Формы и типы мышечных сокращений.
Харьковская Государственная Академия Физической Культуры
Кафедра гигиены и физиологии человека
Реферат
по дисциплине: «Физиология человека»
На тему: «Формы и типы мышечных сокращений. Регуляция напряжения, сила и утомление мышцы.»
Выполнил: студент 43 группы заочного отделения
Просин И. В.
Харьков – 2015 г.
Содержание
2) Формы и типы мышечных сокращений.
3) Сила и работа мышц.
6) Список используемой литературы
Введение
В организме человека по структуре и физиологическим свойствам выделяют 3 типа мышечной ткани:
Все типы мышц обладают некоторыми свойствами:
3. Сократимость – изменение длины или напряжения
4. Способность расслабляться.
В естественных условиях деятельность мышц носит рефлекторный характер. Зарегистрировать электрическую активность мышцы можно с помощью электромиографа. Электромиография используется в спортивной медицине.
Формы и типы мышечных сокращений.
Мышца способна сокращаться как в состоянии покоя, так и в укороченном или в растянутом состоянии. При длине покоя мышца может развить очень высокое напряжение.
Во-первых, потому что оптимальная степень контакта филаментов актина и миозина позволяет создать максимальное количество мостиковых соединений и тем самым активно и сильно развить напряжение сократительного компонента.
Во-вторых, потому что эластичный компонент мышцы уже как пружина предварительно растянут, уже создано дополнительное напряжение. Активно развитое напряжение сократительного компонента суммируется с упругим напряжением, накопленным в эластичном компоненте, и реализуется в одно высокое, результирующее напряжение мышцы.
Последующее предварительное растяжение мышцы, которое значительно превосходит состояние при длине покоя, приводит к недостаточному контакту филаментов актина и миозина. При этом заметно ухудшаются условия для развития значительного и активного напряжения саркомеров.
Тем не менее, при большом предварительном растягивании задействованных мышц, например, при широком замахе в метании копья, спортсмены достигают более высоких результатов, чем без замаха. Этот феномен объясняется тем, что увеличение предварительного напряжения эластичного компонента превосходит снижение активного развития напряжения сократительного компонента. Различают разные формы и типы мышечного сокращения.
При динамической форме мышца изменяет свою длину; статической – напряжение (но не меняет длину); ауксотонической – длину и напряжение.
Существуют такие типы сокращения: изометрическое, изокинетическое и смешанное.
За счет целенаправленной силовой тренировки (метод многократной субмаксимальной нагрузки) увеличивается поперечное сечение и количество, как сократительных элементов (миофибрилл), так и других соединительно-тканных элементов мышечного волокна (митохондрии, фосфатные и гликогенные депо и т.д.).
Правда, этот процесс приводит к прямому увеличению сократительной силы мышечных волокон, а не к немедленному увеличению их поперечного сечения. Лишь после того, как это развитие достигнет определенного уровня, продолжение тренировок по развитию силы может способствовать увеличению толщины мышечных волокон и тем самым увеличению поперечного сечения мышцы (гипертрофия).
Таким образом, увеличение поперечного сечения мышцы происходит за счет утолщения волокон (увеличение саркомеров в поперечном сечении мышцы), а не за счет увеличения числа мышечных волокон, как часто ошибочно предполагают.
Количество волокон в каждой отдельно взятой мышце обусловлено генетически, и, как показывают научные исследования, это количество нельзя изменить при помощи силовой тренировки. Интересно, что люди значительно отличаются по количеству мышечных волокон в мышце.
Спортсмен, в бицепсе которого содержится большое количество волокон, имеет лучшие предпосылки увеличить поперечное сечение этой мышцы тренировкой, направленной на утолщение волокон, чем спортсмен, бицепс которого состоит из относительно небольшого количества волокон. У наиболее способных представителей видов спорта, требующих максимальной и скоростной силы, при планомерной и настойчивой тренировке доля мышц к общей массе тела увеличивается до 60% и более процентов.
Сила скелетной мышцы, как уже отмечалось, зависит главным образом от ее поперечного сечения, т. е. от количества и толщины миофибрилл, параллельно расположенных в волокнах, и складывающегося из этого количества возможных мостиковых соединений между филаментами миозина и актина.
При возбуждении мышц тонкие нити актина вдвигаются с обеих сторон между толстыми нитями миозина. Происходит сокращение мышцы, уменьшение ее длины. Поскольку каждая миофибрилла состоит из большего числа (n) последовательно расположенных саркомеров, то величина и скорость изменения длины мышцы в n раз больше, чем у одного саркомера.
Сила тяги, развиваемая миофибриллой, состоящей из n последовательно расположенных саркомеров, равна силе тяги одного саркомера. Эти же самые n саркомеров, соединенные параллельно (что соответствует большому числу миофибрилл), дают n-кратное увеличение в силе тяги, но скорость изменения длины мышцы такая же, как скорость сокращения одного саркомера.
Сила и работа мышц.
Силу мышц определяют по максимальному напряжению, которое она может развить в условиях изометрического сокращения или при поднятии максимального груза. Для измерения силы мышцы определяют тот максимальный груз, который она в состоянии поднять.
Поднимая груз, мышца выполняет механическую работу, которая измеряется произведением массы груза на высоту его подъема и выражается в килограммометрах. Мышца выполняет наибольшую работу при средних нагрузках.
Временное понижение работоспособности мышцы, наступающее в результате работы и исчезающее после отдыха, называется утомлением. Последнее представляет собой сложный физиологический процесс, связанный, прежде всего, с утомлением нервных центров. Определенную роль в развитии утомления играет накопление в работающей мышце продуктов обмена (молочная кислота и др.) и постепенное истощение энергетических запасов.
В покое, вне работы, мышцы полностью не расслаблены, а сохраняют некоторое напряжение, называемое тонусом. Внешним выражением тонуса является определенная степень упругости мышц. Тонус мышц обусловлен непрерывно поступающими нервными импульсами из мотонейронов спинного мозга. Тонус скелетных мышц играет важную роль для поддержания определенного положения тела в пространстве, сохранения равновесия и упругости мышц.
Виды мышечных сокращений
Содержание
Механика мышечных сокращений [ править | править код ]
Если мышцу стимулировать коротким электрическим импульсом, спустя небольшой латентный период происходит ее сокращение. Такое сокращение называется «одиночное сокращение мышцы». Одиночное мышечное сокращение длится около 10-50 мс, причем оно достигает максимальной силы через 5-30 мс.
Каждое отдельное мышечное волокно подчиняется закону «все или ничего», т. е. при силе раздражения выше порогового уровня происходит полное сокращение с максимальной для данного волокна силой, а ступенчатое повышение силы сокращения по мере увеличения силы раздражения невозможно. Поскольку смешанная мышца состоит из множества волокон с различным уровнем чувствительности к возбуждению, сокращение всей мышцы может быть ступенчатым в зависимости от силы раздражения, при этом при сильных раздражениях происходит активация глубжележащих мышечных волокон.
Суперпозиция и тетанус [ править | править код ]
Однократное электрическое раздражение (рис. 1, вверху) ведет к единичному мышечному сокращению (рис. 1, внизу). Два близко друг за другом следующих раздражения накладываются друг на друга (это называется «суперпозиция», или суммация сокращений), что ведет к более сильному мышечному ответу, близкому к максимальному. Серия часто повторяющихся электрических раздражений вызывает возрастающие по силе мышечные сокращения, в результате чего не происходит должного расслабления мышцы. Если частота электрических импульсов выше частоты слияния, то единичные раздражения сливаются в одно и вызывают тетанус мышцы (тетаническое сокращение) — устойчивое достаточно длительное напряжение сокращенной мышцы.
Формы сокращений [ править | править код ]
Выделяют различные функциональные формы мышечных сокращений (рис. 2).
Использованные здесь термины нетипичны для русской литературы по мышечной активности. В отечественной литературе принято выделять следующие типы сокращений.
Режимы работы (сокращения) мышц
Описаны режимы работы мышц (режимы мышечного сокращения, режимы сокращения мышц): изометрический, преодолевающий (концентрический), уступающий (эксцентрический). Дана характеристика изменений (гипертрофии, силы и повреждений мышц), происходящих в скелетных мышцах при выполнении силовых упражнений в различных режимах их работы.
Режимы работы (сокращения) мышц
Классификация режимов работы мышц на основе изменения длины мышцы
В биомеханике основным классификационным признаком является длина мышцы. На основе того, что происходит с длиной мышцы режимы работы мышц делятся на изометрический и динамический.
Изометрический режим работы мышц
Скелетные мышцы могут работать не меняя своей длины. Такой режим работы мышц называется изометрический. Иногда говорят, что мышца работает в статическом режиме. Как пример такой работы — удержание гантели в руке, не меняя ее положения. В этом случае мышцы-сгибатели предплечья (двуглавая мышца плеча, плече-лучевая мышца и др.) не меняют своей длины. В чем особенность этого режима? Мышца возбуждена, должна укорачиваться, а ее длина не меняется. Это происходит из-за того, что внешняя сила уравновешивает силу, которую развивает мышца (правильнее, конечно говорить, что момент внешней силы равен моменту силы тяги мышцы, но этот нюанс можно опустить).
Динамический режим работы мышц
Если длина мышцы меняется, неважно она уменьшается или увеличивается, то принято говорить, что мышца работает в динамическом режиме. Как пример такой работы — сгибание и разгибание руки в локтевом суставе, удерживая в руке гантель. В этом случае мышцы-сгибатели предплечья вначале укорачиваются (это происходит при сгибании руки), затем — удлиняются (это происходит при разгибании руки в локтевом суставе).
Преодолевающий режим работы мышц (концентрический режим работы мышц)
Мышца работает в преодолевающем режиме, если ее длина уменьшается. Как пример — сгибание руки в локтевом суставе, удерживая в руке гантель. Преодолевающий режим является разновидностью динамического режима работы мышц. При работе в этом режиме усилие, развиваемое мышцами больше внешней силы (правильнее, конечно, говорить, что момент силы, развиваемый мышцами, больше момента внешней силы). Мышца как бы «преодолевает» внешнюю нагрузку. В англоязычной литературе этот режим сокращения мышцы называется концентрическим.
Уступающий режим работы мышц (эксцентрический режим работы мышц)
Мышца работает в уступающем режиме, если ее длина увеличивается. Как пример — разгибание руки в локтевом суставе, удерживая в руке гантель. Уступающий режим является разновидностью динамического режима. При работе в этом режиме развиваемое мышцей усилие меньше момента внешней силы (правильнее говорить момент силы мышц меньше внешнего момента силы). Мышца как бы «уступает» внешней силе. В англоязычной литературе этот режим называется эксцентрический режим работы мышц.
Различные режимы работы мышц иллюстрируют рис.1 и рис.2.
Следует обратить внимание на тот факт, что мышцы-антагонисты при выполнении движения работают в различных режимах. Например, при сгибании руки мышцы-сгибатели укорачиваются (преодолевающий режим), а мышцы-разгибатели (их антагонисты) — удлиняются (уступающий режим).
Изменения, происходящие в мышцах непосредственно или сразу после тренировочного занятия (срочный эффект тренировки)
Многочисленными исследованиями доказано, что выполнение физических упражнений в эксцентрическом (уступающем режиме, когда мышца удлиняется) режиме вызывает большие структурные повреждения мышечных волокон, чем другие режимы сокращения мышцы. Эти повреждения затрагивают в первую очередь Z-диски саркомеров, а также белки цитоскелета.
С биохимической точки зрения эксцентрические упражнения (упражнения, выполняемые в эксцентрическом режиме) представляют для организма значительно больший стресс, чем упражнения, производимые в других режимах: уровень креатинкиназы в крови (фермента, содержащегося в мышечных волокнах и выделяющегося в кровь при их разрушении) при работе в эксцентрическом режиме значительно превышает соответствующий показатель при работе в концентрическом (преодолевающем) и изометрическом режимах.
Если измерить силу мышц после выполнения упражнений в эксцентрическом режиме, то окажется, что она уменьшается значительно больше, чем при выполнении упражнений в концентрическом режиме. О чем это говорит? Это говорит о том, что в эксцентрическом режиме повреждено больше мышечных волокон.
Изменения, происходящие в мышцах после длительного применения физических упражнений (кумулятивный тренировочный эффект)
Показано, что долговременная адаптация скелетных мышц к упражнениям, выполняемым в эксцентрическом режиме, проявляется в несколько большей гипертрофии скелетных мышц по сравнению с другими режимами. Силовые тренировки в эксцентрическом режиме приводят к увеличению силы и жесткости скелетных мышц.
При выполнении силовых упражнений в изометрическом режиме увеличивается степень перекрытия мышечных и сухожильных волокон, несколько утолщается сухожилие и увеличивается площадь прикрепления сухожилия к кости. Именно поэтому рекомендуется в конце тренировки выполнять упражнения в изометрическом режиме (около 15 минут). Считается, что это позволяет уменьшить количество травм опорно-двигательного аппарата человека.
Если мышца сокращается в динамическом режиме (концентрическом или эксцентрическом режимах), в ней через некоторое время увеличивается длина мышечных волокон и уменьшается длина сухожилия. Компьютерное моделирование (U. Proske, D.L. Morgan, 2001) подтвердило целесообразность удлинения мышечной части и укорочения сухожильной. Авторами показано, что долговременная адаптация к выполнению эксцентрических упражнений проявляется в увеличении количества саркомеров в миофибриллах мышечных волокон и уменьшении сухожильной части. Это приводит к изменению оптимальной длины мышцы при развитии активного напряжения.
При выполнении силовых упражнений в динамическом режиме (концентрическом или эксцентрическом) возрастает количество нервных волокон, иннервирующих скелетную мышцу (в 4-5 раз больше, чем в изометрическом режиме).
Классификация режимов работы мышц на основе изменения длины и (или) тонуса мышцы
В физиологии принята несколько иная классификация режимов работы скелетных мышц. В качестве классификационных признаков используется длина и тонус мышцы. Согласно этим признакам режимы работы мышц делятся на три вида: изотонический, изометрический, ауксотонический. Эту классификацию даю по учебнику А.С. Солодкова, Е.Б.Сологуб (2005)
Изотонический режим работы мышцы
Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. В таком режиме в организме человека работает только одна мышца — мышца языка. В настоящее время в литературе в качестве изотонического рассматривается такой режим работы мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы ее тонус не меняется.
Изометрический режим работы мышц
Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обеих концов или когда она не может поднять слишком большой груз. В этом случае в мышечном волокне (миофибрилле) происходят процессы сокращения, при этом одни саркомеры укорачиваются, а другие — удлиняются.
Ауксотонический режим работы мышц
Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением и длины и тонуса мышцы. При этом режиме сокращения происходит перемещение груза. Этот режим также называется динамическим. Имеются две разновидности этого режима: преодолевающий (концентрический) — длина мышцы уменьшается, уступающий (эксцентрический) — длина мышцы увеличивается.
Классификация режимов работы мышц на основе изменения скорости сокращения мышцы
Изокинетический режим работы мышц
«Классификация», конечно, громко сказано. Как известно, мышцы сокращаются с различной скоростью. Этот вопрос подробно рассмотрен в моей докторской диссертации (А.В. Самсонова, 1998). Однако с появлением тренажеров, на которых можно было задавать постоянную скорость сокращения мышцы, стали выделить еще и изокинетический режим работы мышц. То есть изокинетический режим работы мышц — это режим, при котором скорость укорочения или растяжения мышцы постоянна.
Работа мышц
Урок 15. Биология 8 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Работа мышц»
Мышцы способны сокращаться. При сокращении мышца перемещает кость, к которой она прикреплена, и производит механическую работу. В момент сокращения мышца укорачивается, становится толще и сближает связанные с ней кости. Таким образом, мышцы производят перемещение тела или его частей в пространстве, а также другие движения.
Среди мышц, которые обеспечивают движения, выделяют мышцы-сгибатели и разгибатели, приводящие и отводящие сустав и мышцы, вращающие кость в одном направлении.
Самые активные мышцы в теле человека – глазные, они сокращаются до 100 000 раз в день.
Работа мышцы зависит от её длины и диаметра. Чем больше диаметр мышцы, тем она сильнее, и тем большую работу может осуществлять. Также, чем длиннее мышечные волокна, образующие мышцу, тем больше они способны укорачиваться.
Одна и та же мышца не может сгибать и разгибать кости в суставе. Движения в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Такие мышцы называются антагонистами, например, мышцы-сгибатели и разгибатели.
Когда происходит сокращение мышцы-сгибателя, например, двуглавой мышцы плеча, то мышца-разгибатель, в данном случае это трёхглавая мышца плеча, расслабляется. При сокращении трехглавой мышцы, расслабляется двуглавая и не мешает разгибать руку.
В одном направлении, например при сгибании, могут действовать не одна, а несколько мышц. В таком случае их называют синергистами. Они работают согласованно.
Мышцы-антагонисты и синергисты могут находиться в расслабленном состоянии, например, когда руки висят вдоль тела.
Когда человек держит тяжесть в вытянутых руках, мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели (в данном случае двуглавая и трёхглавая мышцы) сокращаются одновременно, прижимая кости друг к другу. Здесь они действуют как синергисты.
Вы уже знаете, что к скелетным мышцам подходят нервы. В мышцах, а также в сухожилиях, суставах и коже находится большое количество нервных окончаний – рецепторов.
Они воспринимают раздражения и доставляют информацию по отросткам чувствительных нейронов в спинной и головной мозг. По отросткам двигательных нейронов информация из центральной нервной системы поступает к мышце. Мышца способна сокращаться только после того, как получит нервный сигнал от двигательного нейрона, находящегося в центральной нервной системе. Там осуществляются процессы управления движениями. Регулирует работу скелетных мышц соматический отдел нервной системы.
Поперечно-полосатые мышечные волокна никогда не находятся в состоянии полного расслабления. Они всегда слегка напряжены. Это состояние называют мышечным тонусом. Благодаря ему мышца всегда готова начать сокращаться.
При любой мышечной работе происходит потребление энергии. Источником энергии в организме служат вещества, которые образуются при распаде органических соединений, в основном углеводов (чаще всего глюкозы) и жиров. Мышцы нуждаются в постоянном их притоке, поэтому хорошо снабжаются кровью. Чем интенсивнее работает мышца, тем лучше она снабжается кровью, и тем быстрее в ней происходит обмен веществ. Интенсивность обмена веществ в работающей мышце возрастает от 100 до 1000 раз.
В результате распада органических веществ образуется много энергии, а также углекислый газ и вода, которые уносятся кровью из клеток.
В разных жизненных ситуациях одни и те же мышцы человека могут выполнять разную работу. При динамической работе происходит перемещение тела или груза в пространстве. Статическая работа связана с удержанием определённой позы или груза.
К статическим усилиям относятся, например, стояние, удержание головы в вертикальном положении или груза на вытянутой руке. При выполнении некоторых гимнастических упражнениях (на кольцах, при удержании поднятой штанги) статическая работа требует одновременного сокращения почти всех мышечных волокон, которые составляют мышцу. Поэтому она не может быть продолжительной, так как наступает утомление. Для организма статическая работа утомительна ещё и потому, что при длительном напряжении, мышцы сдавливают проходящие в них кровеносные сосуды.
Это ведёт к ухудшению снабжения мышц кислородом и питательными веществами, а также к накоплению в них конечных продуктов распада.
При динамической работе различные группы мышц сокращаются поочерёдно, более того, по очереди сокращаются мышечные волокна одной мышцы. Всё это даёт возможность мышце совершать работу длительное время.
Работа мышц – необходимое условие их жизнедеятельности. При длительном бездействии происходит потеря мышечного тонуса.
Тренировка мышц способствует увеличению их объёма, силы и работоспособности, что положительно влияет на физическое состояние всего организма.
В результате длительной работы происходит снижение работоспособности мышц. Это явление временное и называется утомлением.
Скорость наступления утомления зависит от количества накопленных в мышцах продуктов обмена (например, молочной кислоты), снижения в крови запасов кислорода и питательных веществ, состояния нервной системы.
Известно, что неинтересная работа быстрее вызывает утомление. При выполнении ритмичной работы утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается. В то же время мышечная деятельность, совершаемая в высоком ритме, приводит к быстрому развитию утомления. Быстрее всего оно развивается при больших физических нагрузках.
Влияние физической нагрузки на работоспособность и наступление утомления мышц впервые изучил русских физиолог Иван Михайлович Сеченов. Он установил, что мышечная работоспособность достигает максимального уровня при умеренном ритме и средней величине нагрузки.
Для отдыха большое значение имеет смена видов деятельности. Активный отдых полезнее и эффективнее пассивного. Так как время восстановления утомлённых мышц уменьшается, если в период отдыха работают другие группы мышц.
Физиологическое утомление – нормальное биологическое явление. После отдыха работоспособность не только восстанавливается, но какое-то время даже превосходит исходный уровень.
Вспомним, что в состав стенок внутренних органов (желудка, кишечника, кровеносных сосудов и мочевого пузыря) входят гладкие мышцы. Они сокращаются медленно – в течение десятков секунд. Но благодаря этому тратится меньше энергии. Гладкие мышцы могут длительное время находиться в состоянии сокращения, и утомление в них практически не развивается. Например, мышцы стенок артерий находятся в сокращённом состоянии всю жизнь.
Итог урока. При сокращении мышцы совершают работу: сгибают или разгибают кости в суставе, отводят или приводят их друг к другу, вращают. Мышцы, действующие в одном направлении, называются синергистами, а в противоположных направлениях – антагонистами. Различают статическую и динамическую работу. Статическая работа более утомительна, чем динамическая. Наибольший эффект динамической работы достигается при средних нагрузках и среднем ритме.