Физиологические адаптации с возрастом
Как мы выяснили, движение — весьма сложное явление. Контролировать процесс движения довольно трудно, поскольку необходимо интегрировать множество сенсорных и двигательных процессов. Многие из этих процессов изменяются с возрастом. Например, двигательные нейроны отмирают, а те, что остаются, могут реиннервировать дополнительные мышечные волокна.
Из этих изменений представляет интерес отмирание двигательных нейронов и его последствия. Отмирание двигательных нейронов вызывает снижение мышечной массы с возрастом, а также прогрессирующую атрофию и дезинтеграцию мышечных волокон.
Вследствие этих процессов с возрастом сокращается количество двигательных единиц и увеличивается размер (коэффициент иннервации) оставшихся двигательных единиц. Уменьшение с возрастом числа двигательных единиц соответствует снижению мышечной силы.
Вспомним, что сила, образуемая двигательной единицей, зависит от коэффициента иннервации, средней площади поперечного сечения мышечных волокон и специфического напряжения. Вследствие увеличения коэффициента иннервации пик силы, образуемой отдельными двигательными единицами, увеличивается как функция возраста. Это влияет на способность человека плавно дифференцировать мышечную силу двумя способами.
Во-первых, у пожилых людей по сравнению с молодыми испытуемыми значительно сокращается количество двигательных единиц небольшой силы, которые играют важную роль в тонко контролируемых движениях суб максимальной силы.
Во-вторых, плавность (отсутствие колебаний) образования силы мышцей зависит от силы, образуемой рекрутированными двигательными единицами (Christakos, 1982). Поскольку двигательные единицы рекрутируются при низкой интенсивности разряда, ведущего к образованию прерывистого тетануса, рекрутирование двигательной единицы способствует колебаниям чистой силы.
Увеличение силы двигательной единицы с возрастом приводит к более значительным колебаниям при рекрутирование каждой двигательной единицы. По-видимому, отмирание двигательных нейронов с возрастом — неслучайный процесс, в большей мере это относится к большим двигательным нейронам. Такой вывод сделан на основании изменений распределения и доли типов мышечных волокон и двигательных единиц (Lexell, Taylor, 199I).
Исходя из процесса денервации реиннерваций, с возрастом, очевидно, повышается плотность мышечных волокон двигательных единиц типа S (Kanda, Hashizume, 1989). Эти наблюдения позволяют предположить, что процесс старения связан с преимущественной дегенерацией двигательных единиц типа FF и FR и реиннерваций соседних мышечных волокон двигательными единицами типа S.
Программы силовых занятий показали прирост силы (четырехглавых мышц бедер) у 90-летних добровольцев. Эти исследования подтверждают возможность гипертрофии мышц, увеличения оборота миофибриллярного белка и активации клеток-сателлитов для «ремонта» поврежденных мышечных волокон.
Векторы.
Количественные характеристики каких-либо процессов или явлений, имеющие величину и направление, называются векторами (скорость, ускорение, сила, количество движения). Те из них, которые определяются только величиной, называются скалярами (масса, длина, время, температура). Векторы можно представить графически в виде стрелок. Длина стрелки показывает величину вектора в определенном масштабе, а его направление характеризуется линией действия и ориентацией (направление острия стрелки).
Понятие «разложение» означает замену данной силы двумя и более компонентами.
1. Нарисуйте диаграмму двух составляющих и результирующей силы в каждой из сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскости.
2. Определите величину и направление каждой из этих результирующих. (Ответ: сагиттальная — 861 Н; фронтальная — 814 Н; горизонтальная — 292 Н).
Векторная алгебра. Анализ биомеханических систем обычно включает множество векторных величин и предполагает применение различных методов. Рассмотрим некоторые из них. Правая система координат. Механические явления по разному фиксируются в различных координатных системах.
Например, изменение положения означает смещение расположения объекта относительно какого-то базиса. В простейшем случае такой базис состоит из двух осей — х и у. При пространственном движении используют трехмерный базис xyz. Более сложно выполняется умножение.
Существует два способа умножения: скалярное и векторное. Если вы согнете пальцы правой руки в направлении кратчайшего поворота положительной оси х к положительной оси у, то направление вытянутого большого пальца покажет направление положительной оси z- Именно поэтому конфигурация осей xyz называется правой системой координат.
Векторные величины можно соотносить с правой системой координат. Описывая физические системы и взаимодействие их составляющих, мы очень часто манипулируем векторными величинами в алгебраических выражениях. Сложение и вычитание векторов осуществляется очень просто, путем сложения или вычитания их составляющих.
Результат скалярного умножения векторов — скалярная величина. Так, например, количество работы определяется как произведение силы и перемещения. Как сила, так и перемещение являются векторами. Работа — скалярная величина — произведение составляющей силы, действующей в направлении перемещения, на величину перемещения.