Механизм мышечного движения.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 8Следующая ⇒

А — мышца, расположенная на внутренней стороне сустава (сокращаясь, вызывает сгибание); Б — мышца, расположенная на наружной стороне сустава (сокращаясь, вызывает разгибание).

Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом режиме), то механическая работа равна нулю.

Если при максимальной нагрузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то работа также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью переходит в тепловую.

Согласно закону средних нагрузок, мышца может совершать максимальную работу при нагрузках средней величины.

При сокращении скелетной мускулатуры в естественных условиях преимущественно в режиме изометрического сокращения, например при фиксированной позе, говорят о статической работе, при совершении движений — о динамической.

Величина работы зависит от силы мышц и их длины. Сила мышц прямо пропорционально зависит от поперечного сечения всех мышечных волокон данной мышцы, т.е. от ее физиологического поперечника. Функциональные характеристики мышц зависят от анатомического поперечника мышцы (сечение в наиболее широком участке мышцы), который характеризует длину и толщину мышцы.

Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм сокращения мышцы неодинаковы. Они изменяются в зависимости от условий работы и физиологического состояния мышцы, и обусловлены нервной системой. У человека они изменяются в зависимости от жизненного опыта, возраста, питания и тренированности.

Работа мышц может быть миостатической — активная фиксация органов относительно друг друга и удержание определенного положения частей тела или всего тела в определенном положении. При этом мышца развивает напряжение без изменения длины. Статическая работа зависит от времени напряжения мышц и степени их напряжения. Состояние длительного удерживаемого незначительного напряжения мышц есть ее тонус. В физическом смысле это не работа, так как при этом отсутствует движение. Статическая работа обеспечивает поддержание тела в пространстве и преодоление земного притяжения.

Работа мышц может быть миодинамической — смещение одних органов относительно других и перемещение тела в пространстве. При этом мышцы изменяют длину и толщину. Динамическая работа характеризуется скоростью, или быстротой, ловкостью, выносливостью.

Различают:

♦ преодолевающую работу мышц, когда сила мышечного сокращения преодолевает силу сопротивления;

♦ удерживающую работу, при которой сила мышц удерживает груз в соответствующем положении;

♦ уступающую работу, при которой сила мышцы уступает действующей на нее силе тяжести.

Состояние мышц. Каждая мышца по морфологической характеристике может находиться в трех состояниях: исходном, удлиненном и укороченном. По функциональному признаку выделяют напряженное и расслабленное состояния мышцы. Из сочетаний этих состояний возможны несколько вариантов:

I -удлиненное

1 — напряженное II - исходное 2 — расслабленное

III-укороченное

Следует отметить, что сочетания удлинения с расслаблением трудно достигнуть, так как при удлинении мышцы все более сказываются ее упругие свойства.

I. 1. Мышца удлинена и напряжена. Места начала и прикрепления ее удалены друг от друга, мышца растянута, плотна на ощупь.

II. 1. Мышца в исходном состоянии, напряжена. Места начала и прикрепления не изменены, мышца плотна на ощупь.

III. 1. Мышца укорочена и напряжена. Места фиксации ее сближены, брюшко утолщено, мышца плотна на ощупь.

II. 2. Мышца в исходном состоянии, расслаблена. Напряжение мышцы невелико и обеспечивает лишь поддержание естественного тонуса.

III. 2. Мышца укорочена и расслаблена. Места начала и прикрепления сильно сближены; мышца мягка на ощупь и провисает в силу своей собственной тяжести, несмотря на постоянный естественный тонус.

Между названными состояниями имеются переходные, зависящие от степени сокращения или расслабления мышцы, а также от величины ее укорочения или удлинения. Обладая способностью к укорочению и растягиванию, мышца характеризуется особым состоянием — постоянным непроизвольным напряжением, так называемым тонусом, в силу которого мышца сопротивляется растягиванию. О степени тонуса обычно судят по консистенции мышцы.

Тонус мышцы регулируется ЦНС и имеет рефлекторный характер, т. е. зависит от импульсов (проприоцептивных), возникающих в самой мышце, особенно при ее растягивании. При перерезке подходящих к мышце нервов она оказывается парализованной и ее тонус снижается.

К этому нужно добавить, что и деятельное состояние мышцы при сокращении бывает двоякого рода: при изометрическом сокращении мышца сокращена, но движения не происходит, длина ее не изменяется, работа мышцы носит статический характер; при изотоническом сокращении мышцы происходит движение, длина ее изменяется, работа носит динамический характер.

Сила мышцы зависит (кроме утомления, состояния нервной системы, условий тренировки и пр.) от площади сечения, перпендикулярного к ходу всех мышечных волокон, входящих в состав данной мышцы. У так называемой веретенообразной мышцы направление волокон параллельно длине мышцы. Площадь поперечного сечения волокон перпендикулярна к длине мышцы.

У перистой мышцы определение площади поперечного сечения несколько труднее. Ввиду того что ее особенностью является наличие сухожилия, идущего посредине (двуперистая) или с краю (одноперистая мышца), площадь поперечного сечения каждого волокна проходит наискось по отношению к длине мышцы. Суммируя сечения отдельных волокон, нетрудно убедиться, что общая их площадь значительно превышает площадь поперечного сечения веретенообразной мышцы (при одинаковой окружности брюшка). Поэтому перистые мышцы обладают значительно большей подъемной силой. С другой стороны, у них сравнительно меньше величина укорочения. Величина укорочения, на которую мышца может сокращаться, очень значительна и в отдельных случаях достигает трети и даже половины длины мышечных пучков. Однако устройство скелета не позволяет использовать полностью эту потенциальную возможность сокращения. Этим объясняется то состояние естественного напряжения мышцы, которое свойственно ей даже в случае полного расслабления.

Анатомический поперечник веретенообразной мышцы, соответствующий разрезу, перпендикулярному к ее длине, одинаков с физиологическим поперечником, перпендикулярным к ходу всех ее волокон, в то время как у перистой мышцы физиологический поперечник больше анатомического. При определении физиологического поперечника мышцы ее объем делят на среднюю длину одного волокна.

Перистые мышцы имеют значительные прослойки плотной соединительной ткани, поэтому они труднорастяжимы и могут производить большую, чем веретенообразные мышцы, работу статического характера.

Прослоек плотной соединительной ткани у веретенообразных мышц почти нет. У них легко чередуются состояния сокращения и растяжения (портняжная мышца).

Законы рычага и работа мышц. Сила мышц определяется:

— физиологическим поперечником;

— площадью начала и прикрепления;

— видом рычага, в котором происходит движение.

Поскольку большинство мышц действуют на сустав на некотором расстоянии от него, они имеют плечо рычага, и поэтому правильнее говорить не о силе мышц, а о моменте вращения мышечной силы (произведение величины силы на ее плечо).

Сила мышцы, имеющей площадь поперечного сечения 1 см², равна 8—10 кг. Если исходить из этой цифры, то сила мышц составляет для сгибателей предплечья приблизительно 160 кг, для сгибателей голени — 480 кг. Эти цифры на первый взгляд могут показаться преувеличенными, так как тяжести, которые может поднять человек, сгибая предплечье или голень, гораздо меньше. Однако не следует забывать, что поднимаемая тяжесть имеет на конечности место приложения, находящееся обычно на значительном расстоянии от того сустава, в котором происходит движение, в связи с чем момент этой силы очень велик. В то же время мышцы, производящие данное движение, проходят вблизи сустава и во многих случаях прикрепляются в непосредственном соседстве с ним, что уменьшает их момент силы, так как эффект вращательного движения зависит не только от величины этих сил, но и от расстояния, на котором действуют силы.

Проявление силы зависит от особенностей прикрепления мышцы к костям. Мышцы с большей площадью опоры имеют большие возможности для проявления силы. Важно также и место приложения силы мышцы. Кости вместе с прикрепляющимися к ним мышцами являются рычагами, и, чем дальше от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести прикрепляется мышца, тем большую силу она может развить.

Различают следующие виды рычагов:

♦ рычаг равновесия (рычаг первого рода) — точка опоры находится посредине между точками приложения силы (атлантозатылочный сустав);

Рычаг равновесия.

А — точка опоры; Б — точка приложения силы;

В — точка сопротивления.

♦ рычаг скорости — одноплечный рычаг, где плечо приложения мышечной силы короче плеча сопротивления (локтевой сустав);

Рычаг скорости.

А — точка опоры; Б — точка приложения силы;

В — точка сопротивления.

♦ рычаг силы (рычаг второго рода) — одноплечный рычаг, где плечо приложения мышечной силы длиннее плеча сопротивления (пястно-запястный сустав).

Рычаг силы.

А — точка опоры;

Б — точка сопротивления;

В — точка приложения силы.

Функциональные свойства скелетных мышц. Возбуждение, а затем сокращение мышц происходит при поступлении потенциалов действия от иннервирующих мышечные волокна мотонейронов через посредство нервно-мышечных синапсов.

Деятельность скелетной мускулатуры регулируется ЦНС — корой головного мозга, через чувствительные, двигательные и симпатические нервные волокна через мионевральный синапс.

Мионевральный синапс

1— синаптическая бляшка; 2 — медиатр; 3 — синаптическая мембрана; 4 — синаптическая щель; 5 — постсинаптическая мембрана.

Нейро-моторная единица лежит в основе главной функции скелетных мышц — сокращении, и состоит из аксона мотонейрона спинного мозга, и, иннервируемых им, определенного количества мышечных волокон. Различают: крупные мотонейроны , иннервирующие порядка 1000 мышечных волокон, образуя крупные нейро-моторные единицы, имеющие аксоны большего диаметра и соответственно с высокой скоростью проведения импульсов. Крупные мотонейроны с толстыми аксонами иннервируют крупные «белые» мышечные волокна быстрого типа.

Мелкие мотонейроны иннервируют небольшое количество «красных» мышечных волокон и образуют мелкие нейро-моторные единицы.

Мышцы, которые обычно участвуют в быстрых движениях, иннервируются крупными, фазовыми мотонейронами.

Тогда как мышцы, специализирующиеся на поддержании постоянной силы, имеют в основном тоническую иннервацию мелких мотонейронов.

Каждая нейро-моторная единица состоит из мышечных волокон только одного типа. Такая однородность нейро-моторной единицы обеспечивается в процессе развития в результате трофических влияний мотонейрона на иннервируемые им мышечные волокна.

Если мышца выполняет постепенно нарастающую работу, то в первую очередь включаются мелкие нейро-моторные единицы с медленно сокращающимися красными волокнами. Они развивают слабую, но тонко градуированную силу.

Крупные нейро-моторные единицы включаются только в момент, когда действительно необходима большая сила. При этом толстые светлые мышечные волокна развивают значительную, но менее тонко регулируемую силу.

Таким образом, мелкие мотонейроны и соответствующие мышечные волокна бывают, активны гораздо чаще, чем крупные нейро-моторные единицы.

Механизм сокращения и расслабления мышц. Мышцы относятся к возбудимым тканям, основным свойством которых является сокращение, лежащее в основе работы мышц. Сокращение, проявление работы, выражается различными движениями. Сократительной частью мышечного волокна являются миофибриллы, которые составляют саркомеры.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 Следующая ⇒