Мышцы, сокращаясь или напрягаясь, производят работу. Она может выражаться в перемещении тела или его частей. Такая работа совершается при поднятии тяжестей, ходьбе, беге. Это динамическая работа. При удерживании частей тела в определенном положении, удерживании груза, стоянии, сохранении позы совершается статическая работа. Одни и те же мышцы могут выполнять и динамическую, и статическую работу.
Сокращаясь, мышцы приводят в движение кости, действуя на них, как на рычаги. Кости начинают двигаться вокруг точки опоры под влиянием приложенной к ним силы.
Движение в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Их называют мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели. Например, при сгибании руки двуглавая мышца плеча сокращается, а трехглавая мышца расслабляется. Это происходит потому, что возбуждение двуглавой мышцы через центральную нервную систему одновременно вызывает расслабление трехглавой мышцы.
Работой мышц управляет нервная система, она обеспечивает согласованность их действий, приспосабливает их работу к реальной обстановке, делает ее экономичной. Ученые установили, что деятельность скелетной мускулатуры человека имеет рефлекторный характер. Непроизвольное отдергивание руки от горячего предмета, дыхательные движения, ходьба, различные трудовые движения - все это двигательные рефлексы различной сложности.
Без работы мышцы со временем атрофируются. Однако если мышцы работают без отдыха, наступает их утомление. Это нормальное физиологическое явление. После отдыха работоспособность мышц восстанавливается.
 |
Развитие утомления мышц связано прежде всего с процессами, происходящими в центральной нервной системе. Утомлению способствует и накопление в мышце в процессе работы продуктов обмена веществ. Во время отдыха кровь уносит эти вещества, и работоспособность мышечных волокон восстанавливается.
Скорость развития утомления зависит от состояния нервной системы, ритма работы, величины нагрузки, тренированности мышц.
Постоянные занятия спортом, физическим трудом способствуют увеличению обьема мышц, возрастанию их силы и работоспособности.
Гладкие мышцы: строение и работа. Гладкие мышцы входят в состав стенок внутренних органов: желудка, кишечника, матки, мочевого пузыря и других, а также большинства кровеносных сосудов. Гладкие мышцы сокращаются медленно и непроизвольно. Они состоят из одноядерных веретеновидных клеток небольшого размера.
Основой сократимости гладких мышц, так же как и поперечно-полосатых, является взаимодействие белков актина и миозина. Однако нити актина и миозина расположены в клетках гладких мышц не так упорядочение как в поперечно-полосатых. Скорость скольжения актина относительно миозина мала: в 100 раз меньше, чем в поперечно-полосатых мышцах. Поэтому гладкие мышцы и сокращаются так медленно - в течение десятков секунд. Но благодаря этому они могут оставаться в сокращенном состоянии очень долго.
При кратковременном прекращении работы, т. е. за время отдыха, работоспособность мышц быстро восстанавливается, так как кровь удаляет из них вредные продукты обмена. У тренированных людей это происходит очень быстро. У людей, не напрягающих свой организм физическими упражнениями, кровоток в мышцах слабее, поэтому продукты обмена выносятся медленно, и после физических нагрузок люди долго ощущают боль в мышцах.
- Мышцы тренированных людей способны развивать фантастические усилия. Например, атлет-супертяжеловес смог выжать на спине штангу весом 2844 кг. Это без малого три тонны! Если же человек находится в состоянии сильного возбуждения, то его физические возможности достигают порой невероятного уровня. Во время землетрясения в Японии мать вытащила ребенка из-под завала, подняв голыми руками бетонную плиту, которую потом смогли сдвинуть лишь краном. Как усилить свои мышцы? Во-первых, под влиянием постоянных тренировок мышечные клетки постепенно увеличиваются в размерах. Это происходит за счет активного синтеза новых молекул сократительных белков - актина и миозина. Чем крупнее мышечная клетка, тем большее усилие она способна развивать, а значит, мышцы становятся сильнее. Во-вторых, необходимо тренировать нервные центры, управляющие мышцами, для того чтобы эти центры смогли одновременно вовлекать в работу большее число мышечных клеток. Этот процесс называется синхронной активацией мышц.
- Даже самые простые движения требуют участия большого числа мышц. Например, для того чтобы сделать один шаг, человеку необходимо сократить и расслабить около 300 мышц.
- Коэффициент полезного действия мышц не очень высок, и значительная часть затраченной ими энергии уходит на выработку тепла. И это вовсе не плохо. Ведь нам надо поддерживать постоянную температуру тела.
А где взять тепло? Вот мышцы нас теплом и обеспечивают. Вспомните, когда нам холодно, мы начинаем подпрыгивать, хлопать руками и т. п. Таким образом мы заставляем мышцы интенсивнее сокращаться, а значит, вырабатывать больше тепла.
Проверьте свои знания
- 1. Каким образом мышцы совершают работу?
- Какая работа называется динамической? статической?
- Какая работа совершается при удерживании груза?
- Как работают мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели?
- Верно ли утверждение, что вся мышечная деятельность носит рефлекторный характер? Обоснуйте свой ответ.
- Почему мышцы устают?
- От чего зависит скорость развития утомления мышц?
Подумайте
- В чем различие между статической и динамической работой мышц
- Почему длительное стояние утомительнее ходьбы?
Сокращаясь или напрягаясь, мышцы совершают работу. Различают динамическую и статическую работу. Движения в суставах обеспечиваются как минимум двумя мышцами, действующими противоположно друг другу. Работой мышц управляет нервная система, эта работа носит рефлекторный характер.
Мускулатура человека представляет собой огромное скопление длинных волокон. Осуществляет сокращение поперечно-полосатая мышечная ткань. Под микроскопом заметно сочетание светлых и темных полос. Это толстые и тонкие белковые нити. Толстые состоят из миозина, тонкие включают в свой состав актин. Мышечные клетки окружены специальной мембраной, состоящей из множества мельчайших миофибрилл, погруженных в жидкость, обеспечивающей их питанием. В ней содержится гликоген, ферменты, фосфокреатин. В активной тренированной мышце крайне много митохондрий, ускорителей биопроцессов.
Когда мускулатура сокращается, осуществляется скольжение толстых и тонких полос между собой. Актин связывает миозин, обеспечивая смещение. Регулирует сокращение кальций, точнее, его ионы. В состоянии покоя начинает работу система накопления и транспортировки. Она занимается распределением кальция, чтобы в дальнейшем при нагрузках использовать его запасы. Эта система работает на энергии АТФ. Количества нуклеотида в мышце хватает на поддержание сокращение в течение долей секунд.
Для более продолжительной работы мускулатура использует фосфокреатин. Он поддерживает сокращение в течение длительного периода времени. В работающих мышцах запасы этих веществ быстро уходят.
Гликолиз также обеспечивает мускулатуру дополнительным источником сил. Этот процесс представляет собой катализ углеводов ферментами для накопления энергии в АТФ. В отсутствии кислорода образуется лактат. Но при использовании гликогена из мышц возникает большее количество молекул нуклеотида (АТФ). В случае распада углеводов получается два лактата и две АТФ. Если используется гликоген, получаются три молекулы нуклеотида и только две лактата. Это более эффективно.
Гликоген - полисахарид-накопитель для резервного питания. Он содержится в мышцах и печени. Низкий уровень гликогена и наличие свободной глюкозы заставляют тело создавать гликоген. Есть и обратная зависимость: если возникает потребность в глюкозе, гликоген распадается.
Цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса завершает распад углеводных соединений. Он связан с процессами дыхания и окисления в митохондриях клеток. Энергия, полученная в результате, идет на синтез АТФ.
Мышечная система наиболее сильно развита в сравнении с остальными. Ей для качественной работы нужно много энергии. Есть три вида «топлива»: фосфокреатин, гликоген и жир. Эти источники отличаются друг от друга по разным признакам: количеству выделяемой энергии, длительности окисления.
При продолжительной работе с низкой интенсивностью расходуется жир и углеводы. Повышение интенсивности заставляет использовать анаэробный гликолиз. Короткая высокоинтенсивная нагрузка обеспечивается фосфагенами.
Различают красные, белые и промежуточные мышечные волокна. Окраска их зависит от миоглобина. Пучок мышц представляет собой композицию из этих «нитей». Красные волокна являются медленными, белые - быстрыми. Первые работают в аэробном режиме, вторые - в анаэробном. Красные участвуют в выполнении легкой, спокойной нагрузки в умеренном режиме. Белые вступают в игру, когда нужна интенсивная работа. Промежуточные волокна исполняют функции сразу двух видов волокон. Процентное содержание видов красных и белых зависит от того, каким спортом увлекается человек. В некотором роде, это определяет специализацию атлета. Плавание, велосипедный спорт, бег и прочие дисциплины, требующие высокой выносливости, самой природой предназначены для тех, у кого больше красных волокон. Силовые нагрузки точно созданы для тех, кто привык к высокой интенсивности. Ими являются те, у кого больше белых волокон. Такие структуры легко тренируются на силу, увеличиваясь в объеме и выдерживая колоссальные нагрузки. Впрочем, природа не определяет все. Тренировки могут легко выправить баланс в нужную сторону.
1. Как осуществляется работа скелетных мышц?
В осуществлении движения участвует обычно несколь-ко групп мышц. Мышцы, производящие одновременно движение в одном направлении в данном суставе, называ-ют синергистами (плечевая, двуглавая мышцы плеча). Мышцы, выполняющие противоположную функцию (дву-главая, трехглавая мышцы плеча), — антагонистами. Рабо-та различных групп мышц происходит согласованно: если мышцы-сгибатели сокращаются, то мышцы-разгибатели и это время расслабляются. В координации движений ос-новная роль принадлежит нервной системе.
Мышцы сокращаются рефлекторно, т.е. под действием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы. Импульсы, приходящие по нервному волокну, вызывают в мышечных волокнах возбуждение, проявляющееся их сокращением. При выполнении произвольных движений сокращаются лишь те волокна, которые непосредственно возбуждаются нервным импульсом. В скелетных мышцах человека мышечные волокна изолированы друг от друга, и возбуждение, возникающее в одном из них, не распространяется на соседние. Скелетные мышцы способны совершать очень быстрые движения. Чтобы в течение длительного времени мышца могла находиться в сокращенном состоя-нии, импульсы поступают к ней целыми сериями и следуют с большой частотой. Каждый очередной нервный импульс приходит к мышце раньше, чем она успеет расслабиться по-сле предыдущего.
Работа мышц отличается важной особенностью. Если нервный импульс пришел к мышечному волокну и оказался способным вызвать его возбуждение, то мышечное волокно сокращается с максимально возможной для него силой. Со-кратиться в полсилы оно не может. Таким образом, сила со-кращения всей мышцы зависит не от того, плохо или хоро-шо сократились ее отдельные волокна, а только от общего числа сократившихся в данный момент мышечных волокон.
2. Как происходит сокращение мышц?
В основе мышечного сокращения лежит скольжение нитей актина между нитями миозина, что приводит к уко-рочению саркомера, следовательно, и волокна. Для этого процесса необходимы ионы Са 2+ и энергия АТФ. Сокра-щается поперечно-полосатая мышечная ткань произволь-но, под влиянием импульсов, приходящих по нервному волокну.
3. В чем сущность утомления мышц?
Утомлением называют временное понижение работо-способности клетки, органа (в том числе и мышц), орга-низма в целом, наступающее в результате работы и исче-зающее после отдыха. Материал с сайта
Утомление связано, во-первых, с процессами, развиваю-щимися в нервной системе, в нервных центрах (их утомле-ние), участвующих в управлении движением. Во-вторых утомление развивается в связи с процессами, возникающими в самой мышце (накопление в ней продуктов обмена веществ — молочной кислоты и др.). Физическое утомление — нор-мальное физиологическое явление. После отдыха работоспо-собность не только восстанавливается, но и может превышать исходный уровень. И.М. Сеченов показал, что работоспособ-ность быстрее восстанавливается при активном отдыхе, чем при полном покое. При этом временное восстановление ра-ботоспособности мышцы утомленной руки может быть дос-тигнуто включением в работу мышцы другой руки или мыш-цы нижних конечностей. Это еще раз доказывает, что утомление развивается прежде всего в нервных центрах.
От нагрузки и ритма (частоты сердечных сокращений) зависит скорость развития утомления. При увеличении нагрузки или при учащении ритма нагрузка наступает быстрее. Мышечная работа достигает максимального уровня при средних нагрузках и средних скоростях со-кращения.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- в чем сущность утомления мышц
- связь ритма сокращения и скорости утомления мышц
- принцип работы мышц
Мышцы, сокращаясь или напрягаясь, производят работу. Она может выражаться в перемещении тела или его частей. Такая работа совершается при поднятии тяжестей, ходьбе, беге. Это динамическая работа. При удерживании частей тела в определенном положении, удерживания груза, стоянии, сохранении позы совершается статическая работа. Одни и те же мышцы могут выполнять и динамическую, и статическую работу. Сокращаясь, мышцы приводят в движение кости, действуя на них, как на рычаги. Кости начинают двигаться вокруг точки опоры под влиянием приложенной к ним силы.
Движение в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Их называют мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели. Например, при сгибании руки двуглавая мышца плеча сокращается, а трехглавая мышца расслабляется. Это происходит потому, что возбуждение двуглавой мышцы через центральную нервную систему вызывает расслабление трехглавой мышцы.
Скелетные мышцы прикрепляются с двух сторон от сустава и при своем сокращении производят в нем движение. Обычно мышцы, осуществляющие сгибание, - флексторы - находятся спереди, а производящие разгибание - экстензоры - сзади от сустава. Только в коленном и голеностопном суставах передние мышцы, наоборот, производят разгибание, а задние - сгибание.
Сгибание в суставе осуществляется при сокращении мышц-сгибателей и одновременном расслаблении мышц-разгибателей. Согласованная деятельность мышц-сгибателей и мышц-разгибателей возможна благодаря чередованию процессов возбуждения и торможения в спинном мозге. Например, сокращение мышц-сгибателей руки вызвано возбуждением двигательных нейронов спинного мозга. Одновременно расслабляются мышцы-разгибатели. Это связано с торможением двигательных нейронов.
Мышцы-сгибатели и разгибатели сустава могут одновременно находиться в расслабленном состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела руки находятся в состоянии расслабления. При удержании гири или гантели в горизонтально вытянутой руке наблюдается одновременное сокращение мышц-сгибателей и разгибателей сустава.
Сокращаясь, мышца действует на кость как на рычаг и производит механическую работу. Любое мышечное сокращение связано с расходом энергии. Источниками этой энергии служат распад и окисление органических веществ (углеводов, жиров, нуклеиновых кислот). Органические вещества в мышечных волокнах подвергаются химическим превращениям, в которых участвует кислород. В результате образуются продукты расщепления, главным образом углекислый газ и вода, и освобождается энергия.
Протекающая через мышцы кровь постоянно снабжает их питательными веществами и кислородом и уносит из них углекислый газ и другие продукты распада.
Утомление при мышечной работе
При длительной физической работе без отдыха постепенно уменьшается работоспособность мышц. Временное снижение работоспособности, наступающее по мере выполнения работы, называют утомлением. После отдыха работоспособность мышц восстанавливается.
При выполнении ритмических физических упражнений утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается.
В то же время при большом ритме сокращений скорее развивается утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем скорее развивается утомление.
Утомление мышц и влияние на их работоспособность ритма сокращений и величины нагрузки изучал русский физиолог И.М. Сеченов. Он выяснил, что при выполнении физической работы очень важно подобрать средние величины ритма и нагрузки. При этом производительность будет высокой, а утомление наступает позже.
Распространено мнение, что лучший способ восстановления работоспособности - это полный покой. И.М. Сеченов доказал ошибочность такого представления. Он сравнивал, как восстанавливается работоспособность в условиях полного пассивного отдыха и при смене одного вида деятельности другим, т.е. в условиях активного отдыха. Оказалось, что утомление проходит скорее и работоспособность восстанавливается раньше при активном отдыхе.
Таким образом, можно сделать вывод, что мышца обладает способностью трансформировать кишечную энергию в механическую, производя при этом работу. Эта работа затрачивается на выполнение произвольных движений, а также на моторику внутренних органов. По своим свойствам мышцы отличаются от обычных твердых тел и относятся к эластомерам – материала типа каучука.
Сократительная система мышц состоит из сократительных и эластических элементов.
Химическая энергия мышцы превращается в механическую энергию сокращения без промежуточного превращения в тепло. Во время сокращения энергия затрачивается не только на работу, совершаемую мышцей, но и на выделения тепла. При работе теплопродукция мышц значительно увеличивается и находится в прямой зависимости от скорости сокращения мышц – при медленном сокращении в единицу времени тепла выделяется меньше, чем при быстром. Работа, производимая мышцей за единицу времени, т.е. мощность ΔW/Δt будет равна произведению напряжения на скорость сокращения:
Мощность мышцы зависит от нагрузки и скорости сокращения мышцы.
Каждое мышечное волокно представляет собой симпатическую многоядерную структуру. Мышечное волокно содержит миофибриллы, которые состоят из протофибрил. Одни нити образованы молекулами белка миозина, а другие молекулами белка актина.
В мышце миозин и актин способны образовывать комплексное соединение – актомиозин.
АТФ, образующаяся в процессах окисления и фосфорирования, является источником мышечного сокращения. В мышечном сокращении АТФ играет двойную роль: способствует диссоциации актомиозина на актин и миозин и одновременно под влиянием аденозитрифосфатазных свойств миозина сама расщепляется, освобождая энергию. Мышечное сокращение возникает в результате возбуждающего действия нервного импульса, проходящего в нервные окончания мионевральных синапсов.
В настоящее время более широкое распространение получила теория «скользящих нитей». Эта теория, разработанная Л.Хаксли, Дж.Хансон и М.Хакси, она заключается в том, что при мышечном сокращении тонкие актиновые нити продвигаются и скользят между толстыми миозиновыми нитями к центру саркомера.
Таким образом, сокращение мышц является процессом, иллюстрирующим сопряжения функции (энергетических процессов) и структуру (механизмов, участвующих в сокращении) живой клетки.