Тема 4. Сила и работа мышц

Время – 2 часа

Мотивационно-воспитательная характеристика темы: В практической деятельности врача, особенно в спортивной медицине возникает необходимость определения силы и работы мышц. Знание факторов, влияющих на силу и работоспособность мышцы позволяет объективно оценить функциональное состояние мышцы и выбрать правильный режим тренировок.

Учебная цель: Изучить факторы, определяющие силу и работу мышц, познакомиться с методами оценки мышечной силы. Уяснить механизмы, способствующие развитию утомления мышц и возможные механизмы снятия утомления

 

 

Содержание занятия

Этапы занятия	Цель данного этапа	Время
1. Вводный контроль	Проверка исходного уровня знаний с помощью тестового контроля	10 мин.
2. Опрос-беседа	Разбор темы по предложенным вопросам с коррекцией исходного уровня	25 мин.
3. Самостоятельная работа студентов с консультациями преподавателя	Закрепление теоретических знаний при выполнении практических заданий, анализ полученных результатов, формулировка выводов, оформление протоколов практических работ	45 мин.
4 Завершающий этап	Оценка знаний и умений при решении ситуационных задач и проверке протоколов	10 мин.

 

Вопросы для самоподготовки

1 Режимы мышечных сокращений.

.2 Сила мышц. Факторы, влияющие на силу мышц. Методы измерения мышечной силы.

3 Работа мышц. Виды работы.

4. Утомление мышц, местные и центральные механизмы утомления. Признаки утомления мышц

5. Понятие об активном отдыхе.

6 Особенности функционирования гладких мышц.

Домашнее задание

1. Зарисовать кривую мышечного сокращения в норме и при утомлении мышцы
2. Перечислить особенности функционирования гладкой мышцы.
3. Зарисовать кривую потенциала действия гладкой мышцы

 

Самостоятельная работа на занятии:

Задание	Объект	Программа действия	Ориентировочные основные действия
1.Определение силы мышц при помощи пружинного динамометра, оценка динамометрического индекса.	Человек	1Поставить стрелку пружинного динамометра на «0». 2 В положении сидя отвести руку с динамометром в сторону под прямым углом к туловищу. Дважды выполнить максимальное усилие на динамометре, силу мышц оценить по лучшему результату. 3Определив силу мышц ведущей руки и зная массу тела, рассчитывают динамометрический индекс(ДИ) по формуле: ДИ=Р/М, где Р – показатель мышечной силы, М – масса тела	Стрелка указывает на силу, с которой была сжата ручка динамометра. Отметить факторы, влияющие на силу мышц. Динамометрический индекс отражает силовую характеристику двигательного аппарата, зависит от использования мышц и здоровья в целом. Оценить данный показатель. сравнив с нормой: для мужчин- более 0,8 (отлично); 0,7-0,8 (хорошо); 0,60-0,69 (удовлетворительно); менее 0,6 (плохо); для женщин - более 0,6 (отлично);0,56-0,60(хорошо); 0,40-0,55 (удовлетворительно); менее 0,4 (плохо)
2. Определение уровня работоспособности и показателя снижения работоспособности мышц.	человек	Выполнить 10-кратные усилия на динамометре с частотой один раз в 5 секунд. Результаты записать и определить уровень работоспособности мышц по формуле: Р=(f1+f2+f3+...fn)/n, где Р – уровень работоспособности; f1,f2,f3,…fn- показатели   динамометра при отдельных мышечных усилиях; n- число попыток. Эти результаты использовать для расчёта показателя снижения работоспособности мышц по формуле: S =[(f1-fmin)/fmax] 100, где S-показатель снижения работоспособности, f1-величина начального мышечного усилия; fmin- минимальная величина усилия; fmax-максимальная величина усилия	Сравнив результаты у разных испытуемых. сделать вывод о факторах, влияющих на работоспособность и причинах утомления мышц.
3. Изучение возможных механизмов снятия утомления.	Человек	Опыты на двух группах: Первая группа. На ручном динамометре правой рукой определяют силу (10 раз). Этот опыт повторяют на другой руке. После этого вновь определяют силу правой руки. Вторая группа. Определяют силу сокращения на правой руке. В течение 3-4 минут ничего не делают. Повторяют опыт на правой руке. Полученные данные обеих групп усреднить. Сопоставить. Сделать вывод.	При анализе полученных результатов обратить внимание, чем отличаются кривые, полученные в опытах (после работы левой рукой или пассивного отдыха).
4. Влияние умственной нагрузки на снятие утомления.	Человек	Приседать до полного утомления. Сосчитать количество приседаний. В перерыве одна часть студентов ходит, другая – занимается умственной работой (чтение учебника). После отдыха вновь приседают до утомления, считая количество приседаний. Сравнить количество приседаний до и после отдыха в каждой группе студентов..	Отметить, какая группа после перерыва будет работоспособней.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие факторы влияют на силу сокращения мышцы?

2.Совершается ли физическая работа при удержании груза на месте?

3. Какие местные факторы способствуют развитию утомления мышц?

. 4 В чём заключаются центральные механизмы утомления мышц?

5 Какое утомление развивается быстрее: центральное или местное?

6 По каким признакам можно определить утомление мышцы?

7 Какие структурные особенности гладкой мышцы обеспечивают её тонические сокращения?

8 Обладает ли гладкая мышца автоматией?

9 Какие ионы играют ведущую роль в формировании потенциала действия гладкой мышцы?

10 Чем отличается потенциал действия гладкой мышцы от скелетной?

 

Тестовый контроль:

1. Что понимается под пессимумом частоты и силы раздражения? 1) частота выше оптимальной; 2) самые низкие частоты.

2. Какие основные черты сокращения гладкой мышцы? 1) замедленная реакция; 2) пластичность тонуса; 3) низкая возбудимость; 4) быстрая утомляемость; 5) способность сокращаться отдельными участками.

3. Что понимается под нейро-моторной единицей? 1) одна миофибрилла, иннервируемая одним нейроном; 2) один нейрон с иннервируемыми миофибриллами.

4. Какая будет возбудимость мышцы в скрытый период одиночного мышечного сокращения? 1) высокая; 2) без существенных изменений; 3) отсутствует.

5. Какой тетанус у человека в норме? 1) гладкий; 2) зубчатый.

6. Какой белок имеет поперечные мостики? 1) актин; 2) миозин.

7. Характерна ли для деятельности скелетной мышцы суммация сокращений? 1) да; 2) нет.

8. Может ли сердечная мышца сокращаться в режиме гладкого тетануса? 1-да; 2-нет

Ответы: 1-1; 2- 1,2,3,5.; 3-2; 4-3; 5-1; 6-2; 7-1; 8-2.

Ситуационные задачи:

1. Денервированная гладкая и поперечно-полосатая мышцы функционируют различно. Как объяснить явление?

2. Как определить изменения возбудимости изолированной мышцы в ходе её утомления, которое вызывают повторными ударами электрического тока?

3. Чем можно объяснить большую силу мышц туловища по сравнению с мышцами плечевого пояса?

4. Одна группа мышц удерживает груз на месте больший, чем другая группа мышц. Какая из групп мышц совершает большую работу?

5. У доярки после непрерывной работы в течение 2-х часов мышцы кистей рук не смогли расслабиться, фаланги пальцев находились в состоянии тонического сокращения. Как называется это явление? Чем оно вызвано?

 

Ответы:

1. Функция поперечно-полосатой мышцы полностью зависит от нервных влияний. При удалении нерва наступает паралич мышцы, проявляющийся в её обездвиженности, нарушении трофики. Денервированная гладкая мускулатура продолжает функционировать, так как она обладает автоматией.

2. Записав кривую сокращения мышцы, можно наблюдать уменьшение её амплитуды, что объясняется развитием утомления. Для решения задачи необходимо сопоставить величину возбудимости с той или иной стадией утомления. Мерой возбудимости является порог раздражения. Чтобы определить, как изменяется возбудимость мышцы, нужно измерить порог раздражения по мере развития утомления в паузах между сокращениями. По мере развития утомления возбудимость снижается, а порог раздражения повышается.

3. Сила мышцы зависит от физиологического поперечного сечения мышцы, являющегося суммой поперечных сечений входящих в неё миофибрилл, на эту величину влияет строение мышцы, т.е. расположение миофибрилл. Наиболее сильными являются мышцы с косым и перистым расположением миофибрилл, какими и являются мышцы туловища (межреберные, мышцы спины и др.)по сравнению с мышцами с продольным расположением миофибрилл (двуглавая мышца плеча).

4. В данном случае ни одна из групп мышц физической работы не совершает, так как при удержании груза на месте длина мышцы не меняется (изометрическое сокращение), а работа мышцы- это произведение груза на величину её укорочения.

5. Это явление называется контрактурой мышц. В данном случае в результате непрерывной работы истощаются запасы энергии АТФ в мышечных волокнах, необходимой для работы кальциевого насоса в период расслабления мышц.

 

Литература:

А) Основная:

1. Физиология человека. Учебник. /Под ред. В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько.- М.: Медицина, 2003, с.74-93

2. Физиология человека. / Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И.Циркина.- СПб: СОТИС, 1998, 2000, 2002, с.22-27.

3. Физиология человека..Учебник. /Под ред. В.М.Смирнова. М.:Медицина, 2002, с.82-92

4. Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии /Под ред.С.М.Будылиной, В.М.Смирнова- М: Издательский центр «Академия», 2005, с.23-38

5. Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. Г.И.Косицкого и В.А Полянцева.- М.: Медицина, 1988, с.86-90.

 

Б) Дополнительная:

1 Основы физиологии человека. /Под ред. Б.И.Ткаченко.- СПб,1994, т.1, с. 146 – 165.

.2 Физиология человека. /Под ред. Г.И.Косицкого.- М.: Медицина, 1985, с.. 41 - 44, 56 – 60, 65 – 71.

3 Физиология человека. /Под ред. Р.Шмидта, Г.Тевса,- М.: Мир, 1996, т.1, с.26 - 40, 83 – -87

4 Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова- М, 2002, с. 36-38, 73-84.

5 Основы физиологии человека / Под ред. Н.А.Агаджаняна- М: изд-во РУДН, 2001, с.29-35

6 Орлов Р.С., Ноздрачев А.Д. Нормальная физиология. Учебник- ГЭОТАР-Медиа,2005,с.94-116

7 Избранные вопросы клинической психологии / Под ред. Ю.В.Каминского. Т.1.: Нормальная анатомия, физиология и патология нервной системы.- Владивосток, Медицина ДВ,2006, с.248-252

Краткое теоретическое содержание темы:

В результате деятельности мышца развивает определенную силу и совершает работу. Сила мышцы определяется максимальным грузом, который она в состоянии поднять, или максимальным напряжением, которое она может развить при изометрическом сокращении. Сила мышцы зависит от физиологического поперечного сечения - это сумма поперечных сечений всех её волокон, которое в свою очередь зависит от расположения волокон в мышце (продольное, косое, перистое) и от толщины волокон, т.е. от содержания в них сократительных белков. При ауксотоническом сокращении мышца совершает физическую работу, которая равна произведению веса поднятого груза на величину укорочения мышцы (при изотоническом и изометрическом режиме физической работы не совершается, так как один из множителей равен нулю). Наибольшую работу мышца совершает при средних нагрузках (правило средних нагрузок). В результате длительной работы наступает утомление мышцы – временное понижение работоспособности, исчезающее после отдыха. Признаками мышечного утомления являются снижение амплитуды сокращения (до полного исчезновения), увеличение латентного периода сокращения, удлинение периода расслабления (возможно наступления контрактуры мышцы). Механизмы утомления мышцы можно подразделить на 2 категории:

1- местные причины, связанные в основном с двумя факторами: а) накоплением продуктов обмена и ионов калия в межклеточном веществе, что угнетает способность мембраны генерировать потенциал действия; б) истощением энергетических запасов, связанных со снижением ресинтеза АТФ в результате уменьшения запасов гликогена, креатинфосфата, недостатка кислорода и т.д.

2- центральные механизмы, связанные с утомлением нервных центров, регулирующих сокращение тех или иных мышц. Утомление нервных центров наступает в результате утомления синапсов. В целостном организме быстрее наступает утомление нервных центров, чем самой мышцы. Утомление центрального происхождения легче снять, чем утомление, связанное с местными факторами. Для этого достаточно переключить деятельность на другую группу мышц (или на другой вид работы), а следовательно, на другие нервные центры. Другими словами, надо создать новый доминантный очаг возбуждения, который затормозит раннее работающие центры и создаст условия для более быстрого их восстановления. На основе этих механизмов И.М.Сеченов выдвинул идею активного отдыха.

Сила сокращения мышц, их работоспособность и выносливость зависит от взаимодействия и соотношения в них различных двигательных единиц. Различают медленные двигательные единицы, характеризующиеся высокой возбудимостью и низкой утомляемостью, они обусловливают тонические сокращения. Скорость сокращения и сила таких мышц невысокие, они способны к длительному сокращению, достаточно выносливые и могут длительно выполнять работу. Такие мышцы богаты капиллярами, содержат большое количество миоглобина, их называют «красными мышцами». Быстрые или большие двигательные единицы характеризуются высокой скоростью, большой силой сокращения, но быстрой утомляемостью. Они образуют «белые мышцы» и обеспечивают фазные движения. В любой мышце есть и те, и другие двигательные единицы, но их соотношения различны; поэтому есть мышцы, выполняющие преимущественно тонические функции («красные мышцы»), и преимущественно фазные движения («белые мышцы»).

6.3.Особенности функционирования гладкой и сердечной мышцы.

Механизм сокращения любой мышечной ткани принципиально сходен и связан с образованием актомиозинового комплекса. Однако в связи с различным происхождением, строением, степенью дифференцировки имеется ряд отличий в функционировании различных видов мышечной ткани. Более примитивной и малодифференцированной является гладкомышечная ткань, выстилающая стенки сосудов, полых внутренних органов. Несмотря на клеточное строение, её можно отнести к функциональному синцитию: контакты между клетками очень плотные («нексусы») с низким сопротивлением, что способствует беспрепятственному распространению возбуждения с одной группы клеток на другую. Поэтому для гладких мышц характерны медленные длительные тонические сокращения, что необходимо для поддержания тонуса сосудов, органов желудочно-кишечного тракта и др. Кроме того, гладкие мышцы обладают пластичностью –способностью сохранять приданную растяжением длину без изменения напряжения, что имеет важное значение для полых органов. В отличие от скелетных мышц, сокращение которых инициируются сигналами из ЦНС, гладкие мышцы способны к автоматии, т.е. к самовозбуждению, что обусловлено отсутствием стабильного потенциала покоя и наличием медленной деполяризации мембраны, достигающей критического уровня самопроизвольно. Возникнув в одной группе клеток, возбуждение распространяется через «нексусы» (выполняющих роль электрических синапсов) на другие участки, поддерживая тем самым тоническое сокращение (медленное сокращение и расслабление при малых затратах энергии). В формировании потенциала действия гладких мышц принимают участие не быстрые натриевые каналы (для гладких мышц не характерен «пик» потенциала действия), а медленные натрий-кальциевые каналы, приводяшие к малой крутизне ПД. Кальций, поступающий в мышечное волокно при возбуждении, играет ведущую роль в осуществлении связи между возбуждением и сокращением (электромеханическом сопряжении). Помимо способности к автоматии, которой обладает определенная группа миоцитов – «пейсмеккеров», гладкие мышцы способны возбуждаться при растяжении (в этом заключается миогенный механизм поддержания тонуса гладких мышц) и под действием медиаторов вегетативной нервной системы.

Сердечная мышца занимает промежуточное положение между примитивной гладкой и высокоспециализированной скелетной мышцей и состоит из атипичных миоцитов (более примитивные клетки, которые,подобно гладким миоцитам, способны к автоматии, имеют нестабильный потенциал покоя и выраженную медленную диастолическую деполяризацию мембраны, самопроизвольно достигающую критического уровня, малую крутизну подъёма ПД) и типичных кардиомиоцитов, выполняющих основную сократительную функцию (и в этом их сходство со скелетными мышцами). Атипичные миоциты образуют проводящую систему сердца с главным водителем ритма – синоатриальным узлом, а типичные миоциты формируют рабочий (сократительный) миокард. Миокард представляет собой «функциональный синцитий», характеризующийся наличием плотных контактов между клетками («нексусы» или электрические синапсы), благодаря которым возбуждение, возникшее в водителе ритма, распространяется и охватывает весь миокард. Поэтому сокращение сердечной мышцы подчиняется закону «всё или ничего» - в каждом сокращении сердца участвуют все кардиомиоциты. В отличие от атипичных миоцитов, типичные кардиомиоциты не могут возбуждаться самопроизвольно, так как их исходный потенциал (-90 мв) не может самостоятельно достичь критического уровня деполяризации (-50мв). Рабочий миокард получает возбуждение от проводящей системы сердца. В формировании ПД типичных кардиомиоцитов можно выделить несколько фаз: 1- быстрая деполяризация и пик имеет то же происхождение, что и у скелетных мышц и связана с открытием быстрых натриевых каналов и проникновением натрия внутрь клетки. Во время пика быстрые натриевые каналы блокируются и открываются медленные натрий-кальциевые каналы, что приводит к другой фазе; 2 – медленная реполяризация или фаза плато соответствует нулевому потенциалу и связана с проникновением в клетку ионов кальция. Поскольку в это время быстрые натриевые каналы блокированы, эта фаза сопровождается абсолютной рефрактерностью мембраны кардиомиоцитов; 3 – быстрая реполяризация связана с выходом калия из клетки и постепенным восстановлением возбудимости (относительная рефрактерность). Главное отличие ПД сердечной мышцы от скелетной – наличие фазы плато, которая обеспечивает поступление ионов кальция, необходимого для запуска сокращения, из межклеточного вещества в процессе возбуждения, создавая условия для следующего сокращения. Длительность ПД сердечной мышцы превышает в 100 раз ПД скелетной мышцы и по времени совпадает с периодом сокращения сердца (систолой). Таким образом, сокращение сердечной, как и скелетной мышцы запускается возбуждением (ПД). Но имеется ряд отличий:

1 – в скелетной мышце сокращение начинается тогда, когда возбуждение почти закончилось, т.е. возбуждение опережает сокращение; в миокарде возбуждение и сокращение перекрываются во времени. ПД в миокарде заканчивается после начала фазы расслабления.

2-миокард не может впадать в состояние гладкого тетануса, так как во время сокращения (систолы), совпадающей с фазой плато ПД, кардиомиоциты абсолютно рефрактерны (невозбудимы). Данное обстоятельство имеет важное значение для нагнетательной функции сердца. Сердечная мышца – единственная в нашем организме, работающая в режиме одиночного мышечного сокращения, включающего фазу систолы(сокращения), во время которой кровь изгоняется из желудочков в сосуды большого и малого кругов кровообращения и диастолы (расслабления), когда желудочки наполняются кровью.