Поняття про руховий апарат.
Система органів і тканин, що виконує функцію руху, називається руховим апаратом. Складається із кісток скелету, з’єднаних між собою суглобами і зв’язками, скелетних м’язів, прикріплених до кісток і рухових нервових клітин – мотонейронів. Рухові реакції здійснюються за рахунок скорочення скелетних м’язів під впливом імпульсів, що надходять з мотонейронів, розташованих у спинному мозку. Мотонейрон і група м’язових волокон, що інервуються його аксоном, утворюють функціональний елемент рухового апарату – його рухову одиницю. Управління діяльністю рухового апарату здійснюється складною взаємодією нервових центрів, розташованих у різних відділах ЦНС.
2. Проведення збудження через нервово – м’язові синапси.
Передача збудження відбувається таким чином: потенціал дії, що надходить по нервовому закінченню, де поляризує пресинаптичну мембрану, що викликає виділення в синаптичну щілину медіатора ацетилхоліна. Медіатор де поляризує мембрану кінцевої пластинки і викликає її збудження. Зміна потенціалу кінцевої пластинки внаслідок виникнення колових струмів автоматично призводить до появи локальних змін потенціалу м’язової мембрани. Майже одночасно з деполяризацією постсинаптичної мембрани ацетилхолін швидко руйнується під впливом ферменту холінестерази. Величина потенціалу дії м’язового волокна складає 130 мВ, тривалість його – 2 мс. По поверхні мембрани м’язового волокна збудження розповсюджується із швидкістю 5-12 мс. Деполяризація постсинаптичної мембрани триває короткий час і вона швидко відновлює свою збудливість.
3. Будова м’язового волокна.
М’язове волокно оточене зовнішньою оболонкою – сарколемою. Внутрішній вміст волокна – саркоплазма поділяється на дві частини: саркоплазматичний матрикс та саркоплазметичний ретикулум. Матрикс– це рідина в якій знаходяться скоротні елементи міофібріли а також ядра, мітохондрії, гранули глікогену, краплі жиру, розчинний білок міоглобін, сполуки які містять фосфат та різні іони.
Ретикулум– це система складно зв’язаних між собою повздовжніх трубочок, які поблизу поперечних трубочок зливаються і утворюють цистерни.
Міофібріли являють собою пучок товстих (міозинових) та тонких (актинових) білкових ниток, які строго упорядковані. До складу тонких білкових ниток входять також регуляторні білки тропоміозин та тропонін. Вони заважають взаємодії головок міозинових молекул з актиновими білковими нитками, коли відсутня імпульсація до м’язового волокна.
4. Механізм м’язового скорочення.
Збудження яке виникає на постсенаптичній мембрані нервово-м’язового синапсу розповсюджується по сарколемі по мембранам Т-трубочок входить в середину волокна і передається мембранам саркоплазматичного ретикулуму, що супроводжується дифузією іонів кальцію з цистерн ретикулума у міжфібрілярний простір. Іони кальцію приєднуються до тропоніну (актинові міофіламенти) і усувають блокуючи властивості комплексу білків тропоміозин-тропонін. Тропоміозин переміщується і звільняє місце взаємодії головок міозинових молекул з актиновими нитками. На головка мізинових молекул відбуваються розщеплення АТФ до АДФ і ортофосфату, при цьому звільнюється енергія. Головки міозинових молекул прикріплюється до актинових ниток і повертаються в напрямку середини саркомера. Його довжина зменшується і м’язове волокно напружується.
5. Механіка м’язового скорочення.
На реалізацію м’язового скорочення впливають такі фактори:
· частота подразнення м’яза;
· величина зовнішнього навантаження;
· вихідна довжина м’яза.
Залежно від частоти подразнення розрізняють режими м’язового скорочення:
· режим поодиноких м’язових скорочень;
· режим зубчастого тетанусу;
· режими гладкого тетанусу.
В залежності від величини зовнішнього навантаження розрізняють такі форми м’язового скорочення:
· динамічна;
· статична.
Типи м’язового скорочення:
· концентричний;
· ексцентричний;
· ізометричний.
6. Електроміограма (ЕМГ). Скорочення м'язового волокна супроводжується появою потенціалу дії. При активації багатьох рухових одиниць з поверхні м'яза реєструють сумарну біоелектричну .активність рухових одиниць. Сумарна електрична активність рефлекторного скорочення при слабкому напруженні складається із нерегулярних коливань потенціалу малої амплітуди. Із збільшенням сили скорочення коливання стають ритмічними, .амплітуда їх збільшується. Основна частота електроміограми коливається в межах 20 ... 50 імпульсів за 1 секунду, на яку накладаються нерегулярні хвилі. Між сумарною амплітудою електроміограми (інтегрована ЕМГ) і силою скорочення м'яза в межах від слабких до субмаксимальних напружень існує пряма лінійна залежність.
7. Характеристичні криві м’язів («довжина-напруження», «сила-швидкість»).
Крива «довжина напруження». Напруження яке розвиває м’яз при подразненні залежить від його вихідної довжини. Найбільше напруження м’яз розвиває коли його вихідна довжина така сама як довжина спокою.
Крива “сила - швидкості”.Швидкість скорочення м’яза залежить від величини зовнішнього навантаження: чим більше навантаження тим менша сила скорочення.
8.Сила і робота м'язів.
При збудженні м'язові волокна скорочуються і в них розвивається напруження. Величина максимального напруження під час збудження характеризує силу м'яза. Сила м'яза залежить від ряду факторів: 1) сили скорочення окремих його волокон; 2) кількості волокон у м'язі; 3) початкової довжини м'яза; 4) характеру нервових впливів на м'яз. Результуюча силова дія м'язів на скелет зумовлюється процесами виникнення і регулювання тягнучих сил в самому м'язі, а також особливостями розташування м'язів на опорному апараті, геометричним прикріпленням їхніх сухожиль де кісток.
Встановлено, що одне м'язове волокно може розвинути напруження в 100 .. 200 мг. Товсті волокна розвивають більше напруження, ніж тонкі. Для порівняння сили м'язів визначають абсолютну силу їх. Абсолютна сила вимірюється в ньютонах на 1 см2 фізіологічного поперечника м'яза. Фізіологічний поперечник – це площа поперечного розрізу .всіх волокон м'яза, проведеного перпендикулярно їх розташуванню. В перистих м'язах фізіологічний поперечник значно більший від анатомічного (площі м’яза по його найбільшому діаметру), тому вони сильніші, ніж м'язи з паралельним розміщенням волокон. Абсолютна сила м'язів людини характеризується такими величинами (в кілограмах на 1 см2): литковий м'яз – 5,9; згиначі плеча – 8,63; жувальні м'язи – 10,0; двоголовий м'яз плеча - 11,4; триголовий м'яз плеча - 16,8.
Регуляція напруження м'язів здійснюється в основному двома факторами: зміною числа активованих рухових одиниць і частотою нервових імпульсів. Чим більша кількість рухових одиниць збуджена, тим більше напруження розвиває м'яз. Підвищення частоти імпульсів від мотонейронів також збільшує силу скорочення м'язів.
Робота м'язів. Під час скорочення м'язи виконують певну роботу. Розрізняють внутрішню роботу, пов'язану з витратами енергії на процеси, які забезпечують саме скорочення м'яза (розтягання еластичних елементів, проведення збудження, ресинтез АТФ), і зовнішню роботу, під час якої енергія скорочення м'яза перетворюється на потенціальну або кінетичну енергію. Зовнішню роботу називають ще механічною роботою. Величина її (А) в найбільш простих випадках визначається добутком величини сили (Р) на відстань її дії (S), тобто А = РS. Наприклад, якщо важкоатлет прикладає силу у 150 Н для підняття штанги на відстань у 2 м, то його м'язи виконують роботу, що дорівнює 2940 Нм (1 ньютонометр дорівнює 9,81 кгм). Але це наближена цифра, оскільки не враховується робота, яка виконується при розгинанні тулуба, піднятті рук, підтриманні певної пози тіла. Визначити цю додаткову роботу досить важко. Величина механічної роботи, виконуваної м'язом, залежить від навантаження м'яза. Експериментально встановлено, що максимальна робота досягається при середніх величинах навантаження.
Встановлено, що величина зовнішньої роботи - залежить від швидкості скорочення м'язів і максимальна вона при середній швидкості скорочення. Ці залежності між величиною роботи м'яза і навантаженням та швидкістю його скорочення у відповідності носять назву закону середніх навантажень і швидкостей.
Більш точним і важливим показником ефективності роботи м’язів є коефіцієнт корисної дії (ККД), який є відношенням виконаної механічної роботи (А) до загальних енергетичних витрат (Q). Загальні енергетичні витрати складаються із витрат на механічну роботу і на утворення тепла (Н), тобто Q=A+H, звідки
А
ККД= ____________
Q
Як показують дослідження, ККД м'язів людини може досягати 25 ... 30%, тобто тільки 30% всієї енергії скорочення витрачається на механічну роботу, а 70% розсіюється у вигляді тепла. ККД також залежить від величини навантаження і швидкості скорочення. ККД максимальний при навантаженнях, що дорівнюють половині від максимальної сили м'язів і при швидкості скорочення 0,35 від максимальної.
Закони середніх навантажень і середніх швидкостей визначають продуктивність роботи рухового апарату і мають важливе значення для трудової і спортивної практики
.
Питання для самоконтролю:
1. Що являє собою функціональна одиниця рухового апарату?
2. За допомогою якого медіатора здійснюється нервово-м’язова передача збудження?
3. Які має структурні елементи міофібріла скелетного м’яза?
4. Які білки міофібріли відносяться до скоротних, а які до регуляторних?
5. Які іони виходячи з саркоплазматичного ретикулуму під час розповсюдження збудження по м’язовому волокну ініціюють м’язове скорочення?
6. Які зміни електроміограми спостерігаються під час поступового збільшення напруження м’яза?
7. Які розрізняють форми та типи м’язового скорочення в залежності від величини зовнішнього навантаження?
8. Від чого залежить сила м’яза?
9. При яких величинах зовнішнього навантаження м’язова механічна робота є найбільшою?
10. Чим характеризується крива «довжина напруження» при м’язовому скороченні?
Рекомендована література
Базова
1. Солодков А.С., Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная.: Уч. / А.С. Солодков., Е.Б. Сологуб –М.:Терра-Спорт, Олимпия-Пресс, 2001.– 520 с.
2. Чайченко Г.М. та ін. Фізіологія людини і тварин: Підручник. – К.: Вища школа, 2003. – 463 с.
3. Плахтій П. Фізіологія людини. Обмін речовин і енергозабезпечення м’язової діяльності: Навчальний посібник. / П. Плахтій.–К.:ВД “Професіонал”, 2006.– 464с.
4. Плахтій П. Фізіологія людини. Нейрогуморальна регуляція функцій: Навчальний посібник. / П. Плахтій., О. Кучерук – К.: ВД “Професіонал”, 2006.–336с.
5. Хорошуха М.Ф. Функціональна діагностика: Навч. посіб для студ. вищ. навч. закл. / М.Ф.Хорошуха, В.П.Мурза, М.П.Пушкар. – К.: Університет “Україна”, 2007. – 308 с.
6. Филимонов В.И. Физиология человека: учебник / В.И Филимонов. – К.: Медицина, 2008. – 816 с.
допоміжна
7. Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини: Підручник / Переклад з англ. Наук. ред. Перекладу М. Гжегоцький, В. Шевчук, О. Заячківська.– Львів: БАК, 2002.– 784с.
8. Дубровский В.И. Спортивная физиология: учебник для сред. и высш. учеб. заведений по физ. культуре. / В.И. Дубровский – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2005. – 462 с.