Механика мышечного сокращения

При возбуждении сила тяги мышцы возрастает. Если величина натяжения мышцы равна внешнему сопротивлению, то длина мышцы не изменяется. Такой режим мышечного сокращения называется изометрическим (от греч. «изо» — равный, «метр» — мера, длина). Если натяжение мышцы не равно внешнему сопротивлению, длина мышцы изменяется — анизометрический режим (приставка «ан» — от греч. «не», «без»). При натяжении мышцы, превосходящем внешнее сопротивление, мышца укорачивается. Такой режим мышечного со­кращения называется преодолевающим (миометрическим, концентри­ческим). При натяжении, меньшем внешних сил, мышца растягивается, удлиняется. Такой режим называют уступающим (плиометрическим, эксцентрическим). В лабораторных условиях можно создать условия, когда мышца, работая в преодолевающем режиме, поднимает какой-либо груз при постоянном натяжении. Такой режим называется изотоническим (от греч. «тон» — натяжение). В реальных движениях изотонический режим — исключение, так как величина силы тяги мышц все время меняется. Режим, при котором сила мышцы не остается постоянной, называют анизотоническим (раньше в литературе исполь­зовался термин «ауксотонический»).

При сокращении мышцы или отдельного волокна сначала воз­никает сила тяги в контрактильных компонентах мышцы; при этом на внешнем конце мышцы еще не регистрируется возраста­ние силы (рис. 15, а, б). Затем контрактильные сократившиеся компоненты растягивают ПосК. И только тогда, когда последо­вательные упругие компоненты достаточно растянуты, на конце.мышцы регистрируется изме­нение силы (рис. 15,в).

Изменение механического состояния контрактильных ком­понентов мышцы при сокраще­нии называют активным состоя­нием. Доказать, что мышца находится в активном состоянии, можно, например, так: если в латентный период (т. е. во время между стимуляцией мышцы и появлением на ее конце механического ответа) мышцу быстро растянуть, то на ее конце можно зарегистрировать значительное натяжение—гораздо большее, чем при растяжении покоящейся мышцы. Это происходит потому, что быстрое растягивание последовательных упругих компонентов позволяет проявиться вовне активному состо­янию контрактильных компонентов. Есть предположение, что этот механизм (быстрое растягивание ПосК) играет существенную роль при отталкивании в беге и в прыжках: доказано, что мышцы-разгибатели (например, икроножная) становятся электрически активными примерно за 15—25 мсек до постановки ноги на землю. Это означает, что импульсация от мотонейронов приходит к мышце заранее, еще до момента опоры. Однако сокращение в мышце за это время развиться не успевает. В опорном периоде ПосК быстро растягиваются, что позволяет проявиться силе контрактильных компонентов мышцы.

Последовательность развития активного состояния и натяжения мышцы показана на рис. 16.

Механические характеристики сокращения зависят от величины сопротивления. При увеличении нагрузки (сопротивления, веса груза) происходят три изменения.

1. Латентный период увеличивается (рис. 17). В решающей степени это связано с временем, которое необходимо, чтобы успеть растянуть ПосК до уровня, при котором изометрическая сила тяги превысит на концах мышцы величину сопротивления.

2. Величина изменения длины мышцы (укорочения) уменьшается.
Зависимость между величинами преодолеваемого сопротивления и
конечной длиной мышцы полностью соответствует описанной выше
зависимости «длина— сила тяги» (см. рис. 13).

3. Скорость укорочения падает. Между силой тяги (Р) и скоростью
изменения длины мышцы (υ) имеет место обратно пропорциональная
зависимость (рис. 18); эта зависимость может быть описана формулой:
(Р+а) • (υ+в) = (P0 +а)в = const, где Р — сила на конце мышцы
(например, при постоянной скорости подъема груза сила равна его
весу), υ — скорость, Р_о — максимальная изометрическая сила, а, в и
const — константы. Это уравнение и зависимость, которую оно
описывает, часто по имени исследователя, внесшего большой вклад
в ее изучение (1938 г.), называют уравнением А. В. Хилла. Зависимость
«сила — скорость» находит многочисленные проявления в спортивной
практике (подробнее см. гл. V). При уступающем режиме сила тяги
мышцы также зависит от скорости: если выше скорость удлинения
мышцы, то больше и сила, которую она проявляет (при той же степени
возбуждения).

При растягивании активной мышцы происходит также накопление потенциальной энергии упругой деформации] которая затем, после перехода с уступающего да преодолевающий режим сокращения, может перейти в кинетическую энергию движущегося звена. Режим

1. Константой называется величина, постоянная в определенных условиях.

сокращения со сменой направления движения и с переходом от уступа­ющего к преодолевающему назы­вают реверсивным.

Таким образом, при одной и той же степени стимуляции мышцы ее сила тяги зависит от: а) длины в данный момент (см. рис. 13), б) ско­рости изменения длины (см. рис. 18) и в) времени от момента начала сти­муляции (см. рис. 16). Поэтому один и тот же нервный импульс, пришедший к мышце, будет вызы­вать разный механический эффект, в зависимости от того, в каком сос­тоянии находится возбуждаемая мышца (Н. А. Бернштейн).

Поиск по сайту: