Механические свойства мышц
Упругость проявляется в возникновении напряжения в мышце при ее деформации под действием нагрузки. Вязкость— в замедлении деформации внутренними силами (жидким трением, молекулярными силами).
На графике «длина — напряжение», полученном на изолированной мышце экспериментально (рис. 7, а), удобно рассмотретьупругостьмышцы. Здесь видно, как по мере увеличения нагрузки мышца удлиняется и как при этом растет ее напряжение. Отсюда следует:
1) нагрузка (Р) растягивает мышцу, удлиняя ее (на Dl), т. е. для растягивания мышцы необходимо приложить силу;
2) по мере удлинения мышцы (на Dl) ее напряжение увеличивается (на DF); следовательно, чтобы вызвать напряжение мышцы (без дополнительного возбуждения), необходимо ее растянуть;
3) приложенная нагрузка (Р) определяет величину напряжения мышцы (F); таким образом, чтобы получить большое напряжение, надо приложить большую нагрузку (сопротивление тяге мышцы) — действие равно противодействию;
Рис.7. Графики «длина—напряжение»мышцы:
а — проявление упругости (зависимость деформации и напряжения от нагрузки); б — проявление вязкости («петли гистерезиса») (ориг.)
4) упругость мышцы нелинейна ( Dl2 больше Dl3 при равных DF2 и DF3); следовательно, по мере значительного растягивания одинаковые приращения длины мышцы дают все большие приращения напряжения;
5) при отсутствии нагрузки длина мышцы (l) является наименьшей («свободная длина» мышцы) — нерастянутая мышца не напряжена;
6) в условиях организма длина мышцы (/о) больше «свободной длины» и мышца несколько напряжена, т. е. всегда обладает «тонусом» покоя (F0).
Таковы особенности упругих свойств невозбужденной мышцы.
Вязкость мышцы как причину запаздывания деформации можно наблюдать по отклонению графика действительной деформации от линии зависимости «длина — напряжение» в установившемся состоянии (см. рис. 7, б— линия A). При меньшей вязкости (линии Б) изменение длины отстает от изменения напряжения как при растягивании мышцы (£i), так и при ее сокращении (Бz). В этом случае мышца, хотя и не сразу, но все же возвратилась к исходному состоянию (точка l3). При большей вязкости (линии В) замедление еще больше и мышца не возвратилась к прежнему состоянию (точка l3) — обнаружилась остаточная деформация (расстояние l3 — l1).
Полученные кривые (Б, В) образуют так называемые «петли гистерезиса», характеризующие запаздывание процесса деформации из-за тормозящего действия вязкости. При этом неизбежна потеря энергии. Она пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса (косая штриховка для Б1—Бz и вертикальная—для B1—Вz)- Действительно, площадь, определяемая произведением силы (напряжение) и пути (изменение длины), равна работе, затраченной на преодоление вязкости.
Ползучесть — это свойство мышцы изменять с течением времени соотношение «длина — напряжение»: нагруженная (напряженная) мышца имеет соответствующую длину; через некоторое время при тех же нагрузках и напряжении эта длина увеличивается.
Релаксациязаключается в том, что растянутая мышца, сохраняя длину, постепенно с течением времени уменьшает свое напряжение, расслабляется.
Совокупность этих механических свойств (упруговязких, ползучести и релаксации) во всевозможных сочетаниях в различных условиях, в сущности, и есть то, что называется эластичностью1мышцы.
Высокоэластичной мышце свойственны значительная растяжимость, большая жесткость при большом растягивании (нелинейная упругость) и малые потери энергии (небольшая вязкость) при деформациях. И хотя механизм, обеспечивающий названные свойства, еще неполностью объяснен, их проявления очень важно учитывать при изучении способов повышения эффективности действия мышц в движениях.