Приводящие в движение - ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Мышцы могут только сокращаться.

Факт 2. Мышцы не могут толкать.

• В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Что даёт телу опору? (§ 25)

• Какая ткань обеспечивает движения в организме? (§ 3)

• Как мышцы крепятся к скелету? (§ 26)

Решение проблемы

Более 600 мышц покрывают скелет человека. Не только во время движения, но и тогда, когда мы просто сидим на стуле, многие мышцы сокращаются или находятся длительное время в напряжённом состоянии.

Не все мышцы помогают нам двигаться. Некоторые из них выполняют работу, о которой мы вспоминаем только тогда, когда деятельность этих мышц нарушается по какой - либо причине. Это мышцы внутренних органов. Они заставляют биться сердце, продвигают пищу по кишечнику, наполняют воздухом наши лёгкие. Но чтобы человек мог бегать и прыгать, совершать одновременно сильные и точные движения, нужны мышечные сокращения иного рода, нежели для продвижения пищи по кишечному тракту.

У каждого типа мышц своя работа

• Объясните, в чём сходство и различие разных типов мышц.

У человека, как и у всех млекопитающих, выделяют три главных типа мышц. Два из них — скелетные и сердечная мышца — поперечно - полосатые, а третий тип — гладкие мышцы.Их свойства представлены в таблице 3.

Механизм сокращения мышц

• Что лежит в основе мышечного сокращения?

Мышечными называют клетки, функция которых состоит в сокращении. Все животные клетки способны до некоторой степени изменять свою форму. Такую возможность им обеспечивает специальный сократительный аппарат. Но в мышечных клетках он особенно развит. Главную роль в нём играют сократимые волоконца - миофибриллы, поделённые на небольшие участки, способные укорачиваться. В середине каждого такого участка в определённом порядке расположены толстые

нити белка миозина. Концы миозиновых нитей перекрываются концами тонких нитей белка актина, расположенными по краям участка. Места перекрытия под микроскопом выглядят как поперечные тёмные полоски. Они и придают клеткам поперечно - полосатых мышц исчерченность. Сокращение мышцы - результат скольжения нитей актина и миозина друг относительно друга: актиновые вдвигаются в промежутки между миозиновыми (рис. 27.1). Это приводит к уменьшению длины отдельных участков каждой миофибриллы, а, следовательно, и их самих - мышца сокращается. На сокращение затрачивается энергия АТФ, то есть мышцы преобразуют химическую энергию в механическую работу и теплоту.

27.1. Механизм сокращения мышц

Таблица 3. Особенности строения и работы разных типов мышц

Основные группы мышц

• Найдите на рисунке основные группы мышц, указанные в тексте.

Мышцы голо вы можно разделить на две большие группы — мимические и жевательные. Мимические мышцы головы делают наше лицо подвижным и выразительным. С их помощью человек передаёт свои эмоции. Прикрепляются они к костям и коже или только к коже. Положите руку себе на лоб и поднимите брови кверху. Вы почувствуете, как сокращается лобная часть надчерепной мышцы. Теперь, совершая то же движение, положите руку на затылок над основанием шеи. Вы почувствуете сокращение другой части той же мышцы. Жевательные мышцы прикрепляются одним концом к костям неподвижной части черепа, а другим — к подвижной нижней челюсти.

27.2. Основные мышцы человека

• Подумайте, какие мышцы работают, когда человек поднимает с полу спичку.

Попробуйте отыскать другие мышцы головы и лица и определить, в каком движении они принимают участие.

Какие мышцы управляют движениями руки? Сгибатели и разгибатели кисти и пальцев управляют кистью и пальцами рук, двуглавая и трёхглавая мышцы плеча соответственно сгибают и разгибают руку в локтевом суставе. Дельтовидная мышца отводит руку в сторону до горизонтального положения. Большая грудная мышца осуществляет движение рук из положения “в стороны” в положение “вперёд”.

Мышцы брюшного пресса участвуют в дыхании, наклонах туловища в стороны и вперёд. Межрёберные мышцы осуществляют вдох и выдох. Трапециевидная мышца поддерживает вертикальное положение нашего тела, обеспечивает правильную осанку. Широчайшая мышца спины опускает плечо вниз и отводит руки за спину.

Ягодичные мышцы отводят бедро назад. Вместе с глубокими мышцами спины ягодичные мышцы наиболее развиты у человека в связи с прямохождением. Четырёхглавая мышца бедра сгибает ногу в тазобедренном и разгибает её в коленном суставе. На задней поверхности бедра расположены три мышцы, сгибающие ногу в колене. На задней поверхности голени находятся икроножные мышцы. Они поддерживают тело в вертикальном положении, участвуют в беге, ходьбе, прыжках.

Устройство и сила скелетной мышцы

• От чего зависит сила скелетной мышцы?

В скелетной мышце клетки собраны во множество массивных пучков, одетых оболочкой из рыхлой соединительной ткани. К каждому пучку подходят нервные окончания и сосуды. Пучки формируют так называемое брюшко - расширенную, активно сокращающуюся часть скелетной мышцы. К концам мышечных волокон крепится сухожилие, связывающее мышцу с костью. Вся мышца снаружи покрыта плотной соединительнотканной оболочкой, снижающей её трение об окружающие ткани.

Сила, развиваемая мышцей или пучком мышечных волокон, прежде всего является суммой сил отдельных волокон. Чем толще мышца и больше её поперечное сечение (сумма поперечных сечений отдельных волокон), тем она сильнее.

Сила зависит и от направления волокон (клеток) в мышце. В самом простом случае организации мышцы оси всех клеток располагаются параллельно, так что все они создают тягу в одном и том же направлении. Длинные прямые мышцы располагаются преимущественно в конечностях и способствуют движениям с большим размахом. От других мышц, например, от широчайшей мышцы спины, требуется только создание натяжения. Волокна этих мышц располагаются под углом к направлению тяги, так что их сокращение вызывает лишь незначительное укорочение мышцы, но создаёт значительное усилие. Кольцевые мышцы, называемые

сфинктерами, разделяют различные сегменты трубчатого органа или контролируют вход и выход из него. Примером может служить анальный сфинктер или сфинктер мочевых путей.

27.3. Разные типы мышц

• Какая из этих мышц развивает большую силу, а какая обеспечивает значительный размах?

Единство противоположностей

• Почему необходимы антагонисты?

Некоторые мышцы человека при креплены к кости только одним концом, например, мимические мышцы одним концом прикреплены к костям черепа, а другим — к коже лица, но большинство скелетных мышц связывают друг с другом кости, соединённые одним или несколькими суставами. Один конец мышцы крепится выше сустава, а другой — ниже, и её сокращение заставляет двигаться одну из этих двух костей. Мышцы могут только тянуть кость (толкать они не могут) и двигают её только в одном направлении. Для совершения возвратного движения нужна другая мышца. Поэтому каждой мышце, совершающей определённое движение (например, сгибание руки), соответствует другая мышца, при сокращении которой происходит противоположное движение (разгибание руки). Такие мышцы называются антагонистами (рис. 27.4). Согласованная деятельность мышц - антагонистов возможна благодаря чередованию процессов возбуждения и торможения в соответствующих центрах спинного мозга.

27.4. Мышцы - антагонисты

• Найдите на рисунке мышечной системы человека мышцы - антагонисты.

Рассмотрим работу мышц руки. При её сгибании двуглавая мышца получает команду и сокращается. В то же время двигательные нейроны трёхглавой мышцы руки тормозятся, и она расслабляется. При разгибании руки всё происходит наоборот. Мышцы — сгибатели и разгибатели сустава могут одновременно находиться в расслабленном или напряжённом состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела руки находятся в состоянии расслабления. При удержании, например, гири или гантели в горизонтально вытянутой руке наблюдается одновременное сокращение мышц — сгибателей и разгибателей сустава. Согласованная работа мышц - антагонистов имеет решающее значение для поддержания желаемого положения тела или позы вопреки действию силы тяжести.

Как правило, в каждом движении участвует не одна, а несколько мышц, усилие которых направлено в одну и ту же сторону. Такие мышцы называются синергистами.

Работа мышц по перемещению в пространстве тела или его частей называется динамической. В результате прямохождения у человека значительно уменьшилась площадь опоры тела, и ему стало труднее сохранять равновесие. И у мышц прибавилось статической работы - напряжения для сохранения равновесия. Для этого необходимо всё время поддерживать подвижные части тела в определённом положении. Например, чтобы голова не заваливалась, как она падает у задремавшего человека, её удерживают несколько мышц, находящихся в постоянном напряжении. Вот почему такая с виду пассивная деятельность, как стояние по стойке “смирно”, бывает утомительна.

Утомление

• От чего устаёт мышца?

Любое мышечное сокращение связано с расходом энергии. Источниками этой энергии служат распад и окисление органических веществ. Мышцы нуждаются в постоянном их притоке, поэтому очень хорошо снабжаются кровью. В соединительной ткани, покрывающей пучки мышечных волокон, ветвится множество артерий. Каждое мышечное волокно (мышечная клетка) густо оплетено капиллярами. Но когда мышца находится в покое, большинство сосудов закрыто, а стоит мышце начать сокращаться, как многие из них открываются. Чем интенсивнее работа мышцы, тем больше сосудов открыто и тем лучше мышца снабжается кровью. Интенсивность обмена веществ в работающей мышце возрастает в 100 - 1000 раз.

В результате “добычи” энергии в мышце образуются продукты расщепления: углекислый газ и вода, которые уносятся кровью. Активно работающая мышца тратит так много энергии, что кровеносная система не успевает снабдить её достаточным количеством кислорода. В условиях “кислородного голода” полного расщепления органических веществ не происходит, начинает накапливаться молочная кислота, обладающая токсичным действием. В результате снижаются сила и скорость, точность и согласованность работы мышц, ритмичность их движений, в мышцах ощущается боль. Такое временное снижение работоспособности называется утомлением мышц, а молочную кислоту даже называют “веществом утомления”.

С аналогичным явлением мы сталкиваемся как при длительной напряжённой нагрузке у нетренированного человека, так и в том случае, когда возникает резкое напряжение мышц, например, когда мы в панике убегаем от опасности. В этой ситуации кровеносная система не успевает обеспечить подачу кислорода к мышцам, а молочная кислота не успевает разлагаться. Когда, наконец, нервная и эндокринная системы активизируют работу органов кровообращения и кислород начнёт поступать в достаточных количествах, у человека появляется ощущение “второго дыхания”.

27.5. Схема работы мышцы при избытке и недостатке кислорода

Утомление мышц и влияние на их работоспособность ритма сокращений и величины нагрузки изучал русский физиолог И.М. Сеченов. Оказалось, что при выполнении ритмических физических упражнений утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается, но чем выше частота сокращений, тем скорее развивается утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем скорее развивается утомление, поэтому при выполнении физической работы очень важно подобрать средние величины ритма и нагрузки. В этом случае производительность будет высокой, а утомление наступит 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, то есть в условиях активного отдыха. Оказалось, что утомление проходит скорее и работоспособность восстанавливается раньше при активном отдыхе, основанном на переключении с одного вида деятельности на другой, так как утомление одной группы мышц снимается быстрее, если начинает работать другая.

Скелетные мышцы работают в “приказном порядке”

• Какие мышцы работают самопроизвольно, а какие по нашему приказу?

Мышечные волокна скелетной мышцы активируются только по приказу двигательного нерва (рис. 27.6), поэтому принято говорить о двигательном аксоне и двигательном нейроне — нейроне спинного мозга, которому этот аксон принадлежит. Любая отдельная мышечная клетка (волокно) контролируется только одним двигательным нейроном, но один двигательный нейрон может контролировать много мышечных волокон с помощью разветвлений своего аксона. Число волокон, управляемых одним двигательным нейроном, зависит от того, насколько тонкими должны быть движения органа. Двигательные нейроны, контролирующие крупные мышцы, такие, как бицепсы или мышцы голени, управляют работой многих мышечных волокон. Например, в мышцах бедра на один нейрон может приходиться от 500 до 1000 волокон, а в глазодвигательных мышцах, где точность движений очень существенна, на каждый двигательный нейрон приходятся единицы мышечных волокон. Поскольку сила и скорость работы мышцы зависят от количества работающих мышечных волокон, то чем меньшим количеством волокон управляет каждый нейрон, тем тоньше регулировка силы сокращения и точнее движение.

27. 6. Нервы, управляющие мышцами

• Найдите на рисунке двигательную единицу.

Нервы, идущие к мышцам, — смешанные. Они содержат не только двигательные волокна, передающие мышцам команду о движении, но и чувствительные, которые несут центральной нервной системе информацию о том, что происходит в опорно - двигательном аппарате. В мышцах, сухожилиях и суставах содержится множество рецепторов, которые посылают в мозг сведения об относительном расположении и напряжении различных мышц тела, поэтому мы координируем свои движения, избегая одновременного натяжения мышц - антагонистов и повреждения суставов.

Формулирование вывода

Мышцы приводят тело в движение. Функция мышц - сокращение. Прямые и обратные движения осуществляют мышцы - антагонисты. Мышцы- синергисты помогают друг другу совершать общие движения. Поперечнополосатые мышцы приводят в движение скелет. Гладкие мышцы вызывают сокращение внутренних органов. Сердечная мышца отличается и от тех, и от других. Снижение силы, скорости, точности работы мышцы в результате длительной работы называется утомлением.

Поперечно - полосатые мышцы, гладкие мышцы, антагонисты, синергисты, утомление

Применение знаний

1. В чём отличия и сходство поперечно - полосатых и гладких мышц?

2. От чего зависит сила мышцы?

3. Для чего нужны мышцы - антагонисты?

4. Что такое утомление мышц?

5. Как происходит мышечное сокращение?

6. Почему последствия утомления мышц гораздо быстрее проходят при активном отдыхе? Каковы механизмы этого явления?

7. Чем отличается бег от ходьбы?

8. Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них.