Елена Зигалова - Атлас: анатомия и физиология человека. Полное практическое пособие
Скелетные мышцы человека содержат мышечные волокна всех типов, однако в зависимости от функции мышцы в ней преобладает тот или иной тип волокон. Например, в четырехглавой мышце бедра человека относительное количество красных волокон (медленных единиц) колеблется в пределах от 40 до 98 %. В то же время соотношение тех и других в каждой мышце строго индивидуально и детерминировано генетически. Чем больше в мышцах белых (быстрых) волокон, тем человек лучше приспособлен к выполнению физической работы, требующей большой силы и скорости; чем больше красных (медленных) волокон, тем выносливее человек. Аналогичные отношения и у животных. У длительно летающих птиц, например, в грудных мышцах преобладают красные волокна, в то время как у нелетающих кур белые.
Рис. 32. Строение двигательной единицы (по Коробкову и Чесноковой). II – спинной мозг; II – мышца; 1 – мононейроны; 2 – двигательные единицы; 3 – мышечные волокна
Работоспособность, работа, утомление и отдых
Работа – это осуществление клеткой, органом, системой органов или организмом свойственных им функций. Человек разумный выполняет, как правило, общественно-полезную работу. Научно-технический прогресс изменил характер работы человека. На смену физическому труду пришел труд умственный. И это накладывает серьезный отпечаток на здоровье человека.
Работоспособность – это способность человека выполнять максимально возможное количество работы на протяжении определенного (заданного) времени и с определенной эффективностью. Работоспособность, подобно работе, подразделяется на умственную и физическую. Умственная работоспособность – это способность выполнять определенное количество работы, требующей значительной активации нервно-психической сферы; физическая работоспособность – это способность выполнять максимально возможное количество физической работы за счет активации функции опорно-двигательного аппарата. Естественно физическая работоспособность зависит и от состояния нервной системы, иннервирующей опорно-двигательный аппарат.
Выполнение работы требует затрат энергии. Общая потребность в энергии – это сумма основного и рабочего обмена. Основной обмен – количество энергии, затрачиваемое организмом в условиях полного покоя для поддержания жизни. У мужчин эта величина в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч. (4,2 кДж). У женщин 0,9 ккал (3,8 кДж). Основной обмен у детей обратно пропорционален возрасту: чем ребенок младше, тем выше основной обмен. Это связано с затратой энергии на пластические процессы. Так, например, основной обмен семилетнего ребенка в 2–2,5 раза больше 12-летнего, в 1,3 раза больше, чем взрослого человека (соответственно 1,8, 1,3 и 1 ккал/кг/ч).
Рабочий обмен – это затрата энергии для выполнения внешней работы.
ВНИМАНИЕ
Общая потребность в энергии при умственном труде в сутки равна 2500–3200 ккал (10475–13410 кДж), при механизированном труде или легкой немеханизированной работе – 3200–3500 ккал (13410–14665 кДж), при частично механизированном труде или немеханизированном труде умеренной тяжести – 3500–4500 ккал (14665–18855 кДж), при тяжелом немеханизированном физическом труде – 4500–5000 ккал (18855–20950 кДж).
Физическая работа связана с деятельностью опорно-двигательного аппарата, основную роль в этом выполняют скелетные мышцы. Если благодаря сокращению мышцы меняется положение части тела, то преодолевается сила сопротивления, т. е. выполняется преодолевающая работа. Когда мышцы, сокращаясь, перемещают тело или его части в пространстве, они выполняют преодолевающую или уступающую работу, которая является динамической. В основе динамической работы лежат два типа сокращения: изотоническое, при котором мышца укорачивается при постоянной внешней нагрузке, и анизотоническое, или ауксотоническое, при котором мышца укорачивается, развивая напряжение.
Одним из показателей эффективности физической работы является коэффициент полезного действия, КПД, который показывает, какая часть затраченной энергии превращается в энергию, осуществляющую полезную внешнюю работу. КПД организма в целом при различных видах мышечной деятельности варьирует в пределах от 3 до 25 %.
При частом повторении одной и той же работы развивается рабочий динамический стереотип – система рефлекторных действий, которые формируются при постоянном повторении одних и тех же раздражителей. Рефлекторные реакции становятся автоматическими, поэтому работа энергетически более экономичная и менее утомительная, не требует постоянного внимания и сосредоточения.
Физическая нагрузка вызывает реакцию всех органов и систем. В активно сокращающейся мышце кровоток увеличивается более чем в 20 раз, усиливается обмен веществ. При умеренной физической нагрузке обмен веществ в мышце осуществляется аэробно, во время тяжелой работы часть энергии освобождается анаэробно. В результате в мышцах образуется и накапливается молочная кислота, которая вызывает мышечное утомление.
При физической работе возрастают частота сердечных сокращений, ударный объем сердца, артериальное давление, потребление организмом кислорода. Работа, которую человек может выполнять в течение восьми часов без развития признаков мышечного утомления, считается легкой, она ниже предела. Выше него находится область максимальной работоспособности, выполнение такой работы существенно ограничено по времени. Максимальная работоспособность снижается по мере увеличения длительности работы. Тренировка повышает работоспособность человека. Как же определить предел утомительной динамической работы? Одним из важных показателей является частота пульса, которая сохраняется постоянно во время работы, не увеличиваясь в связи с утомлением. У нетренированных людей в возрасте от 20 до 30 лет она не превышает 130 ударов в 1 минуту, менее чем через пять минут после прекращения работы частота пульса становится менее 100.
Восстановление – это процесс постепенного возвращения функций организма к исходному состоянию после прекращения работы. По мере восстановления степень утомления уменьшается, а работоспособность увеличивается. Если человек выполняет работу, лежащую выше пределов его утомления, необходимо периодически отдыхать. Следует подчеркнуть, что лучше много кратковременных перерывов для отдыха, чем один-два длинных.
Утомление – это физиологическое состояние человека, наступающее из-за напряженной или длительной работы, которое выражается во временном снижении работоспособности. Различают мышечное (физическое) и центральное (нервно-психическое) утомление. При тяжелой работе они сочетаются. Мышечное утомление характеризуется уменьшением силы и выносливости мышц, нарушением координации движений, увеличением энергозатрат для выполнения одной и той же работы, нарушением памяти, скорости переработки информации, сосредоточения и т. д. Утомление субъективно ощущается человеком в виде усталости, которая вызывает желание прекратить работу или уменьшить нагрузки. Утомление при тяжелой физической работе связано с накоплением в мышечных волокнах некоторых продуктов обмена (например, молочной кислоты). Отдых, особенно активный, приводит к восстановлению работоспособности мышцы. Это связано с удалением молочной кислоты и возобновлением запасов энергии в мышце.
Нервно-психическое (центральное) утомление вызвано длительной напряженной умственной работой, однообразной монотонной работой, шумом, плохими условиями труда, эмоциональными факторами, заболеваниями. Если же, несмотря на утомление, работа продолжается, возникает истощение. Тяжелые физические и нервно-психические нагрузки вызывают стресс (вернее, дистресс). Различают острое и хроническое истощение. Первое представляет собой резкое снижение работоспособности во время тяжелой работы, второе возникает вследствие длительной напряженной или слишком часто повторяемой тяжелой работы. Острое и хроническое истощение часто возникает у профессиональных спортсменов, при спортивных соревнованиях и тренировках.
Отдых – это состояние покоя или особый, специально организованный вид деятельности, который снимает утомление и способствует восстановлению работоспособности. И.М. Сеченов установил, что работа одних групп мышц конечностей способствует устранению утомления других мышечных групп, вызванной их работой. Это положение легло в основу определения двух типов отдыха: активного и пассивного.
Активный отдых – это отдых, во время которого человек выполняет другой вид работы, отличный от обычного выполняемого труда. Восстановление при активном отдыхе происходит быстрее и эффективнее, чем при пассивном, когда организм находится в условиях относительного покоя. Так, например, интенсивную умственную деятельность следует сменить физической активностью. И, наоборот, интенсивную физическую умственной.
