Строительство 

Взаимосвязь мышечной активности и умственной деятельности. Энергетика мышечной деятельности Чистота результатов ЭМГ и понятие MVC

Прием-прием, есть кто? Азбука Бодибилдинга на связи! И в этот пятничный денек мы разберем необычную тему под названием электрическая активность мышц.

По прочтении Вы узнаете что такое ЭМГ как явление, для чего и в каких целях используется данный процесс, почему большинство исследований по “лучшести” упражнений оперируют именно данными электрической активности.

Итак, рассаживайтесь поудобней, будет интересно.

Электрическая активность мышц: вопросы и ответы

Эта уже вторая по счету статья в цикле “Muscle inside”, в первой мы говорили про , а в целом цикл посвящен явлениям и мероприятиям, которые протекают (могут протекать) внутри мускулов. Данные заметки позволят Вам лучше понимать накачательные процессы и быстрее прогрессировать в улучшении телосложения. Почему мы, собственно, решили рассказать именно про электрическую активность мышц? Все очень просто. В наших технических (и не только) статьях мы постоянно приводим списки из лучших упражнений, которые формируются именно на основании данных исследований по ЭМГ.

Вот уже на протяжении практически пяти лет, мы сообщаем Вам эту информацию, но ни разу за это время не раскрыли саму суть явления. Что же, сегодня мы восполним этот пробел.

Примечание:
Все дальнейшее повествование по теме электрическая активность мышц, будет разбито на подглавы.

Что такое электромиография? Замер активности мышц

ЭМГ представляет собой метод электродиагностической медицины для оценки и регистрации электрической активности, создаваемой скелетными мышцами. Процедура ЭМГ выполняется с использованием прибора, называемого электромиографом, для создания записи, называемой электромиограммой. Электромиограф обнаруживает электрический потенциал, генерируемый мышечными клетками, когда они электрически или неврологически активированы. Для понимания сути явления ЭМГ необходимо иметь представление о структуре мышц и протекающих внутри процессах.

Мышца представляет собой организованную “коллекцию” мышечных волокон (м.в.) , которые, в свою очередь, состоят из групп компонентов, известных как миофибриллы. В костно-скелетной системе нервные волокна инициируют электрические импульсы в м.в., известные как потенциалы действия мышц. Они создают химические взаимодействия, которые активируют сокращение миофибрилл. Чем больше активированных волокон в мышечной части, тем сильнее сокращение, которое может произвести мускул. Мышцы могут только создавать усилие при своем сокращении/укорочении. Тяговое и толкающее усилие в костно-мышечной системе генерируется сопряжением мышц, которые действуют в антагонистической модели: одна мышца сокращается, а другая расслабляется. Например, при подъеме гантели на бицепс, двуглавая мышца плеча при подъеме снаряда сокращается/укорачивается, а трицепс (антагонист) находится в расслабленном состоянии.

ЭМГ в различных видах спорта

Метод оценки основной мышечной активности, возникающей при физическом движении, получил широкое распространение во многих видах спорта, особенно фитнесе и бодибилдинге. Измеряя количество и величину импульсов, возникающих во время мышечной активации, можно оценить, насколько стимулируется мышечная единица, чтобы придать особую силу. Электромиограмма представляет собой визуальную иллюстрацию сигналов, генерируемых во время мышечной активности. И далее по тексту мы рассмотрим некоторые “портреты” ЭМГ.

Процедура ЭМГ. Из чего она состоит и где проводится?

В большинстве своем замерить электрическую активность мышц возможно только в специальных научно-исследовательских спортивных лабораториях, т.е. профильных учреждениях. Современные фитнес-клубы не предоставляют такой возможности ввиду отсутствия квалифицированных специалистов и низкой востребованности со стороны аудитории клуба.

Сама процедура состоит из:

  • размещения на теле человека в определенной области (на или рядом с исследуемой мышечной группой) специальных электродов, подсоединенных к блоку, измеряющему электрические импульсы;
  • запись и передача сигналов в компьютер через блок беспроводной передачи данных ЭМГ от расположенных поверхностных электродов для последующего отображения и анализа.

В картинном варианте процедура ЭМГ выглядит следующим образом.


Мышечная ткань в состоянии покоя электрически неактивна. Когда мышца добровольно сжимается, начинают появляться потенциалы действия. По мере увеличения силы сокращения мышц все больше и больше мышечных волокон вырабатывают потенциалы действия. Когда мышца полностью сжимается, должна появиться беспорядочная группа потенциалов действия с различными скоростями и амплитудами (полный набор и интерференционная картина) .

Таким образом, процесс получения картинки сводится к тому, что испытуемый выполняет конкретное упражнение по конкретной схеме (сеты/повторения/отдых) , а приборы фиксируют генерируемые мышцами электрические импульсы. В конечном итоге результаты отображаются на экране ПК в виде определенного графика импульсов.

Чистота результатов ЭМГ и понятие MVC

Как Вы, наверное, помните из наших технических заметок, иногда мы приводили разные значения по электрической активности мышц даже для одного и того же упражнения. Это связано с тонкостями проведения самой процедуры. В целом на конечные результаты оказывает влияние ряд факторов:

  • выбор конкретной мышцы;
  • размер самой мышцы (у мужчин и женщин разные объемы) ;
  • правильное размещение электрода (в конкретном месте поверхностной мышцы – брюшко мышцы, продольная средняя линия) ;
  • процент жира в организме человека (чем больше жира, тем слабее сигнал ЭМГ) ;
  • толщина – насколько сильно ЦНС генерирует сигнал, насколько быстро он поступает в мускул;
  • стаж тренировок – насколько у человека хорошо развита .

Таким образом, ввиду указанных начальных условий разные исследования могут давать разные результаты.

Примечание:

Более точные результаты активности мышц в конкретном движении дает внутримышечный метод оценки. Это когда игольчатый электрод вводят через кожу в мышечную ткань. Игла затем перемещается в несколько точек в расслабленной мышце, чтобы оценить как активность вставки, так и активность покоя в мышцах. Оценивая активность покоя и вставки, электромиограф оценивает активность мышц во время добровольного сокращения. По форме, размеру и частоте результирующих электрических сигналов судят о степени активности конкретной мышцы.

В процедуре электромиографии одной из основных ее функций является то, как хорошо можно активировать мышцу. Наиболее распространенный способ это выполнение максимального добровольного сокращения (MVC) тестируемой мышцы. Именно MVC, в большинстве исследований, принимается как наиболее достоверное средство анализа пиковой силы и силы, создаваемой мышцами.

Однако наиболее полную картину по активности мышц способно дать предоставление обоих наборов данных (MVC и ARV – средние) значений ЭМГ.

Собственно, с теоретической частью заметки разобрались, теперь окунемся в практику.

Электрическая активность мышц: лучшие упражнения для каждой мышечной группы, результаты исследований

Сейчас мы начнем собирать шишки:) от нашей многоуважаемой аудитории, и все потому, что займемся неблагодарным занятием – доказыванием того, что конкретное упражнение является лучшим для конкретной мышечной группы.

А почему оно неблагодарное, Вы поймете по ходу повествования.

Итак, принимая показания ЭМГ во время различных упражнений, мы можем нарисовать иллюстративную картину уровня активности и возбуждения внутри мышцы. Это может указывать, насколько эффективным является конкретное упражнение при стимуляции конкретного мускула.

I. Результаты исследований (профессор Tudor Bompa, Mauro Di Pasquale, Италия 2014)

Данные представлены по шаблону, мышечная группа-упражнение-процент активации м.в.:

Примечание:

Процентное значение указывает пропорцию активированных волокон, значение 100% означает полную активацию.

№1. Широчайшие мышцы спины:

  • – 91 ;
  • – 89 ;
  • – 86 ;
  • – 83 .

№2. Грудные мышцы (большая пекторальная) :

  • – 93 ;
  • – 87 ;
  • – 85 ;
  • – 84 .

№3. Передняя дельта:

  • жим гантелей стоя – 79 ;
  • – 73 .

№4. Средняя/боковая дельта:

  • подъемы прямых рук через стороны с гантелями – 63 ;
  • подъемы прямых рук через стороны на верхнем блоке кроссовера – 47 .

№5. Задняя дельта:

  • разведение рук в наклоне стоя с гантелями - 85 ;
  • разведение рук в наклоне стоя с нижнего блока кроссовера – 77 .

№6. Бицепс (длинная головка) :

  • сгибание рук на скамье Скотта с гантелями – 90 ;
  • сгибание рук с гантелями сидя на скамье под углом вверх - 88 ;
  • (узкий хват) – 86 ;
  • – 84 ;
  • – 80 .

№7. Квадрицепс (прямая мышца бедра) :

  • – 88 ;
  • – 86 ;
  • – 78 ;
  • – 76 .

№8. Задняя поверхность (бицепс) бедра:

  • – 82 ;
  • – 56 .

№9. Задняя поверхность (полусухожильная мышца) бедра:

  • – 88 ;
  • становая тяга на прямых ногах – 63 .

С уважением и признательностью, Протасов Дмитрий .

Вам никогда не приходила в голову такая мысль почему абсолютно все новички приходя в спортзал, в первый год своих тренировок не могут прибавить в мышечной массе? Когда-то и меня посетила эта самая мысль и я попытался в ней более подробно разобраться. И понял что на самом деле всё довольно-таки просто и что всё дело оказывается в нашей с вами мышечной активности.

Что такое мышечная активность?

Мышечная активность -это по большому счёту не что иное как ваше взаимодействие между используемой силой ваших мышц на данный момент с их максимальной возможностью.

Объясню вам немного проще. В обычной жизни мы как правило не используем силу наших мышц на полную мощность. И поэтому всё сводиться к тому, что человек вне спортзала в повседневной жизни работает и поднимает максимум, ну скажем 5 – 10 кг да и то только тогда, когда он идёт за продуктами в магазин.

Именно к такой нагрузке и привыкли мышцы обычного человека, который не ходит в спортзал и не поднимает железо…

Поэтому наши мышцы давно адаптировались к такой минимальной нагрузке и включаются не на полную мощность, а от силы на 5% — 10% процентов.

А вот их силовая возможность значительно выше, но при всём при этом они не будут включаться в работу просто так потому что вы этого захотели. Для этого их нужно тренировать.

Мышечная активность не тренированного человека составляет примерно 30% — 40% процентов это более чем в 2-3 раза ниже силовых возможностей и потенциала самих мышц.

Если не тренированный человек приложит максимум своих усилий к чему-либо, тогда его нынешняя максимальная мышечная активность будет составлять приблизительно 30% – 40% процентов, по сути это даже меньше половины от возможности самих мышц.

И вот когда такой человек решается пойти в спортзал для того чтобы начать активно заниматься. И после 3-4 месяцев он видит, что особо мышц он не прибавил за всё это время, но при этом он значительно прибавил в силе, то тут возникает резонный вопрос почему?

Ответ заключается в том, что он просто не прибавил в мышечной массе потому, что он не выработал достаточный потенциал своих мышц на данный момент времени.

Все мы давно с вами знаем что мышечный рост на прямую зависит от увеличения силы, поэтому чем сильнее будут ваши мышцы, тем больше они будут в объёме.

И это давно проверенный факт!

Мышечная масса, а точнее гипертрофия мышц происходит лишь тогда, когда мышцы испытывают сильнейшую нагрузку, а точнее даже сказать огромный мышечный перегруз.

А что мы видим обычно на практике? Так это то, что все новички в основном сидят на тренажёрах, да и как правило начинают качать самые ходовые мышцы, такие как бицепс, трицепс и пресс, иногда делая жим лёжа.

  • Они приседают – НЕТ
  • Они делают становую тягу – НЕТ
  • Они делают жим стоя – тоже НЕТ

Большинство новичков в спортзале вообще не делают тяжёлых базовых упражнений. Они не работают тяжело и не выполняют действительно тяжёлые базовые упражнения, а выполняют как правило, всегда изолированные упражнения работая при этом в основном на тренажёрах.

И самое главное они даже не пытаются как-то увеличить свои силовые показатели, а лишь постоянно изнуряют свои мышцы малыми весами и большим количеством повторений.

Иными словами их мышечный потенциал не исчерпал своих силовых возможностей для их дальнейшего роста на данный момент. А это значит, что на данный момент вся их мышечная активность будет ниже 100% процентов.

Поэтому многие атлеты, а это почти 90% процентов даже через год и даже два года не видят никакого роста в мышечной массе…

Для того чтобы произошёл какой-то мышечный рост, на начальном этапе необходимо сначала увеличить силу своих мышц, а этот факт понимают не все…

Приведу вам пример.

Допустим что какой-то человек пришёл в спортзал. Причём до этого он никогда и ничем не занимался и поэтому на данный момент его максимальная мышечная активность находиться на уровне 30% – 40% процентов от их максимального 100% процентного потенциала на данный момент тех мышц, которые он имеет сейчас.

  • Зелёная полоса — показывает мышечную активность на уровне 5% — 10% процентов применяемую в повседневной жизни.
  • Синяя полоса – показывает мышечную активность (силу) не тренированного человека на уровне 30% — 40% процентов.
  • Красная полоса — показывает максимальный 100% процентный потенциал мышц и их возможность на данный момент.
  • Голубая полоса — показывает прохождение вашего силового максимума и последующую гипертрофию ваших мышц.

И если он не увеличит силу своих мышц и не вовлечёт мышечную активность на все 100% процентов, тогда никакой гипертрофии в дальнейшем просто не будет.

Если же он будет увеличивать силу своих мышц, то и мышечная активность будет тоже расти до отметки в 100% процентов и как только он дойдёт до этой отметки и превысит её, то только после этого последует гипертрофия мышц, то есть начнётся увеличение самих мышц.

Давайте попытаемся с вами разобраться, почему на начальном этапе своих тренировок всегда следует работать только лишь на увеличение своих силовых показателей.

Вернёмся к тому, что человек только недавно начал заниматься и его максимальный жим лёжа на данный момент составляет 50 кг, но его мышцы способны и могут выжать 80 кг, но на данный момент он этого сделать не может, сейчас он может выполнить только лишь 50 кг в своём жиме лёжа.

Получается что на данный момент эти самые 80 кг являются по сути его мышечным потенциалом. Иными словами эти 80 кг это и есть его 100% мышечный потенциал и та мышечная активность с которой его мышцы способны справиться в этом упражнение.

И условно говоря, пока он не дойдёт до этих 80 кг в жиме лёжа его мышцы не будут расти потому как он не исчерпал свой мышечный потенциал, при котором его мышцы способны работать на данный момент, не прибегая при этом к гипертрофии и увеличению самого объёма его мышечных волокон.

И лишь тогда когда он дойдёт до этого веса и преодолеет его, только лишь после этого начнётся сам процесс мышечного роста потому как произойдёт перегруз его мышечной активности за 100% процентов.

  • Именно поэтому все новички приходя в спортзал способны за несколько месяцев прибавить сразу 30 – 40 кг и даже более, к примеру, в том же в жиме лёжа, а также в других упражнениях.
  • И именно поэтому в самом начале все начинающие атлеты так стремительно прибавляют в течение целого года свои силовые показатели, увеличивая их чуть ли не вдвое.

Это связано с тем, что до спортзала они уже имели изначально не выработанный потенциал своих мышц, которые они уже включили лишь тогда, когда начали активно заниматься и увеличивать свои силовые показатели и увеличивать силу своих мышц.

Но я огорчу вас, потому что этот период стремительного роста ваших силовых это всего лишь временный период, за которым уже следует тот предел и та планка, которую многие потом очень долгое время не могут преодолеть.

Именно поэтому многие новички, достигнув определённого роста своих силовых возможностей в том или ином упражнении, потом очень долгое время не могут больше прибавить в своих силовых.

А всё потому, что до этого занимаясь даже абы как, вы всё равно прибавляли и увеличивали свои силовые показатели, но затем как только вы дошли до определённого предела, т.е. до той точки 100% процентного мышечного потенциала, который вы изначально кстати уже имели, то после этого вы долгое время уже не можете потом его преодолеть.

Причём это может доходить и до нескольких лет пустых тренировок, когда атлет не может прибавить, к примеру, в своём жиме лёжа даже пару кг и с этой проблемой наверняка сталкивались очень многие из вас.

Для того чтобы всего этого избежать, в первую очередь вам нужно научиться грамотно строить свои тренировки и свои тренировочные циклы и только тогда вы будете увеличивать и дальше свои силовые показатели и сможете всегда прогрессировать в мышечной массе.

Постельный режим оказывает значительное нежелательное влияние на здоровых людей (как и у космонавтов в условиях невесомости), которое может превышать терапевтическое действие постельного режима у больных.

Так, например, в результате 3-недельного постельного режима у молодых здоровых людей ударный объем и ЧСС даже без нагрузки в положении лежа изменялись неблагоприятным образом. ЧСС повышалась, а сократительная способность миокарда снижалась.

Это следует считать неэкономичным типом реакции на гиподинамию. В положении стоя эти изменения усугублялись. Использование субмаксимальной нагрузки приводило к еще большим изменениям показателей кровообращения, причем нагрузка, выполняемая стоя, сопровождалась неадекватным снижением среднего артериального давления (АД), усиливающимся при максимальной нагрузке.

Отмеченные изменения свидетельствуют об уменьшении резервных возможностей кровообращения под влиянием гиподинамии, что может быть связано как с уменьшением массы миокарда, так и с ослаблением функциональных возможностей аппарата регуляции.

Недавние обзоры данных рандомизированных контролируемых исследований по влиянию постельного режима не показали улучшения состояния пациентов, соблюдавших предписанный им длительный постельный режим. Во многих случаях, наоборот, если не было обеспечено раннее начало двигательной активности, функциональное состояние организма ухудшалось.

Негативные эффекты длительного постельного режима и локальной иммобилизации становятся наиболее явными после 50 лет. Не только пожилые люди, но и пациенты с хроническими заболеваниями, а также инвалиды особенно подвержены негативным эффектам иммобилизации.

Например, у здоровых людей в результате длительного постельного режима развивается укорочение мышц спины и ног, особенно мышц, участвующих в движениях коленного и голеностопного суставов.

У пациентов с нарушением двигательного контроля, сопровождающимся слабостью конечностей и спастическим состоянием мышц, можно ожидать таких же осложнений, но они развиваются намного быстрее.

Здоровый человек может отреагировать на длительную гиподинамию в положении лежа атрофией, слабостью или ригидностью мышц и дискомфортом. У пациента с неврологическими нарушениями в результате длительного постельного режима значительно уменьшится независимое функционирование, поэтому предупреждение таких осложнений должно быть одним из основных принципов восстановления.

Все мы знаем, что во время сна мы находимся в неподвижном расслабленном состоянии. Но мы также знаем, что за ночь мы не раз меняем позу и множество раз совершаем какие-либо движения: вздрагиваем, подергиваемся, кое-кто даже говорит во сне.

Взаимоотношения процесса сна и мышечной активности намного сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Не зря в патофизиологии сна есть целый кластер заболеваний, связанных с ненормальной мышечной активностью во время сна, от синдрома беспокойных ног до сомнамбулизма, которые до сих пор с трудом поддаются, если вообще поддаются, лечению.

Засыпание

Итак, когда мы отходим ко сну, наши мышцы постепенно расслабляются. Но в отличие от быстрого сна, когда мышцы расслабляются «принудительно», благодаря активному торможению ретикуло-спинальной нисходящей системы, в медленном сне мышцы расслабляются из-за постепенного снижения тонической активности антигравитационной мускулатуры (той, которая отвечает за положение нашего тела в пространстве, за позу другими словами) .

При засыпании, где-то на самой границе между бодрствованием и сном, когда наше сознание уже начинает отключаться, мы часто испытываем внезапное резкое вздрагивание, которое нас вновь пробуждает. Это явление называется гипнической миоклонией или гипническим подергиванием .

В Средневековье такое вздрагивание во время засыпания называли «прикосновением дьявола ». Механизм этого явления и его биологический смысл не совсем ясны до сих пор. Наиболее вероятной причиной может быть конфликт двух подсистем нервной системы - тонуса мышц и полного расслабления.

Когда мышцы тела расслабляются, и поток нервной импульсации, несущей к мозгу информацию о положении тела в пространстве, резко сокращается, часто случается так, что мозг неправильно трактует такое внезапное прекращение сигнализации из мышц.

Он воспринимает это как падение и посылает к мышцам мощный импульс, чтобы проверить все ли в порядке. В результате происходит довольно сильное мышечное сокращение. То есть вздрагивание - это попытка мозга разбудить человека и предупредить его об опасности либо просто проверить правильность функционирования всех систем.

Вполне возможно, что наши ощущения полетов или падения с высоты, часто имеющих место в наших сновидениях, имеют похожий механизм. При расслабленных мышцах и одновременном возбуждении моторной коры, возникающих вследствие виртуальных движений, совершаемых в сновидениях, это, наверное, единственный способ для мозга разрешить конфликт мышечной и нервной систем, ведь в таких полетах и падениях мы двигаемся, не совершая движений!

Быстрый сон

На рисунке 1 представлены три основных состояний мозга: бодрствование, медленный и быстрый сон. Главным различием между состоянием быстрого сна и бодрствования является мышечная атония. Забегая вперед, скажу, что это своего рода защитный механизм: мозг защищает тело от, как это ни странно, сновидений.

Ведь видя сон, мы участвуем в нем, мы совершаем во сне какие-то виртуальные действия: ходим, плаваем, двигаемся…. Все эти «движения» активируют в мозге те же области, как если бы мы их совершали в реальности при бодрствовании. То есть мозг дает команду мышцам двигаться, однако благодаря принудительному торможению двигательной активности, движений не происходит.

Если бы не атония мышц, мы бы совершали эти действия на самом деле, разыгрывали бы сцены из сна наяву, что, кстати, и происходит при поведенческих нарушениях в фазе быстрого сна (REM sleep behavior disorder, сокращенно RBD) .

Рис.1. Характерное положение тела при трех различных состояниях мозга у кошек и схематическое изображение механизма каждого из трех состояний: А - бодрствование; В - медленный сон; С - быстрый сон. Обозначения: locus coeruleus - голубое пятно; raphe system -ядра шва. Источник : адоптировано из Michel Jouvet, Scientific American, 1967.

В 1960х годах Мишель Жуве (1925) , один из столпов сомнологии экспериментально показал, что будет, если убрать эту защитную систему. Кошки с поврежденным участком мозга, ответственным за мышечную атонию (подголубое пятно) , во время быстрого сна воочию исполняли все то, что им снилось: бегали за невидимой мышью, ощетинивались при виде незримой собаки, ели невидимую еду и т.д. И, естественно, не ориентируясь в пространстве (ведь кошки находились в состоянии сна с закрытыми глазами) , они натыкались на предметы и могли себя серьезно поранить.

В норме в фазе быстрого сна благодаря ингибиторной активности орексина (гипокретина) гипоталамуса, норадренергического голубого пятна, серотонинергических ядер шва происходит активация глутаматергических нейронов моста (вентрального сублатеродорсального ядра у грызунов, подголубого пятна у человека) (рис.2) .

Рис.2. Схема расположения нейронов и их связей, ответственных за мышечную атонию. Обозначения: LC - голубое пятно. Источник: McGregor & Siegel , Nature Neurosci , 2010.

Далее возбуждающие глутаматергические влияния вентрального сублатеродорсального ядра (или подголубого пятна) через свои проекции в продолговатый мозг активируют глицин- и ГАМКергические тормозные нейроны вентромедиальной медуллы (магноцеллюлярного ядра у кошек, гигантоклеточного ядра у человека) , которые в свою очередь угнетают мотонейроны спинного мозга, гиперполяризируя их.

Из-за гиперполяризации мотонейронов выделение ацетилхолина, необходимого для сокращения мышц, прекращается, что и обусловливает мышечный паралич во время быстрого сна. Этот механизм (рис.3) в последнее время ставится под сомнение и рассматривается только как часть более сложного процесса (Brooks, Peever, 2012) . Его раскрытие, возможно, — дело ближайшего будущего.

Рис.3. Схематическое изображение структур головного мозга, участвующих в запуске и поддержании быстрого сна, а также в развитии мышечной атонии (выделено красным). Обозначения: cortex - моторная кора, CAN - центральное ядро амигдалы, PAG - околоводопроводное серое вещество, LC - голубое пятно, DR - ядра шва, PPT - педункулопонтийное ядро, LDT - латеродорсальный тегментум, vSLD - вентральное сублатеродорсальное ядро, VMM - вентромедиальная медулла, Glu - глутамат, GABA - ГАМК, 5- HT - серотонин, Ach - ацетилхолин, NA - норадреналин, + возбуждающие влияния, — тормозящие влияния, * соответствующая структура у грызунов.

Однако все мы могли хоть раз в жизни наблюдать как маленькие дети или наши домашние питомцы, находясь в быстрой фазе сна, подергивают конечностями, совершают сосательные или лизательные движения и т.д.

Для нас кажется «очевидным» в такие моменты, что дети или животные видят сны. У взрослых также имеются подергивания конечностей, но выражены они, чаще всего, слабее. Как же так? Ведь мышцы должны быть полностью расслаблены, «парализованы» во время сновидений.

Оказывается, что мышечный паралич затрагивает только тонические мышцы, то есть те, которые отвечают за нашу позу, положение тела в пространстве (антигравитационные мышцы) . Это все крупные скелетные мышцы тела.

Фазические же мышцы - мелкие, находящиеся в конечностях (пальцы рук и ног) и отвечающие за быстрые движения, не затрагиваются и поэтому в быстром сне могут наблюдаться их сокращения. Поэтому можно сказать, что полная атония скелетных мышц в той или иной мере сопровождается короткими фазическими подергиваниями.

На сегодняшний день неизвестны ни биологический смысл этого явления, ни его механизм, ни анатомические структуры, вовлеченные в этот процесс. Недавно группой исследователей из университета Айовы было установлено, что такие мышечные подергивания конечностей - это не столько отражение сновидений, сколько механизм, активизирующий образование нейронных сетей в мозге, способствуя, таким образом, его развитию (Tiriac et al., 2012; 2014) . Вот почему они более развиты у младенцев.

Надо сказать, что мышечная атония в фазу быстрого сна не затрагивает мышцы глазодвигателнього аппарата, внутреннего уха и респираторные мышцы, включая диафрагму. Не все ясно с мышцами лица, иннервируемыми черепно-мозговыми нервами.

Атония во время быстрого сна там тоже присутствует, но механизм ее развития иной. Скорее всего, определяющую роль здесь играет аминергическая система мозга, влияющая на мотонейроны тройничного нерва. Возможно, это отличие и определяет то, что в фазу быстрого сна наше лицо часто отражает характер переживаемого сновидения, особенно если оно эмоционально окрашено: мы улыбаемся или строим гримасы.

Имеются и фазические подергивания мимических мышц в быстром сне, они опосредуются глутаматергическими влияниями парвоцеллюлярного ретикулярного ядра. Очень часто как у животных, так и у человека встречается явление вокализации во время быстрого сна - собаки поскуливают, люди говорят во сне. Это происходит из-за аномального возбуждения той части мозга, которая ответственна за речь у человека или производства звуков у животных и обычно это происходит где-то на границе между медленным и быстрым сном. При этом в фазу быстрого сна речь более отчетливая, а при медленном сне (дельта-сон) - невнятная, что-то вроде бормотания.

Самые известные движения в быстром сне - это быстрые движения глаз (БДГ) , давшие название этой фазе сна - сон с БДГ. Они не похожи на движения глаз при бодрствовании, когда мы что-то рассматриваем. Их характер скорее напоминает движения глаз, когда мы пытаемся запомнить визуальные образы.

От всего периода быстрого сна, непосредственно движения глаз занимают примерно 10%. Любопытно, что у слепых от рождения людей (либо, по некоторым данным, ослепшим до 5 летнего возраста) непосредственно движений глаз в фазу быстрого сна не наблюдается (Berger et al., 1962) , либо эти движения не ярко выражены (Hobson et al., 1988) , хотя таким людям тоже снятся сны, но не в виде визуальных картинок, а в виде запахов, звуков, ощущений.

При повреждениях или фармакологической блокаде вестибулярных ядер продолговатого мозга, исчезают и движения глаз в быстром сне, а с ними и весь комплекс реакций, который им сопутствует: фазические подергивания конечностей, вегетативные реакции и т.д. При этом изолированные движения глаз сохраняются. Вестибулярные ядра только инициируют БДГ, но их окончательное формирование зависит от двухолмия и ретикулярной формации среднего мозга, где расположены ядра глазодвигательных нервов.

Медленный сон

Большинство движений, совершаемых нами за ночь, происходят в медленном сне. Хотя, по сравнению с периодом бодрствования их количество и значительно снижено, однако они все же присутствуют - в виде эпизодических непреднамеренных движений: смена позы, в которой мы спим, переворачивания с боку на бок и другие движения. В среднем здоровый хорошо спящий человек совершает крупные движения от 25 до 30 раз за ночь (рис.4) .

Если же человек болен или плохо спит из-за нервного перевозбуждения, то количество движений может перевалить за сотню. Что заставляет нас двигаться во сне? Ну, во-первых, это какие-то условия, которые нас будят: внезапный шум, движения рядом спящего человека, вспышки света и другие факторы. Во-вторых, длительное давление на те участки тела, на которых мы спим, нарушает их кровоснабжение.

Нам всем знакомо такое чувство, когда какая-то часть нашего тела «затекает». Области с нарушенным таким образом кровообращением посылают в мозг сигнал к тому, чтобы изменить положение тела и восстановить кровоснабжение. Как итог - мы переворачиваемся. Причем все это происходит на подсознательном уровне.

Самое известное заболевание, связанное с нарушением двигательной активности во время медленного сна - снохождение (сомнамбулизм или лунатизм) .

Рис.4. Смена положений тела во время сна. Движения происходят как в фазу медленного сна, так и в короткие периоды бодрствования, которые могут возникать сразу после фазы быстрого сна.

Очень часто сразу после быстрого сна наступает непродолжительный период бодрствования, часто мы даже не помним об этом после окончательного пробуждения утром. В эти промежутки мы также совершаем движения, меняем свою позу. Возможно, в этих коротких пробуждениях заложен эволюционный смысл, когда наши предки не могли спать в блаженной безопасности, как мы - люди современные, и должны были все время быть начеку.

Новые посты проще всего отслеживать по анонсам в наших пабликах

Без мышц жизнь была бы невозможна. Сердцебиение, циркуляция крови, пищеварение, опорожнение кишечника, потоотделение, пережевывание пищи, зрение, движение - все эти процессы контролируются различными видами мышц.

Существуют три основных типа мышц в организме:

  1. скелетные мышцы, которые произвольно1 сокращаются и прикреплены к различным костям опорно-двигательной системы;
  2. гладкие мышцы, или непроизвольно2 сокращающиеся. К их числу относятся мышцы желудка, кишечника, кровеносных сосудов и т. д.;
  3. сердечные мышцы.

Скелетные мышцы отличаются чрезвычайно сложной структурой. Самые мелкие элементы мышечной ткани - тонкие нити, называемые филаментами ; они представляют собой объединенные белковые цепочки актина и миозина. Из этих нитей образуются саркомеры (sarcos - «плоть», mere - «часть»). Те, в свою очередь, связываются в миофибриллы (myos - «мышцы», fibrillae - «крошечные волокна»), из которых и состоят мышечные волокна. А последние объединяются в пучки, образующие мышцы скелета.

Итак, последовательность такая: белковые цепочки - филаменты - саркомеры - миофибриллы - мышечные волокна - пучки мышечных волокон - мышцы скелета.

Потребность в энергии

Одной из основных характеристик мышц является то, что в них присутствует разветвленная сеть кровеносных сосудов, обеспечивающих наши мускулы питательными элементами и кислородом, а также избавляющих от отходов жизнедеятельности.

Мышечное сокращение - активный процесс, для которого необходима энергия.

Длина мышцы уменьшается за счет переплетения между собой белковых саркомер (актина и миозина), которые соединяются друг с другом подобно зубьям двух расчесок. Возникшее напряжение заставляет кости, к поверхности которых прикреплены мышечные связки, двигаться.

В любой мышце всегда есть активные волокна - в любое время, даже когда она бездействует. Сокращений этих мышечных волокон недостаточно для того, чтобы привести кость в движение, однако они поддерживают мышцы в постоянном напряжении. Это остаточное напряжение в скелетных мышцах и называется мышечным тонусом . Из-за недостатка мышечного тонуса мышцы могут выглядеть дряблыми и рыхлыми, однако даже незначительное напряжение заставляет их активизироваться. Именно благодаря мышечному тонусу бицепсы у крепких людей выглядят столь внушительно даже в расслабленном состоянии. Мышечный тонус сохраняет форму мышц, когда большая часть мышечных волокон расслаблена. Пока человек пребывает в покое, мышечный тонус способствует стабильному положению костей и суставов, тогда как при его отсутствии суставы лишаются подобной поддержки. Например, люди, которые из-за инсульта потеряли чувствительность в одной из рук, сталкиваются с тем, что плечо постоянно выходит из сустава под тяжестью руки. Дельтовидная (расположенная вокруг плечевого сустава) мышца становится настолько слабой, что уже не в состоянии удерживать многочисленные кости в суставной сумке.

Мышечный тонус также выступает в роли амортизатора, поглощающего часть энергии при резком ударе или толчке. Хороший мышечный тонус - необходимое условие для занятий спортом и физкультурой, которые нередко предполагают выполнение резких движений. Упражнения, в свою очередь, способствуют повышению мышечного тонуса.

Сокращение мышц

Существуют два вида сокращений мышцы - изотонические и изометрические.

При изотонических сокращениях внешняя и внутренняя нагрузки на мышцу остаются постоянными, но изменяются ее длина и поперечное сечение. Когда вы поднимаете груз с пола, ходите или бегаете, мышцы вашего тела совершают изотонические сокращения.

При изометрических сокращениях геометрия мышцы не меняется, так как она уже максимально сокращена. Такие сокращения наблюдаются, например, когда человек пытается сдвинуть неподвижный объект (скажем, стену), безуспешно старается поднять с пола что-то очень тяжелое или выполняет упражнения с сопротивлением.

Обеспечение мышц энергией

Для сокращения мышц требуется огромное количество энергии. Поэтому неудивительно, что в мышечной ткани протекает особый процесс получения энергии, который не представлен больше нигде в нашем организме. Активные клетки мышечной ткани содержат миоглобин, который по своей структуре напоминает гемоглобин в крови и также способен усваивать кислород и сохранять его для дальнейшего использования. Именно по этой причине самые активные скелетные мышцы отличаются ярко-красным цветом.

Кроме того, в клетках мышечной ткани в большом количестве имеются митохондрии (микроскопические заводы по производству энергии), которые вырабатывают энергетические молекулы - они же молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) - в процессе аэробного, то есть поглощающего кислород, преобразования молекул глюкозы. Однако, даже несмотря на это, нам порой не хватает энергии для удовлетворения потребностей мускулатуры. Так что мать-природа наградила мышцы двумя полезнейшими физиологическими характеристиками:

  • способностью запасать глюкозу в виде гликогена, который в любой момент можно расщепить для удовлетворения возросших потребностей в энергии;
  • способностью осуществлять анаэробное (без участия кислорода) преобразование глюкозы в энергетические молекулы и молочную кислоту.

Как видите, природа одарила скелетные мышцы удивительной способностью: те могут вырабатывать энергию самостоятельно, не дожидаясь помощи со стороны печени или других внутренних органов. Итак, скелетные мышцы:

  • содержат особый белок, способный захватывать молекулы кислорода (миоглобин);
  • могут осуществлять как аэробный, так и анаэробный распады глюкозы для получения энергии;
  • хранят запасы гликогена (соединение на основе глюкозы);
  • обладают разветвленной сетью кровеносных сосудов, поставляющих глюкозу и кальций, которые жизненно необходимы белкам мышечной ткани (мышцы не могут сокращаться без этих двух веществ). Также кровеносные сосуды помогают выводить из организма отходы жизнедеятельности, такие как диоксид углерода (углекислый газ).

При сокращении мышц увеличивается потребность в кислороде у всего организма, и тот забирает из крови большую его часть . Чтобы удовлетворить возросшую потребность в кислороде, учащаются дыхание и сердцебиение. Вот почему при выполнении интенсивных упражнений пульс подскакивает, а дыхание ускоряется. Даже после прекращения физической активности частота дыхания и сердцебиения какое-то время остаются повышенными, продолжая обеспечивать организм дополнительными порциями живительного кислорода.

Таким образом, физические упражнения - единственный естественный способ, позволяющий:

  • улучшить кровообращение;
  • заставить сердце качать кровь усерднее, тем самым повышая тонус сердечной мышцы;
  • увеличить запасы энергии в организме;
  • сжечь избыточный телесный жир и накопленный в организме сахар;
  • придать дополнительный тонус мускулатуре тела, за счет чего улучшится общее самочувствие.

Избыточное потребление энергии

Единственное нежелательное последствие чрезмерного сокращения мышц при выполнении упражнений - накопление в мышечной ткани молочной кислоты.

В нормальных условиях глюкоза в клеточных митохондриях преобразуется в углекислый газ и воду с использованием молекул кислорода (см. стр. 31).

Когда мышцы становятся слишком активными, митохондрии не успевают вырабатывать достаточно энергии, в результате чего дополнительно образуются молекулы АТФ в процессе анаэробного (без участия кислорода) превращения глюкозы в молочную кислоту.

Если повышенная потребность в энергии сохраняется длительное время, а митохондрии не могут ее полностью удовлетворить из-за нехватки кислорода, то уровень молочной кислоты увеличивается. Это приводит к изменению химической структуры мышечных волокон, которые перестают сокращаться до тех пор, пока митохондрии не получат достаточно кислорода для того, чтобы быстро преобразовать молочную кислоту в углекислый газ и воду.

В целом этот побочный продукт неполного сжигания глюкозы - молочная кислота - вредит организму, особенно сердечной мышце.

Избыток молочной кислоты не только сопровождается спазмами и болями в мышцах, но и снижает общую работоспособность мышечной ткани, поскольку вызывает чувство усталости.

У спортсменов во время тренировок регулярно проверяют уровень молочной кислоты в организме, чтобы понять, насколько эффективно работают мышцы.

Усталость

Мышечной усталостью называют состояние, при котором мышцы больше не могут сокращаться. Главная причина - накопление молочной кислоты, которая препятствует нормальной работе мышц. Именно такой способ создала природа, чтобы помешать человеку бесконечно напрягать мышцы. Из-за этого марафонцы, особенно недостаточно тренированные, нередко сдаются на полпути, и далеко не все добегают до финишной прямой. Мышечная усталость предоставляет мышцам возможность восстановить запасы энергии и избавиться от отходов своей жизнедеятельности.

Любая физическая активность приводит к той или иной степени усталости. Самые маленькие мышцы, такие как мышцы глаз или кистей, устают гораздо быстрее, чем более крупные.

Те, кому доводилось подолгу писать рукой, прекрасно знакомы с ощущением, когда кисть устает настолько, что они больше не могут написать ни слова. Дети во время контрольных или экзаменов частенько стараются писать очень быстро, из-за чего их руки устают, начинают болеть, и им ничего не остается, кроме как прервать это занятие.

Потребность в отдыхе

Таким образом, необходимо чередовать периоды нагрузки и отдыха. Для этого природа одарила нас механизмом сна, благодаря которому мышцы имеют возможность ежедневно восполнять запасы энергии, восстанавливать любые повреждения, связанные с физическим износом, и избавляться от отходов жизнедеятельности, в том числе от молочной кислоты. Когда человек не высыпается и усердно трудится, расходуя отведенное на отдых время, мышцы теряют способность нормально функционировать и рано или поздно наступает изнеможение.

Как бы сильно нам того ни хотелось, мы не можем заставить свои мышцы работать с неизменной эффективностью продолжительный период. Именно поэтому спортсменам после соревнований рекомендуется полноценный отдых или здоровый сон.

Мышечная деятельность

Мышечная деятельность характеризуется такими параметрами, как сила - максимальное напряжение, которое способна создать отдельная мышца или группа мышц, и выносливость - промежуток времени, в течение которого человек в состоянии продолжать занятие, связанное с физической активностью.

Мышечная деятельность определяется двумя основными факторами: разновидностью задействованных мышечных волокон, а также уровнем физической подготовки человека.

Виды мышечных волокон

Миологи различают три основных типа волокон скелетных мышц в организме человека: быстрые, медленные и промежуточные.

Быстрые мышечные волокна

Из них состоит большая часть скелетных мышц. Своим названием эти мышечные волокна обязаны тому факту, что они способны моментально сокращаться после внешнего возбуждения (приблизительно уже через одну сотую долю секунды).

Такие волокна отличаются большим диаметром, состоят из плотно упакованных миофибрилл, обладают значительными запасами гликогена (форма, в которой глюкоза запасается в организме) и содержат относительно мало миоглобина и митохондрий. Они прекрасно справляются с быстрыми и резкими движениями.

Этим мышечным волокнам некогда ждать, пока до них доберется медленная кровь, так что капилляров в них очень мало. Такие мышцы сокращаются стремительно и с огромной силой, в связи с чем у них нет ни времени, ни возможности использовать кислород для производства энергии (поэтому в них низкая циркуляция крови, мало митохондрий и миоглобина). Они применяют оперативный и удобный анаэробный способ переработки глюкозы, в ходе которого как побочный продукт образуется пресловутая молочная кислота. Вот почему быстрые мышечные волокна устают очень быстро. Они справляются с поставленной задачей - и тут же теряют силы.

Спринтеры выкладываются на стометровке настолько, что у финишной прямой чуть ли не валятся с ног - в течение нескольких минут после этого им даже стоять удается с трудом. Если вскоре попросить их сделать еще один забег, то вы удивитесь, насколько хуже окажется результат. Плохо тренированные бегуны нередко сталкиваются с коликами - болезненными спазмами в боку.

Что касается выносливости, то быстрые мышцы уступают в этом другим видам мышечных волокон. Из-за малого количества кровеносных сосудов и пониженного содержания миоглобина они отличаются очень бледным цветом.

Медленные мышечные волокна

Их диаметр в два раза меньше, чем у быстрых волокон, а на сокращение у них уходит почти в три раза больше времени, но вместе с тем они могут работать гораздо дольше. Мышцы, состоящие из этих волокон, содержат изрядное количество миоглобина, обладают разветвленной сетью капилляров и множеством митохондрий, однако запасы гликогена в них минимальны (вот почему они не такие объемные).

Медленные мышечные волокна используют для получения энергии и другие источники: углеводы, аминокислоты и жирные кислоты.

Такие мышцы не очень сильны, но весьма выносливы: для удовлетворения своих умеренных потребностей в энергии они применяют аэробный процесс преобразования глюкозы, за счет чего устают не так быстро. Благодаря обильному кровоснабжению они получают достаточно кислорода, а продукты распада постоянно удаляются с кровью, так что медленные мышечные волокна способны нормально работать продолжительное время.

Медленные мышечные волокна отвечают за поддержание осанки, они могут подолгу оставаться сокращенными, при этом ничуть не уставая. Из-за большого содержания миоглобина и разветвленной сети капилляров мышцы, состоящие из медленных волокон, обладают темно-красным цветом.

Промежуточные мышечные волокна

По своим свойствам они находятся посередине между быстрыми и медленными мышечными волокнами. Они выносливее, чем быстрые волокна, но вместе с тем сильнее медленных .

Во время тренировок бегуны на длинные дистанции стараются разрабатывать мышечные волокна именно этого типа, так как они отличаются потрясающим сочетанием силы и выносливости.

Мышечные упражнения

С помощью правильно составленной программы тренировок можно запросто изменить тип мышечных волокон. Тяжелоатлеты и культуристы добиваются образования промежуточных мышечных волокон за счет быстрого сокращения бицепсов и других мускулов.

Пропорция мышечных волокон различных типов в мышце может меняться в зависимости от выбранной тренировочной программы.

Соотношение быстрых и медленных мышечных волокон определяется генетическими параметрами, однако относительное количество промежуточных волокон (по отношению к быстрым) можно увеличить.

Регулярные упражнения способствуют образованию дополнительного количества митохондрий, накоплению запасов гликогена и повышению концентрации белков и ферментов в мышечной ткани. Благодаря всем этим факторам мышцы увеличиваются в объеме.

Количество мышечных волокон, определяемое генетически, со временем не меняется, однако их состав (содержание белков, гликогена, ферментов, митохондрий) может измениться.

В большинстве человеческих мышц присутствуют мышечные волокна всех типов, из-за чего такие мышцы выглядят розовыми. Однако мышцы спины (а также икроножные мышцы) состоят в основном из медленных волокон, поэтому отличаются красным цветом и способны поддерживать осанку. Мышцам глаз и кистей рук, отвечающим за быстрые движения, присущ белый цвет, потому что в них меньше кровеносных сосудов и миоглобина.

Некоторые люди остаются худыми, сколько бы они ни ели и ни тренировались в спортзале . Они могут набрать только минимум мышечной массы. Такова их генетическая конституция. Борцы сумо за счет высококалорийной диеты и постоянных тренировок наращивают огромные запасы мышечной и жировой тканей.

Ранее советские спортсмены в большом количестве пьют кефир, так как вместе с ним в организм поступают цепочки аминокислот, необходимые для образования белков в мышцах. Они также принимали женьшень (особенно в Сибири) для увеличения мышечной силы и выносливости. Поэтому советские спортсмены были непобедимы в тяжелой атлетике и других дисциплинах на Олимпийских играх.

Чтобы набрать мышечную массу, некоторые спортсмены используют стероиды или тестостерон. Но даже в таких случаях мышцы увеличиваются в объеме лишь при условии регулярных изнурительных тренировок: простого способа «накачаться» не существует.

Не существует убедительных доказательств того, что прием стероидов и тестостерона полезен для «искусственного» набора мышечной массы, тогда как о вреде, причиняемом ими организму, всем давно и хорошо известно.

Мышцы могут не только расти, но и атрофироваться, особенно если их почти не задействовать в повседневной жизни. Они теряют массу. Это легко заметить по сломанной ноге, которая долгое время находилась в гипсе, из-за чего ею нельзя было двигать. Отдельные болезни, например полиомиелит, поражают нервы, приводя к параличу и атрофии тех или иных мышц.

Заключение

Итак, ученые установили следующие факты, касающиеся мышц.

  1. В организме человека существует три типа мышц: скелетные, гладкие и сердечные.
  2. Скелетные мышцы, как правило, сокращаются произвольно - мы можем управлять ими по своему желанию.
  3. Гладкие мышцы сокращаются непроизвольно и не подлежат контролю со стороны нашего сознания (стенки кровеносных сосудов, мочевой пузырь, кишечник и т. д.).
  4. Волокна, из которых состоят скелетные мышцы, в свою очередь, делятся на три типа:
    • быстрые мышечные волокна. Они содержат мало кровеносных сосудов и миоглобина, характеризуются бледным цветом, отвечают за выполнение быстрых и резких движений. Быстро устают;
    • медленные мышечные волокна. Они содержат много кровеносных сосудов, митохондрий и миоглобина, отличаются красным цветом, отвечают за выполнение медленных и продолжительных действий, таких как поддержание осанки. Устают не так быстро;
    • промежуточные мышечные волокна. По своим характеристикам они находятся между быстрыми и медленными. Устают медленнее, чем быстрые мышечные волокна (в этом плане они ближе к мышцам, отвечающим за поддержание осанки).
  5. Мышечные сокращения бывают двух видов:
    • изометрические - длина мышцы остается неизменной;
    • изотонические - нагрузка на мышцу не меняется, но изменяются ее длина и поперечное сечение (это происходит при выполнении различных движений).
  6. Сокращаясь, мышцы потребляют огромное количество энергии, в связи с чем вынуждены вырабатывать ее самостоятельно. Для этого они используют один из двух механизмов:
    • аэробный процесс в медленных мышечных волокнах. У них есть доступ к большому количеству кислорода в крови, а использовать его помогает миоглобин;
    • анаэробный процесс в быстрых мышечных волокнах. Энергия вырабатывается в процессе неполного сжигания глюкозы без участия кислорода. Дополнительно образуется молочная кислота, являющаяся причиной того, что мышцы устают.
  7. Мышцы сокращаются из-за возбуждения волокон двигательными нейронами. В основе сокращения лежит сложнейшая биомеханическая реакция, которая протекает при участии кальция и в результате которой белковые цепочки входят друг в друга. Таким образом, работу мышц следует рассматривать не только с механической, но и с неврологической точки зрения. Мышцы, напрягаясь, совершают видимое усилие, одновременно пропуская через себя электрические импульсы.