Режимы и типы мышечных сокращений.
При единичном надпороговом раздражении двигательного нерва или самой мышцы возбуждение мышечного волокна сопровождается одиночным сокращением. Эта форма сокращения состоит из 3 фаз: -латентного или скрытого периода - короткий период,
-фазы сокращения,
-фазы расслабления - обычно в два раза продолжительнее, чем фаза сокращения, а при утомлении затягивается на значительное время.
Если интервал между нервными импульсами короче, чем длительность одиночного сокращения, то возникает явление суперпозиции или суммирующий эффект каждого предыдущего сокращения с последующим, то есть волокна не изменяют достигнутого напряжения, а лишь поддерживают его - такой режим называется гладкий тетанус - наблюдается при изометрических усилиях. Другое сокращение зубчатый тетанус - когда промежутки между последовательными импульсами мотонейронов меньше времени полного цикла одиночного сокращения, но больше длительности фазы напряжения. Мышца в режиме тетануса работает короткое время из-за периода расслабления - не может восстановить свой энергетический потенциал и работает как бы в долг.
Сокращение целой мышцы зависит от формы сокращения отдельных двигательных единиц (ДЕ) и их координации во времени. При длительной и не очень интенсивной работе отдельные ДЕ сокращаются попеременно, утомление развивается медленно, для мощного кратковременного усилия
(поднятие штанги) требуется синхронизация активности отдельных ДЕ, активации нервных центров, что достигается в результате длительной тренировки.
По величине укорочения мышцы различают:
I .изотоническии тип - длина мышцы укорачивается при постоянной внешней нагрузке,
изометрический тип - мышца развивает напряжение без изменения длины, такой тип сокращения определяет статическую работу,
ауксотонический или анизотонический- мышца развивает напряжение и укорачивается (ходьба и бег).
При динамической работе наблюдается 2 типа сокращения мышцы:
концентрический тип - внешняя нагрузка меньше, чем развиваемое мышцей напряжение,
2.эксцентрический тип - внешняя нагрузка больше, чем напряжение мыщцы, она все же растягивается (удлиняется) совершая при этом отрицательную (уступающую) динамическую работу.
Прирост силы при изометрическом сокращении суммируется с пассивным напряжением мышцы. Максимальное напряжение называется максимальным изометрическим напряжением. Укорочение мышцы до размера меньше длины покоя или ее растяжения до размера больше этой величины приводят к снижению силы сокращения. Мощность мышечного сокращения равняется произведению мышечной силы на скорость укорочения. Максимальная мощность выше при умеренных нагрузках и умеренных скоростях сокращение выше, чем при близких к максимальным нагрузкам ( низкая скорость) или высокая скорость (малые нагрузки).
Одной из важнейших характеристик скелетных мышц, влияющих на силу сокращения, является состав (композиция) мышечных волокон.
Различают 3 типа мышечных волокон- -медленные неутомляемые (I типа),
-быстрые устойчивые к утомлению или неутомляемые или промежуточные (11-а типа),
-быстрые утомляемые (11-6 типа).
Медленные волокна-1 типа, их обозначают SO-Slow Oxydative (медленные окислительные)- это выносливые - неутомляемые и легко возбудимые волокна, с богатым кровоснабжением, большим количеством митохондрий , запасов миоглобина и с использованием окислительных процессов энергообразования (аэробные), имеют наименьший мотонейрон , низкие пороги активации, меньшая толп, ина аксона и скорость проведения по нему возбуждения. В аксоне небольшое число разветвлений - функционируют при малых мышечных усилиях . Развивают небольшую силу, имеют меньшее количество миофибрилл, скорость сокращения в 2 раза ниже, чем у быстрых волокон, низкая активность АТФ-азы. В среднем у человека 50%, они легко включаются в работу при малейшем напряжении мышц, очень выносливы, но не обладают достаточной силой. Чаще всего используются при поддержании ненагрузочной статической работы, при сохранении позы.
Быстрые утомляемые волокна- II типа или 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 быстро утомляются. Их примерно 30%. Имеют наиболее крупный,толстый аксон с большим числом разветвлений и большой скоростью проведения импульса, высокий порог возбуждения, но длительное время поддерживать устойчивую частоту разрядов не могут так как быстро утомляются, имеют большее количество миофибрилл , при сокращении развивают большую силу, выше скорость сокращения ( так как имеют большее число гликолитических ферментов) меньше митохондрий и миоглобина, меньше капилляров, но работа выполняется мощная.
Быстрые неутомляемые волокна или волокна промежуточного типа ( И-а)- обладающие большой аэробной выносливостью, окислительные волокна, их около 20% .
В среднем, для разных мышц характерно различное соотношение медленных неутомляемых и быстрых утомляемых волокон.
Состав мышечных волокон в одной и той же мышце имеет огромные индивидуальные различия, зависящие от врожденных типологических особенностей человека.
К моменту рождения человека его мыщцы содержат лишь медленные волокна, но под влиянием нервной регуляции устанавливается генетически заданное индивидуальное соотношение мышечных волокон разного типа. По мере перехода от зрелого возраста к пожилому число быстрых волокон у человека заметно снижается, соответственно уменьшается мышечная сила. Количество тех или других мышечных волокон не изменяется в процессе тренировки ( возможна гипертрос] ия мышечных волокон и изменение свойств промежуточных волокон - при тренировке силы происходит нарастание объема быстрых волокон, что и обеспечивает повышение силы тренируемых мышц .
Регуляция силы сокращения мышц определяется характером нервных импульсов и осуществляется 3 способами:
1 .увеличение числа активных ДЕ - это механизм вовлечения или рекрутирования ДЕ ( сначала вовлечение медленных и более возбудимых ДЕ, затем высокопороговых - быстрых ДЕ) , увеличение интенсивности центральных возбуждающих влияний и порога возбудимости спинальных двигательных нейронов,
увеличение частоты нервных импульсов, в результате происходит переход от слабых одиночных сокращений к сильным тетаническим сокращениям мышечных волокон, регуляция частоты и импульсации мотонейронов. Максимально произвольная сила (МПС) развивается при увеличении силы сокращения 50% от максимальной, основную роль играет рост частоты импульсации двигательного нейрона в диапазоне 75-100%,
увеличение синхронизации ДЕ - при этом происходит увеличение силы сокращения целой мышцы за счет одновременной тяги всех активных
мышечных волокон. Происходит совпадением импульсации во времени мотонейронов, это и есть синхронизация. Чем большее количество ДЕ работает синхронно, тем большую силу развивает мышца.
Чем выше сила, развиваемая мышцей, тем меньше скорость ее сокращения, и наоборот, с нарастанием скорости сокращения падает величина усилия (соотношение сила-скорость, по А.Хиллу).
Тонус скелетных мыщц (в покое тоже) связано с низкочастотной активностью низкопороговых медленных ДЕ, активация со стороны моторных центров и периферических нейронов: эластичность, плотность, условия кровоснабжения, состояние водно-солевого обмена. После физических упражнений тонус увеличивается, на него влияет и психофизическое напряжение.
Кровоснабжение метаболизм и функции мышечных клеток имеют тонкую взаимосвязь- 2-5 мл крови на 100г/мин, общая масса 30кг, то суммарный кровоток 900-1200 мл/мин, т.е. 15-20% от МОК - при максимальной физической работе 24-27 л/мин при МОК примерно 30 л, то есть 80-90% общего кровотока.
Величина кровоснабжения имеет зависимость от следующих показателей:
1 .степени расширения мышечных сосудов; полное раскрытие наступает через 60-90 сек после начала работы,
2.величина механического препятствия кровотоку наступает при максимальных произвольных сокращениях, давлении на сосуды мышц может в 2-3 раза превышать уровень систолического давления-АД. Степень сжатия сосудов зависит от силы сокращения. При статической работе - превышает на 30-40% от МПС кровоснабжение мышц практически прекращается. При ритмических сокращениях кровоток минимален в период расслабления. Средний кровоток при динамической работе всегда больше, чем в покое и при статической работе,
З.от размеров работающих мышечных групп, при мощной ритмической работе максимально могут использовать мышцы 80-90% МОК, поэтому чем меньше по размерам работающие мышечные группы, тем большее количество крови они могут получать в мин., тем выше их работоспособность,
4.от величины регионарного среднего артериального давления - чем выше этот показатель при работе, тем больше снабжаются кровью активные мышечные волокна. «Мышечный насос « снижает среднее венозное давление и увеличивает артерио-венозный градиент давления.