3.6. Бұлшықеттің жұмыс істеуінде температураның және вибрацияның рөлі

Тірек - қозғалмалы аппараттың жұмысына вибрация қандай әсер тудыратынын қарайық. Серпімді жүйенің қаттылығы тірек - қозғалмалы жүйеде меншікті толқынды элементтерінің жиілігін анықтайды. Серпімді байланыстың қаттылығы неғұрлым көп болса, меншікті толқындардың жиілігі соғұрлым жоғары болады. Басқаша айтқанда, сызықты емес серпімді сипаттамамен бұлшықетке салмақ түсірсек, адам меншікті тербеліс жиілігін жоғарылатады [21].

Инертті жүктемеден тірек - қозғалмалы жүйенің жеңілдеуін қамтамасыз ету үшін меншікті тербелістің қандай жиілігі қажет деген сұрақ туындайды. Меншікті тербеліс жүйесінің жиілігі оның шарасыз тербелісінің жиілігімен сәйкес келуі міндетті. Мұндай жағдайда дененің қозғалмалы бөлігінің инерция күші серпімді байланыстың қалпына келтірілген күшімен толықтай теңестіріледі.

Тірек - қозғалмалы жүйе қозғалысының жиілігімен бұлшықет құрылымы қалай өзгеретіні анықталған: тез қозғалыс үшін бұлшықетті қаттырақ салмақтау керек.

Жүйенің меншікті тербеліс жиілігі және қозғалыс жылдамдығы арасында кейбір ішкі байланыстар болады. Қозғалмалы аппарат меншікті тербеліс жүйесінің жиілігін жоғарылата отырып немесе серпімді байланыс қаттылығын жоғарылата отырып, инерция күшінің жоғарылауын автоматты түрде теңестіруге талпынады.

Мұндай жағдайда, табиғат құрылатын құрылымның жетілдірілуі үшін жіңішке физикалық әсерлерді қолданады, яғни тірек - қозғалмалы жүйенің меншікті тербеліс жиілігінің қайта құрылу механизмі оның жұмыс режимінің өзгеруімен сәйкестік әсері. Бұл қайта құрылудың қаншалықты нақты орындалатындығын айту қиын. Әмбебап ағзалар кең диапазонда ішкі шарттардың өзгеруіне икемделгішті құруға талпына отырып, әдетте табиғат әрбір принциптен толықтай қыспайды. Қалған қорлар мүмкін емес жағдай жетуі мүмкін жуырдағы спорттық рекорд үшін бүгін мүмкіндіктерді ашатынын жоққа шығармайды [21].

Спорттық жаттығу жүйесінің арқасында спортшы қозғалысының ырғағы сүйелмелі - қозғалыс жүйесінің меншікті тербеліс элементтерінің жиілігімен нақты байланысатындығы жоққа шығарылмайды, спортта жаңа мүмкіншіліктер ашылады. Меншікті тербеліс жүйесінің жиілігі спорттың нақты түрінде қолданылатын нақты снарядтар есебімен анықталатынын жаттықтырушылар білуі қажет. Бұл ішкі күште созылатын пассивті бұлшықет ұзындығы - жүктеме сипаттамасына негізгі образ болып қатынасады.

Ішкі жүктемені белсенді бұлшықетте өзі құратын жұмыс қиындау болып туады және тәуелділікте бірнеше басқа сипаттамаларды иеленеді.

Белсенді бұлшықеттің құрылымы зерттеушілерді бұрыннан қызықтырды. Бұл аумақта алғашқы белгілі зерттеулер XVII ғасырдың соңында жүргізілді. Тізе буынының иілу күшін өлшеу кезінде тамырда түзетілген қалып кезінде бұл күш 51 фунтқа, ал еңкейту кезінде бар болғаны 21 фунтқа тең екені дәлелденген.

Бұлшықеттің тарту күші қозғалмалы және оның параллельді серпімді элементімен құрылған күш қосындысына тең екенін атап өту қажет. Бұл белсенді қозғалмалы элемент және пассивті серпімді элемент бұлшықеттің сол шығыс соңына жалғануымен түсіндіріледі. Белсенді элементтің жиырылуы кезінде серпімді байланысты қысады, яғни жұмсалатын күштің бөлігі серпімді күштің меңгерілуіне жұмсалады. Сол себепті ішкі жұмысты орындауға осы күштердің айырмасы ғана шығындалады.

Алғаш қарағанда белсенді күшті ғана төмендететіндіктен серпімді күштер зиянды екені туралы көзқарас қалдырады. Бірақ серпімді байланыстың параллельді қосылуы бұлшықетке кейбір дұрыс құрылымдарды береді.

Бұлшықеттің қозғалмалы элементі біржақты әрекеттің күштік құрылғысын ұсынады. Ол қысылатын, созылатын күштерді ғана құрады. Мысалы, қолды шынтаққа қарай бүгу. Ал оны қалай жазу керек? Мұны қарама - қарсы бетке бағытталған шынтақ буынының күшіне бүгілген басқа бұлшықеттің көмегімен орындау керек. Бір иілу - бұлшықеті шынтақты жаза алмау мүмкін.

Егер бұлшыетте серпімді байланыстар болса, онда ол екі жақты әрекеттің күштік элементіне айналады. Бұлшықеттің жиырылуы кезінде онымен орындалған жұмыстың бөлігі серпімді байланыстың потенциалдық энергиясын хабарлауға – деформациясына жұмсалады. Бұлшықеттің белсенді элементінің жүктемесі кезінде серпімді байланыстың деформациясы азаяды, ал оған жинақталған потенциалды энергия бұлшықеттің соңында созылатын күшті құрады. Мұндай жағдайда, серпімді байланыс энергияның рекуператоры бола отырып, инверттеу, бұлшықеттің әрекет ету күшінің бағытын өзгертеді.

Күшті белсенді элемент - серпімді байланыс жүйесінің салдарлы күш деформациясының сипаттамасы қандай? Ол серпімді байланыс сияқты күштік элементтің сипаттамасымен қалыптастырылады.

Біздің әрқайсымыз бармақтың соңы қол алдыға тартылып дірілдейтінін аңғарамыз. Бұл бәріне белгілі треммор. Егер бармақтың осындай қозғалысын қозғалып тұрған лентаға жазсақ, онда кейбір толқынды процесс көрінеді. Оның заңдылығын сол кезде алып қалуға мүмкіндік болмайды. Ол нөл үшін есептеменің кейбір нүктесінен ұзындығы бойынша нөлдік деңгейден аяқасты сипаттаманы қамтамасыз етеді.

Біз қол бұлшықетіне ақырындап күш түсіретін болсақ, тербеліс қарқыны үлкейеді. Бармақ соңының бұлшықетіне максималды салмақ түсіретін болсақ, қозғалмалы лентада дұрыс синусоиданы сипаттап алады. Әсіресе, осындай заңдылық жұдырықты білекте бүккен кезде қарастырылады.

Бұлшықетке күш түсіру кезінде қысқартылған элементтің реттелуі жүргізіледі: олар синхронды түрде қысқара, ұзара бастайды және өзінің белсенділігін біздің қаңқамыздың буындарына береді.

Бұлшықеттің тербелмелі қозғалысының зерттемесі бәсең дыбысты шығарады. Бұған алғаш рет неміс физигі Г.Гельмгольц мән берді. Қалқымалы аралықтың дыбысын қолдың қатты күші түсірілген бицепсіне ұоя отырып, естуге болады. Дыбыс биіктігі 19,5 - 20 Гц құрайды. Егер иекті қатты қысатын болсақ, сондай дыбысты естуге болады. Келтірілген жағдайда фибрациялық бұлшықеттер есту мүшелеріне тікелей жақын орналасқан. Бұл қатты қысылған тілдің ұшын бармақпен салмақ түсіру кезінде де болады.

Біз үнемі байқайтын құлақтағы мәнсіз шуылдар мен дыбыстар шындығында, құлақ қабыршағына бекітілген ортаңғы құлақ пен бұлшықеттен басқа, бастың сол немесе басқа еріксіз күші кезінде де байқалады. Оны босаңсытуға болады және біз құлақта шудың басылғанын, дыбысының төмендегенін немесе мүлдем жойылғанын аңғарамыз.

Бұлшықетте дыбыстық әсерлерді толық уйрену қысқарған бұлшықет шуында түрлі дыбыстар - секундына 150 дейін және одан көп тербелістер болмайтынын, бірақ 19,5 - 20 Гц анықталатын тербелісі негізгі дыбыстан әлдеқайда төмен амплитуданы көрсетеді.

Бұлшықеттің созылған күйінде, оған жалғасқан дененің буындары тербелмелі қозғалыста болады. Бұл ырғақты микроқозғалыстар адам өмірінде болады. Олардың қарқыны бар болғаны 1-5мк құрайды, ал болжалды жиілігі - 7 - 13 Гц. Дене вибрациясының жиілігі жекеше түрде аз өзгереді, ал амплитуда - тіпті, маңызды түрде. Ереже бойынша, әйелдерде сәйкес тербелістің амплитудасы еркектерге қарағанда азырақ. Түс көру кезінде сергек күймен салыстырғанда 1/3 төмендейді. Жүйе жүрек тоқтағаннан кейін 5-7 минуттан кейін жоғалады.

Мүшенің икровибрациялық ерекшеліктері бойынша дене кейбір ауруларды таниды және оны емдеу жолдарын анықтайды.

Бұлшықет вибрациясымен шақырылған еріксіз тербелмелі қозғалыстар адам денесінің негізгі қозғалысына жеткізіледі (3.10 - сурет). Егер бұл негізгі қозғалыс жеткілікті түрде жай болса, ал бұлшықеттер үлкен салмақпен жұмыс істейтін болса, олар анық көрінеді. Мысалы, спортшы штанганы рекордтық салмаққа қысқан кезде аяққ, қолдың сілкінуі, атқыш қаруды ұстап тұрғанда оның қолының тербелуі айқын көрінеді.

Осындай микроқозғалыстар ағза үшін керекті екендігі туралы нәтиже сұралады. Ғалымдардың бұл туралы ір түрлі пайымдаулары бар. Бірақ, тіршілік әрекетінің бір көпжоспарлы процесінің түрлі жақтарын акценттейтіндігі туралы пайымдауға негіз бар. Австриялық физиолог Х.Рорахер шынайы микровибрация механорецепторлардың тұрақты қозуын қолдайтынын және мұндай жағдайда "дене сезімі мен дене сызбасы" туралы бас миы үлкен жартышарының түптамырын сигналдайтынын тұспалдады. Сонымен бірге, ол ағзада зат алмасуда және жасушаның фильтрлік процесінде микровибрация маңызды рөл атқарады деп есептеді.

3.13 - сурет. Дене даңғырының тербелісі: а - босаңсыған бұлшықетте; б - бұлшықеттің қатты күш түсуі кезінде; в - ірімасштабты қозғалыс кезінде.

Әсіресе, көптеген дәлелдер жылуалмасу процесінде дене вибрациясының пайдасына келеді. Вибрация, бұл - бұлшықеттің анықталған құрылымында серпімді тербелістің генерациялануы. Серпімді толқындар осы ошақтан таралады.

Мұндай көзқарас дененің микровибрациясы тек қана адамда және жылықанды жануарларда ғана болатынын көрсетеді. Бұл жағдай салқынқандыларда болмайды. Дененің сууы кезінде тербеліс амплитудасымен және жоғары жиілікпен ерекшеленетін салқындық дірілдеу басталады. Денені қыздыру кезінде микровибрация параметрлері өзгереді. Адам ағзасы сыртқы орта температурасының өзгеруіне әсерін осылай байқайды. Ауырсыну жағдайында (лихорадкада) микровибрация жиілігінің жоғарылауы байқалады. Салқындық дірілдеу кезінде бұлшықетте қан ағысы орта есеппен 25% жоғарылайды, оттекті пайдалану шамамен 2 - 3 есеге өседі.

Шынайы көзқараспен, осы сұрақ бойынша И.И.Аринчин айтты[22]. Бұлшықеттің негізгі вибрациясы ағзада қаналмасудың функциясымен байланысқан деп есептейді. Соның әсерінен мүшеде жұмыс істейтін күшейтілген қаналмасу (гиперемия) болады. Одан ертерек Аринчин қызметкерлермен бірге тәжірибелі түрде қаңқалық бұлшықет өздігінен жұмыстың барлық түрлері: ырғақтық қысқаруда, статикалық жұмыста, тартылуда және созылу кезінде қанды өздігінен тартып алатынын дәлелдеді. Түсініксіз болып тек қана қанағыстық арнада қозғалатын құрылудың физикалық механизмі қалды. Аринчин "Вибрациялық механизмді" айқындалған түрде өте күрделі, қазір ол туралы тек шамалап қана айтады, - деп түсіндіреді. Ол одан әрі мұндай механизм бұлшықеттік талшықтардың тек қана асинхронды жиырылуы кезінде функциялануы мүмкін деген қорытындыға келді.

Бұлшықеттің максималды кернеуі кезінде бұлшықетті талшықтардың ұзындығы синхронды түрде өзгеретінін ескеруіміз қажет; максималды бұлшықеттің кернеу режимін модельдейтін биомеханикалық (БМ) стимуляция кезінде де сол жағдай орындалады. Шынайы шартта максимум кернеу аз ғана уақытқа қатысты аралықта болуы мүмкін, ал бұлшықеттің максималды және субмаксималды кернеуінде орындалуға қарағанда стимуляция процесі кезінде біршама көбірек.

Бұлшықет талшықтарының ұзындығы біруақытта көп мөлшерде бұлшықетті деформациялайды және бұлшықеттің қантамырлық функциясына қарай бұлшықетте бекітілген қантамырлардың саңылауын өзгертеді. Бұл бұлшықетті күшейтілген қоректенумен қамтамасыз етеді, атлет бұлшықеттерінің рельефтілігін және олардың күштеп жаттыққаннан кейінгі массасын күшейтеді.

Бұлшықет талшықтары ұзындығының синхронды өзгеруі, көп мөлшердегі механорецепторлардың бір уақытта тітіркенуіне алып келеді, ОЖЖ-не күшті әсер етуге және бұлшықетті үздік басқаруына шарт болады.

Қанның біржақты токпен қамтамасыз етілу - бұлшықеттің сорғылы функциясы - бұлшықет қантамырының ішінде қақпақша мен бөлшектерінің бар болуында ғана емес, сонымен бірге бұлшықеттен шығатын қантамырда қақпақша жұмысының әсерінен орындалуы мүмкін. Бұлшықет пен осы қантамыр механикалық түрде бір бүтін болуы қажет. Мұндай жағдай күш түсу кезінде немесе бұлшықеттің созылуы үлкен қаттылықты иелік еткенде орындалады.

Бұлшықеттің құрылымдық бірлігі бұлшықет талшықтары болып табылады. Оның ұзындығы бірнеше сантиметрге тең, ал кесе - кқлденең ені - 0,1-0,2 мм. Талшықтың қысқартылған элементі бұлшықет фибрилласы болып табылады. Бір бұлшықет талшығында 1000 - нан 2000 жіпшеге дейін және одан көп фибриллалар есептеледі. Олар талшықта ретсіз орналасады және жекелеп түйінге топтасады. Бұл жағдайда бұлшықет үлкен күштік кернеуді таратуы мүмкін.

Микроскоппен фибриллдер көлденең иректі болып көрінеді. Бұл фибрилла жіпшелерінің құрамына түрлі оптикалық құрылымды ақуыздың екі жіпшесі - миозин мен актин кіреді. Миозин ақуызының жіпшесі қалыңдау және күңгірттеу, актин ақуызының жіпшесі жіңішкелеу және жарықтау. Фибриллада бұл ақуыздар бір - бірінің кеңістігіне біртіндеп ағады (3.14 - сурет). Актин жіпшесі бұлшықетінің қысқаруы кезінде миозин жіпшесінің аралығында тайып кетеді, босаңсу кезінде кері бейне тексеріледі.

Ақуыздардың осындай қатысты орын ауыстыруға энергия, бұлшықеттің құрылымында кездесетін және суда оңай еритін фосфорлы байланыс - адинозинүшфосфорлы (АТФ) қышқылдың ажырауынан келіп түседі. АТФ (адинозиндифосфорлы қышқыл) АДФ және ортофосфат: АТФ=АДФ+Н₃РО₄ - қа тармақталады. Одан кейін АТФ атмосферадан бұлшықет жасушасына қан арқылы келіп түсетін оттегіні қолданумен басқа химиялық түрлендірудің серияларымен қайтадан қалпына келтіріледі және актомиозды ақуыздық комплекс қайтадан қысқаруға дайын болады.

3.14. - сурет. Миофибрилланың жіңішке құрылымы: А - жара тілік; Б - А және Н дискілері арқылы көлденең тілік; жіңішке жіпшелер - актин, қалың жіпшелер - миозин.

Миозин ақуызы АТФ тарамдалу үшін фермент болып табылады. Ферменттер бұл - биологиялық катализаторлар, яғни бұл реакцияға келіп түспей сол және басқа реакцияларды көп есе тездететін зат. Егер актомиозинді жіпшені АТФ сұйықтығына салатын болса, ол нақты бұлшықет тәрізді жиырылады. Кейбір ақуыздардың мүмкіндігі оның құрамдық бөліктерінің арасында реакцияға байланыс орнатуға көмектесетіндігімен ескертіледі. Бұл энергия оны жақыннан активті центр деп атайтын ақуыз молекуласының электрлік жолымен сипатталады. Молекула конфигурациясын өзгерту кезінде актин мен миозин өзара байланысының жағдайында болатын сияқты ферментацияға мүмкіндігі бар ішкімолекулалы байланыс құрылымы да өзгереді.