Физиологические изменения при мышечной работе

Виды мышечной работы

Наиболее ярко изменения физиологических процессов в организме человека прослеживаются при физическом труде. Существует несколько классификаций физического труда. Первая классификация учитывает долю мышечной массы тела человека, участвующую в работе. Различают работу локальную (выполняется главным образом мышцами кисти и предплечья – менее 1/3 массы всех мышц), регионарную (задействованы верхняя конечность, плечевой пояс и грудная клетка – 1/3-2/3 массы мышц) и общую (в работе участвует более 2/3 мышечной массы – мышцы рук, ног и корпуса).

Вторая классификация физического труда основана на биомеханических особенностях работы мышц. Различают статическую и динамическую мышечную работу. При статической работе наблюдается длительное непрерывное сокращение мышц, направленное на удержание тела или его частей в определенном положении. Так, когда человек просто стоит, статическую работу совершают мышцы задней поверхности головы, шеи, грудной клетки и поясницы, а также ягодичные мышцы, четырехглавая мышца бедра и трехглавая мышца голени, мышцы подошвы стопы. Сокращения мышечных волокон при статической работе называют изометрическими, поскольку длина волокон остается постоянной.

Иная ситуация складывается при динамической работе: она сопровождается изменением положения в пространстве тела или его частей. Осуществление такой работы требует постоянного чередования сокращения и расслабления мышц-антагонистов, осуществляющих противоположные движения в суставах. Например, обычная ходьба требует поочередного сгибания и разгибания в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, для чего должны поочередно сокращаться все группы мышц ног. В отличие от статической работы, при динамической работе длина мышечных волокон постоянно изменяется, но сохраняется их тонус – такие сокращения называют изотоническими.

Усвоив эти сведения, можно дать ответ на важнейший вопрос: при каком виде работы мышца оказывается в более выгодных условиях, а человек дольше сохранит физическую работоспособность? Очевидно, что при динамической работе происходит постоянное чередование сокращения и расслабления мышечных волокон, а это значит, что мышца имеет время для восстановления ресурсов, затраченных на сокращение – условия для деятельности более благоприятные. При статической работе волокна сокращаются непрерывно, времени на отдых нет, и утомление наступает быстрее.

Приспособление мышц к статической и динамической работе

Установлено, что разные мышцы нашего тела по-разному приспособлены к статической и динамической работе. Это приспособление проявляется в особенностях строения, нервной регуляции мышечного сокращения и особенностях обмена веществ мышечных волокон.

Мышцы, предназначенные для статической работы, чаще имеют перистое строение, а предназначенные для работы динамической – веретеновидные или двуглавые. Известно, что сила мышцы зависит от суммарной площади поперечного сечения ее волокон в самом широком месте мышечного брюшка. Эту величину называют физиологическим поперечником. У перистых мышц волокна направлены под углом к длиннику мышцы, что обеспечивает максимальную величину физиологического поперечника. Таковы, например мышцы спины, разгибающие позвоночник, и дельтовидная мышца, удерживающая поднятую руку, и ряд других. У веретеновидных мышц волокна ориентированы вдоль длинника и площадь физиологического поперечника меньше.

Для работоспособности мышцы важно, как осуществляется ее иннервация. Каждый аксон, идущий к мышце от спинного мозга, имеет концевые пластинки на нескольких мышечных волокнах. Такое сочетание аксона и группы иннервируемых волокон называется нейро-моторной единицей. Очевидно, что чем больше волокон иннервируется одним аксоном, тем более мощным будет сокращение мышцы в ответ на идущий по этому аксону нервный импульс. Нейро-моторные единицы такого типа называют медленными (тоническими) – именно они преобладают в мощных мышцах, приспособленных для статической работы. Напротив, для кратковременных динамических сокращений, особенно для тонкой работы кистей, служат быстрые (фазные) нейро-моторные единицы, где один аксон иннервирует меньше мышечных волокон.

Наконец, детально изучены особенности микроскопического строения и обмена веществ в мышечных волокнах разного типа. Различают белые и красные мышечные волокна. Характеристика их приведена в табл. 5.

Таблица 5

Сравнительная характеристика белых и красных мышечных волокон

Параметр	Мышечные волокна
	Красные	Белые
Количество митохондрий, запасы миоглобина	Много	Мало
Запасы гликогена и креатинфосфата	Мало	Много
Преимущественный энергетический субстрат	Жирные кислоты	Глюкоза
Синтез АТФ	Аэробный	Анаэробный
Мощность	Низкая	Высокая
Утомление наступает	Медленно	Быстро

Таким образом, белые мышечные волокна предназначены для интенсивной, но кратковременной работы, их называют «спринтерскими». Красные мышечные волокна, напротив, могут работать с меньшей интенсивностью, но намного дольше, за что получили название «стайерских». В отличие от животных, у человека нет чисто белых или красных мышц, в каждой мышце присутствуют оба типа волокон. Тем не менее, их соотношение имеет индивидуальные особенности. Очевидно, что спортсмен с преобладанием белых волокон в мышцах ног перспективен как спринтер, а наивысшее количество красных волокон закономерно обнаружено у марафонцев. Однако, вопрос о том, насколько строго генетически предопределено соотношение белых и красных волокон, и можно ли его изменить путем тренировок, остается открытым.