Текст книги "Занимательная физиология"

Автор книги: Александр Никольский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 14 страниц)

ГЛАВА 3
Гул, издаваемый мышцей

Для изучения работы мышцы употребляется незамысловатый аппарат, получивший название миографа (рис. 21). Он состоит из штатива или стержня, к которому прикрепляется один конец вырезанной лягушечьей мышцы. Другой конец привязывается к рычажку, вращающемуся на оси. Если мышцу раздражить электричеством, она сокращается, тянет за собой рычажок, свободный конец которого чертит линию на закопченной бумаге. Когда бумага наклеена на цилиндр, который вращается, то с каждым новым сокращением черта приходится на новом месте, и линия получается волнистой. Если электрический ток пустить на одно мгновение и потом прекратить, то мышца сократится, но через очень незначительную долю секунды наступает расслабление, и мышца начинает растягиваться. Но если раздражение не прерывать, то мышца не успеет растянуться, как в ней наступает новое сокращение, вследствие чего все время, пока длится раздражение, она находится в сокращенном состоянии. Такое состояние мышцы называют столбняком, или тетанусом. На первый взгляд кажется, будто такая мышца находится в состоянии покоя, т. е. будто она сократилась и прекратила свою работу. Но этот кажущийся покой, или столбняк, складывается из суммы отдельных мышечных сокращений, быстро следующих друг за другом. Это видно уже из того, что такая мышца обнаруживает ясное движение и производит даже гул.

Рис 21. Миограф – прибор для записи работы мышцы.

Этот гул мышц вы можете слышать на собственном теле. Если, закрыв уши руками, с силой сжать локти и держать их некоторое время в таком состоянии, то в ушах слышится шум. Этот звук происходит вследствие того, что мышца нижней челюсти приходит в состояние столбняка и дрожит. Еще лучше слышен мышечный гул у человека, поднявшего ведро воды. Если к мышце такого человека, напрягающейся вследствие поднятия тяжести, приложить стетоскоп, т. е. трубку, которой врачи выслушивают грудь, то ясно можно слышать гул мышцы. Гул указывает на то, что мышца дрожит. Вместе с тем он указывает и на то, что головной мозг продолжительно работающей мышце посылает не один приказ, не одно возбуждение, а целый ряд таких приказов, как установлено, не менее 19-ти в секунду.

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.

ГЛАВА 9
Искусственная усталость

Красная лакмусовая бумажка, приложенная к покоящейся мышце, становится синей. Это указывает на то, что неработающая мышца обнаруживает щелочную реакцию. Если же эту самую мышцу заставить сокращаться, то после известного числа сокращений синяя бумажка, приложенная к мышце, делается красной. Это указывает на то, что при работе в мышце развивается кислота. Это молочная кислота, которая находится в кислом молоке. Кроме того, в работающей мышце появляются и углекислота, а также и другие вещества, некоторые действуют как яд. Эти-то продукты работы мышцы, отбросы, препятствуют правильной ее работе. В естественных условиях они попадают в кровь и уносятся, а потом выбрасываются из тела, главным образом, через почки. Когда же их накапливается так много, что кровь не может их вынести своевременно, наступает усталость, и работа мышцы прекращается.

Если вырезанную лягушечью мышцу мы заставим электричеством сокращаться, мышца скоро устает и не может в таком состоянии отдохнуть, потому что вредные продукты ее работы не выносятся кровью. Но пропустим через кровеносные сосуды этой утомленной мышцы раствор соды или поваренной соли, который прополаскивает внутренность мышцы, удаляет из нее эти вредные продукты: утомленная мышца поправляется и при раздражении опять начинает сокращаться.

С другой стороны, у живого, совершенно не утомленного животного можно вызвать утомление искусственно. Если собаке впрыснуть в кровь молочной кислоты, она начинает обнаруживать все признаки изнеможения, хотя до впрыскивания она была вполне бодрой.

ГЛАВА 10
Могут ли работать ноги, если устали руки?

Бывает такого рода физический труд, при котором работают только одни мышцы, другие же находятся в покое. Соблазнительным является предположение: нельзя ли человеку, у которого устали эти некоторые мышцы, предложить такой труд, при котором работают другие мышцы, остававшиеся в покое. Если у дровосека устали руки, нельзя ли предложить ему работу письмоносца?

Однако всякий, кто пытался прибегать к такой перемене труда, знает, что никакой пользы от этого не получится. Если устали руки, то устает и все тело, в том числе и ноги.

Это неоспоримое правило вполне удовлетворительно объясняет физиология. Работающую мышцу можно сравнить с машиной внутреннего сгорания, вроде автомобилей, где движение частей вызывается действием бензина. Полагают, что и в мышцах находится какое-то вещество, которое при малейшем воздействии раздражителя быстро разлагается на молочную кислоту, углекислоту и еще особое, содержащее белок вещество, называемое миозином. Раздражение происходит вспышками. Как для взрыва пороха достаточно одной искры огня, так и для взрыва этого предполагаемого вещества достаточно небольшого раздражения, каким бы способом оно ни достигалось. В естественных условиях таким раздражителем служит приказ, исходящий из головного мозга и приходящий к мышце по двигательному нерву. Взрыв этого вещества производит утолщение мышцы, а утолщение ведет за собой ее укорачивание. Таким образом источником энергии является не самый приказ мозга; он играет только роль искры, вызывающей вспышку, источник же энергии заложен в самой мышце. Продукты, получаемые при такой вспышке, попадают в кровь и уносятся ею из мышцы, а потом выбрасываются из тела частью через легкие, частью через почки вместе с мочой. Пока они не выброшены из тела, весь организм будет ими отравлен, потому что кровь циркулирует по всему телу. Если они возникли в мышцах рук, то с кровью вносятся и в мышцы ног. Поэтому и ноги начинают чувствовать усталость, хотя сами не работали.

ГЛАВА 11
Восьмичасовой рабочий день

Обычно у нас сутки разделяются на три равные части: восемь часов полагается на работу, восемь на еду, развлечения и домашнюю жизнь и восемь на сон. Такое распределение сложилось само собой путем продолжительной практики. Физиология показывает, что практика в данном случае не сделала большой ошибки. Сама природа указывает нам на то, что нормальный рабочий день не должен превышать восьми часов в сутки.

Этот голос природы услышал наш известный физиолог Сеченов. Сердце сокращается вследствие того, что в стенках его находятся мышцы, и сокращение это продолжается беспрерывно, пока человек жив, так что кажется, будто сердце работает без отдыха в течение всей жизни. На самом деле и сердце отдыхает. Работа его заключается в том, что оно, сокращаясь, выталкивает кровь в кровеносные сосуды. Но после сокращения оно впадает в расслабленное состояние, которое продолжается дольше, нежели состояние сокращения. В это-то время оно и отдыхает. Сердце сокращается около 80-100 раз в минуту и пользуется тем же числом отдыхов. Если сложить продолжительность всех сокращений в течение суток, получим общую продолжительность суточной работы сердца; остальные часы приходятся на отдых. По вычислениям профессора Сеченова, продолжительность работы сердца в течение суток равняется как раз восьми часам.

Отсюда мы можем сделать вывод, что нормальная продолжительность всякой мышечной работы не должна превосходить восьми часов.

ГЛАВА 12
Когда наши мышцы работают наилучшим образом

Лучше всего восстанавливает силы, как известно, сон. Однако многие люди – в общем, по видимому, вполне здоровые – утром сейчас же после пробуждения ото сна испытывают некоторое чувство усталости, хотя это чувство нисколько не мешает им работать. По мере того как они входят в работу, это чувство, вместо того чтобы нарастать, пропадает совсем, пока не наступит настоящая усталость. Существование этого чувства ложной усталости объясняется тем, что мышца, прежде чем войти в работу, должна «раскачаться». На опытах с лягушечьей мышцей видно, что вначале она работает слабо, но потом работа нарастает до появления признаков усталости.

Работа машины также не сразу достигает своей наибольшей силы: ей надо преодолеть инерцию, т. е. привести в движение свои части, и только тогда она начинает работать с наибольшим эффектом. Точно так же и мышца, чтобы достигнуть наилучшего результата, должна преодолеть свою инерцию. Борьба с этой инерцией и вызывает иногда чувство ложной усталости. Это усталость скорее нервная, нежели мышечная, но она играет важную роль в физическом труде. Появление этого чувства связано с состоянием духа рабочего. Если человек проделывает работу, которая ему не нравится, он устает гораздо быстрее, нежели от любимой работы. Еще скорее устает он, если видит, что работа его бесполезна, т. е. не дает никаких полезных результатов ни ему, ни другим. Если человека заставить носить воду в бездонную бочку, то уже за второй парой ведер он устанет так, словно таскал воду целый день. Хотя мышцы его и не устали, но ему надо затрачивать большое количество нервной энергии, чтобы преодолеть инерцию мышцы, заставив механизм мышцы производить бессмысленную работу. Скучная однообразная работа также вызывает преждевременную усталость; если человека, уставшего за такой работой, перевести на другую, более приятную для него, усталость проходит.

В появлении чувства усталости огромную роль играет воля. Если человек поставил себе задачей непременно окончить какую-нибудь работу в определенный срок, то воля его не только не позволяет возникать нервной усталости, но даже заглушает чувство настоящей мышечной усталости, хотя мышцы физиологически давно устали. В обычных случаях человек никогда не расходует всего запаса мышечной энергии, но в исключительных случаях, например, когда ему приходится спасать собственную жизнь, усилием воли он может обнаружить словно нечеловеческую силу, пуская в оборот весь запас своей энергии.

Утомляемость разных людей зависит от пола, возраста, состояния здоровья, характера и состояния духа. Дети утомляются быстрее взрослых, женщины – быстрее мужчин. У людей с подавленным состоянием духа, например, переживающих горе, утомление наступает быстрее, нежели у жизнерадостных. На утомляемость оказывает влияние даже погода: в дурную погоду человек утомляется скорее, нежели в хорошую.

ГЛАВА 13
Лучше стоять, чем ходить; лучше сидеть, чем стоять

Восточная поговорка гласит: «Лучше стоять, чем ходить; лучше сидеть, чем стоять; лучше лежать, чем сидеть; а всего лучше – не родиться». Это изречение, за исключением его конца, оправдывается и физиологией мышц. Во всякой физической работе некоторый отдых может дать переход к работе менее тяжелой. Если человек бежит и устал, для него будет отдыхом, если он пойдет шагом. Хотя на ходу работают почти те же мышцы, что и на бегу, но сокращаются они не так сильно и не так часто, и человек расходует меньше мышечного вещества. Для человека, который идет шагом и устал, отдых получится в том случае, если он постоит, особенно опершись о что-нибудь. При хождении, кроме мышц, поддерживающих тело в равновесии, работают мышцы, выбрасывающие ногу вперед.

При стоянии упомянутые мышцы перестают сокращаться, но зато продолжает находиться в напряженном состоянии целый ряд других мышц. Труп человека нельзя поставить на ноги; также и человек, потерявший сознание, сейчас же падает, потому что перестают работать мышцы, удерживающие колени от сгибания, и мышцы икр, поддерживающих тело в равновесии при стоячем положении. Если сделать фигуру человека из дерева, то нелегко установить ее так, чтобы она не падала. Площадь опоры человеческого тела столь незначительна, что достаточно небольшого отклонения от вертикального положения – и фигура падает. Чтобы человеку поддерживать тело в стоячем положении, необходимо значительное напряжение некоторых мышц. Поэтому стояние не может дать полного отдыха, а продолжительное стояние сильно утомляет человека.

Сидение требует гораздо меньшей работы мышц. Площадь опоры при сидении со ступней переносится на седалище, вследствие этого упраздняется работа всех мышц ноги, и они могут отдыхать. Кроме того, площадь седалища значительно больше площади ступней, так что поддерживать тело в равновесии при сидячем положении гораздо легче, чем при стоячем.

Рис. 25. Действие мышц, помогающих человеку стоять. Толстые линии обозначают мышцы; стрелки показывают направление сокращения этих мышц при стоянии.

Однако труп человека нельзя усадить без того, чтобы он не повалился, если только труп не окоченел. Значит, живому человеку и в сидячем положении приходится прибегать к работе некоторых мышц. В этом случае работают мышцы шеи, груди, стенок живота и поясницы, но работа эта сравнительно незначительная, так что в сидячем положении человек хорошо может отдохнуть после усиленной работы. Продолжительное сидение, однако, не только утомляет человека, но вызывает у него расстройство деятельности многих органов. В сидячем положении брюшные внутренности оказываются стиснутыми, вследствие этого в них начинаются застои крови, что сопровождается уменьшением притока крови к мозгу. Кроме того, сидячее положение препятствует свободному опусканию грудобрюшной преграды, т. е. перегородки, отделяющей полость груди от полости живота. Эта перегородка играет огромную роль в дыхательных движениях, так как вследствие опускания ее вниз увеличивается полость груди, и легкое, расширяясь, поглощает воздух. Если деятельность грудобрюшной преграды вследствие сдавленности брюшных внутренностей затруднена, то и дыхание совершается не вполне нормально. Поэтому нельзя сказать, что людям, которым приходится работать сидя, работа достается легко. Продолжительное сидение даже более вредно, нежели продолжительное стояние, хотя и менее утомительно. Людям, работающим в сидячем положении, рекомендуют поэтому чаще сменять это положение на стояние или ходьбу. Тем не менее с указанной поправкой та часть восточного изречения, которая касается сидения, остается справедливой: при сидении человек все-таки менее устает, нежели при стоянии.

Наибольший покой дает бодрствующему человеку лежание, когда отдыхают все мышцы произвольного движения и продолжают работать только мышцы внутренностей. Но еще большее восстановление сил дает сон. Таким образом, с точки зрения физиологии, все положения восточного изречения оказываются правильными, за исключением его конца, где говорится, что лучше всего не родиться: это положение не входит в компетенцию физиологии.