2. Режими скорочення м’язових волокон.

Міотонометрія

В залежності від частоти імпульсації мотонейрона м’я­зові волокна рухової одиниці

(РО) можуть працювати в двох режимах – в режимі поодинокого скорочення і в режимі тетанічного ско­рочення (мал.12).

Режим поодиноких скорочень виникає тоді, коли інтервал між суміжними імпульсами мотонейрона дорівнює або дещо більшій тривалості поодинокого скорочення інервованих ним м’язових волокон.

Робота м’язових волокон в режимі поодиноких скорочень відбувається при відносно низькій частоті імпульсації мотонейронів, яка не однакова у різних рухових одиниць. Це зумовлено перш за все різною тривалістю поодинокого скорочення різних м’язових волокон (мал. 13). Так, для повільних РО, м’язові волокна яких мають тривалість поодиноких скорочень 100 мс. (0,1 с), режим поодиноких скорочень спостерігається при частоті імпульсації мотонейрона, яка не перевищує 10 імп/с. Для швидких РО, м’язові волокна яких мають меншу тривалість поодинокого скорочення (наприклад, 20 мс), режим поодиноких скоро­чень спостерігається при частоті імпульсації мотонейрона – 50 імп/с.

В кривій поодинокого ізометричного скорочення м’яза виділяють три фази: латентний (прихований) період збудження, фаза підйому напруження і фаза розслаблення. При ізотонічному скороченні ці фази позначаються дещо інакше: латентний період збу­дження, фаза вкорочення, фаза видовження. Трива­лість фази напруження (вкорочення) приблизно в двічі коротша, ніж фаза розслаблення (видовження).

Мал. 13. Криві поодинокого скорочення змішаного м’яза (А), м’яза з білих (Б) і червоних (В) волокон: І – скорочення, II- струм дії.

Тривалість фази вкорочення окремих РО, а, отже, швидкість скорочення різних м’язів у різних тва­рин не однакова. Так, для м’язів крила колібрі вона складає 8 мс, для згиначів пальців кішки – 10 мс, для скелетних м’язів людини – 10-70 мс, для литкового м’яза черепахи – 300 мс. В середньому час поодиноких скорочень РО різних м’язів ссавців коливається від 10 до 20 мс, а сила поодиноких скорочень – від десятої долі грама до 100 г.

Працюючи в режимі поодиноких скорочень, м’язові волокна неспроможні розвинути велике на­пруження. Це пояснюється коротким періодом актив­ного стану, внаслідок чого скоротливі елементи м’яза починають розслаблюватись, не досягнувши макси­муму напруження.

Тонічне напруження м’язів. Здатність скелетної мускулатури тривало, стійко підтримувати скорочення (напруження) називається тонусом, або тонічним напруженням. Робота м’язів в умовах тонічного на­пруження пов’язана з меншими енерговитратами, ніж при звичайному гладенькому тетанусі. Цим поясню­ється низька втомлюваність м’язів, які знаходяться в тонусі. Тонус скелетних м’язів підтримується завдяки надходженню відносно нечастих імпульсів ЦНС (до 10 імпульсів за 1 с). Такі еферентні імпульси є про­явом тонусу нервових центрів. Надходячи по мото-нейронах до м’язових волокон, вони викликають сла­бкий зубчастий тетанус, який і проявляється у вигляді енергоекономних тонічних скорочень м’язів. В режи­мі поодинокого скорочення працюють повільні РО, які включаються в активний стан по черзі, тривалий час підтримуючи позу тіла та протидіючи силам зем­ного тяжіння.

Тонус м’язів має рефлекторне походження. Його виникнення і підтримання зумовлене наявністю в м’язах тонічно напружених рухових одиниць, які по­стійно контролюються нервовими центрами. В свою чергу, тонус нервових центрів підтримується по зво­ротних зв’язках аферентними імпульсами, що йдуть від пропріорецепторів. М’язовий тонус є основою підтримання необхідної пози тіла в умовах постійної дії сил земного тяжіння.

Дослідження м’язового тонусу є важливим еле­ментом у вивченні стану опорно-рухомого апарату школярів, які займаються фізичною культурою та спортом. Особливо важливе значення має вивчення м’язового тонусу для нормування навантажень шко­лярів.

Розкриття регуляції тонуса скелетних м’язів у людини в умовах дії земного тяжіння, створює необ­хідні передумови для дослідження тонуса скелетних м’язів в умовах абсолютної і відносної невагомості. Адже майбутні польоти людей в космос вимагають знань того, як змінюватиметься координація рухів, в якій мірі та за яких умов вона зберігатиметься якнай­довше.

Міотонометрія. Вивчення тонусу м’язів грунту­ється на вимірюванні напруження м’язів в даний момент часу. Звідси, тонус м’язів – це їх реакція на механі­чні впливи (дії) поздовжньої чи поперечної направлено­сті. В залежності від цих впливів виділяють динамічний тонус, коли визначається опір м’язів, розтягнених в повздовжньому напрямку, і пластичний – коли визна­чається опір м’язу тиску, що діє в поперечному напрям­ку щодо певної точки м’язу.

Амплітуда тонуса (АТ-різниця між показниками тонуса м’язу при його довільному скороченні і роз­слабленні) завжди більш висока у спортсменів, ніж у ненатренованих осіб. Чим вища амплітуда тонуса, тим вища натренованість спортсмена. AT різна у важкоатлетів та легкоатлетів, завжди нижча у осіб, які не займаються фізичною культурою і спортом. При перевтомі AT зменшується. Показник міотонометрії є об’єктивним методом оцінки функціонально­го стану м’язів спортсмена. Його зміни у різні пері­оди тренування доцільно використати для корекції тренувальних навантажень спортсменів.

Існують вікові особливості тонусу скелетних м’язів. У хлопчиків 8-9-літнього віку він вищий, ніж у дівчаток. Суттєве збільшення тонусу скелетних м’язів відмічається у підлітків 12-15-літнього віку. (С.І.Гальперін, 1967).

У ранньому віці скелетні м’язи знаходяться в стані постійного тонуса і рівень виходу актинових ниток за межі міозинових не суттєвий. В дошкіль­ному віці, із зменшенням участі скелетних м’язів в теплоутворенні, вони набувають все більшої здат­ності до розслаблення. Як наслідок зростає рівень входження актинових ниток між міозинові, зростає показник амплітуди тонуса. Довільне розслаблення скелетних м’язів більш утруднене, ніж їх довільне напруження. Спроможність м’язів до розслаблення з віком зростає.

Вимірювання тонуса м’язів в умовах максима­льного напруження і при розслабленні (міотоно­метрія) дозволяє кількісно характеризувати їх скоротливу функцію і здатність до розслаблення (еластичність, твердість, пружність). Скорочення та розслаблення окремих груп м’язів обумовлені досконалістю центральнонервових механізмів ко­ординації (див. "Регуляція напруження м’язів"). Міотонометричні дослідження згаданих процесів є важливим об’єктивним методом оперативної оцін­ки рівня функціонального стану нервово-м’язового апарата і впливу на нього різних за характером на­вантажень.

Міотонометрію проводять з допомогою прила­дів Уфлянда, Жукова, Дубровського, Дерябіна, Козловського. Одиницею виміру тонуса м’язів є міотон (умовна одиниця шкали міотонометра). Міотони приладів різних конструкцій нерівноцінні, а то­му для попередження помилок при порівняльній міотонометрії, необхідно користуватися одним ти­пом приладів.

Свідоме напруження чи розслаблення м’язів пов’язане з формуванням складних і тонких диференційовок. Ось чому у ненатренованих до фізичної роботи осіб спроможність гальмувати м’язовий тонус розвинута недостатньо (показник додаткового роз­слаблення складає 0,7-0,9), що свідчить про низьку здатність м’язів до розслаблення. Свідоме бажання знизити м’язовий тонус малоефективне.

24

Відомо чимало випадків коли спроба учня роз­слаблювати м’язи, навпаки призводить до їх напру­ження. Кваліфіковані спортсмени володіють більшою здатністю як до напружень, так і до розслаблень м’язів (Ю.Г.Козловський, 1976, 1980).

Здатність до активного розслаблення м’язів у спортсменів різних спеціалізацій різна. Найбільш низькі величини тонуса м’язів зустрічаються у легко­атлетів, гімнастів і єдиноборців, більш високі – у фу­тболістів. Боксери добре володіють прямим м’язом живота.

Тетанічне скорочення м’язів. При руховій дія­льності звичайно до м’язових волокон надходить се­рія наступних нервових імпульсів, які викликають тривале тетанічне скорочення м’язів – тетанус. Тета­нічні скорочення властиві тільки скелетним м’язам і не характерні для гладеньких м’язів внутрішніх орга­нів та поперечносмугастих м’язів серця, що поясню­ється тривалим рефрактивним періодом. Тетанічні скорочення, в порівнянні з поодинокими, більш три­валі та сильні.

Тетанус викликається сумацією поодиноких м’язових скорочень, коли повторний нервовий ім­пульс надходить до м’яза раніше, ніж повністю заве­ршиться його поодиноке скорочення (мал. 14). За та­ких умов відбувається накладання однієї хвилі по­одиноких скорочень на другу (явище суперпозиції). Якщо ж кожний наступний імпульс надходить до м’яза в той момент, коли він починає розслаблюва­тись, то виникає зубчастий неповний тетанус; як­що ж повторний імпульс приходить в період його скорочення – виникає суцільний (повний) або гладе­нький тетанус. Суцільний тетанус дає більш сильне скорочення, ніж зубчастий тетанус. Частота імпуль­сів, яка необхідна для виникнення тетанусу, обернено пропорційна швидкості поодиноких скорочень. Для виникнення суцільного тетанусу в повільних РО до­статня частота імпульсів 25 за 1 с, а для швидких РО-50 імпульсів за 1 с і більше.

Мал. 14. Формування тетануса в залежності від частоти подразнення

В цілісних м’язах, які складаються з багатьох со­тень РО, тетанус є наслідком сумації асинхронних по­змінних скорочень різних РО. В режимі такого скоро­чення досягається максимальне скорочення м’яза. Але максимальне скорочення м’яза виникає лише при пев­ній (оптимальній) частоті подразнення; надмірне збільшення частоти імпульсів викликає зниження сили скорочення м’язів. Для нервово-м’язового препарата жаби оптимальна частота подразнень – 40-50 імпульсів за 1 с Зниження сили скорочення м’язів при високій частоті подразнення (більше 120 імпульсів за 1с) є нас­лідком стійкої деполяризації мембрани, що виникає при сумації постсинаптичних потенціалів.

Контрактура. Поряд з тетанічним скороченням м’язів зустрічається ще одна різновидність тривалого скорочення м’язів – контрактура. Контрактура – це локальне і сильне тривале скорочення м’язових воло­кон. Воно характеризується стійким напруженням (стягуванням) м’яза з сильно сповільненим розслаб­ленням.

Контрактура буває природженою (природжене різке обмеження рухомості внаслідок недорозвинутості м’язів і суглобів) і набутою. Набуті контрактури виникають при порушеннях функцій нервової систе­ми, а також в умовах дії надмірного за силою больо­вого або температурного подразника. Професійні контрактури зумовлені тривалою активністю тих груп м’язів, які інтенсивно використовуються в даній про­фесії. Контрактура при стомленні характеризується збільшенням тривалості періоду скорочення та роз­слаблення м’язів. В даному випадку вона зумовлена змінами обміну речовин у м’язах.

3. Регуляція напруження м’язів

Роль спинного і головного мозку в регуляції на­пруження м’язів. Функціонування опорно-рухового апарата в цілому і регуляція напруження м’язів зок­рема здійснюється завдяки нерозривному взаємо­зв’язку м’язів з окремими відділами центральної нер­вової системи (спинного мозку, головного мозку, ко ри великих півкуль), з роботою рухового аналізатора.

Спинний мозок (CM) – сегментарний відділ ЦНС, розміщений в хребетному каналі від довгастого мозку до другого поперекового хребця, являє собою тяж з центральним каналом, заповненим прозорою спинномозковою рідиною, яка циркулює між ним і шлуночками головного мозку. Від кожного сегмента CM відходить пара спинномозкових нервів, які іннерюують шию, тулуб, верхні і нижні кінцівки. Навколо центрального каналу CM скупчена сіра речовина (тіла нервових клітин), а зовні неї – біла речовина, яка складається з нервових волокон, що утворюють задні, бічні та передні канатики – висхідні і низхідні провідні шляхи. Сіра речовина утворює парні виступи – передні і задні роги, а в грудному і частково в поперековому від­ділах CM є ще бокові (бічні) роги, в яких знаходяться нижчі центри симпатичної нервової системи.

CM виконує рефлекторну і провідникову функ­ції. Рефлекторна функція полягає в тому, що на рівні CM відбувається складна координація діяльності ве­ликої кількості іннервованих м’язів. CM під постій­ним контролем головного мозку забезпечує оптима­льну активність м’язів-синергістів і м’язів-антагоністів, здійснює реципрокну іннервацію, орга­нізацію перехресних крокуючих рухів, згинальних, розгинальних, тонічних рефлексів, рефлексів відшто­вхування при зближенні з опорою, рефлексів на роз­тягування м’язів.

Прикладом розтягувальних рефлексів можуть бути тлінний, ліктьовий, п’ятковий (ахілесів) рефлекси (су­хожильні рефлекси). Удари, нанесені гумовим молоточ­ком по сухожиллях, викликають короткочасне розтягу­вання м’язів і відповідні рефлекторні рухові реакції – розгинання ноги в колінному суглобі, згинання руки в ліктьовому суглобі, підошвене згинання стопи. Крім терміну "рефлекс розтягнення", широко використову-ється термін "міотатичний рефлекс" скорочення м’язів-розгиначів при значному розтягненні.

Більше як 90% всіх нейронів CM складають про­міжні (вставні) нейрони або інтернейрони. Проміжні нейрони забезпечують передачу збудження і процеси гальмування. Для згинального руху в суглобі необхідне не тільки скорочення м’язів-згиначів, а й одночасне роз­слаблення м’язів-розгиначів – процес гальмування. При збудженні центрів розгиначів, навпаки, гальмуються центри згиначів. Таке координаційне взаємовідношення між моторними центрами спинного мозку називається реципрокною іннервацією. Механізм реципрокної інне­рвації лежить в основі циклічних рухів – ходьби, бігу, плавання та інших локомоцій.

Аксони альфа-мотонейронів перед виходом із спинного мозку часто дають одну або декілька відга­лужених волокон (колатералей), які закінчуються на клітинах Реншоу. Аксони клітин Реншоу утворюють гальмівні синапси на мотонейронах даного сегменту спинного мозку, вони зменшують надмірно інтенсив­не збудження мотонейронів і беруть участь у регуля­ції підтримання необхідної пози. Гальмування, яке здійснюється за участю клітин Реншоу, називається зворотним гальмуванням.

Перші три сегменти шийного відділу CM, які чають зв’язок з іншими відділами спинного мозку і з нервовими центрами стовбура головного мозку, бе­руть участь у формуванні статичних (познотонічних і зипрямних) рефлексів, тобто в перерозподілі тонусу м’язів, у підтриманні пози тіла в різних положеннях сидіння, стояння тощо).При відхиленні голови в ту чи іншу сторону подразнюються пропріорецептори м’язів шиї і рефлекторно змінюється тонус м’язів-згиначів, м’язів-розгиначів верхніх і нижніх кінцівок і тонус м’язів тулуба. Наприклад, стійка гімнаста на руках полегшується при відхиленні голови назад, оскільки в даному випадку підвищується тонус м’язів-розгиначів спини і рук.

Крім рефлекторної функції, спинний мозок ви­конує провідникову функцію – тобто проводить нер­вові імпульси по висхідних шляхах (до головного мозку) і низхідних шляхах (від головного мозку). Так пучки Голя і Бурдаха проводять збудження від про-пріорецепторів м’язів і сухожиль, частково від такти­льних рецепторів шкіри і від вісцерорецепторів. По волокнах пучка Голя інформація проводиться від ни­жньої половини тіла, по волокнах пучка Бурдаха – від верхньої. Волокна цих пучків перериваються в синап­сах довгастого мозку. Далі шлях другого нейрона, перехрещуючись, досягає таламуса, де імпульси пе­реключаються на третій нейрон, аксон якого вступає в кору великих півкуль головного мозку, в її задню центральну закрутку.

Нервові імпульси від пропріорецепторів м’язів, сухожиль і суглобових зв’язок проходять до головно­го мозку частково по волокнах спинномозочкових трактів Флексіга і Говерса, розташованих у бокових стовпах спинного мозку, частково по волокнах пучків Голля і Бурдаха. Аксони спинно-мозочкових трактів беруть свій початок від нервових клітин, тіла яких розташовані в задніх рогах спинного мозку, і несуть нервові імпульси до мозочка. Отримуючи пропріоре-цептивну інформацію про стан опорно-рухового апа­рата, мозочок разом з іншими відділами ЦНС, коор­динує рухи тіла.

25

До низхідних провідних шляхів належать пірамі­дний (кортікоспінальний) трак і екстрапірамідні шля­хи – ретикулоспінальний, руброспінальний, вестибулоспінальний тракти. Оскільки кортікоспінальний тракт проводить нервові імпульси від пірамідальних клітин (гігантські пірамідні нейрони Беца), що знахо­дяться в руховій зоні кори великих півкуль, і прохо­дить через піраміди довгастого мозку, його називають пірамідним трактом. Пірамідні нейрони кори від­повідають за довільні (вольові) м’язові скорочення. Вони посилають нервові імпульси до альфа-мотонейронів передніх рогів спинного мозку. Нервові волокна пірамідного тракту йдуть у бокових і перед­ніх стовпах спинного мозку. Ті нервові волокна піра­мідного тракту, що направляються в бокові стовпи, в нижній частині довгастого мозку роблять перехрест, тобто переходять на протилежні сторони. Інша час­тина волокон передніх стовпів іде, не перехрещую­чись у довгастому мозку, до передніх рогів спинного мозку і тільки на рівні сегментів, де закінчується шлях волокон, відбувається перехід цих волокон на протилежні сторони. У зв’язку з перехрещенням пі­рамідних шляхів порушення моторних центрів кори однієї півкулі головного мозку викликає параліч мус­кулатури протилежної сторони тіла.

В тісній взаємодії з кортікоспінальний трактом функціонує кортікобульбарний тракт, який закін­чується в ядрах довгастого мозку. В області голо­вного мозку аксони цих трактів віддають колатералі, які закінчуються в ядрах смугастого тіла, про­міжного мозку, варолієвого моста, довгастого моз­ку, у червоному ядрі; в ретикулярній формації моз­кового стовбура (мал. 15). Крім того, до червоного ядра і до ретикулярної формації йдуть безпосеред­ньо нервові тракти від тих же кіркових моторних зон, тобто від зон, звідки починаються кортікоспі­нальний і кортікобульбарний тракти. Всі вище на­звані низхідні провідні шляхи, за винятком пірамі­дального тракту, називаються екстрапірамідними шляхами, або екстрапірамідною системою коорди­нації рухової діяльності.

До екстрапірамідної системи належать руброспі­нальний і вестибулоспінальпий тракти. Основне призначення руброспінального тракту, тобто тракту, що несе нервові імпульси від червоного ядра до рухо­вих центрів спинного мозку, полягає в управлінні тонусом м’язів і в координації мимовільних рухів. Руброспінальний тракт несе також імпульси від мо­зочка, ядра вестибулярного нерва, смугастого тіла.

В регуляції наруження м’язів важлива роль на­лежить головному мозку, який складається з довгас­того мозку, заднього мозку (вароліїв міст і мозочок), середнього мозку, проміжного мозку і великих пів­куль. Із основи головного мозку виходять 12 черепномозкових нервів.

26

Мал. 15. Низхідні впливи на мотонейрон.

Довгастий мозок і вароліїв міст – єдиний струк­турно-функціональний від­діл головного мозку. Він є безпосереднім продовжен­ням спинного мозку. Рефле­кси заднього мозку більш складно координовані, ніж рефлекси спинного мозку. Причому в координації ряду рефлекторних актів беруть спільну участь нервові структури довгастого мозку і варолієвого моста.

В товщі білої речовини заднього мозку зосереджені численні скупчення сірої речовини, які називаються ядрами і центрами. В облас­ті варолієвого моста знахо­дяться ядра V, VI, VII і VIII пар черепномозкових нер­вів – ядра трійчастого, від­відного, лицевого і слухово­го нервів. Ядро вестибуляр­ного нерва – це комплекс ядер органа рівноваги: ядро Швальбе, ядро Бехтерева, ядро Дейтерса. Ядро Дейтерса разом з ядрами, що сприймають нервові імпуль­си від пропріорецепторів шиї, бере безпосередню участь у формуванні статичних рефлексів – познотонічних та установчих. У задньому мозку існують групи нейронів, які підвищують тонус м’язів-розгиначів.

Основними структурно-функціональними ком­понентами середнього мозку є чотиригорбикове ті­ло, червоне ядро, чорна субстанція, ядра III і IV пар черепномозкових нервів, ніжки мозку, частина рети­кулярної формації. В передніх горбиках чотиригорбикового тіла розміщені первинні підкіркові зорові центри, в задніх – первинні підкіркові слухові центри. Вони беруть участь у формуванні зорових і слухових орієнтувальних рефлекторних реакцій у відповідь на несподівані, раптові світлові і звукові подразнення, що має важливе значення в утворенні умовних рефлексів і в мобілізації уваги дітей.

Червоні ядра (їх два) підвищують тонус м’язів-розгиначів. В них переключаються нервові імпульси від волокон екстрапірамідної системи і мозочка. Екстрапірамідні волокна направляються сюди від база­льних гангліїв кінцевого мозку. Далі імпульси по руброспінальному тракту йдуть до передніх рогів спинного мозку, збуджуючи альфа- і гамма-мотонейрони м’язів-згиначів. Чорна субстанція (скупчення нервових темнозабарвлених клітин) має відношення до регуляції складних актів жування і ковтання, а також тонких рухів пальців.

Важлива роль в регуляції напруження м’язів належить мозочку, який має аферентні і еферентні зв’язки з усіма руховими центрами. До мозочка по аферентних шляхах надходить інформація від: 1) пропріорецепторів по спинно-мозочкових висхід­них шляхах; 2) вестибулярних ядер заднього мозку; 3) усіх рухових зон кори великих півкуль – через варолієвий міст. По еферентних шляхах від мозочка посилаються нервові імпульси до кори великих пів­куль головного мозку (через таламус), вестибуляр­них ядер заднього мозку, червоного ядра, ретикуля­рної формації довгастого мозку і варолієвого моста.

Основне функціональне значення мозочка поля­гає в доповненні і корекції діяльності рухових центрів кори і стовбурної частини головного мозку. Він узгоджує швидкі і повільні рухи, регулює позу м’язовий тонус. Мозочок бере участь у координації всіх складних рухових актів організму, включаючи довільні рухи. В літературі (Р.Шмідт, 1985) висловлюється думка про те, що інформація про замисел руху передається корою великих півкуль головно: мозку в мозочок для перетворення в програму руху, яка посилається зворотно через таламус до рухових областей кори. Після цього стає можливим здійснення руху.

У тварин з вирізаним мозочком спостерігали зниження м’язового тонусу (атонія), швидку втому (астенія), мимовільні рухи кінцівок і голови (астазія) і порушення координації рухів (атаксія). Спостереження, проведені над людьми, з паталогічним ураженням мозочка, дозволили вченим відмітити такі характерні симптоми, як ністагм, головокружіння, тремор, дефекти мови. Мозочок не тільки регулює діяльність скелетних м’язів, а й впливає на діяльність внутрішніх органів, на рівень артеріального тиску і склад крові.

Довільна рухова діяльність людини не можлива без участі кори великих півкуль головного моз­ку. Кора – це сіра речовина на поверхні великих півкуль, скупчення величезної кількості нервових клітин. При загальному огляді кори в плані її роз­витку і будови розрізняють нову кору і стару кору. Нова кора знаходиться на верхньопередній, задній і боковій поверхні півкуль. Стара кора розміщена на нижній і внутрішній поверхнях півкуль. Три осно­вні найбільші борозни – центральна, бокова, тім’яно-потилична ділять нову кору на чотири долі або частки: лобову, тім’яну, потиличну і скроневу. Менші, ніж основні, борозни розмежовують закру­тки. Так, у лобовій частці в області нової кори роз­різняють верхню, середню і нижню закрутки, а по­руч з ними перпендикулярно їм розташована пе­редня центральна закрутка, яка відділяється центральною борозною від задньої центральної закрутки, що відноситься до тім’яної долі. На бо­ковій поверхні скроневої частки теж розрізняють верхню, середню і нижню закрутки.

Передня центральна закрутка являє собою пер­винну моторну зону. Локалізація в цій зоні рухових точок, від яких посилаються сформовані у вертикаль­них колонках нервові імпульси до скелетних м’язів, відповідає послідовності представництва рецептор­них полів у задній центральній закрутці (перехрестя: права півкуля – ліва сторона тіла; ліва півкуля – права сторона тіла; верх-низ; низ-верх). Пірамідні клітини моторної зони (гігантські піраміди Беца), що входять до складу вертикальної колонки як структурно-лункціональної одиниці кори, посилають імпульси до мотонейронів, які іннервують скелетні м’язи і відпо­відають за довільні м’язові скорочення.

Кіркова регуляція рухової діяльності не обме­жується функцією первинної моторної зони. Поруч з нею в лобовій частці і за її межами існують вторинні і третинні моторні зони, які формують складні рухові акти за участю базальних гангліїв, мозо­чка і структур екстрапірамідної системи. В третин­них зонах лобової частки здійснюється свідоме програмування довільних рухів,, визначення мети поведінки, рухових задач.

Проекція рецепторних полів нижньої частини тіла знаходиться у верхній частині задньої центра­льної закрутки кори мозку, а верхніх частин тіла -з нижній частині закрутки, тобто схема соматосенсорної проекції виглядає так: низ-верх, верх-низ, ліва половина тіла – права півкуля головного моз­ку, права половина тіла – ліва півкуля. Представ­ництво (проекція) сенсорної функції в задній нейтральній закрутці відповідає представництву рухової функції різних частин тіла в передній центральній закрутці.

При подразненні поверхні шкіри короткими точковими доторками первинна відповідь у соматосенсорній зоні кори локалізується в суворо об­меженій ділянці. Методом порівняння точок подраз­нення на поверхні шкіри з точками кори, які дають відповідь, вченими виявлені проекції різних облас­тей тіла на соматосенсорну зону кори (SI) "точка в точку". Таку локалізацію називають соматотопією, або топографічним представництвом. Найбільш обширні ділянки в корі виявлені для губ, обличчя і кистей рук. У соматосенсорні зони задньої центра­льної закрутки, а звідси в передню центральну за­крутку (рухова зона) надходять потоки нервових імпульсів, викликані збудженням пропріорецепторів м’язів, сухожиль, суглобів.

Обширне представництво кистей рук у корі ве­ликих півкуль головного мозку, тісний зв’язок цієї області кори з мовними та іншими центрами, могу­тній вплив чутливості і рухової діяльності пальців рук на функціональний стан всього організму по­винні враховувати педагоги при навчанні і вихо­ванні дітей.

Роль рухового аналізатора в регуляції на­пруження м’язів. Руховий аналізатор забезпечує організм інформацією про положення тіла в прос­торі, про міру скорочення кожного м’яза, бере без­посередню участь у координації рухів і регулює тонус м’язів. Периферійний відділ цього аналізато­ра являє собою пропріорецептори м’язів, сухожиль, суглобів (мал. 16, 17).

Мал. 16. М’язові рецептори.

Термін "пропріорецептор" походить від латин­ського слова "пропріус", що означає власний. В скелетних м’язах знаходяться пропріорецептори, які називаються м’язовими веретенами, а в сухо­жиллях на місці з’єднання з м’язовою тканиною – сухожильні органи Гольджі (мал. 18). Суглоби

28

мають декілька видів пропрюрецепторів – рецепто­ри, що нагадують структуру тілець Пачіні, сухожи­льних органів Гольджі і тілець Руффіні. Тут вияв­ляються також вільні нервові закінчення. Пропріо-рецептори суглобів сигналізують про положення частин тіла (кінцівок), напрям і швидкість їхнього руху, м’язову силу. Адекватним подразненням для м’язових веретен і сухожильних органів Гольджі є їх розтягнення.

Мал. 17. Іннервація м’язів.

М’язові веретена розташовані в скелетних м’язах між поперечносмугастими м’язовими волок­нами, прикріпляючись до них паралельно. Кожне м’язове веретено має сполучнотканинну капсулу, всередині якої розміщені інтрафузальні м’язові во­локна. Звичайні м’язові волокна основної маси м’язів називаються екстрафузальними, вони вико­нують рухову функцію. Інтрафузальні м’язові воло­кна менші за розміром від екстрафузальних волокон. Їх основною функцією є рефлекторна регуляція (через спинний мозок) діяльності екстрафузаль­них м’язових волокон.

У людини існують два типи інтрафузальних м’я­зових волокон, які роз­різняють за розташуванням ядер. У м’язових волокнах обох типів усі ядра зосере­джені в середній частині волокон. Ядра м’язових волокон першого типу роз­ташовані у вигляді тісного скупчення (ядерна сумка), яке займає на короткій від­стані в середній частині всю товщу волокна. Ядра м’язових волокон другого типу розташовані в один ряд у вигляді ланцюжка. Інтрафузальні м’язові во­локна з ядерною сумкою вдвічі товщі і майже вдвічі довші, ніж інтрафузальні волокна з ядерним ланцю­жком.

Мал. 18. Нервово-м’язове веретено (А) і нервово-сухожильне веретено (Б).

Інтрафузальні м’язові волокна (їх по декілька в кожному м’язовому веретені) мають периферичні полярні скоротливі ділянки. Середні частини м’язових волокон і м’язового веретена в цілому не скоротливі, а тільки можуть розтягуватись при роз­слабленні і розтягуванні екстрафузальних м’язових золокон і м’яза в цілому або при скороченні поляр­них частин інтрафузальних м’язових волокон. До скоротливих ділянок інтрафузальних м’язових воло­кон обох типів підходять від передніх рогів спинного мозку рухові нервові волокна гамма-мотонейронів. Екстрафузальні м’язові волокна іннервуються альфа-мотонейронами, тіла яких також знаходяться в пе­редніх рогах спинного мозку. Гамма-волокна утво­рюють два типи закінчень на периферичних (поляр­них) ділянках інтрафузальних м’язових волокон: гамма-пластинки на інтрафузальних волокнах з ядер­ною сумкою і гамма-кущовидні закінчення на інтра­фузальних волокнах з ядерним ланцюжком.

В кожне м’язове веретено в ділянці його ядерної зони проникає найбільшої в організмі товщини чут­ливе мієлінове нервове волокно групи А-альфа, яке всередині веретена ділиться на гілки. Ці гілки у ви­гляді спіралеподібних нервових закінчень обвивають середині частини всіх інтрафузальних м’язових воло­кон даного веретена. Це первинні чутливі закінчення обох типів інтрафуззальних м’язових волокон. На відміну від інтрафузальних м’язових волокон з ядер­ною сумкою інтрафузальні м’язові волокна з ядерним ланцюжком іннервуються додатково вторинними чу­тливими закінченнями аферентного волокна меншої товщини порівняно з товщиною волокон, що дають первинні чутливі закінчення.

Мал. 19. Саморегуляція тонусу м ‘язів.

29

Первинні закінчення інформують про зміну роз­тягування м’язів і швидкість його подовження в ди­намічній фазі. Вторинні закінчення реагують на по­стійне натягнення м’яза і спеціалізовані для передачі інформації про положення м’яза. Вони мало чутливі до швидкості розтягнення. Ця їх властивість пов’язана з структурно-функціональними особливос­тями інтрафузальних м’язових волокон з ядерним ланцюжком, які іннервуються не динамічними, а ста­тичними гамма-волокнами гамма-мотонейронів (мал. 19). Роздільна гамма-іннервація інтрафузальних волокон з ядерною сумкою і з ядерним ланцюжком робить можливою роздільну регуляцію динамічної і статичної діяльності м’язів.

Ітрафузальні м’язові волокна з ядерною сумкою, які мають первинні аферентні нервові закінчення, активно реагують на динамічне розтягнення м’яза. При цьому різко збуджуються первинні нервові за­кінчення, нервові імпульси від яких надходять у спинний мозок і моносинаптично переключаються на альфа-мотонейрони передніх рогів спинного мозку. Альфа-мотонейрони посилають нервові імпульси до екстрафузальних волокон даного м’яза. Отже, вслід за розслабленням і розтягненням м’язів настає їх ре­флекторне скорочення, підтримується необхідний тонус (механізм регуляції довжини м’язів). Таке реф­лекторне підтримування довжини м’язів має особли­во важливе значення для сталості тонусу мускулату­ри, яка забезпечує збереження пози. Якщо в людини у вертикальному положенні відбувається таке незначне згинання в колінному суглобі, яке вона не може ні відчути, ні побачити, то в результаті розтягнення чо­тириголового м’яза стегна збільшується імпульсація від первинних чутливих закінчень веретен, закладе­них у цьому м’язі, збільшується збудження альфа-мотонейронів чотириголового м’яза, підвищується його тонус і миттєво зупиняється згинання в суглобі, яке перед цим почалось. Так попереджується пору­шення пози стояння. Навпаки, при надмірному ско­роченні м’яза ступінь збудження закладених у ньому м’язових веретен зменшується. Таким чином, дана регуляторна система сприяє збереженню постійної довжини м’яза. Необхідний рівень чутливості м’язових веретен підтримується скоротливою діяль­ністю інтрафузальних м’язових волокон.

При моносинаптичному переключенні нервових імпульсів з чутливих волокон, що йдуть від м’язових веретен даного м’яза на альфа-мотонейрони, які збу­джуються, одночасно гальмуються альфа-мото­нейрони м’язів-антагоністів.

Первинні чутливі нервові закінчення м’язових веретен можуть збуджуватись під впливом розтяг­нення м’яза, а також в результаті скорочення інтра­фузальних м’язових волокон при збудженні фузімоторних гамма-мотонейронів. Отже, існують два меха­нізми збудження м’язових веретен: 1) розтягнення м’яза і 2) скорочення м’язових волокон. Завдяки на­явності механізму скорочення інтрафузальних м’язо­вих волокон, м’язові веретена продовжують викону­вати функцію датчиків довжини м’язів навіть при скороченні екстрафузальних волокон.

Сухожильні органи Гольджі (тільця Гольджі) – пропріорецептори, які знаходяться в ділянках сухо­жиль, що примикають до м’язів. Вони з’єднуються з

30

м’язовими екстрафузальними волокнами послідовно і тому розтягуються і збуджуються не при розтягненні м’яза, як м’язові веретена, а, навпаки, при скороченні м’яза. Сухожильний пропріорецептор (сухожильний орган Гольджі) складається з сухожильних ниток, які відходять приблизно від десяти екстрафузальних м’язових волокон, і оточений сполучнотканинною капсулою. Довжина пропріорецептора може досягати 1 мм. Від сухожильних органів Гольджі відходять і направляються в спинний мозок чутливі нервові во­локна, які мають набагато менший діаметр, ніж діа­метр волокон, що відходять від м’язових веретен.

В спинному мозку нервові волокна, що відходять від органів Гольджі, активують гальмівні вставні нейрони, які пригнічують активність альфа-мотонейронів власного м’яза і викликають збудження альфа-мотонейронів м’яза-антагоніста. В загальному м’язові веретена змушують власний м’яз скоротитися після його розслаблення, а сухожильні органи Голь­джі – розслабитись після скорочення. Рефлекси, які виникають при збудженні сухожильних органів Голь­джі, сприяють підтриманню сталості напруження м’язів. В регуляції діяльності кожного м’яза беруть участь дві регуляторні системи: система регуляції довжини, роль датчика в якій виконують м’язові ве­ретена, і система регуляції напруження, датчиками якої служать сухожильні органи Гольджі.

Провідниковий і центральний відділи рухового аналізатора. Аферентні нервові волокна від м’язових веретен, сухожильних органів Гольджі і суглобових рецепторів після входження через задні корінці в спинний мозок зразу ж переходять у склад білої речовини задніх канатиків або стовпів, по яких піднімаються до першого синаптичного переключен­ня в ядрах довгастого мозку (ядра пучків Голля і Бурдаха). Пучки Голля і Бурдаха розташовані по боках задньої серединної борозни. Від ядер цих пучків у довгастому мозку направляються волокна других нейронів до ядер таламуса, від ядер таламуса волокна третіх нейронів піднімаються до задньої центральної закрутки, де знаходиться кіркова соматосенсорна зона.

Мал.20. Послідовність процесів в сенсорно-руховій інтеграції (Дж.Уілмор, Д.Костілл, 1997).

Таким чином, провідниковий відділ рухового аналізатора, його висхідний шлях співпадає з висхід­ним шляхом тактильної чутливості аналізатора шкір­ного чуття. Проте руховий аналізатор має також представництво в передній центральній закрутці (ру­хова зона) і посилає інформацію від своїх пропріорецепторів до мозочка, який бере участь у координації рухів. Загальна схема послідовності процесів сенсорно-рухової інтеграції подана на мал.20.

Імпульси, які надходять в ЦНС від пропріорецепторів рухового аналізатора, суттєво впливають на функції різних органів і систем організму. М’язова робота викликає підсилення функцій серцево-судинної, дихальної, видільної та інших систем. Після її закінчення підвищується потреба в їжі і посилюєть­ся робота травних органів. При м’язовій роботі вста­новлюються зв’язки між відповідними центрами ру­хового аналізатора і центрами, що регулюють роботу внутрішніх органів. Систематична рухова діяльність стимулює розвиток рухового аналізатора, сприяє його функціональному удосконаленню. Тому спортсмени краще орієнтуються в просторі, точніше координують свої рухи в часі і просторі, точніше, ніж неспортсмени, диференціюють м’язові зусилля.

Пропріорецептори рухового аналізатора, як і ре­цептори шкіри, ускладнюються і функціонально удо­сконалюються протягом тривалого періоду постнатального життя, досягаючи остаточної зрілості в 12-15 років. На 3-му – 4-му тижні після народження дитини виникають умовні рефлекси на пропріорецептивні подразнення. В подальшому виникають все нові і нові умовні рефлекси, пов’язані з діяльністю рухово­го аналізатора. Формується велика кількість умовних рефлексів II роду – такі званих оперантних або інструментальних, умовних рефлексів, які лежать в основі вироб­лення різноманітних ру­хових, професійних на­вичок. При м’язовій дія­льності виникають зв’яз­ки між центрами рухово­го аналізатора і центра­ми, що регулюють діяль­ність різних органів, у тому числі органів сис­теми кровообігу, дихан­ня, травлення, виділення. Встановлюється тонке узгодження між роботою рухового апарата і внут­рішніх органів. Відомо, що будь-яка м’язова робота стимулює насампе­ред систему енергозабез­печення. А така стимуля­ція без надходження прорпріорецепторної інфор­мації неможлива.

Суттєво впливає руховий аналізатор на розвиток моторної мови дітей (М.М.Кольцова, 1975, та ін). Цьому сприяє близькість рухової проекційної зони кори головного мозку до центрів умовних рефлексів і обширна рухова проекція кисті руки. Виявлена висо­ка кореляція рівня розвитку мови і точних високо-координованих рухів пальців рук.

4. Фізіологічні механізми внутрішньом’язової і міжм’язової координації функцій опорно-рухового апарата.

Електроміограма

Регуляція напруження м’язів здійснюється через механізми управління м’язовим апаратом – механізми внутрішньом’язової і міжм’язової координації. Внутрішньом’язова координація рівня напруження даного м’яза досягається:

1) регуляцією числа активних РО даного м’яза;

2) режимом активності РО (роботи більшості РО в тетанічному режимі);

3) одночасною активністю більшості мотонейронів. РО, яка в даний момент часу одержує від мотонейрона нервові імпульси і її волокна скорочуються, називається активною РО. Чим більше активних РО у даного м’яза, тим більше напруження він розвиває. Число активних РО визначається інтенсивністю збуджуючих еферентних впливів ЦНС, які в значній мірі регулюються вольовими зусиллями. Якщо для виконання даного рухового завдання м’яз повинен розвивати невелике напруження, то до його мотонейронів (звичайно малих мотонейронів з низьким порогом збудження) надходять відносно слабкі за силою збуджуючі нервові імпульси, які активують повільні РО.

Для розвитку м’язом великого напруження ЦНС активуються великі високопорогові мотонейрони, які зключають в діяльність швидкі (великі) РО. Цей ме­ханізм включення (рекрутування) РО у відповідності з їх розмірами називається "правилом розміру" Е.Хеннеман). У відповідності з цим правилом най­менші (повільні) РО активні при будь-якому напру­женні м’яза, а великі (швидкі) РО активні лише при сильному м’язовому напруженні. Тому степінь вико­ристання, а отже і функціонального вдосконалення тренування) великих швидких РО у звичайних умо­вах повсякденної діяльності завжди нижчий, ніж ма­лих повільних РО.

Активність різних видів РО визначається потуж­ністю і тривалістю виконуваної роботи. При вико­нанні тривалої м’язової роботи помірної потужності в першу чергу функціонують низькопорогові повільні РО. В міру їх стомлення в роботу включаються більш зисокопорогові РО.

Режим активності РО. Режим роботи РО ви­значається частотою імпульсації мотанейронів. Чим вища (в межах оптимуму частоти) частота імпульсації мотонейрона, тим більше напруження розвиває РО перехід зубчастого тетанусу в гладенький). Частота імпульсації мотонейронів визначається збуджуючими впливами рухових центрів кори мозку і підкіркових моторних центрів. Функціональний стан нервових центрів, в свою чергу, залежить від вольових зусиль даної людини та емоцій. Якщо частота імпульсації з боку ЦНС невелика, то працюють низькопорогові, малі (повільні) мотонейрони, які активують повільні

31

РО. А оскільки частота імпульсації мотонейронів не­велика, то РО працюють у режимі поодиноких скоро­чень або в режимі зубчатого тетанусу. Такий режим роботи РО забезпечує виконання м’язом тривалої, малоінтенсивної невтомливої роботи, направленої, наприклад, на збереження пози тіла. При більш висо­кій частоті імпульсації з боку ЦНС, раніше працюючі в режимі зубчатого тетанусу, низькопорогові РО по­чинають працювати в режимі гладенького тетанусу. У цей період, спочатку в режимі поодиноких скоро­чень, а потім у тетанічному режимі, починають пра­цювати і великі, високопорогові РО. Такий режим роботи м’язів пов’язаний з великими витратами енер­гії, він дуже втомливий, а тому короткотривалий.

Зв’язок активності РО у часі. Ступінь напру­ження м’яза визначається також тим, як пов’язані в часі імпульси, які надходять від різних мотонейро­нів до даного м’яза. В звичайних умовах більшість РО даного м’яза працює асинхронно-рівномірно, незалежно одна від одної, що зменшує амплітуду фізіологічного тремору і забезпечує необхідну плав­ність скорочення м’яза та велику точність утриман­ня необхідної пози. Втома м’яза приводить до син­хронного (одночасного) скорочення його РО. При цьому рух втрачає плавність, порушується точність, виникає втома – великі коливальні рухи з частотою біля шести коливань за 1 с.

При роботі РО у режимі гладенького тетанусу характер зв’язку в час імпульсної активності мото­нейронів практично не впливає на величину макси­мального напруження. Але при короткочасних скоро­ченнях або на початку будь-якого скорочення м’язів синхронізація імпульсної активності мотонейронів впливає на швидкість розвитку напруження ("граді­єнт сили" або "вибухова сила"): чим більше співпадань у скоротливих циклах різних РО на початку ско­рочення м’яза, тим швидше зростає величина напру­ження.

Основою механізмів міжм’язової координації є координація активності ряду м’язів шляхом включен­ня «потрібних» для успішного виконання даної впра­ви м’язів-синергістів і виключення «непотрібних» в даний момент м’язів-антогоністів. Завдяки високій досконалості механізмів міжм’язової координації іс­тотно зменшується загальна напруженість м’язів, зростає їх максимальна довільна сила.

Електроміограма. У відповідності до частоти подразнень збуджене м’язове волокно відповідає по­вним ритмом електричних потенціалів. З допомогою електроміографа ці електропотенціали м’язових во­локон реєструють у вигляді електроміограми (ЕМГ).

При слабкому скороченні м’яза, коли активні тільки деякі його РО, вдається зареєструвати елект­ричну активність окремих РО. При збудженні бага­тьох м’язових волокон відбувається сумація їхніх струмів дії, яка має характер осциляції – потенціали дії активних РО нашаровуються один на одного (явище інтерференції). При цьому амплітуда коли­вань збільшується, а ЕМГ перетворюється у інтерфе­ренційну ЕМГ, в якій не вдається відокремити ПД окремих РО. Між сумарною електричною активністю і силою скорочення м’яза в межах від слабких до субмаксимальних фізичних навантажень існує пряма залежність.

32

Для кількісної оцінки електричної активності м’язів проводять інтегрування інтерференційної ЕМГ- визначення загальної площі кривої коливань електричної активності досліджуваного м’яза. В міру розвитку втоми амплітуда ЕМГ збільшується, що пояснюється включенням в роботу високопорогових РО.

За ЕМГ оцінюють рівень вдосконалення рухової навички (правильність включення окремих м’язів), структуру рухової навички (черговість включення окремих м’язів),напруженість м’язів, вираженість втоми тощо.

5. Робота м’язів і її механічна ефективність

Скорочуючись м’яз виконує зовнішню механічну роботу – добуток величини сили (наприклад, піднято­го вантажу) на відстань переміщення. Одиниця вимі­ру роботи – кілограмометр (кгм) або джоуль (Дж). Один Дж – це робота сили в 1 ньютон при перемі­щенні тіла на відстань 1 м.

Відношення величини роботи до часу її вико­нання називається потужністю. Потужність вимі­рюється в ватах (Вт), кгм/с або кгм/хв. (1 Дж/с = 1 Вт; 1 кгм/с = 9,8 Вт; 1 Вт = 0,102 кгм/с або 6,12 кгм/хв.)

Ефективність роботи м’язів (ефективність вико­ристання енергії) оцінюють шляхом визначення кое­фіцієнта корисної дії (ККД). ККД – це виражене в процентах відношення корисної механічної енергії (КМЕ), затраченої на роботу, до загальних енерговит-рат (ЗЕ) мінус витрати енергії у стані спокою за пері­од виконання роботи (ВЕС).

Величина ККД при ходьбі – 20-25%, бігу, їзді на велосипеді, греблі, штовханні ядра – 30-40%, підні­манні штанги – 10-15%, плаванні – 3-6%. Низький ККД при плаванні пояснюється значними енерговитратами, пов’язаними з високою теплоємністю води.

Таким чином, тільки 30-40% енергії скорочення м’язів витрачається на механічну роботу, а решта 60-70% розсіюється у вигляді тепла (для порівняння: ККД паровоза – біля 6%, тепловоза – 40%, сучасного електровоза – 60%, стрибаючого кенгуру – 76%). Ви­сока економічність руху кенгуру зумовлена здатністю її скелетних м’язів багаторазово використовувати вивільнену енергію, яка нагромаджується в "м’язах-пружинах". Явище повторного використання енергії (рекуперація) спостерігається і у спортсменів – стри­бунів, лижників, гребців. Оскільки потенційна енергія м’язів може зберігатися дуже короткий час – (через 5-6 с вона майже повністю розсіюється), її використан­ня можливе тільки при великому темпі рухів. Прин­цип рекуперації враховується при конструюванні спеціальних черевиків з пружинами для стрибання "покенгуриному".

Закон середніх навантажень і середніх швид­костей. Ефективність роботи м’язів залежить від величини навантаження і швидкості скорочення – він найбільший при навантаженнях, які складають поло­вину від максимальної сили м’язів (закон середніх навантажень), і при швидкості скорочення – 35% від максимальної (закон середніх швидкостей). При більш високих швидкостях значна частина енерії витрачається на подолання внутрішнього тертя (в’язкості): чим більша швидкість скорочення м’язів тим більше внутрішнє тертя.

Закони середніх навантажень і середніх швидкостей необхідно враховувати на виробництві і в практиці фізичного виховання. У процесі тренувань юних спортсменів одночасно із збільшенням функціональних можливостей рухового апарата збільшуються абсолютні значення середніх навантажень і швидкостей. Тому величину середніх навантажень і швидкостей в кожному окремому випадку необхідно визначати експериментально, враховуючи вік, розвиток окремих груп м’язів та інші фактори. Прикладом практичного використання законів середніх швидкостей і середніх навантажень може бути їзда на велосипеді з переключенням передачі або зигзагоподібне піднімання туристів вгору тощо.

При вантажах більших від величини напруження, яку м’яз розвиває, зовнішня робота дорівнює нулю. Однак у цьому випадку м’яз знаходиться в ста напруження і витрачає енергію (статична робота), яка повністю перетворюється в тепло.

У спортивній практиці механічну продуктивність роботи (ККД м’язової діяльності) розраховують за формулою:

де: MP – механічна (зовнішня) робота в кгм С_n0₂ – обсяг використаного організмом при роботі кисню в мл; 0,49 – коефіцієнт еквівалентності між механічною роботою і обсягом використаного кисню

Із зростанням натренованості спортсмена ефективність роботи м’язів зростає. Це досягається шляхом зменшення енерговитрат за рахунок покращення: діяльності (економічності функціонування) дихальної і серцево-судинної систем, які забезпечують працюючі м’язи киснем та енергосубстратами, а також за вдяки покращенню координації рухів (гальмування активності м’язових груп, які не беруть участі у ви конанні даної роботи).

Динамічна і статична робота. М’язова робота при якій відбувається переміщення вантажу і рух кісток в суглобах, називається динамічною. При виконанні такої роботи спостерігається вкорочення і розслаблення м’язів. Робота, при якій м’язові волокна розвивають напруження, але майже не вкорочуються називається статичною (м’язи знаходяться в ізометричному напруженні).

Динамічна робота може продовжуватись тривалий час. Це пояснюється почерговим скороченням і розслабленням окремих м’язів. Динамічна робота м’язів лежить в основі ходьби, бігу, плавання, греблі спортивних ігор, багаточисельних гімнастичник вправ тощо.

Статична робота швидко викликає стомлення і не може продовжуватись тривалий час. Це пояснюється розвитком у рухових центрах працюючих м’язів захисного гальмування, яке завжди виникає тим швидке, чим інтенсивніша пропріорецептивна імпульсація. В умовах інтенсивних статичних навантажень,

внаслідок розвитку великого внутрішньом’язового тиску, порушується капілярний кровообіг м’язів, розвивається гіпоксемія, нагромаджується значна кількість продуктів обміну. Все це призводить до швидкого розвитку втоми і мимовільного припинення статичного зусилля.

Натуженим. Статичні вправи силового характеру виконуються з затримкою дихання і натуженням. Натуження пов’язане з напруженням м’язів живота та діафрагми при підніманні вантажу (у штанговому спорті) або при подоланні опору зовнішньої опори (в єдиноборствах). При цьому різко підвищується внутрішньочеревний та грудний тиск, фіксується грудна клітка, знижується забезпечення організму киснем. Натуження завжди починається на вдиху, закінчуєть­ся на видиху. Досить часто натуження поєднується з напруженням м’язів кінцівок.

Різке зменшення відтоку венозної крові до правого передсердя при натуженні призводить до застою крові у венозній частині великого кола кровообігу, при цьому зменшується і надходження крові до лівого передсердя. Як наслідок, зменшується величина систолічного обсягу крові та падає кров’яний тиск (у натренованих людей звуження периферичних судин може призвести до незначного підвищення кров’яного тиску). Після закінчення натуження, внаслідок збільшення притоку крові до серця, збільшується систолічний обсяг крові і підвищується кров’яний тиск.

При натуженні відзначають незначне зростання м’язової сили, що, ймовірно, є наслідком подразнення механо- та хеморецепторів, розташованих у легеневій та черевній порожнинах. Ці рецепторні впливи через ЦНС підвищують збудливість м’язів. Не виключено тут формування домінанти, яка забезпечує посилення збудливості працюючих рухових центрів кори мозку за рахунок імпульсів, адресованих іншим нервовим центрам.

При виконанні статичних і швидкісно-силових вправ найбільше зусилля розвивається при затриманні дихання, найменше – при вдиху. Особливо помітно натуження проявляється у ненатренованих осіб. З ростом спортивної майстерності вираженість його прояву знижується. Це пояснюється включенням дихального акту у систему умовнорефлекторних зв’язків конкретної рухової навички.

Вплив статичних навантажень на організм людини вивчено недостатньо, що значно ускладнює Використання статичних вправ в оздоровчому трену­ванні школярів і дорослих. Статичні навантаження повинні бути адекватними позам і статичним напру­женням, які властиві дітям і підліткам в повсякденному житті і при заняттях фізкультурою та спортом (І. В.Павлова, 1986).

Найбільш адекватними статичними навантажен­нями є зусилля, направлені на утримання маси тіла в положенні лежачи на стегнах, лежачи на спині, верх­ній чи нижній половині свого тіла. При цьому спо­стерігається тривале (до відмови) напруженням вели­ких груп м’язів. Розвиваючи статичну витривалість, такі вправи сприяють удосконаленню вегетативного забезпечення м’язових напружень за рахунок оптимізації функцій серцево-судинної і дихальної систем, вдосконалення механізмів аеробного енергозабезпе­чення м’язової діяльності. Статичні навантаження (з вихідним положенням стоячи) не повинні виконува­тись до відмови і перевищувати 70% від максималь­ного зусилля. Тривалість статичних напружень вели­ких груп м’язів в положенні лежачи на стегнах з утриманням ваги тіла до відмови у 10-річних підліт­ків складає 89,33 + 6,11 с, у 15-річних – 100,3 + 8,95 с (Л.Г.Петрова, В.Г.Петров, 1984).

Нами встановлено ряд особливостей статичної витривалості у гімнастів і легкоатлетів в умовах ви­конання статичних напружень (утримання ніг, лежа­чи на спині під кутом 45°. і утримання тулуба на гім­настичній лаві, "висячи" на стегнах). Більш висока статична витривалість гімнастів (107 і 79,5 с.) в порі­внянні з легкоатлетами (96,0 і 62,8 с.) пояснюється тим, що в тренувальних програмах гімнастів більше статичних вправ (утримання фіксованої пози), ніж у легкоатлетів. Тривалість же відновного періоду була значно меншою у легкоатлетів (176 ± 2,8 с), ніж у гімнастів (204 ± 3,0 с, Р<0,001).

Важливо відмітити, що тривалість утримання ніг під кутом 45° (як у гімнастів, так і у легкоатлетів бі­льша, ніж тривалість утримання тулуба на гімнастич­ній лаві (відповідно на 34% і 25%). Різницю одержа­них показників можна пояснити більш природним положенням тіла при утриманні ніг і меншою вагою нижніх кінцівок в порівнянні з вагою верхньої поло­вини тіла.

Статичні зусилля з напруженням великих груп м’язів при утриманні власного тіла в фіксованих ста­тичних позах є найбільш адекватними для натренова­них осіб, вони пропонуються також для широкого застосування в практиці фізичного тренування шко­лярів і дорослих.

При тренуванні статичної витривалості доцільно поєднувати ізометричні скорочення м’язів (не трива­лих і не максимальних за потужністю) з динамічни­ми, з включенням вправ на розслаблення. Оптималь­ним навантаженням для розвитку статичної витрива­лості є статичні вправи тривалістю 80-85% часу від максимально можливого утримання статичного на­пруження.

2.4. ПРАКТИЧНІ ЗАВДАННЯ

Матеріальне забезпечення заняття. Таблиці, схеми, діапозитиви (кодопозитиви) з питань даної теми, діапроектор, кодоскоп. Осцилограф, підсилювач змінного струму, нашкірні електроди, лейкопластир, кистьовий динамометр з рухливою стрілкою, міотонометр Козловського або інші.

РОБОТА 1

Дослідження біоелектричної активності м’язів людини

Завдання. Оволодіти методикою реєстрації електричної активності м’язів.

Методика. Для виконання роботи готуємо прилади – підсилювач змінного струму (УБП 1-03 або аналогічні), осцилограф, включити їх в мережу. Нашкірні електроди заповнюють пастою і фіксують лейкопластирем на протертій спиртом шкірі над двоголовим м’язом на віддалі 2 см один від одного; підключають до підсилювача, з’єднаного з осцилографом.

Досліджуваному пропонують стиснути кистьовий динамометр з рухливою стрілкою, утримуючи якнайдовше зусилля рівне 50% від максимального. Реєструють електроміограму на початку роботи і перед відмовою піддослідного продовжити роботу. Через 5 хв. відпочинку дослід повторюють, даючи досліджуваному вказівку якнайдовше утримувати зусилля з максимальним напруженням.

Визначають частоту потенціалів дії і амплітуду найбільших хвиль одержаних електроміограм. На основі аналізу отриманих даних роблять висновок про динаміку синхронізації роботи рухових одиниць при виконанні навантажень різної потужності. Про дисхронізацію свідчить виникнення великої кількості дрібних коливань за умови зниження кількості хвиль високої амплітуди. При середніх навантаженнях амплітуда потенціалів дії зростає, а частота зменшується. Це свідчить про наростання втоми. При максимальному статичному напруженні м’язів відмічається зміна високого рівня синхронізації на початку роботи, дисинхронізацією з розвитком втоми під кінець роботи. Амплітуда потенціалів дії при цьому зменшується.

РОБОТА 2 Дослідження статичного напруження м’язів

Завдання. Оволодіти методиками дослідження тривалості статичного напруження скелетних м’язів. Оцінити статичну витривалість гімнастів та легкоатлетів.

Методика. Статичне напруження (статичну витривалість) великих груп м’язів гімнаста і легкоатлета (стайєра) досліджують за показниками тривалості утримання тіла на гімнастичній лаві (М.В. Антропова, А.Г.Хрипкова,1982) та за тривалістю втримання ніг під кутом 45°, лежачи на спині (К.Ю.Ажицький, С.В.Коротких, А.П.Єрьомін, 1990).

1. Спираючись стегнами на гімнастичну лаву, обстежуванний старається якнайдовше утримувати верхню частину тіла (за рахунок статичного напруження відповідних м’язів) паралельно поверхні підлоги в положенні обличчям вниз. Ноги фіксуються під рейкою гімнастичноїстінки, руки – за голову.

2. Лежачи на спині (руки за головою), обстежуваний піднімає ноги до утворення кута 45° між їх направленням і площиною підлоги. Відмічають час, протягом якого обстежуваний утримує ноги, не змінюючи означеного кута. В час тестування статичної витривалості, досліджуваних візуально і пальпаторно, визначають групи м’язів, які беруть бкзпосередню участь у виконанні вище зазначених вправ.

Одержані в дослідах дані порівнюють з даними тривалості статичних напружень великих груп м’язів в положенні лежачи на стегнах з утриманням ваги тіла до відмови у підлітків (Л.Г.Петров, В.Г.Петров, 1984): у 10-річних підлітків – 89,33+6,11 с, у 15-річних – 100,3±8,95 с. У висновках до роботи вказують, які групи м’язів беруть участь у виконанні першої і другої вправ; відмічають відповідність одержаних показників статичної витривалості показникам таблиці 8.

Таблиця 8

Статична витривалість гімнастів і легкоатлетів масових розрядів в умовах виконання статичних напружень (П.Д.Плахтій, 1998)

Досліджувані групи спортсменів	Тривалість утримання ніг, с	Тривалість утримання тулуба, с	Тривалість відновного періоду, с
Легкоатлети (n=10)	96+2,8	62,8±2,6	176±3,8
Гімнасти (n=10)	107±3,4	79,5±2,6 Р< 0,001	204±3,0 Р < 0,001

РОБОТА 3

Визначення тонуса м’язів

Завдання. Оволодіти методикою визначення тонусу м’язів методом міотомометрії. Проаналізувати експериментальні данні тонусу м’язів нижніх кінцівок підлітків 15-17 річного віку в стані спокою, після розминки та ігрової частини уроку фізкультури (табл. 9 і 10)

Методика. Міотонометр Ю.І.Козловського (1978) являє собою індикатор годинникового типу з щупом і обмежувальним кільцем, зафіксованим так, щоб щуп приладу виходив за межі обмежувача на 6 мм. Для визначення точки, на яку ставитиметься міотонометр, обстежуваному пропонують максимально напружити досліджуваний м’яз. Найбільш виступаючу його частину помічають чорнильною крапкою. Визначають тонус м’яза в даній точці спочатку при її найповнішому розслабленні (ТР) – тонус розслаблення, тоді – при максимальному напруженні (ТН) – тонус напруження. Для цього, приставивши щуп до мітки на м’язі, злегка приспускають прилад (нитка ледь-ледь прогинається). Оскільки вага приладу стала, то і тиск щупа міотонометра буде також величиною сталою.

Після визначення тонусу м’яза в розслабленому стані і при максимальному ізометричному напруженні розраховують амплітуду тонуса (AT) – різницю між ТН і ТР. Чим більша різниця показників міотонометра в розслабленому стані і при її максимальному напруженні (більша амплітуда твердості м’яза), тим кращий функціональний стан нервово-м’язової системи і, навпаки, зниження амплітуди твердості м’яза свідчить про погіршення його функціональних можливостей.

При втомі (перевтомі) амплітуда тонуса зменшується. Тонус окремих груп м’язів визначають в усіх студентів групи, які спеціалізуються з одного виду спорту, але мають різний рівень кваліфікації.

35

Таблиця 9

Тонус м’язів в стані спокою у підлітків 15-17 річного віку (за П.Д.Плахтієм, 1998)

Досліджувані групи м’язів	Вік учнів, років
	15	16	17
Кравецький м’яз	98,3±5,2	73,6±6,6	62,6+7,2
Чотирьохголовний м’яз	75,6±4,8	66,8±7,9	60,0±11,6
Зовнішня головка інкроножного м’яза	74,2±4,9	72,0±14,2	54,0±14,2
Внутрішня головка інкроножного м’яза	71,4±6,6	63,3+18,0	58,8±18,6
Камбаловидний м’яз	102,2+5,4	76,4±10,1	58,6±20,4

Таблиця 10

Зміни тонуса м ‘язів нижніх кінцівок після розминки

(чисельник) та ігрової частини уроку фізкультури

(знаменник) у підлітків 15-17 річного віку

(за П.Д. Плахтієм, 1998)

Групи м’язів	Вік учнів, років
	15	16	17
Кравецький м’яз	70.5±6.6 38,7±3,6	68.916.0 64,216,7	72.6111,6 79,218,9
Чотирьохголо-вий м’яз	48,416.7 34,6±3,8	60.017.2 42,0114,2	83,018,3 62,3112,4
Зовнішня головка інкроножного м’яза	40.9±4,2 33,6+5,0	49.717.4 43,915,9	58.6116.0 55,418,7
Внутрішня головка інкроножного м’яза	35.4±3.8 34,6±5,2	43.617.2 42,718,0	54.318.1 54,319,0
Камбаловидний м’яз	51.917.6 43,114,4	63.518.0 54,217,9	57.716.6 60,0110,2

У висновках до роботи вказують на практичне значення міотонометрії, зокрема, як засобу контролю за ефективністю реакції опорно-рухового апарату на фізичне навантаження. З даних таблиць 9 і 10 видно, що з віком внаслідок вдосконалення механізмів центральнонервового управління м’язовим апаратом тонус м’язів знижується. Порівнюючи дані міотонометрії досліджуваних різної спортивної кваліфікації, роблять висновок про те, що систематичні заняття фізичними вправами сприяють зменшенню м’язового тонуса.

РОБОТА 4

Порівняльна характеристика динамічної

і статичної роботи

Завдання. Виявити направленість і вираженість змін функціонального стану кардіореспіраторної системи у людини за умови виконання динамічної і статичної роботи.

Методика. Із студентів групи підбирають двох піддослідних приблизно однакового рівня фізичної підготовленості. Інші студенти одержують завдання досліджувати динаміку одного з фізіологічних показників: ЧСС, артеріальний тиск, частоту і глибину дихання, хвилинний обсяг дихання за допомогою спірографа або спірометра. Додатково до згаданих показників розраховують систолічний і хвилинний обсяг кровообігу, коефіцієнт витривалості та споживання кисню. Систолічний обсяг кровообігу визначають за формулою Старра:

СОК(мл) = 100 + 0,5 * ПТ- 0,5 ДТ-0.6В

де: ПТ – пульсовий тиск, мм.рт.ст.; ДТ – дістолічний тиск, мм рт.ст.; В – вік, літ.

Знаючи величину ЧСС і СОК, розраховують хвилинний обсяг кровообігу (ХОК, мл/хв):

ХОК = ЧСС * СОК

Коефіцієнт витривалості (KB) є інтегральним показником функціонального стану серцево-судинної системи. Він об’єднує в собі величини ЧСС, систолічного і діастолічного тисків:

КВ = (ЧСС * 10) / пульсовий тиск

В нормі KB становить 16. При послабленні функції серцево-судинної системи KB підвищується, при її посиленні – знижується.

Споживання кисню (Сп0₂) розраховують за формулою:

СпО₂ =(3,5* ХОД) / 100

де: 3,5 – кількість кисню (мл), що поглинається з 100 мл вдихуваного повітря в стані спокою. При фізичній роботі величина споживання кисню складає 4,5% від легеневої вентиляції.

Попередньо студенти опановують навичками тестування відповідних фізіологічних показників. Після проведення підготовчих робіт в обох обстежуваних визначають вказані фізіологічні показники в стані спокою, тоді вдруге – після фізичного навантаження.

В якості експериментального навантаження перший обстежуваний (після його приєднання через загубник до спірографа), виконує статичне напруження: утримання ніг під кутом 90° з вихідного положення сидячи на сидінні велоергометра.

Після закінчення вправи реєструється тривалість статичного напруження і повторюється визначення передбачених дослідом фізіологічних показників: зразу ж після роботи, на 3-й, 6-й і 10-й хвилині відновного періоду.

Другий обстежуваний виконує динамічну роботу (крутіння педалей велоергометра або біг на місці з максимальною частотою) протягом часу, який був витрачений першим досліджуваним на виконання статичної роботи. Як і в попередньому випадку досліджувані показники реєструють перед роботою, після навантаження і у відновному періоді. Одержані в досліді дані заносять до протокольної таблиці.

Результати одержані при дослідженні фізіологічних реакцій серцево-судинної і дихальної систем, при статичній і динамічній роботі, співставляють. Роблять висновки щодо виразності вегетативних зрушень та втомлюваності статичної і динамічної роботи. Для наглядності фізіологічних зрушень динаміку змін досліджуваних показників ілюструють графічно (на осі абсцис відмічають час в секундах, а на осі ординат – динаміку зміни досліджуваних показників).

36

Протокольна таблиця характеристики динамічної і статичної роботи за показниками кардіореспіраторної системи

Фізіологічні показники	Стан спокою	Після статичної роботи				Після динамічної роботи
		перші 10 с	3-я хв.	6-а хв.	10-а хв.	перші 10 с	3-я хв.	6-а хв.	10-ахв.
1.ЧСС, ск/хв.
2. AT, мм рт.ст
3. Пульсовий тиск, мм рт.ст.
4. СОК, мл
5. ХОК, л/хв.
6. KB, ум. од.
7. Частота дихання, за 1 хв								4
8. Глибина дихання, мл
9. ХОД, л/хв.
10. Сп02, л/ха.

2.5. СИТУАЦІЙНІ ЗАПИТАННЯ І ЗАДАЧІ

1. При стисканні кистьового динамометра проявляються як концентричні (ізотонічні), так і ізометричні скорочення м’язів-згиначів пальців кисті. Вкажіть, якому періоду стискання динамометра при тестуванні максимальної довільної сили відповідатимуть згадані типи скорочень м’язів?

2. Виконання інтенсивних статичних вправ протипоказанні дітям середнього і особливо молодшого шкільного віку. Обгрунтуйте значимість цього положення для практики фізичного виховання.

3. Чим шкідливе надмірне розтягання м’язів? Чому при заняттях з дітьми належить уникати пасивних рухів, які сприяють перерозтягненню м’язів?

4. Важливим методом тестування функціонального стану м’язів є міотонометрія. Вкажіть на значення міотонометрії для практики фізичного виховання.

5. У двох учнів 8-го класу визначені показники максимальної довільної (МДС) і максимальної істинної сили (МІС) згиначів плеча. У першого досліджуваного ці показники відповідно становили 6 і 8 кг/см², у другого – 7 і 8 кг/см². У кого з обстежу-ванних юнаків більш досконале центральнонерво-ве управління м’язовим апаратом?

6. Поряд з тетанічним скороченням м’язів існує ще одна різновидність тривалого скорочення м’язів-контрактура. Вкажіть на різновидності контрактур. Дайте їм коротку характеристику.

7. Перед виконанням швидкісно-силових вправ (метання списа, штовхання ядра тощо) учня навчають дещо розтягувати м’язи (за межі довжини спокою), які беруть участь у виконанні вправи. Для чого це робиться?

8. Поясніть природу прямої залежності величини ізометричного напруження (статична робота на витривалість) від його тривалості. Яким повинно бути навантаження, щоб робота в ізометричному режимі могла продовжуватись якнайдовше?

9. Фізичним тренуванням можна поліпшити рівень ефективності (ККД) роботи Що це значить з точки зору енергетики? Чому при виконанні професійної роботи не бажано, щоб величина навантаження перевищувала 50% від МСК?

10. Хвилинне споживання кисню учнем, який виконав велоергометричне навантаження величиною 2000 кґм/хв., – 4000 мл кисню. Яка ефективність виконаної роботи? Коефіцієнт еквівалентності між механічною роботою (MP) і обсягом використано-гокисню (Сп0₂) становить 0,49.

11. Визначте величину степ-ергометричної роботи і споживання кисню юнаком 17-літнього віку. Вага досліджуваного – 70 кг, висота двосходинковоі драбинки – 0,5 м, частота сходжень за 1 хв. – 33.

12. Протягом 1 хв., юнак 50 разів підняв правою рукою гирю вагою 16 кг на висоту 1 м. Виконання роботи супроводжувалось зростанням ЧСС до 150 ск/хв і систолічного обсягу крові до 120 мл, артеріовенозна різниця за киснем становила 10 об% (10 мл кисню на 100 мл крові або 100 мл кисню на 1 л ХОК). Визначіть величину виконаної юнаком роботи, хвилинний обсягу крові (ХОК) і величину споживання кисню (Сп0₂).

13. Відносна сила м’язів (відношення сили м’язів до маси тіла) у школярів-спортсменів не відповідає показникам сили відповідних м’язів ‘школярів-неспортсменів. Чому?

2.6. МАТЕРІАЛ ДЛЯ КОМП’ЮТЕРНОГО КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Форми і типи м’язових скорочень

В залежності від характеру зміни довжини м’яза, що скорочується, розрізняють такі форми м’язового скорочення:

а) концентричну, ексцентричну і динамічну;

б) статичну, ізометричну і аксотонічну;

в) концентричну, ізометричну, ауксотонічну;

г) статичну, динамічну, ауксотонічну; Розрізняють два типи динамічних скорочень:

а) ізометричний і ізотонічний;

б) ізометричний і ексцентричний;

в) концентричний і ексцентричний;

г) ізотонічний і концентричний.

37

3. Основним типом статичної форми скорочень м’язів є:

а) ізометричний, б) ізотонічний,

в) концентричний, г) ексцентричний.

4. Скорочення м’язів, при яких змінюється їх довжина і напруження, називаються:

а) динамічними, б) статичними,

в) ауксотонічними, г) переборюючими.

5. Співвідношення вираженості динамічних і статичних скорочень у виконанні окремих вправ дозволяє умовно поділити їх на:

а) переборюючі, утримуючі, уступаючі,

б) динамічні, статичні, ауксотонічні,

в) переборюючі, статичні, динамічні,

г) аеробні, анаеробні, аеробно-анаеробні.

6. В основі більшості фізичних вправ лежить така форма м’язових скорочень:

а) динамічна, б) статична,

в) ауксотонічна, г) а+б.

7. З ростом спортивної майстерності затримка дихання і натуження, які виникають при виконанні статичних вправ силового характеру, стають:

а) більш вираженими,

б) менш вираженими,

в) змін не спостерігається.

8. Феномен статичних напружень характеризується більш вираженим посиленням вегетативних функцій:

а) в час статичної роботи,

б) в перші секунди після її закінчення,

в) на 3-5 хв. після її закінчення,

г) на перших секундах статичної роботи.

9. Феномен статичних напружень частіше проявляється у:

а) дітей,

б) ненатренованих до статичної роботи осіб,

в) спорсменів.

10. Систематичні тренування з включенням статичних вправ прояв феномена статичних напружень:

а) посилюють,

б) згладжують,

в) приводять до його повного зникнення,

г) б+в.

11. Дихання і кровообіг при статичній роботі в порівнянні з динамічною:

а) менш виражені, б) більш виражені,

в) виражені однаково, г) б+в.

Режими скорочень м’язових волокон

12. Розрізняють два режими скорочень м’язів:

а) поодиноких скорочень і зубчатого тетануса,

б) зубчатого і гладенького тетануса,

в) поодиноких і тетанічних скороченнь,

г) ізометричних і ізотонічних скорочень.

13. На кривій поодинокого ізометричного скорочення виділяють дві фази:

а) підйому напруження і розслаблення,

б) вкорочення і видовження,

в) підйому напруження і видовження,

г) вкорочення і розслаблення.

14. Тривалість фази напруження (вкорочення) при поодинокому режимі скорочень м’язів в порівнянні з фазою розслаблення (видовження) приблизно:

а) вдвічі коротша, б) вдвічі довша, в) втричі коротша, г) втричі довша.

15. На кривій поодинокого ізотонічного скорочення виділяють дві фази:

а) підйому напруження і розслаблення,

б) вкорочення і видовження,

в) підйому напруження і видовження,

г) вкорочення і розслаблення.

16. Підтримання природної пози тіла людини здійснюється:

а) тонічним напруженням м’язів,

б) тетанічним напруженням м’язів,

в) напруженням м’язів в режимі зубчатого тетанусу,

г) а+в.

17. Тетанічні скорочення характерні:

а) гладеньким м’язам, б) м’язу серця,

в) скелетним м’язам, г) а+б.

18. Людина прикладає зусилля, щоб підняти тягар, який за своєю вагою набагато більший її максимальної сили. Основним типом скорочень м’язів за даних умов є:

а) концентричний, б) ексцентричний, в) ізотонічний, г) ізометричний.

19. Суцільний (гладенький) тетанус виникає в умовах, коли повторні нервові імпульси надходять так часто, що співпадають з:

а) фазою скорочення м’яза,

б) фазою здовження і разслаблення м’яза,

в) латентним періодом скорочення,

г) періодом після завершення повного циклу скорочення.

20. Неповний (зубчатий) тетанус виникає в умовах, коли повторні нервові імпульси надходять так часто, що співпадають з:

а) фазою вкорочення,

б) фазою здовження і розслаблення м’яза,

в) латентним періодом скорочення,

г) періодом після завершення повного циклу скорочення.

21. Тетанусом називається:

а) ауксотонічне скорочення м’яза,

б) ексцентричне скорочення м’яза,

в) сильне і тривале скорочення м’яза при великій частоті подразнення,

г) тонічне скорочення м’яза статичної форми, направлене на підтримання пози тіла.

Регуляція напруження м’язів. Електроміограма

22. Регуляція рівня напруження даного м’яза здійснюється:

а) регуляцією числа активних РО даного м’яза,

б) режимом активності РО,

в) одночасною активністю більшості м’язових волокон,

г) а+б+в.

23. В звичайних умовах повсякденної діяльності рівень використання великих(швидких) РО в порівнянні з малими (повільними) РО:

а) вищий, б) нижчий,

в) однаковий, г) а+в.

24. Самі малі (повільні) РО активні при:

а) будь-якому напруженні м’язів,

б) сильних напружееннях м’язів,

38

в) слабких напруженнях м’язів,

г) максимальних напруженнях м’язів.

25. Для розвитку м’язом великого напруження до його мотонейронів надходять більш інтенсивні збуджуючі впливи з ЦНС, що викликають активацію:

а) високопорогових мотонейронів,

б) швидких рухових одиниць,

в) низькопорогових мотонейронів і повільних рухових одиниць,

г) а+б.

26. Великі (швидкі) РО активні при:

а) будь-якому напруженні м’язів,

б) сильних напруженнях м’язів,

в) слабких напруженнях м’язів,

г) мінімальних м’язових напруженнях.

27. При тривалій м’язовій роботі, яка пов’язана з відносно помірним м’язовим скороченням, в першу чергу активуються:

а) повільні РО,

б) швидкі РО (типу ІІБ),

в) швидкі маловтомливі РО (типу ПА),

г) а+в.

28. В міру розвитку втоми у виконання напруженої динамічної роботи включаються:

а) більш високопорогові великі РО,

б) менш високопорогові великі РО,

в) менш високопорогові малі РО,

г) б+в.

29. Для розвитку м’язом невеликого напруження, до його мотонейронів підходять відносно слабкі збуджуючі аферентні імпульси, що активують:

а) високопорогові мотонейрони,

б) швидкі рухові одиниці,

в) низькопорогові мотонейрони і повільні РО,

г) а+б.

Робота м’язів та її механічна ефективність

30. Піднявши штангу вагою 50 кг на висоту 2 м, учень виконав роботу (кгм):

а) 500, б) 100,

в) 200, г) 300.

31. Спортсмен підняв штангу вагою 70 кг на висоту 2 м за 1 секунду. Потужність виконаної роботи складатиме (кгм/с):

а) 40, б) 80,

в) 140, г) 240.

32. Виражене в процентах відношення корисної механічної енергії, затраченої на роботу, до загальних енергозатрат називається:

а) коефіцієнтом корисної дії (ККД),

б) механічною продуктивністю роботи,

в) силовим дефіцитом,

г) а+б.

33. Величина ККД паровоза – 6%, тепловоза – 40%, електровоза – 60%, стрибаючого кенгуру – 75%, людини (%):

а) 5-Ю, б) 20-30, в) 40-50, г) 50-60.

34. ККД при плаванні (%):

а) 3-6, б) 8-12, в) 15-20, г) 20-30.

35. ККД залежить від швидкості скорочення м’яза. Він найбільший при скороченні з швидкістю, що дорівнює (% від максимальної):

а) 15 б) 35 в) 55 г) 65.

36. ККД залежить від величини навантаження. Він найбільший при навантаженнях, які складають таку частину від її максимальної сили:

а) 1/2, б) 1/3, в) 1/4, г) 1/5.

37. Найбільш низький ККД у спортсменів, які спеціалізуються з:

а) гімнастики, б) спортивних ігор,

в) велоспорту, г) плавання.

38. Для практичних розрахунків ККД необхідно знати:

а) величину виконаної роботи в кГм,

б) обсяг використаного при роботі кисню в мл,

в) коефіцієнт еквівалентності між механічною роботою і обсягом спожитого кисню (0,49),

г) а+б+в.

39. Підвищення ККД при систематичних тренуваннях; характеризується:

а) специфічністю,

б) специфічність відсутня,

в) специфічність виникає лише у видах спорту, направлених на розвиток сили,

г) специфічність характерна лише для витриваліс-них видів спорту.

40. Аеробною називається робота, енергозабезпеченя якої здійснюється в основному за рахунок такої енергосистеми:

а) лактацидної,

б) окислювальної (окислення глікогену і глюкози),

в) окислювальної (окислення жирів),

г) б+в.

41. Анаеробною називається робота, енергозабезпечення якої здійснюється переважно за рахунок та кої енергосистеми:

а) фосфагенної,

б) лактацидної,

в) а+б,

г) окислювальної (окислення вуглеводів і жирів).

2.7. ВІДПОВІДІ НА СИТУАЦІЙНІ ЗАПИТАННЯ І ЗАДАЧІ

1.В час руху стрілки динамометра м’язи обстежуваного, стискаючи прилад, працюють в ізотонічному режимі. Як тільки стрілка динамометра зупиниться, що відповідає максимальній довільній силі м’язів кисті обстежуваного, ізотонічний режим скорочень переходить в ізометричний: м’язи напружені, але не вкорочуються.

2. Довготривале використання інтенсивних статичних вправ учнями негативно впливає на вдосконалення вегетативних функцій. Тому вони протипоказані дітям середнього та особливо молодшого шкільного віку і людям з ослабленим здоров’ям. Негатив ний вплив статичних вправ на функціональний ста системи дихання, кровообігу зменшується, якщо і поєднувати з вправами динамічного характеру, активізує діяльність вегетативних систем енерго безпечення, посилює процеси метаболізму. Виконан ня учнями старшого і навіть середнього шкільного віку, комплексів динамічних та статичних вправ сприяють розвитку статичної витривалості.

3. Скелетні м’язи людини постійно знаходяться в невеликому напруженні – тонусі. На його підтриман

39

ня витрачається біля 25% енергії основного обміну. Тонус м’язів підтримується завдяки постійному надходженню в ЦНС імпульсів від рецепторів слуху, зору, вестибулярного апарата, рецепторів шкіри, про-пріорецепторів м’язів і сухожиль. При блокуванні чутливих нервів м’язи дещо видовжуються і повністю розслаблюються. Більш довгими м’язи стають і при їх частих розтягненнях. Рівень тонусу таких м’язів завжди знижений. Оскільки оптимальний тонус м’язів є необхідною передумовою захисту і стабілізації робота суглобів то при пониженні м’язового тонусу ці захисні рефлекси стають менш ефективними. Понижений тонус скелетних (суглобових) м’язів є однією з причин суглобових вивихів. Звідси логічним є висновок про те, що розтягнення м’язів має бути помірним. Тому при заняттях з дітьми належить уникати пасивних рухів.

4. Показник міотонометрії є об’єктивним методом оцінки функціонального стану м’язів спортсменів: чим вища амплітуда тонусу, тим вища натренованість спортсменів. Спостереження за змінами тонусу м’язів у різні періоди тренування може бути тестовим для корекції тренувальних програм. При перевтомі амплітуда тонусу зменшується, отже міотоно-метрія може бути використана як метод оперативного контролю за величиною тренувальних навантажень.

5. Різниця показників МДС і МІС згиначів плеча (силовий дефіцит) у першого обстежуваного учня 2кг/см² (8кг/см²-6кг/см²), у другого 1кг/см²(8кг/см²-7кг/см²). Зменшення силового дефіциту, тобто наближення МДС до МІС, більш виражене у другого учня, а отже у нього і більш досконале центральноне-рвове управління м’язовим апаратом.

6. Контрактура – це сильне, локальне, тривале скорочення м’язових волокон, з сильно сповільненим розслабленням. Розрізняють дві різновидності контрактури – природжену (природжене різке обмеження рухомості внаслідок недорозвиненості м’язів і суглобів) і набуту (професійну). Причинами виникнення набутих контрактур є порушення функції нервової системи в умовах дії надмірних за силою подразників. Професійні контрактури зумовленні перенапруженням тих груп м’язів, які інтенсивно використовуються в процесі виконання професійної роботи.

7. Позитивний вплив на прояв швидкісно-силових здібностей учня, який перед виконанням вправи старається забезпечити оптимальне розтягнення необхідних м’язів, зумовлений ефективним використанням рефлексу на розтягнення (міотонічно-го рефлексу).

Міотонічний рефлекс – це рефлекс активної протидії м’яза його розтягненню. Він виникає внаслідок збудження чутливих нервових закінчень у м’язових веретенах при розтягуванні м’яза. Імпульси від пропріорецептрів розтягнутого м’яза направляються в спинний мозок і безпосередньо (без участі проміжних нейронів) передаються на рухові альфа-мотонейрони, що і викликає посилення еферентної імпульсації, а значить і зростання сили м’язових скорочень. Рефлекси на розтягнення беруть участь у здійсненні таких локомоторних актів, як ходьба і біг. Вони активізуються при метанні – сильний замах, розтягуючи м’язи, викликає їх наступне більш сильне рефлекторне скорочення. Полегшуючи рух в протилежний розтягненню бік, даний рефлекс знижує ефективність вправ на розтягнення, стримує прояв гнучкості.

8. Тривалість роботи залежить від величини зусилля: чим більша величина ізометричного напруження, тим при інших рівних умовах менша тривалість його підтримання. При великих статичних напруженнях, внаслідок високого внутрі-шньом’язового тиску, порушується капілярний кровообіг, а отже і надходження до працюючих м’язів кисню та поживних речовин, виведення продуктів обміну тощо. М’язи починають працювати в анаеробному режимі, що зумовлює нагромадження кислих продуктів обміну та розвиток втоми. Вправи з навантаженням 50% від максимальної сили можуть тривати біля 60 с, при менших величинах ізометричного напруження робота може продовжуватись, в залежності від рівня натренованості м’язів, значно довше (до 10 хв. і більше).

9. Краща (більш висока) ефективність (ККД) м’язової діяльності свідчить про те, що дана робота виконується з більш низьким енергообміном, тобто більш економно. Економічність діяльності органів і систем організму спортсмена високої кваліфікації пояснюється перш за все високою досконалістю функціонування ЦНС (досконалістю механізмів внутрішньом’язової і міжм’язової координації функцій).

Виконання вправ з кисневим запитом вищим 50% МСК пов’язане із значною активізацією механізмів анаеробного енергозабезпечення. При цьому утворюється велика кількість кислих продуктів обміну, що спричиняє швидку втому і зниження працездатності. Ефективність (ККД) виконання такої роботи знижується. Подальше продовження роботи за таких умов можливе лише завдяки значних вольових зусиль.

10.Коефіцієнт корисної дії (ККД) виконаної роботи визначається за формулою:

ККД = (ЗЕ * 100) / ЕМР

де: ЗЕ – загальні енерговитрати; ЕМР – енерговитрати на механічну роботу.

Витрати енергії з врахуванням величини використаного кисню визначаються з використанням коефіцієнта еквівалентності (0,49) між механічною роботою (MP) і обсягом використаного кисню (Сп0₂) за формулою:

ККД = 0,49 * (МР/СпО₂)*100=0,49*(2000 кгм/хв / 4000 мл) * 100=24,5%

11. Потужність степ-ергометричного навантаження (ПН) визначається за формулою: ПН=1,3 (МТ • ВС • ЧС), де: 1,3 – коефіцієнт роботи, яка виконується досліджуваним при його сходжені з сходинки на долівку, МТ – маса тіла досліджуваного (70 кг), ВС – висота сходження на двосходинкову драбинку (0,5 м), ЧС – частота сходження (сходжень за 1 хв. -33). Отже ПН = 1,3 (70 • 0,5- 33) = 2360 кгм/хв. Відомо, що на виконання 1 кгм роботи витрачається 1,78 мл кисню. Отже, виконуючи степ-ергометричну роботу, досліджуваний споживав 1,83 л кисню (2360 • 1,78).

40

12. Юнак виконав роботу величиною 800 кгм/хв (16 кгІм-50 разів). ХОК = 150 ск/хв. 120 мл = 18 л/хв. Споживання кисню (Сп0₂) є добуток ХОК і артеріовенозної різниці за киснем: Сп0₂ = 100 мл * 18 л/хв = = 1800мл/хв.

13. Відносна сила м’язів у школярів-спортсменів більша, ніж у школярів, які не займаються спортом. Ця закономірність зберігається і за умови рівності величини загальної маси досліджуваних м’язів. Більша величина відносної сили м’язів у спортсменів зумовлена більш високою досконалістю у них механізмів центральнонервового управління опорно-руховим апаратом. Підтвердженням цього є менша величина силового дефіциту (різниця величин максимальної довільної сили і максимальної істинної сили) при виконанні регіональної роботи в порівнянні з роботою глобального характеру (регулювати напруження великої групи м’язів нервовій системі завжди важче, ніж малої).

2.8. ВІДПОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ КОМП’ЮТЕРНОГО КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Десятки	Одиниці
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0		г	в	а	в	а	в	б	б	б
1	г	а	в	а	а	б	в	в	г	а
2	б	в	г	б	а	г	б	г	а	в
3	б	в	г	б	а	б	а	г	г	а
4	г	в

РОЗДІЛ ІІ

ФІЗІОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНІВ, ЩО ВИНИКАЮТЬ В ОРГАНІЗМІ ШКОЛЯРІВ В УМОВАХ ТРЕНУВАЛЬНОЇ І ЗМАГАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Заняття 3

ФІЗІОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕДСТАРТОВИХ

РЕАКЦІЙ, ВПРАЦЬОВУВАННЯ І СТІЙКОГО СТАНУ

ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЮНИХ СПОРТСМЕНІВ

3.1. МЕТА ЗАНЯТТЯ:

закріпити знання матеріалу теми (обговорення запитань для самопідготовки);

оволодіти навичками визначення різновидностей передстартового стану. Вміти використовувати різноманітні засоби для нормалізації (згладження негативного впливу) небажаних передстартових реакцій; оволодіти навичками визначення тривалості розминки і величини інтервалу часу між її закінченням і початком основної роботи;

вміти використовувати різноманітні засоби для прискорення впрацьовування окремих функцій організму в процесі м’язової діяльності;

вміти використовувати стійкий стан для підтримання високої працездатності школярів при виконанні ними вправ динамічного характеру; вміти розв’язувати ситуаційні задачі і знати відповіді на запитання комп’ютерного контролю знань.

3.2. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ

Особливості перебігу емоційно-стресових реакцій у спортсменів в процесі спортивної діяльності. Передстартовий стан, його фізіологічна суть і методи регулювання. Різновидності передстартових реакцій. Способи регулювання передстартових станів. Особливості перебігу передстартових реакцій у юних спортсменів.

Розминка, її фізіологічна суть і значення. Розминка і підготовча частина уроку фізкультури в школі.

Фізіологічна характеристика стану відпрацьовування. Особливості відпрацьовування у дітей і підлітків.

Другий робочий період або стійкий стан. Особливості стійкого стану у школярів. «Мертва точка» і «друге дихання»; особливості перебігу цих станів у юних спортсменів.

3.3. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Виконання спортсменом тренувальних і змагальних вправ завжди пов’язано з більш чи менш вираженими, в залежності від інтенсивності діяльності, змінами функцій організму. Ці зміни можливі і при відсутності м’язових скорочень, тобто ще до початку роботи. Оскільки функціональні зрушення, що виникають в передстартовому періоді, ще недостатні для успішного виконання роботи, спортсмен виконує розминку. На початку виконання тривалої інтенсивної роботи (тренувального заняття, участі в змаганнях тощо) виникає робочий період. У ньому мобілізація фізіологічних резервів організму відбувається поступово і неодночасно. Початковий період роботи називають періодом впрацьовування. Якщо робота продовжується тривалий час з невеликою інтенсивністю, то за періодом впрацьовування виникає стійкий стан. Цей період характеризується відносною постійністю перебігу фізіологічних процесів. Виконання роботи пов’язане з виникненням втоми, яка знижує працездатність спортсмена. Після закінчення роботи (у відновному періоді) функції організму поступово повертаються до вихідного, якісно нового рівня (мал 21).

Вказані стани організму виникають при виконанні будь-якої фізичної роботи, проте їх тривалість і вираженість залежать від обсягу і інтенсивності виконаної роботи, натренованості школярів, їх віку, статі, функціонального стану і індивідуальних особливостей, від кліматичних умов та інших факторів. Врахування цих факторів є важливою передумовою збереження здоров’я спортсмена та досягнення ним високих спортивних результатів.

42

Рис.21. Динаміка змін фізіологічних функцій перед початком, в час і після роботи середньої (А) і максимальної (Б) аеробної потужності (за Я.М.Коцом, 1986)