Занимательная физиология - Александр Никольский

ГЛАВА 4

Сила мышц

Если лягушечью мышцу одним концом подвесить к штативу, а к другому привесить небольшой груз, раздражить ее электричеством, то мышца, сокращаясь, поднимет этот груз, т. е. произведет некоторую работу. Если груз увеличить, мышца поднимет его, но на меньшую высоту; если же груз слишком велик, то мышца не в состоянии его поднять и не произведет никакой работы. Сила мышцы зависит от площади ее поперечного сечения; чем мышца толще, тем она сильнее. Это, впрочем, и так понятно, потому что в толстой мышце больше мышечных волокон, а каждое волокно обладает известной силой сокращения. Но сила мышц зависит и от некоторых других обстоятельств. Не только у разных животных, но и у разных людей сила мышц бывает различна без всякого отношения к их толщине. Чтобы сравнить силу мышц разных животных и людей, надо брать мышцы одинаковой толщины но подобрать такие мышцы трудно; однако сравнение можно сделать и на мышцах разной толщины, выполнив несложный подсчет. Положим, что у одного животного мышца, имеющая в сечении 10 кв. см, может поднять наибольший груз в 100 граммов, тогда на каждый квадратный сантиметр ее толщины придется 10 граммов. Пусть у другого животного мышца сечением в 15 кв. см может поднять наибольший груз в 300 граммов. Здесь на долю каждого сантиметра сечения придется 20 граммов. Значит, вторая мышца вдвое сильнее первой.

Силу некоторых мышц, например мышц руки, не трудно определить и у человека, так как легко узнать, какую наибольшую тяжесть может поднять рука; толщину же мышцы можно измерить через кожу. Такого рода исследования показали, что сила человеческих мышц весьма различна у разных людей; у одних она меньше, у других больше, и даже у одного и того же человека меняется в зависимости от возраста, здоровья и питания. Дикие народы значительно сильнее культурных, а еще сильнее некоторые животные. Человек может поднять груз, равный приблизительно своему весу; жук поднимает груз раз в 14 тяжелее его самого, а муравей — в 23 раза, так что, если бы сила мышц у человека была такая же, как у муравья, он мог бы поднять груз в целую тонну.

ГЛАВА 5

Почему человек дрожит от холода?

Работающая мышца выделяет некоторое количество тепла. При помощи чувствительного термометра можно доказать, что даже такая маленькая мышца, как лягушечья, будучи приведена электричеством в состояние столбняка, заметно нагревается; температура ее повышается на 14–18 сотых долей градуса по Цельсию, а при каждом одиночном сокращении на 5 тысячных долей градуса.

У человека во время усиленной работы мышц выделяется так много теплоты, что ему становится жарко. Пильщики дров даже зимой работают без верхней одежды. Лучшее средство согреться на холоде состоит в том, чтобы двигаться. Если человек озяб и не делает никаких движений сознательно, то организм его начинает проделывать некоторые движения помимо его желания. Эти движения состоят в судорожном сокращении мышц, т. е. в том, что называют дрожью. Дрожь содействует развитию тепла, вследствие чего озябший согревается.

Таким образом, дрожь есть проявление борьбы с холодом. Во время сна, когда все мышцы произвольного движения находятся в покое, тело вырабатывает значительно меньше тепла, нежели во время бодрствования, поэтому спящему приходится одеваться теплее, нежели бодрствующему.

ГЛАВА 7

Машина человеческого тела

В каждой машине часть направленной энергии пропадает бесполезно. Имеется такой недостаток и в машине человеческого тела. Происходит потеря энергии оттого, что часть энергии, получаемой организмом человека из пищи, переходит в тепло, вместо того чтобы идти на выполнение механической работы.

В этом отношении наше тело похоже на паровую машину, в которой большой процент энергии, получаемой от топлива, идет на развитие тепла, только нагревающего тело и непроизводительно излучающегося в пространство. Из всей энергии, получаемой человеческим телом от пищи, только одна пятая или четвертая часть превращается в механическую работу; остальное идет на произведение тепла и электричества, которое тоже возникает в работающей мышце. Если бы не было этой траты, то энергии человеческого тела, развиваемой в течение суток, хватило бы на то, чтобы поднять 300 килограммов на высоту 1 километра, а если эту энергию перевести в теплоту, то ее хватило бы на то, чтобы 30 литров воды нулевой температуры довести до точки кипения. На самом же деле, если сложить всю мышечную работу, производимую человеком в течение суток, она могла бы поднять на высоту километра груз всего только в 300 килограммов. Однако, и всякая другая машина производит полезной работы значительно меньше, нежели могла бы произвести та энергия, которую машина получает от топлива. В этом отношении наше тело устроено лучше многих машин, созданных руками человека. В то время как в теле человека четвертая или одна пятая получаемой энергии производит полезную работу, в паровозе, например, работу производит одна пятнадцатая; вся же остальная энергия теряется в виде тепла, излучаемого в пространство.

Рис. 22. Суточная работа человеческих мышц равна работе поднятия груза в 300 кг на высоту 1 км.

ГЛАВА 8

Какой самый выгодный темп работы?

Для решения этого вопроса был придуман прибор, получивший название эргографа (рис. 23). Руку человека от кисти до локтя укладывают на доску и укрепляют так, чтобы она не могла двигаться; остается свободным только средний палец. Этим пальцем предлагают испытуемому производить некоторую работу — заставляют, сгибая его, тянуть шнурок, перекинутый через блок, а на конце шнурка привязан крючок, на который можно подвешивать гири. Таким способом можно определить наибольший груз, какой в состоянии поднять этот палец. Можно определить малейшие подробности появления усталости, так как по мере появления усталости палец поднимает груз на высоту все меньшую и меньшую и, наконец, совсем прекращает поднятие. Этим же прибором можно определить, сколько времени надо мышце, чтобы она могла отдохнуть при разных степенях усталости. Поднимаемый груз при помощи особого штифтика может чертить линию на закопченной бумаге, наклеенной на вращающийся цилиндр. Чем выше поднят груз, тем выше эта черта.

Рис. 23. Эргограф.

Подобного рода исследования показали, что восстановление силы уставшей мышцы наступает тем скорее, чем меньше было сокращений в единицу времени. Если мышца сделала 30 сокращений и вполне устала, то для полного восстановления ее силы необходим двухчасовой отдых. Если же она за тот же промежуток времени сократилась всего 15 раз, то для полного отдыха ей надо полчаса. Если сокращения производить нечасто, то можно достигнуть того, что мышца станет работать неограниченное время без отдыха: она совершенно восстанавливается в промежуток времени между двумя сокращениями.

На прилагаемом рисунке изображены линии, которые чертит сгибающийся палец на эргографе. На рис. 24.1 при грузе в 6 килограммов и при сокращении один раз в секунду полное утомление наступает уже после 14 сокращений. На рис. 24.2 при том же грузе и при сокращениях каждые 2 секунды — утомление наступает через 18 сокращений. На рис. 24.3 при сокращении каждые 4 секунды утомление наступает медленно; после 31-го сокращения палец еще может поднять груз на некоторую высоту. На рис. 24.4 изображено поднятие груза через 10 секунд.

Рис. 24. Работа пальца, отмеченная эргографом.

Из рисунка видно, что при столь редком сокращении мышца не устает, вернее, ей достаточно 10 секунд, чтобы отдохнуть. Если мышца вследствие частого сокращения дошла до полного утомления, то ей надо некоторое время, от 1,5 до 2 часов, для того чтобы вполне отдохнуть. Чем раньше до наступления полного утомления мышца начинает отдыхать, тем скорее восстанавливаются ее силы. Самые тяжелые последствия имеют сокращения, непосредственно предшествующие наступлению полного утомления.

Отсюда можно сделать практический вывод о том, что работа до полного истощения сил, помимо того, что вредна для здоровья, еще и прямо невыгодна: для восстановления сил после такой работы требуется слишком продолжительное время. Исследования на эргографе показывают, что сумма работы бывает больше в том случае, если правильной сменой работы и отдыха мы не доводим мышцу до переутомления. Если мы заставляем мышцу работать усиленно, не давая ей необходимого отдыха, то вначале результаты превосходят результаты умеренной работы, но в конце концов сумма работы оказывается значительно меньшей.

Опыты показали также, что, по мере того как мышца начинает уставать, всякий раз, чтобы заставить ее сокращаться, требуется все более сильное нервное раздражение мышцы, т. е. волевые приказы головного мозга по мере утомления должны быть все более энергичными. Таким образом, физическое утомление ведет к утомлению нервной системы, т. е. известных частей головного мозга.