Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Физиологические процессы в двигательной системе во время мышечной работы.



Занятие 1. Физиология мышечного сокращения.

 

Вопросы для самоподготовки.

 

1. Движение. Поперечно-полосатые мышцы, их функции и свойства.

2. Строение скелетной мышцы.

3. Электромеханическое сопряжение. Механизм мышечного сокращения

4. Формы и режимы мышечного сокращения. Оптимум и пессимум частоты и силы раздражения.

5. Физиологические изменения в организме под влиянием мышечной деятельности

6. Физиологические особенности гладких мышц.

 

 

Базовая информация.

 

Движение –фундаментальное свойство материи вообще и уникальная способность живых организмов в частности, проявляющаяся на всех без исключения уровнях их организации. Приспособление организма человека и животных к постоянно меняющимся условиям внешней среды невозможно без сложнейших рефлекторных реакций, основное место среди которых занимают двигательные акты.

Своего максимального расцвета двигательные возможности получают с развитием мышечной системы, обеспечивающей у высших животных все многообразие двигательной активности. Роль двигательной активности очень хорошо описал И. М. Сеченов в своей работе “Рефлексы головного мозга”: “Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению - мышечному движению...”.

Мышцы у всех высших животных являются важнейшими исполнительными (рабочими) органами - эффекторами. У позвоночных различают поперечно-полосатые и гладкие мышцы.

Поддержание позы, перемещение в пространстве, нахождение пищи, трудовая деятельность, защита от врагов, продолжение рода выполняются скелетной мускулатурой, образованной поперечно-полосатой мышечной тканью (рис.1 А). Скелетные мышцы формируют двигательные аппараты скелета, глазодвигательный, жевательный и некоторые другие важные двигательные аппараты. У человека и позвоночных животных эти мышцы полностью контролируются ЦНС, они лишены автоматизма, т.е. не способны работать без “приказа” из ЦНС. Их называют произвольной мускулатурой, имея в виду их подчинение воле у человека.

А Б В

Рис1. Виды мышечных тканей

Поперечно-полосатой мышечной тканью образована и сердечная мышца (рис.1 Б), однако форма и размер ее клеток, а также механизм запуска и регуляции сокращения существенно отличается от скелетных мышц. Кроме того, она не является произвольной. Подробно функциональная характеристика сердечной мышцы будет рассмотрена на отдельном занятии.

В осуществлении ряда вегетативных функций, таких, как пищеварение, дыхание, кровообращение, и т. д., принимают участие гладкие мышцы, это мышцы внутренних органов, образованные гладкой мышечной тканью. (рис.1 В). Характеристика и функциональные особенности сократительной способности гладких мышц подробно рассмотрены ниже.

Предмет нашего обсуждения, это двигательная деятельность, лежащая в основе локомоции (обеспечивающая перемещение тела в пространстве), которая выполняется специальной системой, получившей название двигательного аппарата. Двигательный аппарат позвоночных животных состоит из сочлененных костей скелета и сложной системы поперечно-полосатых (скелетных) мышц, приводящих в движение костные рычаги. С функциональной точки зрения, к двигательному аппарату должны быть также отнесены мотонейроны и их аксоны, проводящие нервные импульсы к мышечным волокнам. Частью двигательного аппарата являются и нервно-мышечные (мионевральные) синапсы. Нервно-мышечная часть двигательного аппарата получила название нервно-мышечной системы организма, ее функциональной единицей, ответственной за реализацию движения является нейромоторная единица – комплекс, состоящий из двигательного нейрона и группы иннервируемых им мышечных волокон.

Именно в мышечных волокнах происходят основные физиологические процессы, обеспечивающие сократительную функцию. Прежде всего, это сам процесс сокращения – укорочение мышцы направленное на преодоление внешнего сопротивления. Этот процесс сопровождается многообразными изменениями в самом сократительном аппарате.

Физиологические процессы в двигательной системе во время мышечной работы.

· Прежде всего, для сокращения мышцы нужна энергия, которая образуется в результате окисления АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Сама АТФ должна постоянно восстанавливаться, так как запасов её организм не образует, следовательно, во время мышечной работы увеличивается скорость и интенсивность обмена веществ в мышечных клетках.

· Усиление обмена веществ приводит к образованию большого количества продуктов обмена – метаболитов, концентрация которых в клетке является одним из важных регуляторов, в том числе и интенсивности мышечного сокращения. При увеличении концентрации продуктов обмена интенсивность сокращения снижается, а по достижении определенного уровня сокращение становится невозможным. Таким образом, клетка предохраняет себя от биохимических и физиологических нарушений при выполнении чрезмерной работы.

· Сокращающиеся мышцы нуждаются в повышенном поступлении из крови кислорода и питательных веществ и удалении метаболитов. Поэтому, в работающих мышцах увеличивается скорость тока крови, и расширяются кровеносные сосуды. Эти изменения, кстати, не исчезают сразу после прекращения мышечной работы, а сохраняются некоторое время, за счет большего кровенаполнения после тренировки объем мышцы, если измерить его сантиметром, больше, чем перед тренировкой.

· Энергия, образующаяся в мышце в процессе обмена веществ, используется на синтез АТФ менее чем на 50 %, основная часть этой энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому при работе температура сокращающихся мышц увеличивается до нескольких градусов в зависимости от длительности работы и ее интенсивности. Протекающая по работающим мышцам кровь нагревается и несет это тепло в другие части тела, обеспечивая, таким образом, их согревание и относительно равномерное распределение тепла в организме.

Изменения происходят не только в мышце, но и в других структурах двигательного аппарата.

Основные физиологические изменения в костях и их соединениях во время мышечной деятельности:

· повышенное кровоснабжение мышц улучшает питание рядом расположенных костей и их соединений;

· повышается температура костей и их соединений, расположенных рядом с работающими мышцами;

· увеличиваются эластические свойства суставных элементов (суставных связок, например) тех суставов, которые участвуют в обеспечении движения.

Некоторые изменения в скелете под влиянием длительной (многолетней) тренировки:

· увеличивается плотность костей, а соответственно, их масса;

· увеличивается прочность костей - они становятся способными выдерживать большие нагрузки;

· кости становятся толще (если тренировки были силовой направленности);

· увеличивается подвижность суставов (особенно при тренировках на гибкость) и одновременно прочность связочного аппарата суставов.

Это лишь небольшая часть изменений, которые происходят в скелете под влиянием многолетних тренировок. Так что врач безошибочно определит, принадлежит ли скелет спортсмену или не спортсмену.

Изменения в мышечной системе под влиянием длительной (многолетней) тренировки:

· количество мышечных клеток остается неизменным, но они увеличиваются в размерах (гипертрофируются);

· увеличивается количество сократительных элементов мышечной клетки, что приводит к повышению ее сократительной способности (мышцы становятся способны сокращаться дольше, с большей скоростью и силой);

· в мышечной клетке увеличивается запас АТФ и веществ, расщепление которых дает энергию для ее синтеза;

· увеличивается активность ферментов, регулирующих энергетический обмен и сам процесс мышечного сокращения;

· повышается физиологический тонус мышц - постоянное напряжение живой мышцы, вызванное регулирующими влияниями нервной системы. Повышение физиологического тонуса имеет большое значение. Например, тонус мышц брюшного пресса обеспечивает лучшую защиту органов брюшной полости и малого таза, а также позволяет поддерживать достаточный уровень внутрибрюшного давления. Достаточный уровень внутрибрюшного давления является профилактикой опущения органов. Повышение физиологического тонуса мышц ног не позволяет крови скапливаться в венах нижних конечностей (напряженные мышцы сдавливают вены, не давая им возможности расширяться), что является средством профилактики развития варикозного расширения вен.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать функции скелетных мышц:

· Основная функция скелетных мышц - сократительная, лежит в основе бесконечно разнообразной двигательной деятельности человека. За счет сократительной функции осуществляется перемещение тела в пространстве и поддержание определенной его позы.

· Скелетные мышцы выполняют рецепторную функцию, являясь своеобразным органом чувств. В толще мышц и сухожилий расположены многочисленные рецепторы. Наиболее изученными являются проприорецепторы (собственно рецепторы мышц), которые реагируют на растяжение и сокращение мышц. Кроме того, в мышцах обнаружены хемо- и терморецепторы.

· За счет сокращения мимических мышц и разнообразной жестикуляции выражаются те или иные эмоциональные состояния человека. Таким образом, мышцы обеспечивают сигнальную функцию.

· Мышцы являются депо воды и солей и, следовательно, участвуют в регуляции водно-солевого обмена в организме.

· При сокращении мышцы часть энергии АТФ переходит в тепловую энергию, тем самым мышцы участвуют в терморегуляции.

· Наряду с клетками печени мышцы являются депо гликогена. В мышечной ткани осуществляются процессы синтеза и ресинтеза гликогена, АТФ, креатинфосфата.

· Наконец, мышцы являются депо кислорода за счет миогемоглобина, который находится в мышечных клетках. Кислород миоглобина используется в случае интенсивной физической нагрузки.

Основные физиологические свойства скелетных мышц. Мышечная ткань, как и все возбудимые ткани, обладает следующими физиологическими свойствами: возбудимостью, проводимостью, рефрактерностью, лабильностью. Специфическим свойством мышечной ткани является сократимость.

Возбудимость мышечной ткани ниже, чем нервной. Возбуждение, возникшее в каком-либо участке мышечного волокна, распространяется вдоль него. Скорость распространения возбуждения в мышечной ткани намного ниже, чем в нервной. Так, скорость распространения потенциала действия в поперечно-полосатых мышцах теплокровных составляет около 5 м/с, а в двигательных нервных волокнах -80 -120 м/с.

Рефрактерный период мышечной ткани более продолжителен, чем нервный. Длительность рефрактерного периода нерва 14 м/с, а поперечно-полосатой мышцы около 35 м/с.

Лабильность мышечной ткани значительно ниже, чем нервной. Действительно, икроножная мышца лягушки может воспроизводить 200 -250 волн возбуждения в 1 с, а седалищный нерв -500 -1000.

Под сократимостью следует понимать способность мышечного волокна изменять свою длину и степень напряжения в ответ на раздражение пороговой силы. Эта способность развивать напряжение является основным свойством мышцы. Даже при спокойной ходьбе трехглавая мышца голени может развивать напряжение, которое почти в 4 раза больше веса идущего человека, а при беге икроножная мышца может развить напряжение, в 6 раз превышающее вес тела. Если бы все мышцы, содержащие примерно около 300 млн. волокон, возбуждались одновременно и максимально и осуществляли тягу в одном направлении, они смогли бы развить силу, по крайней мере, в 25 тонн.

Сокращение возможно благодаря растяжимости мышцы – способность изменять свою длину под действием растягивающей ее силы, и эластичности - способности мышцы принимать свою первоначальную длину после прекращения действия растягивающей или деформирующей силы. Живая мышца обладает малой, но совершенной эластичностью: уже небольшая сила способна вызвать относительно большое удлинение мышцы, а возвращение ее к первоначальным размерам является полным. Эти свойства очень важны для осуществления нормальных функций скелетных мышц.