Фитнес: определение, факторы и типы

Важно поддерживать хороший уровень физической подготовки. Тем не менее, может быть трудно определить, что влечет за собой пригодность.

Эксперты определяют физическую форму как «способность человека выполнять повседневные действия с оптимальными показателями, выносливостью и силой, справляться с болезнями, усталостью и стрессом, а также с уменьшением малоподвижного образа жизни».

Это описание выходит за рамки способности быстро бегать или поднимать тяжести. Несмотря на свою важность, эти атрибуты касаются только отдельных областей фитнеса.

В этой статье подробно описаны пять основных компонентов физической подготовки.

Краткие факты о фитнесе:

• Поддержание хорошей физической формы может помочь предотвратить некоторые заболевания.
• При выполнении упражнений состав тела может измениться без изменения веса.
• Сердца спортсменов показывают разные изменения в зависимости от выбранного ими вида спорта.
• Мышечная сила увеличивается за счет гипертрофии волокон и нервных изменений.
• Растяжка для повышения гибкости может облегчить ряд медицинских жалоб.

Быть в хорошей физической форме зависит от того, насколько хорошо человек выполняет каждый из компонентов здоровья.

Когда дело доходит до фитнеса, этими компонентами являются:

• кардиореспираторная выносливость
• мышечная сила
• мышечная выносливость
• состав тела
• гибкость

В следующих разделах каждый из этих компонентов будет рассмотрен по отдельности.

Кардиореспираторная выносливость показывает, насколько хорошо организм может поставлять топливо во время физической активности через системы кровообращения и дыхания.

Действия, которые помогают улучшить кардиореспираторную выносливость, — это действия, вызывающие учащение пульса в течение длительного периода времени.

К таким видам деятельности относятся:

• плавание
• быстрая ходьба
• бег трусцой
• езда на велосипеде

Люди, которые регулярно занимаются этими видами деятельности, более физически здоровы с точки зрения кардиореспираторной выносливости. Важно начинать эти действия медленно и постепенно увеличивать интенсивность с течением времени.

Упражнения повышают кардиореспираторную выносливость несколькими способами. Например, сердечная мышца становится сильнее и способна перекачивать больше крови за одно сердцебиение.

В то же время в мышечной ткани растут дополнительные мелкие артерии, которые при необходимости могут более эффективно доставлять кровь к работающим мышцам.

Как здоровье сердца меняется при физических нагрузках?

Работа сердца меняется и улучшается после упорных тренировок. Тем не менее, недавние исследования показывают, что разные виды деятельности меняют сердце немного по-разному.

Все виды упражнений увеличивают общий размер сердца, но существуют значительные различия между спортсменами, занимающимися выносливостью, такими как гребцы, и спортсменами, занимающимися силовыми видами спорта, такими как футболисты.

У спортсменов, занимающихся выносливостью, увеличены левый и правый желудочки, тогда как у спортсменов, занимающихся силовыми видами спорта, стенка сердца, особенно левого желудочка, утолщена.

Как здоровье легких меняется при физической нагрузке?

Хотя сердце со временем неуклонно укрепляется, дыхательная система не приспосабливается в той же степени. Размер легких не меняется, но легкие более эффективно используют кислород.

В общем, упражнения помогают организму более эффективно поглощать, распределять и использовать кислород. Со временем это улучшение повышает выносливость и общее состояние здоровья.

Польза кардиореспираторной подготовки для здоровья

Кардиореспираторная подготовка может помочь снизить риск таких состояний, как:

• болезни сердца
• диабет 2 типа
• инсульт

Существует несколько способов измерения мышечной силы. Как правило, лучшим способом является поднятие установленного веса в заданном положении и сравнение результатов с любой конкретной популяцией.

В целом, если человек последовательно и регулярно тренирует свои мышцы, их сила увеличивается.

Существуют различные способы интенсивных упражнений для мышц, но все, что работает с мышцами до тех пор, пока они не устанут, со временем увеличит мышечную силу.

Как изменяется структура мышц при физических нагрузках?

Мышцы состоят из удлиненных мышечных клеток. Каждая мышечная клетка содержит сократительные белки, называемые актином и миозином, которые придают мышце силу.

Эти волокна сокращаются вместе, создавая так называемый рабочий ход. Общая сила зависит от количества этих единиц, сокращающихся в унисон.

Чтобы нарастить мышечную массу, человек должен регулярно тренировать свои мышцы и потреблять достаточное количество белка.

Ученые не до конца понимают точный механизм наращивания мышечной массы, но общие принципы хорошо известны. Тренировка заставляет мышечные клетки расширяться, и увеличивается производство актина и миозина.

Кроме того, в нетренированных мышцах волокна активируются асинхронно. Другими словами, они не стреляют в унисон. Однако по мере того, как человек тренирует их, они учатся стрелять вместе как одно целое, тем самым увеличивая максимальную выходную мощность.

Фитнес также может включать в себя мышечную выносливость, то есть способность мышц продолжать прилагать усилия без утомления.

Как упоминалось выше, силовые тренировки помогают наращивать мышцы. Тренировка на выносливость, с другой стороны, не обязательно приводит к увеличению мышц.

Это связано с тем, что организм больше внимания уделяет сердечно-сосудистой системе, гарантируя, что мышцы получают насыщенную кислородом кровь, необходимую им для продолжения функционирования.

Еще одно важное изменение в мышцах, которые люди специально тренируют для выносливости, касается различных типов мышечной ткани: быстрых и медленных волокон.

Быстро сокращающиеся волокна быстро сокращаются, но быстро устают. Они потребляют много энергии и полезны для спринтов. Они беловатые, так как им не требуется кровь для функционирования.

Медленно сокращающиеся волокна лучше всего подходят для работы на выносливость, так как они могут выполнять задачи без усталости. Они присутствуют в основных мышцах. Эти волокна кажутся красными, так как они зависят от хорошего снабжения насыщенной кислородом крови и содержат запасы миоглобина.

Различные упражнения задействуют быстро сокращающиеся волокна, медленно сокращающиеся волокна или и то, и другое. Например, у спринтера сравнительно больше быстрых волокон, тогда как у бегуна на длинные дистанции больше медленных волокон.

Состав тела измеряет относительное количество мышц, костей, воды и жира у человека.

Человек потенциально может сохранить тот же вес, но радикально изменить соотношение каждого из компонентов, составляющих его тело.

Например, люди с высоким соотношением мышечной массы (безжировой массы) могут весить больше, чем люди с таким же ростом и окружностью талии, у которых меньше мышц.

Как рассчитывается состав тела?

Существует несколько методов расчета состава тела. Например, врач может измерить жировые отложения человека с помощью таких инструментов, как штангенциркуль, или с помощью анализа биоэлектрического импеданса для обнаружения жировых клеток.

Однако приведенные выше методы подвержены ошибкам.

Гибкость относится к диапазону движений в суставе.

Гибкость важна, потому что она улучшает способность плавно связывать движения и может помочь предотвратить травмы. Он специфичен для каждого сустава и зависит от ряда переменных, включая натяжение связок и сухожилий.

Различные упражнения, которые растягивают суставы, связки и сухожилия, могут повысить гибкость.

Существует три распространенных типа растяжки, которые люди используют для повышения гибкости:

• Динамическая растяжка: Это относится к способности выполнять полный диапазон движений в определенном суставе. Люди используют этот тип растяжки в стандартных разминочных упражнениях, так как он помогает подготовить тело к физической нагрузке.
• Статическая активная растяжка: Это относится к удержанию тела или части тела в растянутом положении и сохранению этого положения в течение определенного периода времени. Одним из примеров статико-активной растяжки является шпагат.
• Баллистическая растяжка: Людям следует заниматься баллистической растяжкой только тогда, когда тело уже разогрето и гибко от упражнений. Он включает в себя растяжку в различных положениях и подпрыгивания.

Существует несколько способов повысить гибкость. Ежедневная растяжка может быть самым простым и эффективным способом достижения гибкости всего тела.

Вообще, фитнес означает разные вещи для разных людей.

Важная информация заключается в том, что любые регулярные физические упражнения полезны для здоровья человека. Чем больше упражнений они делают, тем здоровее они будут выглядеть и чувствовать себя.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Susan Swapp, University of Wyoming

Что такое сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Типичный прибор СЭМ, показывающий электронную колонку, камеру для образца, детектор ЭДС, электронную консоль и визуальный дисплей мониторы.

В сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) используется сфокусированный пучок высокоэнергетических электронов для генерации различных сигналов на поверхности твердых образцов. Сигналы, возникающие в результате взаимодействия электрона с образцом, раскрывают информацию о образце, включая внешнюю морфологию (текстуру), химический состав, кристаллическую структуру и ориентацию материалов, составляющих образец. В большинстве приложений данные собираются по выбранному участку поверхности образца, и создается двумерное изображение, отображающее пространственные изменения этих свойств. Области шириной примерно от 1 см до 5 микрон можно визуализировать в режиме сканирования с использованием обычных методов СЭМ (увеличение от 20 до примерно 30 000 раз, пространственное разрешение от 50 до 100 нм). СЭМ также может выполнять анализ выбранных точек на образце; этот подход особенно полезен для качественного или полуколичественного определения химического состава (с помощью EDS), кристаллической структуры и ориентации кристаллов (с помощью EBSD). Конструкция и функции SEM очень похожи на EPMA, и возможности этих двух инструментов в значительной степени совпадают.

Основные принципы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)

Ускоренные электроны в СЭМ несут значительное количество кинетической энергии, и эта энергия рассеивается в виде различных сигналов, создаваемых взаимодействием электронов с образцом, когда падающие электроны замедляются в твердом теле. образец. Эти сигналы включают вторичные электроны (которые создают изображения SEM), обратно рассеянные электроны (BSE), дифрагированные обратно рассеянные электроны (EBSD, которые используются для определения кристаллической структуры и ориентации минералов), фотоны (характеристические рентгеновские лучи, которые используются для элементного анализа и континуума). рентгеновские лучи), видимый свет (катодолюминесценция — КЛ) и тепло. Вторичные электроны и обратнорассеянные электроны обычно используются для визуализации образцов: вторичные электроны наиболее ценны для демонстрации морфологии и топографии образцов, а обратнорассеянные электроны наиболее ценны для иллюстрации контрастов состава в многофазных образцах (т. е. для быстрого разделения фаз). Генерация рентгеновского излучения производится неупругими столкновениями падающих электронов с электронами дискретных ортиалей (оболочек) атомов в образце. Когда возбужденные электроны возвращаются в более низкие энергетические состояния, они испускают рентгеновское излучение с фиксированной длиной волны (это связано с разницей энергетических уровней электронов в разных оболочках для данного элемента). Таким образом, для каждого элемента в минерале, который «возбуждается» электронным пучком, создаются характеристические рентгеновские лучи. Анализ SEM считается «неразрушающим»; то есть рентгеновские лучи, генерируемые электронными взаимодействиями, не приводят к потере объема образца, поэтому можно многократно анализировать одни и те же материалы.

Приборы для сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) – как они работают?

Основные компоненты всех SEM включают следующее:

• Источник электронов («Пистолет»)
• Электронные линзы
• Образец предметного столика
• Детекторы для всех интересующих сигналов
• Дисплей/устройства вывода данных
• Требования к инфраструктуре:
• Блок питания
• Вакуумная система
• Система охлаждения
• Вибростойкий пол
• Помещение, свободное от окружающих магнитных и электрических полей

РЭМ всегда имеют по крайней мере один детектор (обычно детектор вторичных электронов), и большинство из них имеют дополнительные детекторы. Конкретные возможности конкретного прибора в решающей степени зависят от того, какие детекторы он поддерживает.

Приложения

СЭМ обычно используется для создания изображений форм объектов с высоким разрешением (SEI) и для демонстрации пространственных вариаций химического состава: 1) получение карт элементов или точечный химический анализ с использованием EDS, 2) различение фаз на основе среднего атомного номера ( обычно связанный с относительной плотностью) с использованием BSE, и 3) карты состава, основанные на различиях в «активаторах» микроэлементов (обычно переходных металлов и редкоземельных элементов) с использованием CL. SEM также широко используется для идентификации фаз на основе качественного химического анализа и/или кристаллической структуры. Точное измерение очень мелких элементов и объектов размером до 50 нм также выполняется с помощью СЭМ. Изображения обратно рассеянных электронов (BSE) можно использовать для быстрого разделения фаз в многофазных образцах. СЭМ, оснащенные детекторами дифрагированных обратно рассеянных электронов (EBSD), можно использовать для исследования микроткани и кристаллографической ориентации во многих материалах.

Преимущества и недостатки сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)?

Достоинства

Пожалуй, нет другого прибора с такой широтой применения в исследовании твердых материалов, который мог бы сравниться с РЭМ. SEM имеет решающее значение во всех областях, требующих определения характеристик твердых материалов. Хотя этот вклад в основном касается геологических приложений, важно отметить, что эти приложения представляют собой очень небольшую часть научных и промышленных приложений, которые существуют для этого инструментария. Большинство SEM сравнительно просты в эксплуатации и имеют удобный «интуитивно понятный» интерфейс. Многие приложения требуют минимальной подготовки образца. Для многих приложений сбор данных выполняется быстро (менее 5 минут на изображение для SEI, BSE, точечного анализа EDS). Современные SEM генерируют данные в цифровых форматах, которые легко переносятся.

Ограничения

Образцы должны быть твердыми и помещаться в камеру микроскопа. Максимальный размер в горизонтальных размерах обычно составляет порядка 10 см, вертикальные размеры, как правило, гораздо более ограничены и редко превышают 40 мм. Для большинства приборов образцы должны быть стабильны в вакууме порядка 10 ^-5 — 10 ^-6 торр. Образцы, которые могут выделяться при низком давлении (горные породы, насыщенные углеводородами, «влажные» образцы, такие как уголь, органические материалы или набухающие глины, а также образцы, которые могут разрушаться при низком давлении), непригодны для исследования с помощью обычных РЭМ. Однако также существуют РЭМ «низкого вакуума» и «экологические» РЭМ, и многие из этих типов образцов можно успешно исследовать с помощью этих специализированных приборов. Детекторы EDS на SEM не могут обнаруживать очень легкие элементы (H, He и Li), а многие приборы не могут обнаруживать элементы с атомными номерами менее 11 (Na). В большинстве СЭМ используется твердотельный рентгеновский детектор (EDS), и, хотя эти детекторы очень быстрые и простые в использовании, они имеют относительно низкое энергетическое разрешение и чувствительность к элементам, присутствующим в малых количествах, по сравнению с детекторами рентгеновского излучения с дисперсией по длине волны. WDS) на большинстве электронно-зондовых микроанализаторов (EPMA). Электропроводящее покрытие должно быть нанесено на электроизолирующие образцы для исследования в обычном СЭМ, если только прибор не может работать в режиме низкого вакуума.

Руководство пользователя. Сбор и подготовка проб

Подготовка проб для СЭМ может быть минимальной или сложной, в зависимости от характера проб и требуемых данных. Минимальная подготовка включает в себя получение образца, который поместится в камеру SEM, и некоторые приспособления для предотвращения накопления заряда на электроизолирующих образцах. Большинство электроизоляционных образцов покрыты тонким слоем проводящего материала, обычно углерода, золота или какого-либо другого металла или сплава. Выбор материала для проводящих покрытий зависит от данных, которые необходимо получить: углерод наиболее желателен, если приоритетным является элементный анализ, в то время как металлические покрытия наиболее эффективны для приложений электронной визуализации с высоким разрешением. В качестве альтернативы электроизолирующий образец можно исследовать без проводящего покрытия в приборе, способном работать в «низком вакууме».

Сбор данных, результаты и представление. -рихтеритовый асбест, Либби, Монтана

Литература

Следующая литература может быть использована для дальнейшего изучения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)

• Гольдштейн, Дж. (2003) Сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Kluwer Adacemic/Plenum Pubishers, 689 стр.
• Reimer, L. (1998) Сканирующая электронная микроскопия: физика формирования изображения и микроанализ. Спрингер, 527 стр.
• Egerton, RF (2005) Физические принципы электронной микроскопии: введение в TEM, SEM и AEM. Спрингер, 202.
• Кларк, А. Р. (2002) Методы микроскопии для материаловедения. CRC Press (электронный ресурс)

Дополнительные ссылки

Для получения дополнительной информации о сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) перейдите по ссылкам ниже.

• Петроглиф — атлас изображений, полученных с помощью электронного микроскопа, изображений в обратно рассеянных электронах, карт элементов, энергодисперсионных рентгеновских спектров и петрографического микроскопа — Эрик Крисенсен, Университет Бригама Янга
• Веб-страница SEM / EDX Университета Индианы — Университет Пердью, Форт-Уэйн,

Преподавательская деятельность и ресурсы

Преподавательская деятельность, лаборатории и ресурсы, относящиеся к сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

• Аргаст, Энн и Теннис, Кларенс Ф., III, 2004 г., Веб-ресурс для изучения щелочных полевых шпатов и пертитовых структур с использованием световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, Journal of Geoscience Education 52, нет.