Меню

Механическая работа мышц эффективность механической работы

Работа мышц и ее эффективность.

Продолжительность изучения темы_______________ часов

Из них на занятие ___________ часов; самостоятельная работа_________ часов.

Место проведения учебная комната

Цель:знать периферические и центральные механизмы регуляции фазных и тонических сокращений скелетных мышц; уметь определить место и роль спинного мозга в обеспечении двигательной активности организма.

Задачи:

1. знать факторы, определяющие работоспособность скелетных мышц (изолированных и в целостном организме);

2. уметь определить признаки, свидетельствующие о развитии процесса утомления в изолированной скелетной мышце и в целостном организме (снижение работоспособности, удлинение периода расслабления, контрактура, аритмия и др.);

3. знать теорию физического утомления (гуморально-локалистичесая, центрально-нервная);

4. уметь предложить и обосновать способы способы снятия физического утомления (улучшение кровоснабжения, пассивный и активный отдых);

6. знать структурно-функциональные особенности проприорецепторов скелетных мышц (веретена и сухожильных), рассмотреть их роль в обеспечении координации деятельности центров мышц-антогонистов (сгибателей и разгибателей) на основе положительных и отрицательных обратных связей;

7. уметь доказать необходимость гамма-эфферентного контроля рецепторов мышечного веретена для сохранения постоянного тонуса скелетных мышц;

8. знать принципы центральной организации нейронов спинного мозга, участвующих в регуляции мышечного тонуса и фазных движений (мотонейронный пул, двигательные центры, двигательные ядра);

9. знать классификацию спинальных двигательных рефлексов и основные принципы, лежащие в её основе (количество сегментов и скелетных мышц, участвующих в них физиологические эффекты и др.);

10. уметь на примерах полного высокого поперечного разрыва спинного мозга (тетраплегтя) и обратимого нарушения его связи с головным мозгом (спинальный шок) показать роль супраспинальных влияний на двигательные функции спинного мозга у человека;

11. уметь с помощью некоторых проприоцептивных рефлексов провести последовательное тестирование сегментов спинного мозга и оценить работоспособность рефлекторной дуги.

Методические рекомендации по самоподготовке.

Работа мышц и ее эффективность.

Мышцы это машины, преобразующие химическую энергию в механическую работу или механическое напряжение. При укорочении мышцы во время сокращения против груза или сопротивления (изотоническое или динамическое; сокращение) производится работа. При развитии же напряжения без укорочения мышцы (изометрическое сокращение) внешняя работа не производится. Оценивая деятельность мышц, обычно учитывают только производимую ими внешнюю работу. В наиболее простом случае работа мышцы (W) по подъему груза на некоторую высоту может быть рассчитана как произведение веса груза (Р) на высоту подъема (h) и выражена в килограммометрах: W=Р h кгм.

Величина работы, производимой мышцей, зависит от внешней нагрузки на нее. При отсутствии груза (Р=0), несмотря на большую амплитуду сокращения (h), работа равна нулю.

По мере возрастания груза, внешняя механическая работа мышцы вначале увеличивается, а затем уменьшается, так как, с увеличением груза амплитуда сокращения (укорочения) уменьшается и при достаточно большой его величине укорочения мышцы совсем не происходит(h=0). Это максимальная изометрическая сила данной мышцы.

Наибольшую внешнюю работу мышца производит при средних для нее нагрузках. Это явление носит название закона или правила средних нагрузок.

Внешняя механическая работа зависит также от скорости сокращения мышцы. Наибольшая внешняя работа выполняется ею при средних скоростях укорочения. При высоких скоростях укорочения мышцы значительная часть ее энергии расходуется на преодоление внутреннего трения (вязкости). При этом чем выше скорость укорочения, тем больше внутреннее трение. При слишком медленном укорочении мышцы часть энергии идет не на укорочение, а на поддержание достигнутой степени укорочения мышцы.

Читайте также:  Расслабляющие занятия для мышц

Если исследование ведется на изолированной мышце, то механическая эффективность может быть рассчитана на основании данных измерения совершенной работы (W) и энергии, проявляющейся в форме тепла. Работа и тепло в этом случае единственные формы проявления энергии. Расчет механической эффективности производится по следующей формуле:

Для расчета общей производительности мышечной работы у человека количество израсходованной энергии (Е) определяют по объему кислорода, потребленного во время выполнения работы и в период восстановления. В этом случае производительность рассчитывается по следующей формуле:

Производительность изменяется в зависимости от условий выполнения мышечной работы, а так же уровня тренированности спортсмена. С повышением тренированности отмечается уменьшение энергетических затрат (потребления кислорода) во время выполнения одной и той же внешней работы. Это повышение производительности определяется тремя главными факторами. Во-первых, улучшается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, обеспечивающих работающие мышцы кислородом и другими энергетическими веществами. Во-вторых, улучшается координация движений, происходит совершенствование межмышечных координаций, исчезает активность «ненужных» мышечных групп. В-третьих, повышается сила тренированных мышц, которые могут теперь выполнять более интенсивную в абсолютном значении работу, так что работа той же мощности требует относительно меньших усилий активных мышечных групп.

Важно подчеркнуть, что повышение производительности проявляется лишь у тренируемых мышц. Так, общая мышечная тренировка мало изменяет производительность при локальной мышечной работе. Иначе говоря, повышение производительности мышц в результате тренировки чрезвычайно специфично. Используя один вид упражнения, можно рассчитывать на существенное повышение производительности при выполнении только этого вида упражнения.

Источник

Работа мышц и ее эффективность.

Мышцы это машины, преобразующие химическую энергию в механическую работу или механическое напряжение. При укорочении мышцы во время сокращения против груза или сопротивления (изотоническое или динамическое; сокращение) производится работа. При развитии же напряжения без укорочения мышцы (изометрическое сокращение) внешняя работа не производится. Оценивая деятельность мышц, обычно учитывают только производимую ими внешнюю работу. В наиболее простом случае работа мышцы (W) по подъему груза на некоторую высоту может быть рассчитана как произведение веса груза (Р) на высоту подъема (h) и выражена в килограммометрах: W=Р h кгм.

Величина работы, производимой мышцей, зависит от внешней нагрузки на нее. При отсутствии груза (Р=0), несмотря на большую амплитуду сокращения (h), работа равна нулю.

По мере возрастания груза, внешняя механическая работа мышцы вначале увеличивается, а затем уменьшается, так как, с увеличением груза амплитуда сокращения (укорочения) уменьшается и при достаточно большой его величине укорочения мышцы совсем не происходит(h=0). Это максимальная изометрическая сила данной мышцы.

Наибольшую внешнюю работу мышца производит при средних для нее нагрузках. Это явление носит название закона или правила средних нагрузок.

Внешняя механическая работа зависит также от скорости сокращения мышцы. Наибольшая внешняя работа выполняется ею при средних скоростях укорочения. При высоких скоростях укорочения мышцы значительная часть ее энергии расходуется на преодоление внутреннего трения (вязкости). При этом чем выше скорость укорочения, тем больше внутреннее трение. При слишком медленном укорочении мышцы часть энергии идет не на укорочение, а на поддержание достигнутой степени укорочения мышцы.

Читайте также:  Если я напрягаю мышцы головы до боли

Если исследование ведется на изолированной мышце, то механическая эффективность может быть рассчитана на основании данных измерения совершенной работы (W) и энергии, проявляющейся в форме тепла. Работа и тепло в этом случае единственные формы проявления энергии. Расчет механической эффективности производится по следующей формуле:

Для расчета общей производительности мышечной работы у человека количество израсходованной энергии (Е) определяют по объему кислорода, потребленного во время выполнения работы и в период восстановления. В этом случае производительность рассчитывается по следующей формуле:

Производительность изменяется в зависимости от условий выполнения мышечной работы, а так же уровня тренированности спортсмена. С повышением тренированности отмечается уменьшение энергетических затрат (потребления кислорода) во время выполнения одной и той же внешней работы. Это повышение производительности определяется тремя главными факторами. Во-первых, улучшается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, обеспечивающих работающие мышцы кислородом и другими энергетическими веществами. Во-вторых, улучшается координация движений, происходит совершенствование межмышечных координаций, исчезает активность «ненужных» мышечных групп. В-третьих, повышается сила тренированных мышц, которые могут теперь выполнять более интенсивную в абсолютном значении работу, так что работа той же мощности требует относительно меньших усилий активных мышечных групп.

Важно подчеркнуть, что повышение производительности проявляется лишь у тренируемых мышц. Так, общая мышечная тренировка мало изменяет производительность при локальной мышечной работе. Иначе говоря, повышение производительности мышц в результате тренировки чрезвычайно специфично. Используя один вид упражнения, можно рассчитывать на существенное повышение производительности при выполнении только этого вида упражнения.

Источник

Механическая эффективность движений человека

В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости существует ряд факторов, определяющих эффективность двигательных действий и конечный результат движений.

С биомеханической точки зрения есть два различных пути повышения экономичности движений:

1) снижение величин энергозатрат в каждом цикле ;

2) рекуперация энергии, т.е. преобразование кинетической энергии в потенциальную и ее обратный переход в кинетическую. Рассмотрим каждый из них подробно

1-ый путь: снижение энергозатрат в каждом цикле

Количество метаболической энергии, освобождаемой в организме при движении, конечно, также как конечна скорость ее производства. Количество выработанной энергии определяется емкостью и мощностью трех энергетических систем: окислительной, лактатной и фосфогенной. От того, насколько эффективно используется вырабатываемая энергия, зависит спортивный результат. Основные способы экономизации спортивной техники сводятся к следующему:

д) выбор оптимального соотношения между длиной шага и частотой шагов.

На рис 1 показано. как изменяется расход энергии при ходьбе с одной и той же скоростью, но при разном соотношении длины и частоты шагов. Оптимум энергозатрат обозначен толстой линией, идущей из левого нижнего угла в правый верхний Если длина и частота шагов соответствует точкам данной линии, затраты энергии на 1 м. пути минимальны.при выбранной скорости передвижения.

Рис. 1. Расход энергии при ходьбе с разным соотношением длины и частоты шагов (Атцлер и Хербст).

2-ой путь- рекуперация энергии

Если бы тело представляло собой отдельные сегменты, которые двигаются так же, как при движении человека, то затраты энергии были бы в 3 — 5 раз больше, чем в действительности. Вследствие сохранения механической энергии тела метаболические источники мышц подводят только 20 —35 % необходимой энергии в естественных локомоциях. В настоящее время считается, что сохранение и повторное использование (или рекуперация) механической энергии происходит за счет действия трех механизмов:

1) перехода кинетической энергии в потенциальную энергию гравитации и обратно;

2) перехода (или передачи) механической энергии от одного звена к другому;

3) перехода кинетической энергии движения в потенциальную энергию деформации мышц и сухожилий и обратно.

Во время бега с любой скоростью сохраняется около 80 % полной механической энергии звеньев тела. С ростом скорости передвижения существенно увеличивается доля энергии, сохраненной за счет ее передачи между звеньями тела, и уменьшается ее передача за счет перехода кинетической энергии движения в потенциальную в поле силы тяжести и обратно.

Первый механизм рекуперации. Сохранение полной энергии по этому механизму требует строго противофазного изменения кинетической и потенциальной фракций энергии. Такое явление наблюдается не во всех звеньях тела. Например, в беге и ходьбе потенциальная и кинетическая энергии стопы одновременно достигают нулевого значения в опорной фазе. Чем выше над опорой располагается звено, тем больше энергии оно может сохранить. Считается, что первый механизм рекуперации энергии обеспечивает в целом в естественных локомоциях экономию энергии в диапазоне 12 — 23%.

Второй механизм рекуперации. Механическая энергия может передаваться от звена к звену тела человека двумя путями: за счет воздействия через суставные сочленения посредством контактных сил, совершающих работу по изменению энергии соседнего звена; за счет действия мышц (односуставных, а также двусустав-ных, передающих энергию через два сустава от звена к, звену, непосредственно несоединенным суставным сочленением).

По различным оценкам рекуперирование энергии по механизму ее передачи от звена к звену составляет от 30 до 42 % от полной энергии.

Третий механизм рекуперации энергии. Вследствие того что мышцы человека работают только на сокращение, основному движению предшествует движение в противоположном направлении. Происходящее в таких предварительных движениях растяжение мышц приводит к накоплению в них энергии упругой деформации, используемой затем в основном движении. Если быть совсем точным, то растягиванию подвегаются мышечно- сухожильные структуры.

Степень использования энергии упругой деформации зависит от условий выполнения движений, в частности от времени между растягиванием и укорочением мышц. При увеличении паузы между предварительным растягиванием и последующим укорочением за счет релаксации мышц и сухожилий снижается энергетическая экономичность, а значит, и эффект выполнения основного упражнения. Интервал времени, за который должна накопиться и использоваться энергия упругой деформации, определяется постоянной времени релаксации, например для сгибания коленного сустава она равна 1,4 с.

Если время движения больше времени релаксации, накопленная энергия полностью рассеивается и последующая фаза движения полностью осуществляется за счет метаболической энергии мышечного сокращения.

П. Коми, К. Боско (С. Bosco) писали, что свойство мышц накапливать энергию упругой деформации коррелирует с процентным соотношением быстрых и медленных мышечных волокон: чем выше процент медленных волокон, тем лучше используется энергия упругой деформации.

По разным данным рекуперация энергии в мышечно-сухожильных структурах составляет от 6 до 37 %. Такой большой разброс объясняется тем, что исследовали различные мышцы и условия опытов не были полностью идентичны, кроме того, испытуемые были различного возраста и уровня физической подготовленности.

Источник

Adblock
detector