Как работают мышцы антагонисты в динамическом и статическом режимах кратко
Обновлено: 05.07.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Тема: Работа скелетных мышц и их регуляция
Цель: познакомить с условиями, необходимыми для функционирования мышц; раскрыть условия повышения работоспособности мышц.
/Д. В. Колесов, Р. Д. Маш, И. Н. Беляев.
I. Организационный этап.
II. Изучение нового материала.
III. Лабораторная работа (Приложение № 1).
1. Почему мышца способна сокращаться с различной силой?
2. Что такое тренировочный эффект и как он достигается?
3. Как работают мышцы-антагонисты в динамическом и статическом режиме?
Двигательная единица.
Мышечное волокно скелетной мышцы способно сократиться лишь после того, как получит нервные сигналы от исполнительного (моторного) нейрона из центральной нервной системы. Один моторный нейрон и связанные с ним мышечные волокна называются двигательной единицей. Если в действие включается небольшое количество двигательных единиц, сокращение слабое, если количество двигательных единиц увеличено, сокращение мышц становится более сильным. Однако при самом сильном сокращении хорошо тренированного человека единомоментно работает небольшой процент двигательных единиц. При длительном сокращении они работают поочередно сменяя друг друга: сначала одна группа, потом другая, потом третья и т. д.
Изменение мышцы при тренировках.
В начале тренировок успех нарастает довольно быстро за счет увеличения числа двигательных единиц, включающихся в действие одномоментно. Затем результаты нарастают медленнее, потому что начинают перестраиваться сами мышечные волокна. В них увеличивается число сократительных нитей и митохондрий, при этом число самих волокон и их ядер не меняется. Это явление называют тренировочным эффектом. Он возможен при напряжении, близком к максимальному, достаточном отдыхе и рациональном питании.
Энергетика мышечного сокращения.
Нервная система лишь дает импульс для начала и прекращения работы данной мышечной группы волокон. Энергия, за счет которой сокращается мышечное волокно, выделяется в результате биологического окисления органического вещества, содержащегося в самом волокне. Основным энергетическим веществом для работы мышц является глюкоза, но при интенсивной нагрузке окисляются и вещества, содержащиеся в клеточных мембранах. Однако при этом в клетке образуется много веществ, способных компенсировать потери. Поэтому после работы во время отдыха восстанавливается много больше того, что было израсходовано. Возникает тренировочный эффект, при котором синтез обгоняет распад. Но это происходит лишь в том случае, если физическое напряжение близко к предельному, а отдых и рациональное питание достаточны. Изнуряющий труд без необходимого отдыха и питания к успеху не приводит, так же как и бездействие.
Недостаток подвижности — гиподинамия.
Малая подвижность снижает активность биологического окисления, перестают в достаточном количестве вырабатываться вещества, богатые энергией, за счет которых образуются клеточные структуры: митохондрии, сократительные нити, мембраны клетки. Мышцы становятся дряблыми, теряют былую силу. Из костей уходят соли кальция. Они поступают в кровь, связываются с содержащимся там органическим веществом холестерином и образуют наросты на внутренних стенках сосудов, нарушающие кровообращение. Это называется атеросклерозом. Человек становится слабым и вялым.
Регуляция работы мышц-антагонистов.
Чтобы лучше представить себе работу нервной системы, регулирующей мышечные сокращения, рассмотрим, как взаимодействуют нервные центры при сгибании и разгибании руки в локтевом суставе, а также при фиксации костей предплечья для удержания груза (рис. 37).
Если к двуглавой мышце приходят из нервного центра возбуждающие сигналы и она сокращается, то трехглавая мышца расслабляется — не мешает действию двуглавой мышцы. Если сокращается трехглавая мышца, то расслабляется двуглавая и не мешает разгибать руку. Такая координация движений происходит не в самих мышцах, а в нервных центрах, управляющих мышцами.
Но что произойдет, если требуется зафиксировать руку в нужном положении? Тогда возбудятся нервные центры всех мышц, участвующих в движении костей данного сустава. Двуглавая и трехглавая мышцы в этом случае сократятся одновременно. Кости предплечья прижмутся к плечевой кости, и движение в суставе прекратится. Кости станут неподвижными относительно друг друга. Бывшие мышцы-антагонисты станут работать как синергисты.
Динамическая и статическая работа.
В разных жизненных ситуациях одни и те же мышцы человека могут совершать разную работу. Работа, связанная с перемещением тела или груза, называется динамической. Работа, связанная с удержанием определенной позы или груза, называется статической.
Наиболее утомительна статическая работа, требующая сохранения однообразной позы или длительного удержания груза. Поэтому в конструкциях машин предусматриваются удобные кресла, снимающие хотя бы часть статических нагрузок. Наличие на сиденье спинки позволяет разгрузить мышцы спины, подлокотники снимают напряжение мышц рук и туловища.
Двигательная единица, исполнительный (моторный) нейрон, тренировочный эффект, биологическое окисление, динамическая и статическая работа, гиподинамия.
1. Почему в начале тренировок происходит значительное улучшение спортивных результатов, а потом они нарастают медленнее?
2. За счет чего при тренировках возрастает точность мышечных сокращений?
3. Поясните различие между динамической и статической работой.
Лабораторная работа № 4
Утомление при статической и динамической работе
Оборудование: секундомер, груз 1,5 кг, 3 кг (если взят портфель с книгами, то надо предварительно определить его массу).
Цель: Наблюдение признаков утомления при статической и динамической работе. Выясните, за какое время наступает предельное утомление.
1. Испытуемый становится лицом к классу, вытягивает руку в сторону строго горизонтально. Мелом на доске отмечается тот уровень, на котором находится рука. После приготовлений по команде включается секундомер, и испытуемый начинает удерживать груз на уровне отметки. Начальное время указывается в первой строчке таблицы. Затем определяются фазы утомления и также проставляется их время. Выясняется, за какое время наступает предельное утомление. Этот показатель записывается.
2. Испытуемый поднимает тот же груз(1,5 кг, 3 кг) до сделанной метки и опускает его. Наблюдайте, за какое время произойдет утомление.
3. Результаты опыта оформите в таблице.
Протокол опыта
Статическая работа Признаки утомления Время
Отсутствие утомления Рука с грузом неподвижна
Первая фаза утомления Рука опускается, затем рывком поднимается на прежнее место
Вторая фаза утомления Дрожание рук, потеря координации, пошатывание корпуса, покраснение лица, потоотделение
Предельное утомление Рука с грузом опускается; опыт прекращается
Динамическая работа Признаки утомления Время
Отсутствие утомления Рука с грузом легко поднимается и опускается
Первая фаза утомления Рука опускается, затем рывком поднимается на прежнее место
Вторая фаза утомления Дрожание рук, потеря координации, пошатывание корпуса, покраснение лица, потоотделение
Предельное утомление Рука с грузом опускается-поднять груз не удается; опыт прекращается
Для достижения высокой производительности физической работы важны.
Как лучше нести груз: без отдыха попеременно правой и левой рукой, или одной правой, а потом, отдохнув минуту, груз снова нести в этой же руке?
Мышцы-антагонисты – совершают противоположные действия – бицепсы и трицепсы, которые отвечают за сгибание и разгибание руки. Также антагонистом двуглавой части руки будет трехглавая мышца плеча.
Мышцы-синергисты – совершают одно действие – стабилизируют сустав запястья, например. Такими в организме человека являются плечевая и плечелучевая мышцы, медиальная широкая мышца бедра, прямая мышца бедра, подошвенная, икроножная мышцы, длинный сгибатель большого пальца.
№ 2. Укажите на рисунках 41 и 42 мышцы, которые могут работать в одном случае, как антагонисты, а в другом как синергисты.
Такими мышцами являются:
Четырехглавая мышца бедра – разгибает голени, двуглавая мышца бедра, портняжная, полусухожильная, икроножная, подошвенная, полуперепончатая, подколенная мышцы – сгибают бедро.
Двуглавая мышца плеча – сгибает предплечье, трехглавая мышца плеча – разгибает предплечье.
№ 3. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, найдите материал о многообразии мышц. Составьте классификации мышц по форме, числу головок и брюшек, по расположению, функциям, направлению мышечных пучков. Предложите иные, собственные критерии для классификации скелетных мышц.
В теле человека почти 40% от общей массы занимает мышечная ткань. Всего насчитывается более 400 скелетных мышц, и все они представлены огромным количеством мышечных волокон, которые имеют вытянутую форму. Интересно, что единой классификации скелетных мышц нет, ведь все они разделяются и по направлению мышечных волокон, и по форме и функции, и по месторасположению в теле человека, и по отношению к суставам.
Классификация по форме:
Классификация по размеру:
Классификация по направлению мышечных волокон:
Выделяют волокна с параллельным ходом и с косым ходом или перистые.
Одноперистые (длинный сгибатель большого пальца на руке);
Двуперистые (прямая мышца бедра);
Многоперистые (височная мышца).
Классификация по расположению:
Классификация по отношению к суставам:
Параграф 14. Работа скелетных мышц и их регуляция
Стр. 90
Вопросы в начале параграфа
№ 1. Почему мышца способна сокращаться с различной силой?
Сила сокращения мышечных волокон напрямую зависит от того, насколько сильным был сигнал из ЦНС. Слабое сокращение обеспечивает небольшое количество двигательных единиц (двигательный нейрон и связанные с ним мышечные волокна). Сильное сокращение возможно, когда число двигательных единиц будет большим.
№ 2. Что такое тренировочный эффект и как он достигается?
Тренировочный эффект – это ответная реакция организма в процессе адаптации к тренировочным нагрузкам. Реакция может быть кратковременной, среднесрочной и долговременной. Регулярное повторение действий подразумевает выполнение определенной последовательности, которая обеспечивает результат – тренировочный эффект. С начала тренировок результат может нарастать слишком быстро. Со временем он утихает, так как мышечные волокна начинают перестраиваться. Все это имеет название – долгосрочная адаптация. В процессе долговременной адаптации в волокнах активизируется синтез нуклеиновых кислот и специфических белков, что ведет к увеличению возможностей мышц.
№ 3. Как работают мышцы — антагонисты в динамическом и статическом режимах?
При работе в статическом режиме (удержание определенной позы или груза) используются все мышцы.
При работе в динамическом режиме (перемещение груза или тела) мышцы задействуются по очереди.
Коактивация мышц агонистов и антагонистов. Гипертрофия и атрофия мышц
Положение каждой части тела, например руки или ноги, определяется относительными степенями сокращения групп мышц агонистов и антагонистов. Предположим, что рука или нога должны находиться в среднем положении. Для этого мышцы агонисты и антагонисты возбуждаются примерно в одинаковой степени. Вспомните, что мышцы при удлинении сокращаются с большей силой, чем при укорочении: мышца развивает максимальную силу сокращения при ее полной функциональной длине и не развивает почти никакой силы при длине, равной половине исходной. Следовательно, удлиненная мышца на одной стороне сустава может сокращаться с гораздо большей силой, чем более короткая мышца на противоположной стороне.
Связь между длиной и напряжением мышцы до мышечного сокращения и во время него.
По мере того, как рука или нога движутся в направлении своего среднего положения, сила сокращения более длинной мышцы уменьшается, тогда как сила сокращения более короткой мышцы возрастает до тех пор, пока обе силы не станут равны друг другу. В этот момент движение руки или ноги останавливается. Таким образом, путем изменения степени активации мышц агонистов и антагонистов нервная система управляет положением руки или ноги.
Реконструкция мышцы для приведения ее в соответствие с функцией
Все мышцы тела постоянно реконструируются, приспосабливаясь к предназначенной им функции. Изменяются их диаметр, длина, развиваемая сила, снабжение сосудами и даже типы мышечных волокон (в небольшой степени). Этот процесс реконструкции часто осуществляется довольно быстро — в течение нескольких недель. Эксперименты на животных показали, что в некоторых мелких, активных мышцах сократительные белки могут замещаться в течение такого небольшого периода как 2 нед.
Гипертрофия и атрофия мышц. Увеличение общей массы мышцы называют мышечной гипертрофией, а уменьшение — мышечной атрофией.
Мышечная гипертрофия практически всегда является результатом увеличения количества актиновых и миозиновых нитей в каждом мышечном волокне, что ведет к их укрупнению. Это называют простой гипертрофией волокон. Степень гипертрофии значительно возрастает, если во время сокращения мышца нагружена. Для развития значительной гипертрофии достаточно лишь нескольких сильных сокращений в день в течение 6-10 нед.
Механизм, с помощью которого сильное сокращение ведет к гипертрофии, не ясен. Известно, однако, что при развитии гипертрофии резко ускоряется синтез мышечных сократительных белков. Это способствует постепенному увеличению числа актиновых и миозиновых нитей в миофибриллах, количество которых часто возрастает до 50%. Отмечено также, что некоторые миофибриллы в гипертрофированной мышце сами расщепляются с формированием новых миофибрилл, но важность этого процесса при обычной мышечной гипертрофии еще неизвестна.
Наряду с увеличением размера миофибрилл также усиливаются ферментные энергообразующие системы. Это особенно выражено у ферментов для гликолиза, который обеспечивает быструю доставку энергии во время мощного кратковременного сокращения мышцы.
Если в течение многих недель мышца не используется, скорость распада сократительных белков в ее волокнах становится выше скорости их восстановления. В результате развивается мышечная атрофия.
Приспособление длины мышцы. Когда мышцы растягиваются за пределы их нормальной длины, развивается другой тип гипертрофии. Это ведет к добавлению новых саркомеров на концах мышечных волокон, где они прикрепляются к сухожилиям. Известно, что во вновь развивающейся мышце новые саркомеры могут добавляться очень быстро — до нескольких саркомеров в минуту, что характеризует возможную скорость развития этого типа гипертрофии. Напротив, если мышца постоянно остается короче нормальной длины, саркомеры на концах мышечных волокон могут фактически исчезнуть. С помощью этих процессов мышцы постоянно реконструируются, чтобы иметь соответствующую длину для надлежащего мышечного сокращения.
Гиперплазия мышечных волокон. Когда мышца развивает чрезмерную силу сокращения (в редких случаях), кроме гипертрофии волокон возрастает и их абсолютное число. Это увеличение числа волокон называют гиперплазией. Во время этого процесса происходит линейное расщепление предварительно увеличенных волокон.
Мышцы - активная часть опорно-двигательного аппарата. Сокращаясь, они приводят в движение костные рычаги: совершаются движения, благодаря чему тело и его части перемещаются в пространстве.
Строение мышцы
Мышцы состоят из многочисленных мышечных волокон, которые образуют брюшко мышцы. Выделяют головку и хвост мышцы: головка соединена с неподвижным элементом, а хвост при сокращении мышцы притягивает подвижную часть скелета.
В разделе мышечные ткани мы подробно изучили строение поперечно-полосатой мышечной ткани, благодаря которой у нас есть возможность совершать произвольные движения (под контролем сознания.) Поперечно-полосатая мышечная ткань состоит из длинных многоядерных волокон - миосимпластов, обладающих поперечной исчерченностью за счет элементарной единицы - саркомера. Соединяясь друг с другом, саркомеры образуют миофибриллы, входящие в состав миосимпласта.
Антагонисты и синергисты
Среди мышц различают мышцы-антагонисты и мышцы-синергисты. Мышцы-антагонисты (от греч. antagonistes - противник) представляют группы мышц, которые располагаются параллельно друг другу и, сокращаясь, приводят костные рычаги в противоположно-направленное действие. Проще говоря - одни сгибают, а другие разгибают конечность. Наиболее яркий пример мышц-антагонистов: бицепс и трицепс.
Мышцы-синергисты (от греч. synergos - вместе действующий) - мышцы, действующие совместно для осуществления определенного движения. Примером таких мышц может служить плечевая и двуглавая (бицепс) мышцы.
Работа и утомление мышц
Как мышцы "узнают" когда, как и с какой силой, им нужно сократиться? Задумайтесь - одной и той же мышцей мы можем совершить плавное и медленное движение, а можем быстрое и резкое. Все определяется частотой нервных импульсов, которые идут к мышце от двигательных нейронов, расположенных в передних рогах спинного мозга.
Двигательное нервное волокно оканчивается на мышце нервно-мышечным синапсом, с помощью которого возбуждение передается многим мышечным волокнам. Сила сокращения мышцы есть сумма сокращений отдельных мышечных волокон в ней. То есть сила, с которой сокращается мышца, зависит от количества возбужденных (и, как следствие, сокращающихся) мышечных волокон.
Поперечно-полосатая мускулатура характеризуется возможностью утомления - временного понижения работоспособности мышцы. Скорость наступления утомления зависит от состояния нервной системы, ритма работы, величины нагрузки на мышцу.
В мышцах у человека и животных откладывается гликоген - запасное питательное вещество. Гликоген представляет собой большую сильно разветвленную молекулу, состоящую из остатков глюкозы. Такая большая структура хорошо удерживается в клетке, а благодаря ее разветвлениям одновременно от нее могут отщепляться несколько молекул глюкозы, что весьма важно при интенсивной работе.
При физической нагрузке от гликогена отщепляются молекулы глюкозы. Это анаэробный вариант расщепления глюкозы, при котором образуется 2 молекулы АТФ из одной глюкозы. Образовавшаяся молочная кислота вызывает характерное жжение и боль в мышцах, затем она подвергается аэробному окислению до углекислого газа и воды - в ходе этого выделяется 36 молекул АТФ.
Таким образом, суммарный выход АТФ с одной молекулы глюкозы равен 38 АТФ.
Болезни мышечной системы
При чрезмерной нагрузке существует риск разрыва мышцы, либо отрыва сухожилия. Эти состояния можно заподозрить на основании данных внешнего осмотра: при разрыве мышцы образуется гематома (скопление крови в мягких тканях), при отрыве сухожилия мышцы и попытке ее сокращения, образуется характерное полушаровидное выпяичвание.
Помните о законе средних нагрузок мышц, который открыл И.М. Сеченов! Он гласит, что максимальная эффективность в работе мышц достигается при средних нагрузка (не слишком легких, и не слишком тяжелых). Рационально оценивайте собственные силы и возможности, и всегда начинайте спортивную тренировку с разминки ;)
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Читайте также: