Виды сокращений скелетной мышцы

Сокращение скелетной мышцы можно изучать в эксперименте, нанося короткие одиночные электрические импульсы на нерв, иннервирующий мышцу, или на саму мышцу. Такое раздражение вызывает одиночное сокращение, продолжительность которого составляет примерно 0,1с.

В естественных условиях мышцы сокращаются под влиянием серий ритмических нервных импульсов, следующих с частотой порядка десятков герц. В результате возникает суперпозиция одиночных сокращений и возникают более продолжительные сокращения, называемые тетаническими. При этом напряжение мышцы оказывается большим, чем при одиночных сокращениях. Установлено, что при ритмической стимуляции увеличивается число мостиков, которые прикрепляются к активным центрам.

Таким образом, сила, развиваемая мышцей, зависит от частоты поступающих к ней нервных импульсов. Она зависит и от числа мышечных волокон, которые вовлекаются в сокращение. В результате действия этих факторов силы, развиваемые мышцами, могут регулироваться в зависимости от требований поставленной задачи.

В естественных условиях скелетные мышцы передают силу частям скелета посредством сухожилий. При этом мышцы укорачиваются и одновременно напрягаются. Такие сокращения, при которых укорочение мышцы сочетается с её напряжением, называются ауксотоническими.

В искусственных условиях можно исследовать и другие режимы сокращений скелетных мышц (рис.6). Если фиксировать оба конца мышцы и не давать ей укорачиваться, она напрягается, но её длина остается неизменной. Такое сокращение мышцы называется изометрическим. Изометрическая система записывает исключительно изменение силы мышцы, и поэтому её чаще всего используют при исследовании функциональных характеристик различных типов мышц.

Если приложить к одному из концов мышцы фиксированную нагрузку и дать ей возможность беспрепятственно укорачиваться, возникают так называемые изотонические сокращения. Характеристики изотонического сокращения зависят не только от свойств мышцы, но и от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше степень укорочения мышцы.

 

Рис. 6. Изотоническая (А) и изометрическая (Б) системы

Взаимодействие мышц с костной системой

Мышцы передают усилие костям скелета, что служит основой выполнения самых разнообразных движений, которые может совершать человек. При этом может оказаться недостаточным диапазон усилий и скоростей, которые может развивать та или иная мышца. Он может быть расширен с помощью преобразователей сил и скоростей, простейшим примером которых служит рычаг.

 

 

 

А) Б) В)

 

Рис. 7. Схематическое изображение типичных рычагов в теле человека: А) рычаг первого рода; Б) и В) рычаги второго рода. На рисунке точка опоры рычага, вес частей тела, стрелочкой обозначена линия действия силы, развиваемой мышцей

 

Рычаг – это твёрдое недеформируемое тело, имеющее точку опоры (вращения). В организме функцию рычагов выполняют кости скелета. На одно плечо рычага действует сила, развиваемая мышцей, а на другое – нагрузка, против которой работает мышца (чаще всего сила тяжести отдельных компонентов тела – головы, плеча, туловища и т.д.).

Принято различать рычаги первого и второго рода. У рычага первого рода точка опоры расположена между линиями действующих сил. Примером рычага первого рода в теле служит шейно-затылочное сочленение и совокупность мышц, прикрепленных к основанию черепа спереди и сзади от него. Это сочленение можно рассматривать как точку опоры, вес головы спереди от сустава – как нагрузку (рис.7А). Уравновешивающая её сила мышцы, которая обеспечивает сохранение положения и движение черепа, располагается сзади от точки вращения.

У рычага второго рода линии действующих сил находятся по одну сторону от точки опоры. Эти рычаги очень широко представлены в опорно-двигательном аппарате. Практически все элементы конечностей (кисть, предплечье, плечо, стопа, голень, бедро) являются рычагами второго рода.

Примером такого рычага может служить система мышц, при помощи которых человек становится на носки (рис.7Б). В этой системе точкой опоры служат плюсневые кости стопы, нагрузкой – вес тела, приложенный к голеностопному суставу, а противодействующая ей сила направлена вверх и создаётся икроножной мышцей у места прикрепления Ахиллова сухожилия к пяточной кости.

Еще одним примером рычага второго рода в теле служит локтевой сустав (рис.7В). Его можно рассматривать как точку опоры. При сгибании в суставе сила создаётся в результате сокращения двуглавой мышцы плеча. Эта сила приложена недалеко от точки опоры, а нагрузка создаётся весом предплечья и любого предмета, который человек держит в руке.

Два рычага могут образовывать кинематическую пару, которая увеличивает объём их движения. Примером являются подвижные соединения костей (рычагов) - суставы. Более сложными системами из нескольких рычагов являются кинематические цепи (например, верхняя конечность, звеньями которой являются плечо, предплечье, кисть, фаланги пальцев). Объём движений в кинематических цепях значительно выше, чем в рычаге или кинематической паре.

Строение организма человека характеризуется некоторыми особенностями, обеспечивающими определённые преимущества его опорно-двигательного аппарата. Примером может служить система прикрепления сухожилий сгибателей к фалангам пальцев. При сокращении этих мышц развиваемые ими силы прикладываются через сухожилия к фалангам пальцев. Система связок удерживает сухожилия в положении, приблизительно параллельном оси пальцев. При таком устройстве сокращение мышц приводит к сгибанию пальца, что позволяет захватывать предметы.

Во многих случаях мышцы перекидываются не через один, а через два сустава. Это также создаёт определённые преимущества. Например, при беге нога одновременно сгибается в тазобедренном суставе и разгибается в коленном. При этом работу выполняет одна мышца, что позволяет получить экономию затрачиваемой энергии.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Стейси Р., Уильямс Д., Уорден Р., Мак – Моррис Р. Основы биологической и медицинской физики. - М.: «Иностранная литература», 1959. - С.121.

2. Физиология человека: В 3-х томах. Т.1. /Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М.: Мир, 1996. – С. 69-84.

3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика. – К.: ИД «Профессионал», 2004. - С. 79-86.