Основная функция мышц

1. Основная функция мышц состоит в преобразовании химической энергии в механическую работу или силу.

Главными биомеханическими
показателями,
характеризующими
деятельность мышцы,
являются:
сила, регистрируемая на ее
конце (эту силу называют
натяжением или силой тяги
мышцы);
скорость изменения длины.

2.

Звенья тела двигают скелетные мышцы – поперечнополосатые.
Поперечная исчерченность связана с филаментами,
толстыми и тонкими сократительными белками ),
объединенными в миофибриллы.
Филаменты образуют периодический рисунок вдоль
миофибрилл.
Регулярный повторяющийся элемент называется
саркомером.
Саркомер - основная сократительная единица мышцы.

3.

4.

Механические свойства мышц сложны и зависят от
механических свойств элементов, образующих мышцу
(мышечные волокна, соединительные образования и т.
п.), и состояния мышцы (возбуждения, утомления и пр.).

5. Двигательные единицы

Двигательная единица –
соматическая клетка и
дендриты двигательного
нейрона,
многочисленные
ответвления его аксона и
мышечные волокна,
которые он иннервирует

6. Двигательные единицы

Мышечные волокна каждой
Двигательной единицы
расположены на довольно
значительном расстоянии друг от
друга. Число мышечных волокон,
входящих в одну ДЕ, отличается в
разных мышцах. Оно меньше в
мелких мышцах,
осуществляющих тонкую и
плавную регуляцию
двигательной функции
(например, мышцы кисти, глаза) и больше в крупных, не
требующих столь точного контроля (икроножная мышца,
мышцы спины).
Мышечные волокна одной ДЕ имеют
одинаковые морфофункциональные свойства.

7.

По морфофункциональным
свойствам ДЕ делятся на
три основных типа
(рис.4.8.):
I — медленные,
неутомляемые;
II-А — быстрые, устойчивые
к утомлению:
II-В — быстрые, легко
утомляемые
Скелетные мышцы
человека состоят из ДЕ
всех трех типов
1 — медленные, слабые, неутомляемые мышечные волокна.
Низкий порог активации мотонейрона;
2 — промежуточный тип ДЕ;
3 — быстрые, сильные, быстроутомляемые мышечные
волокна. Высокий порог активаций мотонейрона.

8.

1 тип. Мышечные волокна медленных ДЕ развивают
небольшую силу при
сокращении в связи с наличием в них меньшего, по
сравнению с быстрыми волокнами, количества
миофибрилл. Скорость сокращения этих волокон в 1,5-2
раза меньше, чем быстрых.
Малоутомляемы.
Обладают хорошо развитой капиллярной сетью. На
одно мышечное волокно, в среднем, приходится 4- 6
капилляров.
В цитоплазме имеется большое количество
митохондрий и высокая активность окислительных
ферментов.
Существенная аэробная выносливость позволяет
выполнять работу умеренной мощности длительное
время без утомления.

9.

Быстрые, легко утомляемые ДЕ (тип II-В)
Наиболее крупные ДЕ, имеют толстый аксон с множеством ответвлений,
иннервирующий большую группу мышечных волокон.
Обладают наиболее высоким порогом возбуждения, а их аксоны —
большей скоростью проведения нервных импульсов.
Частота импульсации мотонейронов возрастает с ростом силы
сокращения.
Не способны в течение длительного времени поддерживать устойчивую
частоту разрядов, то есть быстро утомляются.
Содержат большее число сократительных элементов — миофибрилл,
поэтому при сокращении развивают большую силу.
Выше скорость сокращения.
Содержат больше гликолитических ферментов, меньше митохондрий и
миоглобина, окружены меньшим, по сравнению с медленными ДЕ,
количеством капилляров.
Эти волокна быстро утомляются. Более всего они приспособлены для
выполнения кратковременной, но мощной работы.

10.

Быстрые, устойчивые к утомлению ДЕ (тип II-А)
По своим морфофункциональным свойствам этот тип мышечных
волокон занимает промежуточные положения между ДЕ I и II- В
типов.
Сильные, быстро сокращающиеся волокна, обладающие
большой аэробной выносливостью благодаря присущей им
возможности использовать для получения энергии как
аэробные, так и анаэробные процессы.

11.

У разных людей соотношение числа медленных и быстрых
ДЕ в одной и той же мышце определено генетически и
может отличаться весьма значительно.
Так, например, в четырехглавой мышце бедра человека
процент медленных волокон может варьировать от 40 до
98%.
Чем больше в мышце процент медленных волокон, тем
более она приспособлена к работе на выносливость.
Лица с высоким процентом быстрых сильных волокон в
большей мере способны к работе, требующей большой
силы и скорости сокращения мышц.

12.

Сократимость
Вязкость
Ползучесть
Биомеханические
свойства мышц
Эластичность
Релаксация
Упругость
Прочность
Жесткость

13. Трехкомпонентная (упрощенная) модель мышцы – позволяет понять многие механические свойства мышц

Комбинация упругих и
сократительных
компонентов.
Упругие компоненты по
механическим свойствам
аналогичны пружинам:
чтобы их растянуть, нужно
приложить силу.
Работа силы равна энергии
упругой деформации,
которая может в следующей
фазе движения перейти в
механическую работу.
Чем сильнее растянута
пружина, тем большая
энергия в ней запасена.

14. Трехкомпонентная (упрощенная) модель мышцы – позволяет понять многие механические свойства мышц

1 - соединительнотканные
образования
(параллельный упругий
3компонент)
- Аналогом механический
в
2 -последовательного
при сокращениианалог
мышцы
упругого
виде пружины.
образуются
поперечные
компонента
является
актино-миозиновые
мостики, от
пружина, последовательно
числа
которых зависит
сила
с цилиндром.
соединенная
К соединительнотканным
сокращения
мышцы.
образованиям
относятся:
Она
моделирует
сухожилие и
оболочка
мышечных
• Актино-миозиновые
мостики
миофибриллы
волокон и их пучков,
сократительного
(сократительные
нити,
сарколемма икомпонента
фасции.
изображаются
намышцу),
модели в
составляющие
виде
цилиндра,
в котором
которые
в данный
момент не
движется
поршень.
участвуют
в сокращении.

15.

А — Поперечные мостики
между актином и
миозином разомкнуты.
Мышца находится в
расслабленном состоянии.
Б — Замыкание
поперечных мостиков
между актином и
миозином. Скольжение
актиновых нитей вдоль
миозиновых, укорочение
саркомера, развитие тяги.

16. К биологическим свойствам мышц относят их возбудимость и сократимость

Возбудимость мышцы — ее свойство переходить в
состояние возбуждения, которое проявляется в
изменении ее напряжения, упругости, вязкости и
др.

17. Сократимость — это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и

возникает сила тяги.
При возбуждении мышцы
изменяется ее
механическое состояние;
эти изменения называют
сокращением.
Сокращение проявляется в
изменении натяжения и
(или) длины мышцы, а
также других ее
механических свойств
(упругости, твердости и
др.).

18. Упругость - способность восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы.

При растягивании в мышце возникает
энергия упругой деформации. Мышцу
можно сравнить с пружиной или с
резиновым жгутом: чем сильнее
растянута пружина, тем большая
энергия в ней запасена.
Это явление широко используется в
спортивной практике. Например, в
хлесте предварительное растягивание
мышц приводит к растягиванию и
параллельного, и последовательного
упругого компонента. В них запасается
энергия упругой деформации, которая в
финальной части движения (метания,
толкания и т. д.) преобразуется в
энергию
движения
(кинетическую
энергию).

19. Закон Гука - нелинейная связь между силой тяги и длинной мышцы

Кривая “сила — длина”
является
одной
из
характеристических
зависимостей, описывающих
закономерности мышечного
сокращения.
Сначала мышца растягивается
легко, а затем даже для
небольшого удлинения надо
прикладывать все большую
силу мышцу в этом отношении
сравнивают
с
вязаными
вещами: если растягивать
трикотажный
шарф,
то
вначале он легко изменяет
свою
длину,
а
затем
становится
практически
нерастяжимым).

20. Кривая Хила – взаимосвязь между силой и скоростью мышечного сокращения

50
12
400
240
Кривая Хила – взаимосвязь между силой и
скоростью мышечного сокращения
Характеристическую зависимость “сила — скорость” называют в
честь изучавшего ее известного английского физиолога кривой
Хилла.

21.

Если мышцу растягивать
повторно через небольшие
интервалы Времени, то ее длина
увеличится больше, чем при
однократном воздействии. Это
свойство мышц широко
используется в практике при
выполнении упражнений на
гибкость (пружинистые
движения, повторные махи и т.
п.).

22. Особенности упругих свойств невозбужденной мышцы:

1) нагрузка растягивает мышцу, удлиняя ее, т.е. для
растягивания мышцы необходимо приложить силу;
2) по мере удлинения мышцы ее напряжение увеличивается;
следовательно, чтобы вызвать напряжение мышцы (без
дополнительного возбуждения), необходимо ее растянуть;
3) приложенная нагрузка определяет величину напряжения
мышцы, таким образом, чтобы получить большое
напряжение, надо приложить большую нагрузку
(сопротивление тяге мышцы) - действие равно
противодействию;
4) упругость мышцы нелинейна; следовательно, по мере
значительного растягивания одинаковые приращения длины
мышцы дают все большие приращения напряжения;
5) при отсутствии нагрузки длина мышцы является наименьшей
("свободная длина" мышцы) - нерастянутая мышца не
напряжена;
6)
в условиях организма длина мышцы больше "свободной
длины" и мышца несколько напряжена, т.е. всегда обладает
"тонусом" покоя.

23.

Длина, которую
стремится принять
мышца, будучи
освобожденной от
всякой нагрузки,
называется равновесной.
При такой длине мышцы
ее упругие силы равны
нулю.
В живом организме
длина мышцы всегда
несколько больше
равновесной и поэтому
даже расслабленные
мышцы сохраняют
некоторое натяжение.

24.

Изложенный процесс сокращения элементарного блока миофибриллы представляет собой энергетический процесс, в
котором химическая энергия превращается в механическую работу.
Если укорачивается сократительный компонент, то сначала растягивается Пос (см. рис.3 b). Лишь после того, как
развиваемая в Пос сила напряжения превысит величину внешней силы (например, сопротивление соперника или
поднимаемого с земли отягощения), сократится вся мышца.
Напряжение Пос во время укорачивания мышцы остается постоянным (рис.3 с). Пар. помогает сначала укоротить
сократительный компонент, а затем вернуть его к длине покоя.
Если мышца растягивается, то внешняя сила настолько сильно удлиняет Пос, что в конце концов за ним приходится
следовать и сократительному компоненту (СК) (см. рис.3 d).
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 комнонента. 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 (см.2.7. ). 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.

25.

СК - сократительный компонент, состоящий из мышечных
волокон или миофибрилл.
Пар - параллельный эластичный компонент, в состав которого
входят, в частности, трубчатые соединительные-тканные
оболочки мышечных волокон и пучки мышечных волокон.
Пос - последовательно включаемый эластичный компонент,
образованный сухожилиями.
Внутренняя сила: энергия сокращения (СК) + энергия
предварительного растягивания (Пар + Пос)
Внешняя сила: внешнее сопротивление (оказываемое,
например, соперником или отягощением).

26.

При растягивании мышцы больше
равновесной длины появляются
упругие силы в параллельных,
упругих компонентах.
Если при длине, превышающей
равновесную, мышца
сокращается, то сила, которую
проявляют контрактильные
элементы, складывается с силой
упругой деформации ПарК, и
суммарная сила тяги мышцы
увеличивается. Поэтому при
длине выше равновесной сила
мышцы при сокращении больше.
Чем больше в мышце
соединительнотканных
образований, тем раньше при ее
растягивании возникают упругие
силы ПарК и тем больше их
вкладе суммарное напряжение
возбужденной мышцы.
Мышца:
а - при длине покоя,
d - в растянутом состоянии

27.

Мышца:
с - в динамическом режиме
работы,
d - в растянутом состоянии
Если к возбужденной мышце, длина
которой меньше равновесной,
прикладывается большая внешняя сила
(например, при постановке ноги на опору в
беге), то мышца растягивается и в ней
возникают упругие силы.
Так как длина ПарК не превышает при этом
равновесной длины, основной вклад в
данном случае вносит последовательная
упругая компонента (ПосК).
Из-за наличия в мышце параллельных и
последовательных упругих компонент
упругие силы в ней могут возникать при
любой ее длине (например, при
отталкивании в беге или взятии штанги на
грудь, хотя длина мышц-разгибателей ног
при этом далека от максимально
возможной).

28.

Мышца:
а -при длине покоя,
с - в динамическом режиме
работы,
d - в растянутом состоянии
С уменьшением длины мышцы
сила ее тяги падает. (c).
Сила контрактильных
компонентов падает также и при
значительном удлинении мышцы
(d).
Максимальную силу
контрактильные компоненты
проявляют при наибольшей
величине перекрытия активных
участков актиномиозиновых
филаментов.
При уменьшении или увеличении длины
мышцы площадь перекрытия и
соответственно число поперечных
мостиков, образующихся между
миозиновыми и актиновыми нитями,
уменьшается, соответственно падает и
сила.

29.

Длину мышцы, при
которой сила
контрактильных
компонентов
максимальна,
называют длиной
покоя
Мышца:
а -при длине покоя,
с - в динамическом режиме
работы,
d - в растянутом состоянии

30. Вязкость мышцы проявляется в запаздывании деформации мышцы при изменении нагрузки

При меньшей вязкости мышцы изменение ее длины отстает
от изменения напряжения как при растягивании мышцы, так и
при ее сокращении. В этом случае мышца, хотя и не сразу, но
все же возвращается к исходному состоянию.
При большей вязкости замедление еще больше и мышца
дольше не возвращается к прежнему состоянию обнаруживается остаточная деформация. При этом
неизбежна потеря энергии.
Считают, что вязкость мышц увеличивается при быстрых
движениях и при значительном возбуждении, т.е. как раз в
условиях соревновательной борьбы спортсмена.
Однако разогревание мышц при разминке снижает вязкость,
уменьшает торможение при сокращении и растягивании
мышц. Следовательно, на соревнованиях и тренировках
важно для снижения вязкости сохранять в разогретых
мышцах тепло.

31. Релаксация — свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы.

Релаксация проявляется, например, при спрыгивании и
прыжке вверх, если во время глубокого подседа человек
делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила
отталкивания и высота выпрыгивания меньше.
При отталкивании в прыжках с места сразу после
быстрого приседания прыжок будет выше, чем при
отталкивании после паузы в низшей точке подседа:
после паузы упругие силы, возникшие при быстром
приседании, вследствие релаксации не используются.

32. Эластичность мышцы - совокупность механических свойств (упругости, вязкости, ползучести и релаксации) во всевозможных

сочетаниях в различных
условиях
Высокоэластичной мышце свойственны
значительная растяжимость, большая жесткость
при большом растягивании (нелинейная упругость)
и малые потери энергии (небольшая вязкость) при
деформациях.
Механизм, обеспечивающий названные свойства,
еще не полностью объяснен, их проявления очень
важно учитывать при изучении способов
повышения эффективности действия мышц в
движениях.

33. Прочность - оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы.

Предельное значение растягивающей силы
определяется по кривой Хилла. Сила, при которой
происходит разрыв мышцы (в пересчете на 1 мм2 ее
поперечного сечения), составляет от 0,1 до 0,3
Н/мм2.
Для сравнения: предел прочности сухожилия около
50 Н/мм2, а фасций около 14 Н/мм2. Возникает
вопрос: почему иногда рвется сухожилие, а мышца
остается целой? По-видимому, это может
происходить при очень быстрых движениях: мышца
успевает самортизировать, а сухожилие нет.

34. Ползучесть мышцы проявляется в удлинении мышцы со временем, несмотря на то, что напряжение ее не изменяется

Это свойство характеризует изменчивость
соотношения "длина - напряжение" мышцы, не
зависящую непосредственно от ее возбуждения,
т.е. от управления мышцей как живым органом.
Так, например, нагруженная (напряженная) мышца
имея соответствующую длину; через некоторое
время при тех же нагрузке и напряжении может
начать увеличиваться. Остаточная деформация,
упомянутая выше, тоже может быть рассмотрена
как проявление ползучести.

35. Жесткость — это способность противодействовать прикладываемым силам.

Коэффициент жесткости определяется как отношение
приращения восстанавливающей силы к приращению
длины мышцы под действием внешней силы.
Величина, обратная жесткости, называется
податливостью мышцы. Коэффициент податливости:
показывает, насколько удлинится мышца при изменении
внешней силы на единицу. Например, податливость
сгибателя предплечья близка к 1 мм/Н.

36.

При сокращении мышцы или
отдельного волокна сначала
возникает сила тяги в
контрактильных
компонентах мышцы при
этом на внешнем конце
мышцы еще не
регистрируется возрастание
силы.
Затем контрактильные
сократившиеся компоненты
растягивают ПосК .
Только тогда кода ПосК
достаточно растянуты, на
конце мышцы
регистрируется изменение
силы

37. Механические характеристики сокращения зависят от величины сопротивления

При увеличении нагрузки происходят три изменения:
1.Увеличивается латентный период. Необходимо
время для растягивания ПосК до уровня при
котором изометрическая сила тяги превысит на
концах мышцы величину сопротивления
2. Величина изменения длинны мышцы уменьшается
3. Скорость укорочения падает.

38. Режимы сокращения мышц

Мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в
изометрическом и анизометрическом режимах .
•При изометрическом (удерживающем) режиме длина мышцы не
изменяется (от греч. “изо” — равный, “метр”— длина).
•При возбуждении сила тяги мышцы
возрастает . Если величина натяжения
мышцы равна внешнему сопротивлению, то
длина мышцы не изменяется , но
напряжение возрастает.
•Замечено, что статическая сила,
проявляемая спортсменом в
изометрическом режиме, зависит от
режима предшествующей работы.
•Если мышца функционировала в
уступающем режиме, то F0 больше, чем в
том случае, когда выполнялась
преодолевающая работа. Именно поэтому,
например, “крест Азаряна” легче
выполнить, если спортсмен приходит в него
из верхнего положения, а не из нижнего.

39. Режимы сокращения мышц

При анизометрическом сокращении
мышца укорачивается или удлиняется.
Натяжение мышцы не равно внешнему
сопротивлению.
У анизометрического режима две
разновидности:
преодолевающий - при натяжении
мышцы , превосходящим внешнее
сопротивление мышца укорачивается;
уступающий - при натяжении,меньшем
внешних сил, мышца растягивается ,
удлиняется .

40.

Б - схематическое изображение модели изометрического сокращения
(l-общая длина мышцы, F-напряжения покоя, F-напряжение при
сокращении ) ;
В - график изменения напряжения во время изометрического
сокращения.
А- схематическое изображение
модели изотонического
сокращения,
Б- график изменения напряжения
В-длина мышцы при
изотоническом сокращении.
В начале изотонического
сокращения увеличивается
«внутреннее напряжение»; когда
оно достигает максимального
значения , начинается
укорочение мышцы. Во время
укорочения напряжение (F)
остается неизменным и равным
внешней нагрузке (Р).

41. Режимы сокращения мышц

Изотоническим называется такое
сокращение мышцы .при котором ее волокна
укорачиваются , но напряжение остается
постоянным . Это возможно ,например. когда
мышца , работая в преодолевающем режиме ,
поднимает груз при постоянном натяжении.
Это происходит при раздражении
изолированной мышцы лягушки,
закрепленной одним концом на штативе. В
таком режиме работает в организме человека
только одна мышца — мышца языка.
В современной литературе также встречается
термин изотонический режим по отношению
к такому сокращению мышцы с нагрузкой,
при котором по мере изменения длины
мышцы напряжение ее сохраняется
неизменным, но в этом случае механическая
работа мышцы не равна пулю, т. е. она
совершает внешнюю работу.

42. Групповое взаимодействие мышц: синергизм и антагонизм

Мышцы-синергисты
перемещают звенья тела в
одном направлении.
Например, в сгибании руки в
локтевом суставе участвуют
двуглавая мышца плеча,
плечевая и плечелучевая
мышцы и т. д.
Результатом синергического
взаимодействия мышц
служит увеличение
результирующей силы
действия.
При наличии травмы, а также
при локальном утомлении
какой-либо мышцы ее
синергисты обеспечивают
выполнение двигательного
действия.

43. Групповое взаимодействие мышц: синергизм и антагонизм

Мышцы-антагонисты (в противоположность мышцамсинергистам) имеют разнонаправленное действие.
Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то
другая — уступающую.
Существованием мышц-антагонистов обеспечивается: 1)
высокая точность двигательных действий; 2) снижение
травматизма.