Анатомия и физиология человека

4.Ðàботà двигàтельного àппàрàтà верхней конечности при выполнении движений: выполнение удàрà, мàховые движения, использовàние в кàчестве оргàнà опоры, локомоторные движения.

5.Ìорфологический àнàлиз нижней конечности.

6.Îсновные движения нижней конечности во время зàнятий физической культурой и спортом.

7.Ðàботà двигàтельного àппàрàтà нижней конечности при выполнении движений: опорнàя функция, рессорнàя функция, локомоторнàя.

8.Ðàботà двигàтельного àппàрàтà нижней конечности при выполнении движений: выполнение удàрà, при отдàлении туловищà от местà опоры, при оттàлкивàнии телà от водной поверхности.

9.Ìорфологические особенности оргàнов сердечно-сосудистой системы, обусловленные изменением положения телà во время выполнения физических упрàжнений.

10.Ìорфологические особенности оргàнов желудочно-кишечного трàктà, обусловленные изменением положения телà во время выполнения физических упрàжнений.

3.6 Àдàптàция к физическим нàгрузкàм систем исполнения

движения

Åщё в 70-е годы прошлого столетия Ï.Ô. Ëесгàфт определил взàимосвязь между ростом костей и деятельностью окружàющих мышц. Ñ учётом дàнных, полученных при проведении современных исследовàний, функционàльные зàконы ростà костей определяются следующими фàкторàми: оптимàльным уровнем нàгрузок, ритмичным хàрàктером их воздействия и индивидуàльными особенностями реàкции спортсменà нà нàгрузку.

Àдàптàционные изменения костной системы при действии спортивных нàгрузок происходят нà рàзных уровнях ее оргàнизàции: системном, оргàнном, ткàневом, клеточном, субклеточном и молекулярном.

 клеткàх костной ткàни претерпевàют изменения оргàноиды, повышàется синтез белков, ферментов и других оргàнических веществ, à тàкже увеличивàется отложение неоргàнических веществ, обеспечивàющих высокую степень плотности костной ткàни. Ïроисходит обрàзовàние новых остеонов, облàдàющих достàточным зàпàсом прочности.

ÁÍÒÓ

102

Ñтепень изменения внутреннего строения костей зàвисит от хàрàктерà нàгрузок. Ïри стàтических нàгрузкàх нàдкостницà стàновится плотной, теряет элàстичность, что при трàвмàх может привести к открытым переломàм. Ïри динàмических нàгрузкàх нàдкостницà элàстичнà, что определяет зàкрытый хàрàктер возможных переломов.

Âыделяют 4 видà мехàнического воздействия нà кость: рàстяжение, сжàтие, изгиб и кручение.

Íàименее устойчивà кость при её сгибàнии и скручивàнии. Ðегулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Íàпример, у штàнгистов имеет место утолщение костей нижних конечностей и позвоночникà, у теннисистов – костей предплечья.

Ïод влиянием мышечной деятельности происходит изменение формы костей, что приводит к обрàзовàнию гребней, бугров и т.д. Íàпример, у пловцов, борцов и тяжелоàтлетов в месте прикрепления хорошо рàзвитой дельтовидной мышцы рàсширяется диàфиз плечевой кости, сглàживàется хирургическàя шейкà зà счет обрàзовàния дельтовидной бугристости.

Àдàптàционные изменения связочно-сустàвного àппàрàтà спортсменов. Ïри

действии физических нàгрузок происходит морфофункционàльнàя перестройкà соединения костей, степень которой зàвисит от объемà выполняемых движений. Àдàптàционные изменения в сустàвàх проявляются в изменении формы и величины сустàвных поверхностей, структурных изменениях сустàвных хрящей, связок и других мягких ткàней, окружàющих сустàвы и зàвисят от величины и интенсивности физических нàгрузок той или иной спортивной специàлизàции. Íàпример, у гимнàстов необходимàя подвижность в тàзобедренном сустàве достигàется блàгодàря рàзвивàющемуся уплощению вертлужной впàдины и уменьшению конгруэнтности сустàвных поверхностей (смотреть видео 3.6.1).

Ó зàнимàющихся бàскетболом или фехтовàнием знàчительно увеличивàется объём движений в лучезàпястном и локтевом сустàве (смотреть видео 3.6.2; смотреть видео

3.6.3).

Àдàптàционные изменения мышц при физических нàгрузкàх

Ôизические нàгрузки стàтического и динàмического хàрàктерà вызывàют рàзличные изменения в мышцàх. Ïри действии стàтических нàгрузок увеличивàется

ÁÍÒÓ

объем мышц и площàдь их прикрепления к костным элементàм, удлиняется сухожильнàя чàсть, укорàчивàется мышечное брюшко, увеличивàется объем сàркоплàзмы (сàркоплàзмàтическàя гипертрофия), утолщàется мышечное волокно, при этом в мышцàх увеличивàется количество крàсных мышечных волокон (I типà), повышàется содержàние креàтинфосфàтà и миоглобинà. Óровень гликогенà снижàется. Òàким обрàзом, происходит àдàптàция мышечных волокон к тренировке нà выносливость.

Ïри динàмических нàгрузкàх вес и объем мышц увеличивàется в меньшей степени. Â них происходит укорочение сухожильной чàсти, уменьшàется площàдь прикрепления мышц к костным обрàзовàниям скелетà. Êоличество нервных окончàний, подходящих к мышечному волокну, увеличивàется в 4-5 рàз. Óровень миоглобинà снижàется, à гликогенà – увеличивàется. Â мышцàх повышàется количество белых мышечных волокон (II типà). Ñокрàтительный àппàрàт мышечного волокнà увеличивàется, рàстёт скорость сокрàщения мышечных волокон (миофибриллярнàя гипертрофия). Ïроисходит àдàптàция мышц к нàгрузкàм силового хàрàктерà.

Íеобходимо отметить, что изолировàнно ни сàркоплàзмàтическàя, ни миофибриллярнàя гипертрофии не встречàются. Â зàвисимости от прогрàммы тренировок эти виды гипертрофии проявляются в большей или меньшей степени. Òàк, у тяжелоàтлетов и пàуэрлифтеров в большей степени нàблюдàется миофибриллярнàя гипертрофия.

Ïàуэрлифтинг: выполнение

движения «стàновàя тягà»

Ðодонàчàльник

Äином Áоурингом

культуризмà - Åвгений

Ñàндов

(Ôридрих Âильгельм

Ìюллер, 18671925)

Äля бодибилдеров типичнà кàк миофибриллярнàя, тàк и сàркоплàзмàтическàя гипертрофия (À.Â.Ñàмсоновà, 2012, Å.Á.Ìякинченко, Â.Í. Ñелуянов, 2005; P.R. Simon, 2005; V.M. Zatsiorsky, W.J. Kraemer, 2006).

Àдàптàционные изменения мышечной системы зàвисят от степени интенсивности физических нàгрузок. Ïри системàтических умеренных нàгрузкàх мышцы увеличивàются в рàзмерàх, стàновятся плотными и упругими, улучшàется их кровоснàбжение.

ÁÍÒÓ

104

Ïосле предельных физических нàгрузок рàзвивàется хроническое переутомление и перетренировàнность. Â мышцàх при продолжàющемся процессе гипертрофии мышечной ткàни нàблюдàется рàспàд мышечных волокон, обрàзуется соединительнàя ткàнь. Óменьшение поступления количествà нервных импульсов в мышцу и снижение уровня кровоснàбжения ухудшàет функционàльные свойствà мышц.

Òàким обрàзом, при действии физических нàгрузок в скелетных мышцàх отмечàется сложнàя структурнàя перестройкà, основой которой является рàбочàя гипертрофия мышечной ткàни. Â зàвисимости от спортивной специàлизàции у спортсменов отмечàется неодинàковое рàзвитие определенных групп мышц, и их силовые кàчествà. Ïри нàрушении двигàтельного режимà у спортсменà рàзвивàется перетренировàнность, что сопровождàется предпàтологическими и пàтологическими изменениями в мышечной ткàни.

Êонтрольные вопросы

1.Ôункционàльные особенности ростà кости: теория Ï.Ô.Ëесгàфтà и современные предстàвления.

2.Ôункционàльные особенности строения кости. Ïриспособления кости к мехàническим нàгрузкàм.

3.Èзменения соединения костей под действием мехàнических фàкторов с учетом спортивной специàлизàции зàнимàющегося физической культурой и спортом.

4.Âлияние предельных физических нàгрузок нà степень àдàптàционных изменений мышечной системы.

5.Âлияние умеренных физических нàгрузок нà степень àдàптàционных изменений мышечной системы.

6.Àдàптàционные изменения мышц при действии стàтических нàгрузок в процессе тренировки спортсменов.

7.Àдàптàционные изменения мышц при действии динàмических нàгрузок в процессе тренировки спортсменов.

ÁÍÒÓ

4 Íервно-мышечный àппàрàт

4.1 Ìорфофункционàльные элементы нервно-мышечного

àппàрàтà и их свойствà

Ñкелетные мышцы (поперечно-полосàтые) – мышцы, прикрепленные к костям скелетà, при сокрàщении которых поддерживàется положение скелетà в прострàнстве и выполняются его движения.

Ñкелетнàя мышцà состоит из множествà мышечных волокон, имеющих точки прикрепления к костям и рàсположенных пàрàллельно друг другу. Êàждое мышечное волокно состоит из миофибрилл, которые построены из повторяющихся в продольном нàпрàвлении блоков (сàркомеров). Ñàркомер является функционàльной единицей сокрàтительного àппàрàтà скелетной мышцы, его длинà состàвляет около 2,5 мкм. Îн содержит двà типà белковых филàментов: тонкие микрофилàменты из àктинà и толстые филàменты из миозинà. Ìиофибриллы в мышечном волокне лежàт тàким обрàзом, что рàсположение сàркомеров в них совпàдàет. Ýто создàет кàртину поперечной исчерченности мышцы.

Ñàркомеры в миофибрилле отделены друг от другà Z-плàстинкàми. Â обоих нàпрàвлениях от Z-плàстинки отходят тонкие àктиновые филàменты. Â промежуткàх между ними рàсполàгàются более толстые – миозиновые. Ìиозин способен взàимодействовàть с àктином тонких нитей. Âследствие присоединения àктинà к миозину увеличивàется ÀÒÔàзнàя àктивность миозинà,

врезультàте скорость гидролизà ÀÒÔ

возрàстàет в 200 рàз. Ñоглàсно теории скольжения нитей, мышечное сокрàщение происходит блàгодàря скользящему движению àктиновых и миозиновых филàментов друг относительно другà.

Ìехàнизм скольжения нитей (смотреть видео 4.1.1):

Ïрисоединение головок миозинà к центрàм связывàния àктинового филàментà (рис. À).

Êонформàционнàя перестройкà молекулы миозинà вследствие его взàимодействия с àктином. Çà счет поворотà головок нà 120° нити àктинà и миозинà передвигàются нà "один шàг" друг относительно другà (рис. Á).

Âосстàновление конформàции головки миозинà происходит в результàте присоединения к ней молекулы ÀÒÔ и ее гидролизà в присутствии Ñà++, что приводит к рàссоединению àктинà и миозинà (рис. Â).

Öикл "связывàние – изменение конформàции – рàссоединение –

ÁÍÒÓ

106

восстàновление конформàции" происходит многокрàтно, вследствие чего àктиновые и миозиновые филàменты смещàются друг относительно другà, Z-

диски сàркомеров сближàются и миофибриллà укорàчивàется (рис. Ã).

 скелетной мышечной ткàни рàзличàют белые и крàсные мышечные волокнà. Áелые

мышечные волокнà содержàт мàло сàркоплàзмы и миоглобинà и много миофибрилл. Îни обеспечивàют сильное, но непродолжительное сокрàщение. Êрàсные мышечные волокнà содержàт много митохондрий, сàркоплàзмы, миоглобинà и мàло миофибрилл. Îни способны к длительному сокрàщению. Â кàждой скелетной мышце, кàк оргàне, имеются и белые, и крàсные мышечные волокнà. Îднàко их соотношение в рàзных мышечных группàх неодинàково, что определяет выбор специàлизàции спортсменà.

Ñопряжение возбуждения и сокрàщения в скелетной мышце

 состоянии покоя скелетной мышцы центры связывàния нà поверхности àктинà зàкрыты молекулàми белкà тропомиозинà и скольжения нитей в миофибрилле не происходит. Âозбуждение (деполяризàция) миофибриллы и собственно мышечное сокрàщение связàны с процессом элетромехàнического сопряжения, который состоит из рядà последовàтельных этàпов.

 результàте срàбàтывàния нейромышечного синàпсà нà постсинàптической мембрàне возникàет ÂÏÑÏ, генерирующий рàзвитие потенциàлà действия, который рàспрострàняется по мембрàне миофибриллы и зà счет системы поперечных трубочек достигàет сàркоплàзмàтического ретикулумà.

Äеполяризàции мембрàны сàркоплàзмàтического ретикулумà приводит к

открытию в ней Ñà2+-кàнàлов, через которые в сàркоплàзму выходят ионы Ñà2+,

которые связывàются с белком тропонином. Òропонин изменяет свою конформàцию и смещàет молекулы белкà тропомиозинà, блокирующего центры связывàния àктинà.

Ê открывшимся центрàм связывàния присоединяются головки миозинà, и нàчинàется процесс сокрàщения.

Âремя от моментà возбуждения мышечного волокнà (мышцы) до нàчàлà ее сокрàщения нàзывàют лàтентным периодом сокрàщения (10-20 мс).

Ðàсслàбление скелетной мышцы. Ðàсслàбление мышцы достигàется обрàтным

ÁÍÒÓ

4 Íервно-мышечный àппàрàт 107

сàркоплàзмàтического ретикулумà. Ïо мере удàления из цитоплàзмы Ñà2+ открытых центров связывàния стàновится все меньше и в конце концов àктиновые и миозиновые нити полностью рàссоединяются, вследствие чего нàступàет рàсслàбление мышцы.

Ýнергетикà мышечного сокрàщения. Â динàмическом режиме рàботоспособность мышцы определяется скоростью рàсщепления и ресинтезà ÀÒÔ. Ïри этом скорость рàсщепления ÀÒÔ может увеличивàться в 100 рàз и более. Ðесинтез ÀÒÔ может обеспечивàться зà счет окислительного рàсщепления глюкозы. Ýто сопровождàется увеличением кровотокà через мышцы примерно в 20 рàз, увеличением минутного объемà сердцà и дыхàния в 2-3 рàзà, повышàется àктивность митохондриàльных ферментов.

Ïри мàксимàльной физической нàгрузке происходит дополнительное рàсщепление глюкозы путем àнàэробного гликолизà. Âо время этих процессов ресинтез ÀÒÔ осуществляется в несколько рàз быстрее и мехàническàя рàботà, производимàя мышцàми, тàкже больше, чем при àэробном окислении. Ïредельное время для тàкого родà рàботы непродолжительно, после чего возникàет нàкопление молочной кислоты, т. е. метàболический àцидоз, и рàзвивàется утомление.

Òеплообрàзовàние при мышечном сокрàщении. Ñкелетнàя мышцà преврàщàет химическую энергию в мехàническую рàботу с выделением теплà. À. Õиллом было устàновлено, что все теплообрàзовàние можно рàзделить нà несколько компонентов:

1.Òеплотà àктивàции.

2.Òеплотà укорочения.

3.Òеплотà рàсслàбления.

Êоличество выделяющегося теплà пропорционàльно нàгрузке (зàкон Õиллà для изотонического режимà сокрàщения).

Äвигàтельнàя единицà – функционàльнàя единицà скелетной мышцы; совокупность мышечных волокон, которые иннервируются отросткàми одного мотонейронà. Âозбуждение и сокрàщение волокон, входящих в состàв одной ÄÅ, происходит одновременно (смотреть видео 4.1.2).

Ñтруктурнàя оргàнизàция и сокрàщение глàдких мышц. Ãлàдкàя мышцà состоит из клеток веретенообрàзной формы. Íити àктинà и миозинà рàсположены нерегулярно, вследствие чего отсутствует поперечнàя исчерченность мышцы. Ìехàнизм сокрàщения àнàлогичен тàковому в скелетной мышце, но скорость скольжения филàментов, скорость удàления ионов кàльция из сàркоплàзмы и скорость гидролизà ÀÒÔ ниже, чем в скелетной мускулàтуре. Ýто способствует оптимàльному приспособлению глàдких мышц к длительному сокрàщению, не приводящему к утомлению и знàчительным энергозàтрàтàм.

Êонтрольные вопросы

1.Ïоперечно-полосàтàя мышцà: основнàя функция, строение. Ñàркомер кàк структурнàя единицà мышечного волокнà.

2.Ìехàнизм мышечных сокрàщений. Òеория скольжения. Ýлектромехàническое

ÁÍÒÓ

108

сопряжение.

3.Ìехàнизм мышечного рàсслàбления.

4.Ýнергетическое обеспечение мышечного сокрàщения, теплопродукция, рàботà.

5.Ïонятие о двигàтельных единицàх. Êлàссификàции двигàтельных единиц по морфологии (большие, мàлые) и по функции (быстрые, медленные).

6.Êомпозиция скелетных мышц: влияние нà рàзвитие физических кàчеств у àтлетов.

7.Ãлàдкие мышцы. Îсновные морфологические и функционàльные особенности.

8.Îсобенности электромехàнического сопряжения. Èннервàция глàдких мышц.

4.2 Ðежимы, формы, типы мышечных сокрàщений. Ñилà

скелетных мышц

Îснову жизнедеятельности человекà состàвляют движения, в основе которых лежит мышечное сокрàщение – реàкция мышечных клеток нà рàздрàжение, проявляющàяся в уменьшении длины клетки (смотреть видео 4.2.1).

Ôàзы мышечного сокрàщения (смотреть видео 4.2.2)

Ïри рàздрàжении скелетной мышцы одиночным импульсом электрического токà сверхпороговой силы возникàет одиночное мышечное сокрàщение, в котором рàзличàют 3 фàзы (рис., À):

•лàтентный период сокрàщения (около 10 мс), хàрàктеризующийся рàзвитием потенциàлà действия и процессов электромехàнического сопряжения; возбудимость мышцы во время одиночного сокрàщения изменяется в соответствии с фàзàми потенциàлà действия;

•фàзà укорочения (около 50 мс);

•фàзà рàсслàбления (около 50 мс).

ÁÍÒÓ

4 Íервно-мышечный àппàрàт 109

Èзменение длины мышцы покàзàно синим

цветом, потенциàл действия в мышце – крàсным,

возбудимость мышцы – фиолетовым.

Ðежимы мышечного сокрàщения

 естественных условиях в оргàнизме одиночного мышечного сокрàщения не нàблюдàется, тàк кàк по двигàтельным нервàм, иннервирующим мышцу, идут серии потенциàлов действия.  зàвисимости от чàстоты приходящих к мышце нервных импульсов мышцà может сокрàщàться в одном из трех режимов (рис., Á).

• Îдиночные мышечные сокрàщения возникàют при низкой чàстоте электрических импульсов. Åсли очередной импульс приходит в мышцу после зàвершения фàзы рàсслàбления, возникàет серия последовàтельных одиночных сокрàщений.

• Ïри более высокой чàстоте импульсов очередной импульс может совпàдàть с фàзой рàсслàбления предыдущего циклà сокрàщения, при этом àмплитудà сокрàщений суммируется,

возникнет зубчàтый тетàнус – длительное сокрàщение, прерывàемое периодàми неполного рàсслàбления мышцы.

• Ïри дàльнейшем увеличении чàстоты импульсов кàждый следующий импульс будет действовàть нà мышцу во время фàзы укорочения, вследствие чего возникнет глàдкий тетàнус – длительное сокрàщение, не имеющее периодов рàсслàбления.

Îптимум и пессимум чàстоты

Àмплитудà тетàнического сокрàщения зàвисит от чàстоты импульсов, рàздрàжàющих мышцу. Îптимумом чàстоты нàзывàют тàкую чàстоту рàздрàжàющих импульсов, при которой кàждый последующий импульс совпàдàет с фàзой повышенной возбудимости (рис., A), что вызывàет тетàнус нàибольшей àмплитуды. Ïессимумом чàстоты нàзывàют более высокую чàстоту рàздрàжения, при которой кàждый последующий импульс токà попàдàет в фàзу рефрàктерности (рис., A), в результàте чего àмплитудà тетàнусà знàчительно уменьшàется.

Ðàботà скелетной мышцы совершàется зà счет соглàсовàнного изменения тонусà (нàпряжения) и длины мышцы во время сокрàщения.

Âиды рàботы скелетной мышцы:

•динàмическàя преодолевàющàя рàботà совершàется, когдà мышцà, сокрàщàясь, перемещàет тело или его чàсти в прострàнстве;

•стàтическàя (удерживàющàя) рàботà выполняется, если блàгодàря сокрàщению мышцы чàсти телà сохрàняются в определенном положении;

ÁÍÒÓ

110

• динàмическàя уступàющàя рàботà совершàется, если мышцà функционирует, но при этом рàстягивàется, тàк кàк совершàемого ею усилия недостàточно, чтобы переместить или удержàть чàсти телà.

Âо время выполнения рàботы мышцà может сокрàщàться:

•изотонически – мышцà укорàчивàется при постоянном нàпряжении (внешней нàгрузке); изотоническое сокрàщение воспроизводится только в эксперименте;

•изометрически – нàпряжение мышцы возрàстàет, à ее длинà не изменяется; мышцà сокрàщàется изометрически при совершении стàтической рàботы;

•àуксотонически – нàпряжение мышцы изменяется по мере ее укорочения; àуксотоническое сокрàщение выполняется при динàмической преодолевàющей рàботе.

Ñилà сокрàщения скелетной мышцы определяется 2 фàкторàми:

•числом ÄÅ, учàствующих в сокрàщении;

•чàстотой сокрàщения мышечных волокон.

Ïрàвило средних нàгрузок – мышцà может совершить мàксимàльную рàботу при средних нàгрузкàх. Ïричём, во сколько рàз быстрее сокрàщàется мышцà, во столько рàз меньшую силу онà может рàзвить (зàкон Õиллà), но этà зàвисимость спрàведливà лишь в режиме преодолевàющей рàботы мышцы при ее àктивном укорочении. Èзмеряют силу мышц спортсменà методом динàмометрии (кистевой, стàновой).

Ïри осуществлении рàзличных форм двигàтельных действий и позных реàкций,

ÁÍÒÓ