За гранью возможного
Блохи славятся не только высотой, но и скоростью прыжка. Среднее ускорение, которое развивает блоха после отрыва от поверхности, составляет более 1350 м / с, что примерно равно двухсоткратной перегрузке. Мускулы с такой скоростью сокращаться не могут. Как же блохе это удается?
Как выясняется, у блохи имеется встроенная катапульта, которая долго накапливает энергию, затем очень быстро ее высвобождает. В подошве задних ног у блохи содержится эластичное упругое вещество под названием резилин. Когда блоха находится в покое, сокращающиеся мышцы постепенно сжимают резилин, приподнимая ногу в воздух. Блоха «напружинивается» для прыжка. И когда приводится в действие спусковой механизм, резилин моментально распрямляется, нога рывком опускается на поверхность, и блоха «выстреливает», как из катапульты.
Летательные мышцы некоторых насекомых тоже бьют все рекорды. Каждое сокращение мышцы у млекопитающих вызывается единственным нервным импульсом. Однако частота сокращений у летательных мышц насекомых гораздо выше, чем скорость передачи нервных сигналов. Например, мошкара, отравляющая теплые летние сумерки на природе, трепещет крыльями более 1000 раз в секунду, издавая тот самый надрывный писк, который терзает наши уши. Эта частота сокращений в сорок с лишним раз превышает частоту сокращений быстрых человеческих мышц.
Таких немыслимых результатов насекомым помогает до– биться резонанс. Летательные мышцы, как выясняется, чувствительны к натяжению – если мышцу растянуть, она сократится, если отпустить, она расслабится. Торакс насекомого – та часть тела, к которой крепятся крылья, – это жесткий корпус, содержащий два типа летательных мышц. Одни поднимают крылья, вторые – опускают. Как ни удивительно, летательные мышцы не соединяются непосредственно с крыльями, а закреплены на стенках торакса. Движение крыльев, прикрепленных к крышке торакса, производится опосредованно, изменением формы самого корпуса.
Торакс, по сути, представляет собой резонатор, который по очереди тянет то поднимающие, то опускающие мышцы, заставляя сокращаться сперва одни, потом другие. Когда сокращаются поднимающие мышцы, крышка торакса утапливается, фиксируясь в новой позиции и заставляя крылья подняться. Но при этом торакс натягивает опускающие мышцы, вызывая их сокращение и одновременно снимая напряжение с поднимающих мышц, поэтому они расслабляются. Сама крышка торакса при этом резко возвращается в изначальное положение, и крылья опускаются. Тогда, разумеется, снова натягиваются и сокращаются поднимающие мышцы и одновременно расслабляются опускающие. Цикл повторяется заново. То есть крышка торакса движется туда-сюда, опуская и поднимая крылья.
Поскольку для смещения торакса достаточно крошечного сокращения мышцы, происходит это в доли секунды. А учитывая, что летательные мышцы стимулируются натяжением, а не нервными импульсами, они сокращаются быстрее, чем распространяются сигналы по нервам. Именно поэтому насекомым и удается «бить рекорды».
Мелкие животные, кроме всего прочего, обладают иногда непропорционально огромной силой. Жук-навозник катит огромный навозный шар, на фоне которого он сам просто теряется, а муравей-листорез с легкостью тащит лист-парус весом больше его самого. Человеку такая ноша показалась бы неподъемной. Невиданная сила муравья объясняется опять-таки размерами. Мышцы у муравья не мощнее человеческих, но кажутся гораздо более мощными, поскольку сила, которую они развивают относительно массы тела, возрастает по мере уменьшения животного в размерах. Так что относительная сила – это тоже вопрос масштаба.
Проверка на выносливость
Нам постоянно твердят, что регулярные занятия физкультурой приносят огромную пользу, снижая, например, риск развития коронарной недостаточности, диабета, ожирения и остеопороза. Физкультура помогает улучшить внешний вид и самочувствие. Но у этих занятий есть и обратная сторона.
Почти всем, кто занимается спортом регулярно, и многим из тех, кто упражняется время от времени, знакомы различные травмы, вызванные перенапряжением. Куда ни глянь – «расколотая голень», слабость в коленях, потянутые мышцы и усталостные переломы. У воскресных бегунов основная причина травм – «поторопились с нагрузкой». У опытных спортсменов – «перестарались с нагрузкой, дистанцией и частотой». От чрезмерной постоянной нагрузки могут появиться трещины в костях – особенно в стопе и в голени, от чего нередко страдают танцоры и бегуны на длинные дистанции. Мышечное напряжение чревато воспалениями, вызывающими отеки и боль. От повторяющихся движений повреждаются сухожилия, постоянно трущиеся о стенки влагалищ или о прилегающие кости. В этом случае развивается коленный тендинит или ахиллобурсит. При повторяющихся микронадрывах сухожилия в месте его прикрепления оно тоже может воспалиться. Иногда сухожилия рвутся целиком, моментально обездвиживая спортсмена. Особенно болезненны и тяжки разрывы суставных связок – чаще всего от этого вида травм страдают колени. При подобных травмах требуется немедленно обеспечить покой, а затем, после восстановления, нагрузку нужно набирать постепенно и чередовать тренировки, чтобы избежать рецидива. По прошествии времени постоянный износ, вызываемый серьезной долгосрочной нагрузкой, может привести к остеоартрозу – хроническому заболеванию, при котором суставы разрушаются, вызывая боль и обездвиженность. Человеческое тело просто не создано для постоянного движения.
Стресс влияет также на иммунную систему, поэтому профессиональные спортсмены больше подвержены инфекциям, которые могут сказаться на их результатах. У женщин-стайеров и балерин могут прекратиться менструации, и вся польза физических упражнений для опорно-двигательного аппарата сводится на нет падением уровня эстрогена. Именно поэтому у молодых женщин, подверженных большой физической нагрузке, развивается остеопороз, но, как ни парадоксально, занятия обычной физкультурой помогают замедлить разрушение костей у женщин более зрелого возраста (см. гл. 7). У молодых спортсменов, таких как гимнасты, например, тяжелые нагрузки могут затормозить наступление половой зрелости.
Изнурительные тренировки могут привести к потере белка в скелетных мышцах – скорее всего, из-за микротравм непосредственно в мышечных клетках. Это, в принципе, нормально. Однако в некоторых случаях белка теряется так много, что наступает угроза для жизни. Человек чувствует тошноту, мышцы распухают и болят, а моча делается цвета кока-колы из-за миоглобина (пигментированной молекулы, родственной гемоглобину, которая запасает кислород в мышцах на короткий срок). Самое страшное, что при этом нарушается солевой баланс крови. Состояние такое хоть и редко, но все же встречается, особенно у новобранцев, которые в курсе начальной физической подготовки выполняют серии прыжков из положения «упор присев». Отсюда и неофициальное название недуга – «прыжковый синдром».
Многие виды спорта травмоопасны. В контактных дисциплинах не обходится без синяков и переломов: регбистов выдают перебитые носы, ударом хоккейной клюшки можно запросто сломать ногу, мячи для сквоша идеально вписываются в глазницу, а падение с лошади – основной источник травм головы. Пострадать могут даже зрители или прохожие. Как-то летом, проезжая на велосипеде мимо крикетной площадки, я получила мячом в глаз. На следующий день красовалась с черным синяком.
