может вызывать и негативные последствия, У лиц, непривыкших употреблять кофеин, но чувствительных к нему, а так же у тех, кто употребляет его в больших дозах, кофеин вызывает повышенную возбудимость, бессонницу, беспокойство, тремор скелетных мышц. Действуя как диуретик, кофеин усиливает обезвоживание организ­ма нарушая процессы терморегуляции, снижает мышечную работоспособность, особенно в условиях высокой температуры и влажности окружающей среды.

Некоторые спортсмены используют наркотические средства, с целью ускорения процессов восстановления после тяжелых физических нагрузок. Иногда применяется даже кокаин. Последний стимулирует де­ятельность ЦНС, считается симпатомиметическим препаратом, блокирует повторное использование норадреналина и дофамина (нейромедиаторы) нейронами после их образования. Блокируя их повторное использование, кокаин усиливает действие этих нейромедиаторов во всём организме. Некоторые спортсмены считают, что кокаин способствует повышению рабо­тоспособности. Однако это опущение обманчиво. Оно связано с возника­ющим чувством эйфории, повышающим мотивацию и уверенность в своих силах. Наряду с этим, кокаин "маскирует" утомление и болевые ощуще­ния и может способствовать развитию перенапряжений в нервно-мышечном аппарате. В целом доказано, что кокаин не обладает способностью по­вышать мышечную работоспособность,

Для повышения мышечной работоспособности лицами, занимающимися физическими упражнениями и спортом, нередко используются гормональ­ные препараты. С начала 50-х годов началась эра применения анаболических стероидов, а со второй половины 80-х годов-синтетического гор­мона роста. В силу наибольшей распространенности и опасности исполь­зования для организма остановимся лишь на андрогенах - анаболических стероидах, почти индентичных мужским половым гормонам.

Употребление анаболических гормонов приводит к значительному увеличению: общей массы тела; содержания калия и азота в моче, свиде­тельствующие об увеличении чистой мышечной массы тела; размеров целых мышц и площади поперечного сечения составляющих их миоцитов за счет увеличения количества содержащихся в них миофибрилл (то есть количес­тва сократительных белков); силы и работоспособности скелетных мышц.

Следовательно, основной эффект использования стероидных гормонов заключается в увеличении объема мышечной массы (миофибриллярная гипертрофия) и силы сокращения. В то же время эти гормоны практи­чески не влияют на аэробную выносливость человека, скоростные ка­чества его мышц, скорость процессов восстановления работоспособнос­ти после интенсивных физических нагрузок.

Однако использование стероидных гормонов (это иногда про­исходит уже со школьного возраста) - это вопрос не только этики, но и проблема сохранения здоровья огромного количества людей. Вследст­вие высокой степени риска для здоровья анаболические гормоны и синте­тический гормон роста относят к числу запрещенных препаратов. Ос­новные отрицательные последствия для здоровья принимающих стероидные гормоны заключаются в следующем. Использование синтетических анаболических гормонов подавляет секрецию собственных гонадотропных гор­монов, контролирующих развитие и функцию половых желез (яичек и яич­ников). У мужчин сниженная секреция гонадотропина может привести к атрофии яичек, уменьшению выделения тестостерона и количества спермы. Гонадотропные гормоны у женщин необходимы для осуществления овуляции и секреции эстрогенов, поэтому пониженное содержание в крови этих гормонов в результате применения анаболических стероидов приводит к нарушениям менструального цикла, а также маскулинизации-уменьшению объема груди, огрублению голоса, появлению волос на лице.

Побочным действием употребления анаболических стероидов мо­жет быть увеличение предстательной железы у мужчин. Известны также случаи нарушения функции печени, обусловленные развитием химического гепатита, которые могут перейти в рак печени.

У лиц, длительное время употребляющих анаболических стероидов, возможно снижение сократительной функции миокарда. У них происходит значительное снижение концентрации в крови альфа-липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенными свойствами, то есть препятствующими развитию атеросклероза. Следовательно, при­менение стероидных гормонов сопряжено с высоким риском возникнове­ния ишемической болезни сердца.

Употребление стероидов приводит к изменениям личностных ка­честв человека. Наиболее выраженными из которых является повышенная агрессивность.

Наибольшая сила мышц достигается либо за счет наибольшего увеличения массы поднимаемого или перемещаемого груза, либо за счет возрастания ускорения, т. е. изменения скорости до максимальной величины. В первом случае увеличивается напряжение мышцы, а во втором - скорость ее сокращения. Движения у человека обычно происходят при сочетании сокращения мышц с их напряжением. Поэтому при возрастании скорости сокращения пропорционально увеличивается и напряжение. Чем больше масса груза, тем меньше сообщаемое ему человеком ускорение.

Максимальная сила мышцы измеряется определением массы максимального груза, который она может сместить. При таких изометрических условиях мышца почти не сокращается, а ее напряжение является предельным. Следовательно, степень напряжения мышцы - выражение ее силы.

Силовые движения характеризуются максимальным напряжением при увеличении массы груза и неизменной скорости его перемещения.

Сила мышцы не зависит от ее длины, а зависит главным образом от ее толщины, от физиологического поперечника, т. е. от количества мышечных волокон, приходящихся на наибольшую площадь ее поперечного сечения. Физиологическим поперечником называется площадь сечения всех мышечных волокон. У перистых и полуперистых мышц этот поперечник больше анатомического. У веретенообразных и параллельных мышц физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Поэтому наиболее сильные перистые мышцы, затем полуперистые, веретенообразные и, наконец, наиболее слабые мышцы с параллельным ходом волокон. Сила мышцы зависит также от ее функционального состояния, от условий ее работы, от предельной частоты и величины, пространственной и временной суммации притекающих к ней нервных импульсов, вызывающих ее сокращение, количества функционирующих нейромоторных единиц и от импульсов, регулирующих . Сила мышц повышается при тренировке, снижается при голодании и утомлении. Вначале она увеличивается с возрастом, а затем к старости уменьшается.

Сила мышцы при максимальном ее напряжении, развиваемая при наибольшем ее возбуждении и наиболее выгодной длине до начала ее напряжения, называется абсолютной .

Абсолютная сила мышцы определяется в килограммах или ньютонах (Н). Максимальное напряжение мышцы у человека вызывается волевым усилием.

Относительная сила мышцы высчитывается следующим образом. Определив абсолютную силу в килограммах или ньютонах, делят ее на число квадратных сантиметров поперечного сечения мышцы. Это позволяет сравнить силу разных мышц одного и того же организма, силу одноименных мышц разных организмов, а также изменения силы одной и той же мышцы данного организма в зависимости от сдвигов ее функционального состояния. Относительная сила скелетной мышцы лягушки 2-3 кг, разгибателя шёи человека - 9 кг, жевательной мышцы - 10 кг, двуглавой мышцы плеча - 11 кг, трехглавой мышцы плеча - 17 кг.

Растяжимость и эластичность

Растяжимостью называется способность мышцы увеличивать длину при действии груза или силы. Растяжение мышцы зависит от массы груза. Чем больше груз, тем больше растягивается мышца. По мере возрастания груза требуется все больший груз или сила для получения одинакового прироста длины. Имеет значение и продолжительность действия груза. При приложении груза или силы в течение 1-2 с происходит удлинение мышцы (быстрая фаза), а затем ее растяжение замедляется и может продолжаться несколько часов (медленная фаза). Растяжимость зависит от функционального состояния мышцы. Красные мышцы растягиваются больше белых. Растяжимость зависит и от типа строения мышцы: параллельные мышцы растягиваются больше перистых.

Скелетные мышцы обладают эластичностью, или упругостью,- способностью возвращаться после деформации в исходное состояние. Эластичность, как и, растяжимость, зависит от функционального состояния, строения мышцы, ее вязкости. Восстановление исходной длины мышцы также происходит в 2 фазы: быстрая фаза продолжается 1-2 с, медленная фаза - десятки минут. Длина мышцы после растяжения, вызванного большим грузом или силой, и после длительного растяжения долго не возвращается к исходной. После кратковременного действия небольших грузов длина мышцы быстрее возвращается к исходной. Таким образом, для эластичности мышцы имеет значение степень и продолжительность ее растяжения. Эластичность мышцы малая, непостоянная и почти совершенная.

Длина анизотропных дисков при сокращении и пассивном растяжении не изменяется. Уменьшение длины мышечного волокна при сокращении и увеличение при его растяжении происходит вследствие изменения длины изотропных дисков. При укорочении волокна до 65% изотропные диски исчезают. Во время изометрического сокращения анизотропные диски укорачиваются, а изотропные удлиняются.

При сокращении увеличивается эластичность изотропных дисков, которые становятся почти в 2 раза длиннее анизотропных. Это предохраняет волокно от разрыва при очень быстром уменьшении длины анизотропных дисков, наступающем при изометрическом сокращении мышцы. Следовательно, растяжимостью обладают только изотропные диски.

Растяжимость увеличивается при утомлении пропорционально возрастанию утомления. Растяжение мышцы вызывает повышение ее обмена веществ и температуры. Гладкие мышцы растягиваются значительно больше, чем скелетные, в несколько раз больше своей первоначальной длины.

Эластичность мышцы уменьшается при контрактурах, при окоченении. В покое эластичность мышцы является свойством миофибрилл, саркоплазмы, сарколеммы и соединительнотканных прослоек, при сокращении - свойством сокращенных миофибрилл.

Растяжение гладких мышц до критического предела может происходить без изменения их напряжения. Это имеет большое физиологическое значение при растяжении гладкой мускулатуры полых органов, в которых при этом не изменяется давление. Например, давление в мочевом пузыре не изменяется при значительном растяжении его мочой.

Работоспособность мышц

Работа мышцы измеряется произведением массы поднятого ею груза на высоту его поднятия или на путь, следовательно, на высоту сокращения мышцы. Универсальной единицей работы, а также количества теплоты, является джоуль (Дж). Работоспособность мышцы изменяется в зависимости от ее физиологического состояния и нагрузки. При увеличении груза работа мышцы вначале увеличивается, а затем после достижения максимального значения уменьшается и доходит до нуля. Начальное увеличение работы при увеличении груза зависит от повышения способности мышцы возбуждаться и от прироста высоты сокращения. Последующее уменьшение работы зависит от понижения сократительной способности мышцы вследствие возрастающего растяжения грузом. Величина работы зависит от количества мышечных волокон и их длины. Чем больше поперечное сечение мышцы, чем она толще, тем больше груз, который она может поднять.

Перистая мышца может поднять большой груз, но так как длина ее волокон меньше длины всей мышцы, то она поднимает груз на сравнительно небольшую высоту. Параллельная мышца может поднять меньший груз, чем перистая, так как ее поперечное сечение меньше, но высота подъема груза больше, так как длина ее мышечных волокон больше. При условии возбуждения всех мышечных волокон высота сокращения мышц при прочих равных условиях тем больше, чем волокна длиннее. На величину работы влияет растяжение мышечных волокон грузом. Первоначальное растяжение небольшими грузами увеличивает высоту сокращения, а растяжение большими грузами уменьшает высоту сокращения мышцы. Работа мышцы зависит также от количества мионевральных аппаратов, от их расположения и от одновременного их возбуждения. При утомлении работа мышцы уменьшается и может прекратиться; высота сокращения мышцы по мере развития утомления понижается, а затем доходит до нуля.

Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма

Так как по мере увеличения груза уменьшается высота сокращения мышцы, то работа, являющаяся произведением груза и высоты, достигает наибольшей величины при некоторых средних нагрузках. Эти средние нагрузки называются оптимальными.

При прочих равных условиях при оптимальных нагрузках мышца сохраняет свою работоспособность наиболее продолжительное время. При оптимальной нагрузке работоспособность мышцы зависит от частоты ритма ее сокращений, т. е. от частоты равномерного чередования сокращений мышцы. Ритм сокращений мышцы при средней нагрузке, при которой сохраняется наиболее продолжительная работоспособность мышцы, называется оптимальным,

У разных мышц оптимальные нагрузки и оптимальный ритм неодинаковы. Они изменяются и у данной мышцы в зависимости от условий работы и ее физиологического состояния.

Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм обусловлены прежде всего нервной системой (И. М. Сеченов). Что касается человека, то его умственная и физическая работоспособность определяется социальными условиями труда (орудиями труда, отношением к труду, эмоциями и др.). Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм у человека значительно изменяются в зависимости от жизненного опыта, возраста, питания и тренированности.

Динамическая работа и статическое усилие

Работа скелетных мышц, обеспечивающая движения тела и его частей, называется динамической, а напряжение скелетных мышц, обеспечивающее поддержание тела в пространстве и преодоление земного притяжения, называется статическим усилием.

Динамическая работа различается по мощности. Измерителем мощности, или интенсивности, является работа, выполненная в единицу времени. Единица мощности - ватт (вт = 1 Дж/с). Между интенсивностью динамической работы и ее продолжительностью существует закономерное отношение. Чем больше интенсивность работы, тем меньше ее продолжительность. Различают работу малой, умеренной, большой, субмаксимальной и максимальной интенсивности. При динамической работе учитывается скорость, или быстрота движений. Для измерения быстроты движений используются: 1) время двигательной реакции, быстрота реагирования, или латентный период двигательного рефлекса, 2) продолжительность отдельного движения при минимальном напряжении мышц, 3) число движений в единицу времени, т. с. их частота.

Скорость движений зависит от характера и ритма импульсов из центральной нервной системы, от функциональных свойств мышц во время движений, а также от их строения. Способность производить мышечную деятельность определенного вида и интенсивности в течение наибольшего времени обозначается как выносливость. Чем больше выносливость, тем позднее начинается утомление.

Основные виды выносливости: 1) статическая - непрерывное, в течение предельного времени поддерживание напряжения скелетных мышц при постоянной силе давления или удерживании в постоянном положении определенного груза. Предельное время статического усилия тем меньше, чем больше сила давления или величина груза, 2) динамическая - непрерывное выполнение мышечной работы определенной интенсивности в течение предельного времени. Предельное время динамической работы скелетных мышц, зависит от ее мощности. Чем больше мощность, тем короче предельное время динамической выносливости.

Динамическая выносливость в большой степени зависит от повышения работоспособности внутренних органов, особенно сердечнососудистой и дыхательной систем.

Динамическая работа характеризуется также ловкостью.

Ловкость - это способность производить координированные движения с очень большой пространственной точностью и правильностью, быстро и в строго определенные, очень небольшие промежутки времени при внезапной перемене внешних условий.

Статическое усилие состоит в поддержании в течение некоторого времени напряжения мышц, т. е. в удержании веса тела, конечности или груза в неподвижном состоянии. В физическом смысле удерживание груза или тела в неподвижном состоянии не является работой, так как при этом отсутствует движение груза или веса тела. Примерами статических усилий являются неподвижное стояние, вис, упор, неподвижное держание руки, ноги или груза. Продолжительность статического усилия зависит от степени напряжения мышц. Чем меньше величина напряжения мышц, тем оно продолжительнее. При статических усилиях расходуется, как правило, значительно меньше энергии, чем при динамической работе. Расход энергии тем больше, чем тяжелее статическое усилие. Тренировка увеличивает продолжительность статических усилий.

Выносливость к статическим усилиям зависит не от повышения работоспособности внутренних органов, а главным образом от функциональной устойчивости двигательных центров к частоте и силе афферентных импульсов.