При непрерывной стимуляции волокна скелетной мышцы развиваемое им напряжение со временем ослабевает, несмотря на продолжающееся поступление стимулов ( рис. 30.27). Уменьшение мышечного напряжения, вызванное предшествующей сократительной активностью, называется мышечным утомлением.
Другие признаки утомления - уменьшение скорости укорочения и расслабления. Момент начала утомления и скорость его развития зависят от типа мышечных волокон, а также от интенсивности и длительности мышечной работы.
Если после начала утомления мышца получит отдых, особенно активный, ее способность сокращаться при возобновлении стимулов может восстановиться ( рис. 30.27). Это связано с удалением молочной кислоты и возобновлением запасов энергии в мышце. Скорость восстановления определяется длительностью и интенсивностью предшествующей деятельности. Некоторые мышечные волокна при непрерывной стимуляции быстро утомляются, но после короткого отдыха так же быстро восстанавливаются. Утомлением такого типа (высокочастотное утомление) сопровождаются высокоинтенсивные непродолжительные упражнения, например, подъем тяжелого груза. И наоборот, так называемое низкочастотное утомление развивается относительно медленно при длительном не слишком интенсивном упражнении с циклическими периодами сокращения и расслабления (например, при беге на длинную дистанцию); после этого для полного восстановления мышцы требуется гораздо более длительный отдых, часто до 24 ч.
Можно было бы объяснить утомление расходованием донора энергии - АТФ. Однако обнаружено, что содержание АТФ в мышце после утомления не намного ниже, чем в состоянии покоя, и такое снижение недостаточно для нарушения рабочего цикла поперечных мостиков . Если бы мышца продолжала сокращаться без утомления, концентрация АТФ со временем могла упасть до критического уровня, когда поперечные мостики остаются устойчиво прикрепленными (ригидная конфигурация) и происходит повреждение мышечных волокон. Следовательно, мышечное утомление могло появиться как защитный механизм, который предотвращает наступление ригидности.
В развитии утомления скелетной мышцы играют роль многие факторы. При высокоинтенсивном кратковременном упражнении утомление возникает прежде всего из-за того, что нарушается проведение потенциалов действия вдоль поперечных Т-трубочек в глубь мышечного волокна и Са2+ уже не высвобождается из саркоплазматического ретикулума . Такое нарушение проводимости обусловлено тем, что в малом объеме Т-трубочек после каждого очередного потенциала действия постепенно накапливаются ионы К+; вследствие этого мембрана Т-трубочек частично деполяризуется и, наконец, перестает проводить потенциалы действия. При отдыхе возбудимость мембраны быстро восстанавливается благодаря диффузии накопившихся ионов К+ из Т-трубочек.
Во время низкоинтенсивного длительного упражнения утомлению способствует ряд процессов, причем ни один из них нельзя признать главной его причиной. Один из очень важных факторов - накопление молочной кислоты . Поскольку от цитоплазматической концентрации ионов Н+ существенно зависит конформация (и, следовательно, активность) белковых молекул, повышение кислотности внутриклеточной среды влияет на структуру мышечных белков - актина , миозина , а также белков, задействованных в высвобождении Са2+. Чтобы состояние мышечного волокна восстановилось, нужен синтез новых белков вместо изменившихся при утомлении. И, наконец, еще один фактор - расходование мышечного гликогена ; уменьшение запаса этого важного для сокращения источника энергии коррелирует с началом утомления, хотя истощение АТФ и не является конечной причиной утомления.
Существует совершенно иной тип утомления: оно развивается не в мышце, а в определенных областях коры мозга, которые при этом перестают посылать возбуждающие сигналы к мотонейронам. Процесс носит название центрального (нервно-психического) утомления и может заставить человека прекратить физическую деятельность, даже если сами мышцы не утомлены. Успешное выступление спортсмена зависит не только от физического состояния соответствующих мышц, но и от воли к победе, т.е. от способности инициировать в ЦНС команды к мышцам, несмотря на возрастающее чувство усталости.
Занятия спортом, большие физические нагрузки и просто постоянные тренировки с целью поддержания отличной физической формы – все это влияет на состояние мышц. Особенность анатомии мышечной системы – утомляемость после некоторого времени получения нагрузки. Что же такое утомляемость? Как она проявляет себя и как воздействует на процесс тренировок? Все эти сведения обязательно должен знать спортсмен, опытный или начинающий – не важно.
Физиологические особенности мышечной системы: утомление мышц
Утомлением называют специфическое снижение работоспособности, иногда может наблюдаться полная невозможность двигаться или выполнять любую другую физическую работу. Все это является результатом усилений, длительной работы или тренировок, выполняемых достаточно долгое время.
Как проявляется утомление мышц и от чего оно зависит? Главное условие утомления не поступление крови к мышцам, а от волн возбуждения – сокращения, возникающие во время физической деятельности, которыми являются, в том числе и физические нагрузки.
На наступление утомления влияет высота сокращений – чем оно выше, тем быстрее оно проявит себя. В начале работы – физической нагрузки в случае спортивных тренировок, высота сокращений сначала увеличивается, а затем постепенно снижается. Признаками, на которые спортсмен должен в обязательном порядке обратить внимание, утомления являются:
- уменьшение периодических сокращений, производимых мышцами;
- увеличение их временной продолжительности;
- нарастание напряженности.
В первую очередь развитию утомления способствует изменение в обмене веществ, после процессы изменяются и в системе кровообращения. Температура тела постепенно увеличивается, что является основным признаком физической усталости. Важно знать, что чем выше обмен веществ и активнее кровообращение спортсмена, тем позднее наступает слабость и утомление. Во время физических нагрузок – спортивных тренировок, утомление наступает быстрее, если использовать груз – штанги, тренажеры и прочий спортивный инвентарь. Соответственно, если не применять дополнительный спортивный инвентарь – утомление насупит намного позже, но и эффект от тренировки будет ниже.
Медицинские основы утомления мышц
Многочисленные медицинские исследования дали возможность понять природу наступления утомления. Чаще всего помогает в этом обычный электрический ток – раздражение мышц наступает после воздействия направленным небольшим разрядом, как только прекратить подобное воздействие – утомление прекращается.
Быстрое восстановление можно объяснить также очень просто – дело в том, что в клетках быстро происходят различные химические реакции, в том числе, изменение химического состава белка. Энергию выделяет и гликоген, распад которого и позволяет наделять мышцы силой, как только энергия заканчивается, наступает усталость, а затем и утомление.
Важно знать для хорошей тренировки
Каждому спортсмену, который выбрал физические тренировки основой для поддержания хорошей формы, важно знать, что запасы гликогена, имеющегося в организме не безграничны – составляют всего лишь около 350 г. Такого запаса хватит, при условии интенсивной нагрузки, хватит на 2 часа, после этого в крови будет отмечено снижение сахара. Все это приведет к снижению работоспособности, а затем и к полной невозможности выполнять работу дальше.
Раньше существовала теория, что в процессе распада гликогена выделяется своеобразное вещество – кинотоксин, который и влияет на утомляемость, однако все проведенные исследования и медицинские наблюдения за спортсменами позволило полностью опровергнуть ее.
Однако доказательства утомления мышц из-за отравления продуктами обмена веществ имеются. Основные элементы, определяющие усталость – фосфорная и молочная кислоты. Процесс усталости начинает проявлять себя в момент их образования. Существует теория засорения организма, согласно которой, остаточные продукты, которые образуются в результате химических процессов в результате обмена веществ, способствуют скорейшему наступлению утомляемости мышц, следовательно, и снижению производительности всего организма.
Накопление фосфорной и молочной кислот постепенно, но в значительной степени к концу тренировок уменьшает работоспособность мышцы. Исходя из этого для хорошей и продуктивной работы мышц, качественной работы и видимых результатов, важно поддерживать необходимый уровень гликогена в крови, а также употреблять большое количество пищи, содержащий белок.
Особенности мышечной структуры (работа и сила мышц)
Как выяснила медицина, мышечное волокно, находящееся в изолированном состоянии, утомляется быстрее, нежели целая мышца, задействованная в работе, даже если нагрузка будет в каждом случае одинаковой. Такое поведение мышечной структуры объяснить достаточно просто: конечные продукты, образующиеся в результате обмена веществ, быстрее удаляются из волокон мышечной ткани.
Важно помнить также, что в тренированной мышце утомляемость наступает позднее, так как синтез веществ происходит в ней быстрее, в нетренированной же все происходит с точностью до наоборот. Особенность – если промыть кровеносные сосуды и удалить из них продукты распада, возникающие в процессе интенсивного обмена веществ, то изолированные мышцы вновь готовы к работе и большим нагрузкам, а спортсмен перестает чувствовать утомление. Это происходит несмотря на то, что не полностью восстановился запас углеводов и кислорода, который также присутствует в тканях и обеспечивает полноценный рабочий процесс.
Полученные данные в результате исследований и наблюдений доказывают, что остаточные продукты, которые неизбежно возникают, как результат распада веществ - одна из основных причин ее утомления при выполнении силовых упражнений.
Существует научно – медицинская теория, именуемая удушением, согласно которой, утомление тканей в том числе и мышечной, наступает в том момент, когда заканчивается кислород. Между тем, известно немало случаев того, когда спортсмен мог выполнять серию упражнений, когда уровень кислорода в клетках и тканях был минимальным. Когда потребление кислорода вновь достигает высоких значений, оно все же не обеспечивает потребность организма в в полном объеме и именно поэтому работа в интенсивном режиме может продолжаться не больше получаса.
Учитывая все эти параметры и особенности работы мышечной системы, спортсмен должен соблюдать следующие правила:
- употреблять много белковой пищи;
- совершать ежедневные прогулки для того чтобы организм смог насытиться кислородом;
- следить за уровнем гликогена;
- не забывать о водном балансе, так как жидкость регулирует правильный обмен веществ.
Таким образом, мышечная утомляемость – процесс сложный, требующий постоянного наблюдения за собственными ощущениями. Не следует заниматься более 30 минут без перерыва, тогда тренировка будет действительно полезной и продуктивной для спортсмена.
Мышца не может производить работу беспрерывно. При длительной непрерывной работе наступает постепенное снижение работоспособности мышц. Такое состояние носит название мышечного утомления . При мышечном утомлении сила сокращения мышц уменьшается, а сами сокращения становятся более замедленными. При этом имеет место удлинение скрытого периода возбуждения мышц и понижение ее возбудимости. Наступление утомления мышц зависит от частоты их сокращений. Слишком частые сокращения вызывают быстрое утомление. Продолжительность работоспособности мышц зависит также от величины нагрузки, падающей на нее. Для каждой мышцы может быть найдена определенная оптимальная частота сокращений и величина нагрузки, при которых наиболее длительно сохраняется работоспособность мышцы. Отсюда вытекает практический вывод, что величина нагрузки и ритм движения влияют на работоспособность человека, занимающегося физическим трудом, а следовательно, и на количество выполняемой им работы.
Снижение работоспособности мышц обусловлено нервными и химическими факторами. Первоначально утомление возникает в нервных центрах, влияющих на работу мышц, а затем - в окончаниях двигательных нервов на мышечных волокнах (в синапсах). Вследствие этого изменяется характер импульсов, поступающих из нервной системы в мышцы, что и приводит к снижению силы и скорости мышечных сокращений. Зависимость быстроты наступления мышечного утомления от состояния нервной системы доказана специальными опытами и наблюдениями. Известно, в частности, влияние психических и эмоциональных воздействий (например, музыки, пения) на работоспособность человека. Доказано также в специальных опытах на животных, что раздражение симпатических нервов снижает мышечное утомление. Предполагают, что при этом усиливаются обменные процессы в утомленной мышце.
Влияние химических факторов состоит в том, что в работающей мышце продукты обмена (молочная кислота и др.) полностью, не окисляются вследствие недостаточного поступления кислорода. Накопление этих продуктов обмена способствует появлению мышечного утомления.
В целом организме работоспособность мышц зависит от функционального состояния многих систем органов: сердечно-сосудистой, дыхательной, желез внутренней секреции и др.
Большую роль в повышении работоспособности играет систематическая тренировка (упражнения). При физической тренировке происходят изменения не только в мышцах (развитие мышц и связанное с этим увеличение их силы), но и во всех других системах органов, в частности укрепляется сердечно-сосудистая и дыхательная система. Так, у тренированных людей сердечная мышца развита лучше и сокращается с большей силой, поэтому объем крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение и в минуту, больше (хотя ритм сердечных сокращений урежен). Дыхание у тренированных людей более глубокое, что способствует лучшему насыщению крови кислородом (хотя частота дыхания уменьшена). Тренировка приводит к укреплению здоровья и повышению выносливости человека.
Физические упражнения являются одним из методов, применяемых в медицинской практике (лечебная физкультура) для быстрейшего восстановления здоровья больных.
В нашей стране уделяется большое внимание физкультуре и спорту как одному из условий всестороннего гармонического развития человеческой личности. Для человека коммунистического общества будет характерно гармоническое сочетание духовного богатства и моральной чистоты с физическим совершенством.
Расслабление мышцы.
Теория сокращения мышц (скольжение нитей)
Сокращение мышцы связано с возникновением потенциала действия на мембране мышечного волокна, который распространяется по сарколемме и поступает во внутрь волокна. Распространяющийся нервный импульс способствует выходу ионов кальция из саркоплазматического ретикулума. Вышедшие из ретикулума ионы кальция связываются с тропонином и тропомиозином. Эти белки изменяют свое положение на нити актина. В результате этого процесса устраняется препятствие, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ тормозило взаимодействие актиновых и миозиновых волокон. Головки миозина прикрепляются к актиновым нитям и осуществляют продольную тягу. В результате происходит скольжение актиновых нитей между миозиновыми.
Связывание кальцием тропонина ведет к освобождению миозин-АТФазы, которая расщепляет молекулу АТФ и освобождается энергия. Образовавшаяся молекула АДФ и неорганический фосфат удаляются с головки, а на их месте образуется новая молекула АТФ. Освободившаяся энергия расходуется для разрыва связи поперечного мостика актина и миозина.
Этот цикл может повторяться до тех пор, пока в саркоплазме есть ионы кальция и АТФ.
Восстановление потенциала покоя мембраны прекращает поступление из саркоплазматического ретикулума ионов кальция и дальнейший сократительный процесс. Кальций в миоплазме активирует Са-АТФ-азу, кальциевый насос осуществляет активный перенос этого иона в саркоплазматический ретикулум. Возврат мышцы в исходное, растянутое положение определяется массой костей скелета͵ связанных с данными мышцами и создающими растягивающее усилие после прекращения процесса сокращения. Вторым моментом является упругость мышцы, которая преодолевается в момент сокращения.
Утомление – временное снижение работоспособности, наступающее в процессе выполнения мышечной работы и исчезающее после отдыха. Причины утомления:
1. Накопление продуктов обмена (молочная кислота) в мышцах, что ведет к угнетению генерации потенциала действия.
2. Кислородное голодание, ᴛ.ᴇ. к мышце не успевает доставляться кислород.
3. Истощение энергии.
4. Центрально-нервная теория утомления. По этой теории утомление нервных клеток наступает быстрее, чем мышц.
5. Утомление синапсов, через которые импульсы передаются к мышцам.
В целом нет ни первой, ни последней причины. Все они действуют одновременно.
Изучая влияние СНС на скелетную мышцу лягушки А.Г. Гинецинским было установлено, что если на мышцу утомленную до полной невозможности сокращаться подействовать стимуляцией симпатических волокон, а затем начать стимулировать ее через моторные нервы сокращения восстанавливались. Выяснилось что эти изменения связанны с тем, что под влиянием СНС в мышце происходит укорочение хроноксии, укорачивается время передачи возбуждения, повышается чувствительность к ацетилхолину, повышается потребление кислорода. Данное явление получило название феномена Орбели-Геницинского.
Утомление мышц. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Утомление мышц." 2017, 2018.
Скелетные мышцы состоят из клеток (мышечных волокон). Каждое мышечное волокно - это многоядерная клетка цилиндрической формы диаметром 20-80 мкм и длиной от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, соответствующей длине мышцы. Многоядерные волокна исчерченных мышц...
Физическое утомление - временное понижение или прекращение работоспособности мышц, вызванное их работой. Утомление регистрируется на эргограмме; оно проявляется в том, что снижается высота сокращения мышцы или происходит полное прекращение ее сокращений. При утомлении мышца нередко не может полностью расслабиться и остается в состоянии длительного укорочения (контрактуры). Утомление является сначала результатом изменений функций нервной системы, и прежде всего головного мозга, нарушения передачи нервных импульсов между нейронами и между двигательным нервом и мышцей, а затем уже следствием изменения функций самой мышцы.
Так как при утомлении понижаются функции нервной системы и рецепторов мышц, суставов и сухожилий, то наступают нарушения координации движений.
Мышечное утомление является результатом не только изменения функций нервной и мышечной систем, но и изменения регуляции нервной системой всех вегетативных функций.
Утомление при динамической работе наступает в результате изменения обмена веществ, деятельности желез внутренней секреции и других органов и в особенности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Снижение работоспособности сердечно-сосудистой и дыхательной систем нарушает кровоснабжение работающих мышц, а следовательно, доставку кислорода и питательных веществ и удаление остаточных продуктов обмена веществ.
Скорость наступления утомления зависит от состояния нервной системы, частоты ритма, в котором производится работа, и от величины груза (нагрузки). Увеличение нагрузки и учащение ритма ускоряет наступление утомления.
При утомлении нередко появляется усталость - ощущение утомления, которое отсутствует, если работа вызывает интерес. Наоборот, когда работа производится без интереса, усталость наступает раньше и она больше, хотя признаки утомления отсутствуют. Способность приходить в состояние утомления называется утомляемостью. Утомление вызывается также обстановкой, в которой оно раньше возникало. Если же работа была интересной и не вызывала усталости и утомления, то обстановка, в которой она производилась, не вызывает усталости и утомления. Изменение обстановки, в которой многократно возникало утомление, или многодневный, длительный отдых приводят к исчезновению условного рефлекса на утомление.
Мышечное утомление является нормальным физиологическим процессом. Восстановление работоспособности мышц происходит уже во время выполнения работы. После окончания работы работоспособность не только восстанавливается, но и превышает исходный ее уровень до работы.
Рис. 32. Изменение работоспособности в дни отдыха после предельной работы
Утомление нужно отличать от переутомления.
Переутомление - нарушение функций организма, патологический процесс, вызванный хроническим утомлением, суммированием утомления, так как отсутствуют условия для восстановления работоспособности организма.
Важно предупредить появление переутомления. Наступлению переутомления способствуют антигигиенические условия труда, физических упражнений, внешней среды, нарушение питания.
При переутомлении появляются хронические головные боли, большая раздражительность, апатия, вялость, днем сонливость, нарушение сна ночью и бессонница, ухудшение аппетита, мышечная слабость. Нарушается координация мышечной работы и вегетативных функций, происходят снижение обмена веществ и падение веса тела, учащение, а иногда значительное замедление сердцебиений, понижение кровяного давления, уменьшение дыхательного объема и др. Нет желания заниматься трудом, физической культурой и спортом, особенно тем его видом, который вызвал переутомление.
Создание нормальных гигиенических условий физического труда и физических упражнений, переключение на новый интересный вид физического труда и спорта, перевод в другую обстановку, длительный отдых, увеличение времени пребывания на свежем воздухе и сна, улучшение питания, прием углеводов и витаминов устраняют переутомление.