21. Механические свойства мышц.

По своим механическим свойствам мышцы относятся к элас­томерам — материалам, обладающим значительной растяжимос­тью и упругостью.

Величина механического напряжения а, возникающего при сокращении мышцы, прямо пропорциональна отно­сительной деформации, согласно закону Гука.

σ = F/S — механическое напряжение, F — развиваемая сила, S — площадь поперечного сечения; ε = ∆L/L — относительная деформация, L₀ - первоначальная длина, ∆L — абсолютная дефор­мация (удлинение); Е — модуль упругости (модуль Юнга). Он оп­ределяется величиной механического напряжения в сокращенной мышце, при увеличении ее длинны в два раза.

По своим упругим свойствам и механизму деформации, мы­шечное волокно близко к каучуку: модуль упругости для обоих ма­териалов равен 10⁶ Па. При сильном напряжении как в мышце, так и в каучуке, наблюдается локальная кристаллизация (упорядочение макромолекулярной белковой структуры фибриллярного типа).

Однако, при слабом и среднем сокращении, восстановление не бывает полным. Наличие остаточных деформаций характеризует пластичность мышцы — способность не сохранять свою форму и размеры, после прекращения действия силы. Таким об­разом, мышца не является абсолютно упругим телом, а обладает вязкоупругими свойствами.

При очень сильном растяжении мышца ведет себя как нор­мально упругое тело. В этом случае температура мышцы пони­жается за счет локальной кристаллизации.

При сокращении мышцы развивается напряжение и соверша­ется работа. Мышца обладает сократительными и эластичными элементами, поэтому возникающее напряжение и совершаемая работа обусловлены не только активным сокращением сократи­тельного комплекса, но и пассивным сокращением, определяе­мым эластичностью или так называемым последовательным уп­ругим компонентом мышцы. За счет последовательного упругого компонента совершается работа только в том случае, если мышца была предварительно растянута, а величина этой работы пропор­циональна величине растяжения. Этим, в большей степени, объясняется то, что наиболее мощные движения совершаются при большой амплитуде, обеспечивающей предварительное рас­тяжение мышц.

Мышечные сокращения делятся на изометрические — проис­ходящие при неизменной длине мышцы, и изотонические — про­исходящие при неизменном напряжении. В организме сокраще­ния мышц никогда не бывают чисто изометрическими или чисто изотоническими.

Скелетные мышцы, с помощью сухожилий, прикрепляются к костям, которые образуют систему рычагов. Плечо рычага мыш­цы, в большинстве случаев, бывает меньше плеча рычага соответ­ствующей кости. Согласно Аккерману, механический выигрыш в амплитуде движений человека имеет величину от 2,5 до 20. Для двуглавой мышцы плеча он равен 10.

22.Уравнение Хилла. Работа одиночного сокращения.

В зависимости от силы, которую развивает мышца, скорость сокращения (укорочения) мышцы бывает различной. Хилл, на ос­нове опытных данных, при работе на изолированных мышцах, вы­вел так называемое основное уравнение сокращения мышцы. Со­гласно этому уравнению, скорость сокращения мышцы находится в гиперболической зависимости от величины нагрузки F.

(F + a) * (Ѵ + b) = const,

где a и b – константы, равные соответственно ¼F и ¼Ѵ.

Байером были сделаны замечания к уравнению Хилла, которые приводят уравнение Хилла к следующему виду: F’*Ѵ’ = const.

Произведение F’*Ѵ’ представляет собой общую мощность, развиваемую мышцей при сокращении. Так как F < F’*Ѵ’, т.е. внешняя мощность меньше общей мощности, то следует предположить, что мышца совершает не только внешнюю работу, но ещё и как бы увеличивается на величину a, а скорость сокращения на величину b. Эту внутреннюю работу можно оценивать как потерю энергии на внутреннее трение в форме теплового рассеяния. Тогда можно отметить, что общая мощность мышцы, в физиологических пределах, является величиной постоянной, не зависящей от величины нагрузки и скорости сокращения.