При единичном надпороговом раздражении двигательного нерва или самой мышцы возбуждение мышечного волокна сопровождается одиночным сокращением. Эта форма механической реакции состоит из 3 фаз:
Латентного ли скрытого периода (самая короткая)
Фазы сокращения
Фазы расслабления.
Если интервалы между нервными импульсами короче, чем длительность одиночного сокращения, то возникает явление суперпозиции – наложение механических эффектов мышечного волокна друг на друга и наблюдается сложная форма сокращения – тетанус.
Различают 2 формы тетануса – зубчатый (при редком сокращении) и сплошной или гладкий тетанус при более частом раздражении, когда каждый следующий импульс попадает в фазу сокращения.
Сокращение целой мышцы зависит от формы сокращения отдельных ДЕ и их координации во времени.
При длительной но не интенсивной работе отдельные ДЕ сокращаются попеременно, поддерживая общее напряжение мышцы на заданном уровне( стайеры, марафон). Утомление развивается медленно, так как. Работая оп очереди ДЕ в промежутках между активацией успевают восстановиться.
Для мощного кратковременного усилия ( подъем штанги) требуется синхронизация активности отдельных ДЕ, одновременное возбуждение всех ДЕ. При этом осуществляется мощное утомительное тетаническое сокращение.
Амплитуда сокращения одиночного волокна не зависит от силы надпорогового раздражения (закон «Все или ничего»). При нарастании силы надпорогового раздражения сокращение целой мышцы постепенно растет до максимума.
Записать сокращение мышцы можно с помощью электромиограммы. (ЭМГ)
Чем больше внешняя нагрузка и сила сокращения мышцы, тем выше амплитуда ЭМГ.
По мере развития утомления при той же величине мышечного усилия амплитуда ЭМГ нарастает. Это связано с тем, что снижение сократительной способности утомленных ДЕ компенсируется нервными центрами вовлечением в работу дополнительных ДЕ путем увеличения количества активных мышечных волокон. Кроме того, усиливается синхронизация активности ДЕ, что также повышает амплитуду суммарной ЭМГ.
Лекция 12
Морфофункциональные основы мышечной силы
Движение является результатом взаимодействия внутренних и внешних сил, возникающих в ОДА, - активных(возникающих при сокращении или напряжении мышцы во время ее возбуждения) и пассивных (упругое напряжение при растяжении мышцы, сопротивление мышцы и ее сухожилия).
Сила мышцы зависит от морфологических и физиологических факторов:
- количества и свойства мышечных волокон в мышце
- исходной длины мышцы
- характера нервных импульсов
- механических условий действия мышцы на кости скелета.
Сила мышцы является суммой силы отдельных ее мышечных волокон.
1 мышечное волокно икроножной мышцы развивает напряжение 100-200мг;
1 ДЕ 200-400г., т.к. состоит из 2000 мышечных волокон;
1 икроножная мышца содержит 1000 ДЕ, т.е. развивает напряжение 200-400кг.
Анатомическое строение мышцы. Чем больше анатомический поперечник (площадь поперечного сечения мышцы), тем сильнее мышца.
Физиологический поперечник, т.е. площадь поперечного сечения всех мышечных волокон гораздо больше, чем ее анатомический поперечник. Больше волокон – больше сила мышцы.
Исходная длина мышцы зависит от возможного количества поперечных мостиков между актином и миозином. Предполагается, что в каждом цикле присоединения-отсоединения поперечных мостиков расходуется энергия 1 молекула АТФ на 1 поперечный мостик. Чем больше образуется в мышечном волокне актино-миозиновых мостиков, тем выше скорость расщепления АТФ, больше тяга сократительных белков, больше сила мышцы.
Состав (композиция) мышечных волокон является одной из важнейших характеристик, влияющих на силу сокращения.
Различают 3 типа мышечных волокон:
- медленные неутомляемые (1 типа) SO – Slow Oxidative, медленные окислительные, это выносливые неутомляемые и легко возбудимые волокна, с богатым кровоснабжением, большим количеством митохондрий, запасов миоглобина. С использованием окислительных процессов энергообразования за счет окисления глюкозы (аэробные). У человека их примерно 50,4%
Они легко включаются в работу при малейшем напряжении мышц, очень выносливы, но не обладают достаточной силой.
- Быстрые утомляемые (2 –б типа) ил FG – Fast Glicolitic быстрые гликолитические используют анаэробные процессы энергообразования (гликолиз). Они менее возбудимы, включаются при больших нагрузках и обеспечивают быстрые и мощные сокращения мышц. Зато эти волокна быстро утомляются. Их примерно 31,%
- Волокна промежуточного типа (2 –а), быстрые неутомляемые, окислительные, их примерно 18,5%.
- Количество тех или других волокон не изменяется в процессе тренировки. Возможно, только нарастает толщина (гипертрофия) отдельных волокон, а также некоторое изменение свойств промежуточных волокон.
При рождении мышцы содержат только медленные волокна, но под влиянием нервной регуляции устанавливается входе онтогенеза генетически заданное индивидуальное соотношение мышечных волокон разного типа.
Характер нервных импульсов изменяет силу сокращения мышц 3 способами:
1) увеличением числа активных ДЕ – это механизм вовлечения или рекрутирования ДЕ;
2) увеличение частоты нервных импульсов с переходом от слабых одиночных сокращений к сильным тетаническим сокращениям мышечных волокон;
3) увеличение синхронизации ДЕ, при этом происходит увеличение силы сокращения целой мышцы за счет одновременной тяги всех активных мышечных волокон.
Существенное значение имеют механические условия работы мышц – точка приложения её силы и точка приложения сопротивления, поднимаемого груза. Например, при сгибании в локте вес поднимаемого груза может быть примерно 40 кг и более, при этом сила мышц-сгибателей достигает 250 кг, а тяга сухожилий – 500кг.
Соотношение сила-скорость – чем выше сила, развиваемая мышцей, тем меньше скорость ее сокращения, и, наоборот, с нарастанием скорости сокращения падает величина нагрузки.
Режимы работы мышц.
Механическая работа,совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А= Рh кгм При регистрации работы изолированной мышцы видно. Что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца.
Различают 3 режима работы мышц:
· Изотонический
· Изометрический
· Ауксотонический
Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение при этом в ней не изменяется. Р=0, А=0. Этот режим наблюдается у человека только для одной мышцы – мышцы языка.
Изометрический режим(режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h=0 и А=0. Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы.
В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т.е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.
Ауксотонический режим(смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа (А=Р h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, т.к. мыщцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека.
Различают 2 разновидности этого режима: преодолевающий(концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим.
Изучение работы мышц с различными нагрузками и в разном темпе позволило вывести закон средних нагрузок и среднего темпа движений: « Максимальную механическую работу мышца совершает при средних нагрузках и среднем темпе движений».
При высоких скоростях сокращения мышцы часть ее энергии тратится на преодоление сопротивления (растущего внутреннего трения и вязкости мышцы), а при низких скоростях – на поддержание изометрического напряжения, которое также присутствует в этом случае для закрепления достигнутой длины мышцы в каждый данный момент времени.
Лекция 13