Стоимость мышечной работы

В опытах на свободно бегущих с произвольной скоростью животных показано, что чем меньше их Мт, тем больше требуется кислорода на преодоление одного и того же расстояния, рис. 34)

Рис. 34. Цена бега с перемещением 1 кг Мт на расстояние 1 км, выраженная в мл О₂ (Tаylor et al., 1970), по: [73].

Это означает: у мелких теплокровных по сравнению с более крупными не только выше БМ, но и существенно выше стоимость проведенной ими одинаковой по величине работы. Эта стоимость пропорциональна, в среднем, Мт^0,67.

Затраты энергии при разных видах передвижения - полет в воздухе, плавание в воде, бег и ходьба по земле - также зависят от Мт. Они меньше при плавании и больше при беге или ходьбе, рис. 35.

Рис. 35. Сравнение энергетических затрат на перемещение массы тела в 1 кг на 1 км при беге, полете и плавании [70].

Кружки – затраты на ходьбу и бег, включая периоды отдыха, черные кружки – чистые затраты на перемещение; линия регрессии вычислена по методу наименьших квадратов. Квадраты – плавающие животные – рыбы. Плавающие утка и человек (черные квадраты) попали в область млекопитающих. Треугольники – летающие животные: одинарные треугольники – насекомые, двойные треугольники, обращенные вершинами друг к другу – птицы, В двух последних случаях линия регрессии проведена на глаз.

Наименьшие затраты энергии при плавании обусловлены небольшими расходами ее на преодоление силы тяжести. Они отчетливо проявляются у видов, обитающих в воде. Они имеют соответствующую форму тела и мускулатуру, обеспечивающую оптимальные скорость и траекторию движения. Наземные виды тратят на плавание существенно больше, чем на бег и ходьбу. Так, у человек эти затраты увеличиваются в 5-10 раз [73]. Затраты энергии на полет больше, чем на плавание, однако они ниже таковых при ходьбе и беге. Их можно объяснить большой поверхностью крыльев и использованием воздушных потоков, которые облегчают силу тяжести и могут ускорять движение. Поэтому не случайно только птицы могут многие часы находиться в полете, преодолевая без отдыха и пищи расстояние в 1000 км и больше.

У летающих, как и у плавающих организмов, исторически возникает такая форма тела и такая силовая тяга (оба параметра зависят от Мт), которые обеспечивают им необходимую скорость передвижения, не нарушая при этом температурный гомеостаз. Оказывается, чем крупнее вид, тем большую скорость движения он может себе позволить, рис. 36.

Рис. 36. Скорость полета насекомых, птиц и аэропланов с разной массой тела [84].

Стоимость ходьбы или бега, по-видимому, не зависит от того, как передвигается животное – на двух или четырех конечностях. Важно, чтобы оно использовало присущий ему образ движения. В специальных опытах на шимпанзе и капуцинах (они могут передвигаться как на двух, так и на четырех конечностях), приученных по-разному бегать на тредбане, существенной разницы в стоимости их бега на двух и четырех конечностях не нашли [73]. В табл. 14 приведены данные многих исследователей о стоимости бега различных позвоночных и насекомых. Оказалось, что вне зависимости от вида организма цена его бега пропорциональна Мт^0.68 или в расчете на 1 кг Мт пропорциональна Мт^-0.32.

Таблица 14. Уравнения для цены бега как функции массы тела (г), полученными различными исследователями, по: [73]

Число видов	Уравнение цены, мл О2г-1км-1	Цена при Мт 1 кг, л О2км-1
7 (млекопитающие)	8.46Мт-0.40	0.53
8 (пресмыкающие	5.9Мт-0.33	0.60
7 (птицы)	2.45Мт-0.20	0.62
22 (млекопитающие)	6.35Мт-0.34	0.61
52 (млекопитающие, птицы, пресмыкающие)	5.01Мт-0.32	0.55
69 (млекопитающие, птицы, пресмыкающие)	3.89Мт-0.28	0.56
72 (млекопитающие, птицы, пресмыкающие, муравьи)	8.61Мт-0.35	0.75
62 ((млекопитающие, птицы)	4.73Мт-0.32	0.53

Данные, приводимые выше, получены при передвижении птиц и животных с произвольной скоростью. Если эта скорость увеличивается, то пропорционально ей растут энергетические траты, и потребность в кислороде увеличивается, причем чем мельче животное, тем круче этот рост, рис. 37.

Рис. 37. Зависимость потребности в кислороде от скорости бега у млекопитающих с разной массой тела, (Taylor et al., 1970), по: [71].

Рис. 38. Затраты энергии у человека при ходьбе и беге по ровному месту, со спуском и подъемом (Margaria et al.,1963), по: [71].

Интересно знать, как меняются энергозатраты, например, у человека при ходьбе и беге с возрастающей скоростью. Оказывается, ходьба с умеренной скоростью обходится ему дешевле, чем бег, но по мере увеличения скорости выгоднее переходить на бег. Судя по рис. 38, это следует сделать в точке пересечения этих кривых ходьбы и бега. Приведенные на этом рисунке графики одновременно показывают, как возрастают затраты на передвижение при подъеме и падают при уклоне вниз.