Что заставляет двигаться мышцы человека

Сокращение мышц. Принцип работы мышцы человека.

О том, как устроена мышечная клетка и что представляет из себя мышца, Вы уже имеете понятие. Но, как же осуществляется сокращение мышцы? Что заставляет наши мышцы работать?

Говоря доступным языком, сокращение мышц происходит под воздействием нервных импульсов, которые активируют нервные клетки спинного мозга – мотонейроны, ответвления которых — аксоны подведены к мышце. Если разобраться подробнее, то внутри мышцы аксон разделяется и образует сеть ответвлений, которые, подобно электрическим контактам, «подсоединены» к мышечной клетке. Посредством таких контактов и осуществляется сокращение мышц.

Получается, что каждый мотонейрон управляет группой мышечных клеток. Такие группы получили название – нейромоторные единицы, благодаря которым человек может задействовать в работе часть мышцы. Поэтому, мы можем сознательно контролировать скорость и силу сокращения мышц.

Итак, мы рассмотрели процесс «запуска» сокращения мышц. Теперь давайте детально разберемся, что же происходит непосредственно внутри мышцы во время сокращения. Этот материал несколько сложен для восприятия, но весьма важен. Вам необходимо разобраться в нем, иначе Вы не сможете до конца уяснить, каким образом растут наши мышцы.

Сокращение мышц в грубом приближении

В первую очередь необходимо уяснить, что миофибрилла состоит из многочисленных нитей двух белков: миозина и актина, которые располагаются вдоль миофибриллы. Причем, миозин – толстые нити, а актин – тонкие нити. Этим и объясняется светло-темное полосатое строение миофибриллы (темные полосы – миозин, светлые полосы – актин).

В литературе темные участки миофибриллы получили название А-диск, а светлые участки именуются I-диск. Актиновые нити крепятся к так называемой Z-линии, которая расположена в центре I-диска. Сегмент миофибриллы между Z-линииями, включающий миозиновый А-диск называется саркомером, который можно считать некой сократительной единицей миофибриллы.

Саркомер сокращается следующим образом: при помощи боковых ответвлений (мостиков) толстые нити миозина втягивают вдоль себя тонкие нити актина.

То есть головки мостиков входят в зацепление с актиновой нитью и втягивают ее между нитями миозина. По окончанию движения головки отсоединяются и входят в новое зацепление, продолжая втягивание. Получается, что сокращение мышц – совокупность сокращений множества саркомеров.

Если рассмотреть отдельно тонкую нить актина, то она представляет собой двойную спираль актиновых нитей, между которыми расположена двойная цепь тропомиозина.

Тропомиозин – это также белок, который блокирует зацепления миозиновых мостиков с актином в расслабленном состоянии мышцы. Как только нервный импульс через мотонейрон подается в мышцу, происходит смена полярности заряда мембраны мышечной клетки, в результате чего саркоплазма клетки насыщается ионами кальция (Ca++), которые высвобождаются из специальных хранилищ, находящихся вдоль каждой миофибриллы. Тропомиозиновая нить, в присутствии ионов кальция, мгновенно углубляется между актиновыми нитями, и мостики миозина получают возможность зацепления с актином – сокращение мышц становится возможным.

Однако после поступления Са++ в клетку, он тут же возвращается в свои хранилища и происходит расслабление мышцы. Только при постоянных импульсах, исходящих от нервной системы, мы можем поддерживать длительное сокращение – это состояние получило определение тетаническое сокращение мышц.

Разумеется, сокращение мышц требует энергии. А откуда же она берется, как формируется энергия, поддерживающая движение миозинового мостика? Об этом Вы узнаете в следующей статье Энергетические процессы в мышечной клетке. Энергия сокращения мышц.

Материалы данной статьи охраняются законом о защите авторских прав. Копирование без указания ссылки на первоисточник и уведомления автора ЗАПРЕЩЕНО!

источник

Взрослым и Детям

Двигательные системы в организме человека.

Что такое движения, или как мы двигаемся?

Все движения человека зависят от согласованности работы скелета, мышц, головного мозга, разветвленной сети нервов и органов чувств. Все вместе они образуют чрезвычайно сложную систему координации и контроля необходимую для выполнения различных движений.

Любое наше действие – прикосновение к кончику носа, ходьба, акробатический номер – зависит от невероятно сложного взаимодействия разных систем организма: костно-мышечной, нервной и головного мозга, и системой чувств.

Когда человек выполняет любое движение легко, без видимых усилий, значит, системы организма взаимодействуют слаженно (координировано).

Легко ли положить конфету в рот? Сначала теменная область мозга получает информацию от органов чувств, и составляет карту положения тела по отношению к конфете. Затем информация передаётся в преддвигательную область мозга, где решается, как взять конфету. После чего соответствующий план действий передаётся в двигательную область (моторную), и та уже посылает сигналы мышцам, сообщая, как поднести конфету ко рту. И так далее…

Мы не всегда отдаёт себе отчет в том, что любое наше действие (движение) – это результат двух различных видов деятельности: умственной и физической. Центр управления всеми движениями – мозг.

Прежде чем какое-либо движение будет выполнено, должны появиться желание (волевой акт) и необходимая информация. Область мозга, отвечающая за подачу сигнала к действию называется преддвигательной (премоторной), а та, которая отвечает за соответствующие его выполнение – двигательной (моторной).

Рассмотрим это на простейшем виде повседневных действий, как питиё из чашки. Сигналы, благодаря которым осуществляется пространственное восприятие, поступают в теменную долю верхней части мозга. Получив от туда информацию, двигательная область даёт команду мышцам кисти и руки, чтобы поднять чашку и поднести её ко рту тогда, когда вы решили сделать глоток. Затем двигательная область приводит ряд других мускулов в действие, которые дают нам возможность втянуть в себя и проглотить жидкость.

Входе выполнения серии движений от нервов, находящихся в мышцах и суставах, в мозг непрерывно поступает информация о том, в каком положении и состоянии находятся эти мышцы – сокращения или расслабления. Чтобы взять в руки чашку, вы слегка подаётесь в перед, при этом центр тяжести вашего тела смещается. Тут же включаются рефлекторные механизмы равновесия, благодаря которым мышцы производят необходимы изменения. Такие адаптационные изменения регулируются мозжечком.

Для выполнения каких бы то ни было движений необходимо взаимодействие различных групп мышц. Например, только при одном шаге у человека работают 54 мышцы.

Как и большинство видов спорта, футбол требует большой согласованности движений ног и глаз. Такой уровень координации достигается путем длительных тренировок с самого раннего возраста.

Результат сложной работы, связанной с управлением всеми мышцами, задействованными в выполнении какого-либо движения, зависит от двигательных нервных волокон. Они тянутся к мышцам от головного мозга и позвоночного столба. Каждое волокно имеет ответвления, идущие к определенной группе мышечных волокон.

Когда от ветвей нервного волокна поступает импульс, в работу вступает вся группа управляемых им мышечных волокон. Такие группы мышечных волокон называются мышечными узлами. Количество мышечных волокон в узле зависит от точности выполняемого движения. Например, движения глазного яблока требуют очень высокой точности, поэтому в его мышцах всего около десяти мышечных волокон на каждый мышечный узел, а в бицепсах ( мышцах руки), где столь высокой точности не требуется, каждый узел насчитывает свыше тысячи мышечных волокон.

И так, для того, чтобы совершить движение, нам требуется слаженная работа нескольких систем организма:

— двигательной, или еще ее называют костно-мышечной. Это кости и мышцы.

— нервной. Это головной мозг, спинной мозг и нервы.

— системы органов чувств. Это глаза, уши, рецепторы обоняния, вкуса, тактильные.

Все движения тела возможны лишь благодаря мышцам. Без них мы даже не могли бы пережёвывать пищу, да и кровь не совершала свой бег. Вследствие чего мышечную систему можно назвать двигателем организма. 40% человеческого тела состоит из мышц, т.е. на каждые 10 кг веса человека приходится 4 кг мышц.

Ученые не могут прийти к единому мнению относительно того сколько мышц в теле человека. В зависимости от того как считать некоторые мышцы – по отдельности или как часть большой мышцы, количество их в теле человека колеблется между 656 и 850.

Самая большая мышца человеческого тела – большая ягодичная, к самым маленьким мышцам человеческого организма относятся мышцы, которые двигают глазное яблоко. Они же являются самыми активными. А вот самыми сильными являются челюстные мышцы. Работая вместе челюстные мышцы способны смыкать наши коренные зубы с силой 90,7 кг и больше. Работают, а значит, и тренируются, наши челюстные мышцы постоянно: когда мы разговариваем, поём, едим, что-то откусываем и даже когда зеваем или дышим через рот при насморке.

Функции мышц: осуществление движения туловища и конечностей, поддерживание равновесия тела, глотательные движения и прочие.

В организме различают три основных типа мышц. Первый — это поперечно-полосатые мышцы, которыми управляет головной мозг. Вместе с костями и сухожилиями они отвечают за все наши движения от улыбки до пробежки по лестнице. Второй — это гладкие мышцы, получившие такое название за то, что именно так они выглядят под микроскопом. Они отвечают за непроизвольные движения внутренних органов, скажем, кишечника и мочевого пузыря. И третий — это сердечная мышца, из которой почти целиком состоит сердце.

Сейчас мы говорим о движениях, совершаемых человеческим телом, а значит, о поперечно-полосатых мышцах.

Поперечно-полосатые мышцы широко распределены по всему нашему телу, даже у новорожденного младенца составляют значительную часть веса- до 25 %. Они управляют движениями самых разных частей скелета- от крохотной стремянной мышцы, двигающей стремечко в ухе, до большой ягодичной, которая образует ягодицу и командует тазобедренным суставом.

От моторных (управляющих движениями ) участков коры головного мозга нервы проходят по спинному мозгу и разветвляются на множество контролирующих мышцы окончаний. Без подаваемых нервом сигналов мышца теряет способность сокращаться и постепенно атрофируется.

Когда у нас возникает желание согнуть руку, наш мозг посылает нервный импульс к мышце руки- бицепсу , он сжимается; мышца, напрягаясь, становится короче и толще. В то же время трицепс – мышца, противоположная бицепсу, — расслабляется ( становится длиннее). Чтобы выпрямить руку, мышцы бицепса должны расслабиться, а мышцы трицепса- сжаться.

Мышцы можно тренировать с помощью физических упражнений. Когда мышцы работают- они развиваются, увеличиваются в размере, становятся более эластичными и выносливыми. Поэтому нас не удивляет тот факт, что у спортсменов, занимающихся велоспортом, заметно увеличены мышцы ног, а у культуристов, которые с помощью силовых упражнений развили мускулатуру, мышцы эффектно рельефны.

Штангист наращивает массу и силу мышц упорными тренировками. Без тренировок штангист перестанет так выглядеть. Бездействующие мышцы со временем атрофируются. И штангист уже не поднимет эту штангу.

Поперечные мышцы состоят из продолговатых клеток, которые располагаются параллельно. Благодаря своему строению и способности передавать нервные импульсы, поперечные мышцы выполняют команды мозга.

Нервы «подключены» к мышечным волокнам в определенных участках их поверхности. «Электрическая» сила поступающего в мышцу нервного импульса ничтожна по сравнению с происходящими в ней «электрическими» изменениями, поэтому нужен усилитель. Подача сократительного импульса происходит в моторном окончании, где двигательный нерв стыкуется с мышечным волокном. Проходящий по нерву «электрический» импульс высвобождает вещество ацетилхолин, который заставляет мышцу сокращаться.

Чем бы мы не занимались, наша нервная система незримо участвует в каждом нашем действии. «Рабочими элементами» нервной системы являются миллионы взаимосвязанных клеток- нейронов, выполняющих ту же функцию, что и провода в сложной электрической машине. Нейроны принимают сигналы в одной части нервной системы и передают их в другую ее часть, где эти сигналы могут поступить на другие нейроны или вызвать какое-либо действие, например, сокращение мышечных волокон.

Нейрон — самая длинная клетка организма, к тому же долгожитель. Длина нейрона может достигать полутора метров, а продолжительность жизни может быть такой же, как и продолжительность жизни самого человека. В нервной системе человека более пятнадцати миллиардов нейронов, а общая их продолжительность равна расстоянию от Земли до Луны.

Нейрон — это структурно-функциональная единица нервной системы. Они бывают разных размеров и форм. Состоят из многочисленных разветвленных отростков ( дендридов) и одного длинного отростка (аксона). Аксоны образуют нервные мякотные белые волокна, обволакивающие серое вещество позвоночных нервных клеток. Дендриды передают нервные импульсы другим нейронам, а по аксонам импульсы идут от тела клетки к мышцам или железам.

Нейроны — очень хрупкие клетки, которые легко могут быть повреждены или уничтожены в результате травм, инфекции, давления, химического воздействия или недостатка кислорода. Разрушенные нейроны не восстанавливаются, поэтому это чревато серьезными последствиями .

Нервная система разбита на две взаимосвязанные части. Одна из них- центральная нервная система (ЦНС)— состоит из головного и спинного мозга. Вторая- переферическая нервная система (ПНС)— включает все нервные ткани за пределами ЦНС. И ЦНС и ПНС состоят из ряда компонентов.

У ПНС два отдела: внешняя, или соматическая, нервная система и внутренняя, или вегетативная, нервная система.

Соматическая система играет двойную роль. Во-первых, она собирает информацию о органов чувств и посылает ее в ЦНС. Во-вторых, она перелает сигналы от ЦНС скелетным мышцам в ответ на полученную информацию, тем самым обуславливая движения.

Вегетативная нервная система отвечает за регулирование функций внутренних органов и желез, включая сердце, желудок, почки и поджелудочную железу.

То есть, за осознанные действия, например, как езда на велосипеде, отвечает соматическая система. Мы говорим о самом процессе движений, совершаемым человеком, а значит нам интересен соматический отдел ПНС.

Соматическая нервная система состоит из двух компонентов- сенсорной и моторной систем. Информация о внешнем мире воспринимается органами чувств, например, глазами, имеющими особые рефлекторные клетки. Другие подобные клетки воспринимают сигналы боли, осязания и температуры кожи. Сигналы от этих рецепторов передаются в ЦНС по чувствительным нервным волокнам. Совокупность таких сигналов, интенсивность которых достигает миллионов импульсов в секунду, дает нам необходимую информацию о внешнем мире.

По чувствительным нервным волокнам информация поступает в ЦНС, а оттуда команды передаются тем или иным мышцам по двигательным нервным волокнам. И чувствительные, и двигательные волокна входят в состав сенсорных и моторных нейронов. Все нейроны состоят из тела клетки и четырех рядов проводящих волокон. Тела клеток чувствительных нервных волокон находятся рядом с головным или спинным мозгом, а моторных нейронов- внутри головного или спинного мозга.

Возможности нервной системы наиболее ярко проявляются в молниеносной реакции первоклассных спортсменов.

Спинной мозг играет роль двустороннего проводящего пути между головным мозгом и ПНС. Вторая функция спинного мозга связана с управлением простыми рефлекторными действиями. Картинка д-п стр. 15 взаимодействие центральной соматической и вегетативной НС.

Человеческий мозг часто называю биологическим компьютером- «биологическим» , потому что он является частью живого организма, а «компьютером» , поскольку он, подобно обычному компьютеру способен собирать, обрабатывать, хранить и использовать самую разнообразную информацию. Большие полушария, или большой мозг, наиболее развитый отдел головного мозга, большую часть наружной поверхности которого составляет кора головного мозга.

Около 90 % мозга занимают два больших полушария. Они прикрывают собой сверху остальные отделы, которые значительно меньше по объему ( 10%), и переходят в верхнюю часть спинного мозга.

Хотя сравнение с компьютером дает некоторые представления о том, на сколько сложна умственная деятельность, это лишь часть общей картины. Дело в том, что наш мозг способен справляться с большим объемом данных, чем компьютер, и способы их обработки у него более разнообразны.

Вся информация в мозг поступает от органов чувств- глаз, ушей, носа, языка и кожи,- а также от рецепторов растяжения в мышцах и терморецепторов, которыми усеяно наше тело. Их можно сравнить с устройствами ввода компьютера. Данные поступают в особые входные, или сенсорные, области полушарий мозга. От головного мозга отходят двенадцать пар черепно-мозговых нервов и множество нервных проводников. Некоторые из этих нервов- чувствительные, они передают в мозг импульсы от органов чувств, например, зрительный нерв. Другие нервы- двигательные, они передают указания от мозга к мышцам, например, общий зрительный двигательный нерв.

На картинке каждая область тела представлена пропорционально частям мозга, отвечающим за ее работу. Пунктирные линии- отделы двигательных областей, сплошные- сенсорных.

В коре головного мозга имеется зона, отвечающая только за прием сенсорной информации. Другая зона занимается рассылкой нисходящих двигательных импульсов. Размер такого приемника или передатчика зависит от части тела. Так, обширная часть сенсорной зоны связана с губами, т.к. они очень чувствительны. А в двигательной зоне крупный участок выделен для рук. Человеческий мозг работает с невероятной быстротой. За долю секунды он анализирует изображение и звуки и мгновенно выдает двигательные команды.

Гипоталамус и гипофиз- это «устройства вывода» мозга, которые можно сравнить с дисплеем или принтером компьютера. Они получают команды от полушарий мозга («процессора») и отображают программы, управляющие другими органами. Еще одним «выводным устройством» являются мышцы. Получаю указания от «двигательных» участков мозга, они, сокращаясь, заставляют тело двигаться.

Определенные участки головного мозга отвечают за способность говорить, слышать, видеть, запоминать и т.д.

В отличие от компьютера, который можно выключить, мозг- этот «управляющий» человеческого организма работает круглые сутки, даже во время сна.

Функции мозга не ограничиваются одной обработкой информации. Здесь зарождаются наши чувства, эмоции и желания, он усваивает новые знания, мысли и творит.

Если бы скелет не выполнял бы опорную функцию, то из-за значительной массы мягких тканей тело человека было бы округлым и сплющенным. Наше тело сохраняет форму благодаря твердым элементам, или костям, из которых состоит скелет.

— служить опорой тела и сохранять его прямое положение;

— защищать жизненно-важные внутренние органы;

— наряду с мускулатурой выполнять движения.

И последняя функция, к стати, самая главная. В скелете взрослого человека около 206 костей. Невозможно указать точное их количество, поскольку существуют так называемые дополнительные косточки, имеющиеся у одних и отсутствующие у других людей.

На кисти, руки, лодыжки и стопы наших ног приходится больше половины костей тела. А чем больше костей, тем больше суставов и мышц, а значит, в этом месте более гибким будет тело. Вот почему мы можем выполнять небольшие, точные движения руками и стопами ног, например, завязывать шнурки на ботинках или балансировать, стоя на цыпочках.

Самая длинная и самая крепкая кость в теле человека – бедренная кость, или бедро. Самая маленькая – стремечко, расположенное в среднем ухе.

Как работают мышцы и кости?

Наш мозг заставляет скелетные мышцы двигаться, посылая через нервную систему сигналы. Нервы в мышцах принимают сигнал и заставляют их сокращаться, т.е. мышцы становятся короче и толще. При сокращении мышцы тянут кости, к которым они прикреплены. Но эти мышцы не могут толкать, а только тянуть, поэтому заставит кость возвратиться в первоначальное положение другая мышца, действующая по второй команде, поступающей из мозга. Таким образом – в паре – работают многие мышцы.

Итак, из всего сказанного ранее, становится понятным, что для осуществления осознанного (произвольного) движения человеку необходимы кости, мышцы, мозг и нервы, а еще – органы чувств.

Большую часть (до 80%) информации об окружающем мире мы получаем через глаза. Наши глаза специально предназначены для того, чтобы снабжать нас информацией о глубине, расстоянии, величине, движении и цвете. Самое интересное то, что, чтобы совершить многие движения, мы пользуемся зрением, и, одновременно, чтобы лучше рассмотреть предмет (объект, на который будет направлено движение) мы поворачиваем глазные яблоки, а то и всю голову, т.е. пользуемся движением. И, конечно же, все это не может быть совершено без мозга и нервов.

То, как мышцы выполняют действия, частично зависит от информации, которую они постоянно получают от органов чувств, контролирующих наши движения. Значимость такой обратной связи подтверждается экспериментами: человека просят что-нибудь написать, при этом свою руку он видит только на экране телевизора. Пока изображение на экране полностью совпадает с тем, как человек обычно видит и воспринимает движения своей руки, он пишет так, как всегда. Однако, стоит изменить положение камеры и показать человеку его руку с непривычной стороны, как его восприятие нарушается и писать становится очень трудно.

Обоняние и вкус, некогда столь же необходимые человеку для выживания, как слух, осязание, и зрение, ныне гораздо слабее развиты, чем у животных, и играют второстепенную роль. Однако, для многих истинная красота роз скрыта в их упоительном аромате. Лизнув мороженое кончиком языка, мы во всей полноте ощущаем его изумительный вкус!

Но чтобы почувствовать вкус и запах, мы опять задействуем целый ряд систем нашего организма. Нужно наклониться к розам или взять розу в руки и поднести к носу, потянуть носом воздух, чтобы захватить побольше пахучих частиц, т.е. хорошенько принюхаться. Для этого нам нужны и нервная система, и мышечная, и скелет, и, конечно же, органы чувств, такие как зрение, обоняние и осязание. То же и при лакомстве мороженным.

Когда мы дотрагиваемся до объектов разных форм и поверхностей, мозг получает более точные сигналы, чем те, что идут от органов слуха, зрения, обоняния и вкуса.

Человек обладает пятью чувствами: зрением, обонянием, слухом, вкусом и осязанием. Осязание словно подстраховывает иные чувства и удостоверяет, что перед нами на самом деле. В отличие от остальных четырех чувств, которые реализуются через конкретные органы – глаза, уши, нос и рот, осязательные ощущения воспринимаются по всему телу.

Вы отдернете руку от горячей поверхности прежде, чем она успеет вас обжечь. Касания позволяют передать самые разные эмоции, в том числе те, которые не выразить иным способом. Подчас нашим пальцам мы доверяем больше, чем другим впечатлениям; иногда не верится, что предмет реально существует, пока сам не дотронешься до него. Издавна существует поговорка о недоверчивом покупателе: «Ему нужно не просто товар посмотреть, а пощупать, понюхать и на зуб попробовать».

Обращение с помощью прикосновений особенно важно для маленьких детей, еще в большей степени, младенцев, — именно так ребенок чувствует, что кто-то есть рядом и что этот кто-то его любит. На коже находится множество рецепторов, способных отреагировать на следующие возбудители: боль, прикосновение, холод, тепло, надавливание.

Различные рецептивные поля отличаются по степени чувствительности, которая зависит от концентрации нервных окончаний в различных участках человеческой кожи. Например, каждый может ощутить, что ему на кончик языка надавливают именно двумя остро отточенными карандашными грифелями, даже если они будут в 1 мм друг от друга; а если колоть ими в области спины, то только в случае расстояния в 5 см между ними человек ощутит не один внешний раздражитель, а несколько.

Поскольку осязание дает нам очень много знаний об окружающем мире, то оно может заменить собой недостаток других ощущений. Наилучший пример – шрифт Брайля, позволяющий слабовидящим читать при помощи пальцев.

И опять для этого нам нужны и нервная, и костно-мышечная системы, и система органов чувств – все вместе и одновременно.

Используемая литература:

1) Энциклопедия необходимых знаний. Книга эрудита. Автор-составитель В.А.Менделев издательство «Книжный клуб «Клуб семейного досуга». Харьков 2007г.

2) «Древо познания» Универсальный справочник для всей семьи 2003г.

3) Атлас анатомии человека издательство «Книжный клуб «Клуб семейного досуга». Харьков 2008г.

4) Современный справочник школьника. Издательский дом «Владис» Ростов-на-Дону 2005г.

5) Джуди Геленс и Нэнси Пир «Книга ответов для почемучек» издательство «Книжный клуб «Клуб семейного досуга». Харьков 2004г.

источник

Как мышцы двигают скелет тела?

Каждый человек выполняет большинство движений автоматически. Например, он ходит и бегает, не задумываясь о высоте поднятия ног и очередности их перемещения. То же самое можно сказать и о движениях руками. Мы берем нужные вещи или используем столовые приборы на подсознательном уровне. Как же это происходит на самом деле?

Только представьте: движение и координация контролируются нервной системой

Организм человека включает в себя большое количество мышц, но за перемещение в пространстве отвечают только поперечнополосатые. Они прикреплены сухожилиями к костям скелета. При совершении какого-либо движения активируется сразу несколько мускулов одновременно. У здорового человека они взаимодействуют согласованно друг с другом. Это видно по хорошей координации движений.

За слаженную работу мышц отвечает центральная нервная система (в данном случае, за координацию отвечает мозжечок). Мозг передает импульсы к определенным мускулам по нерву, как по своеобразной электрической цепи. Мышцы принимают эти импульсы и сокращаются, стимулируя двигательную активность. То есть, любые движения имеют психофизиологическую природу.

В норме координация начинает формироваться еще в раннем детском возрасте, когда малыш только учится переворачиваться и держать головку. Считается, что координация у всех разная от природы. На практике отличные показатели выдают только:

спортсмены;
танцоры;
балерины и другие люди, посвящающие много времени здоровому образу жизни.

Если посмотреть на этих людей со стороны, может показаться, что все их жесты не вызывают ни малейших усилий. У остальных категорий населения координация развита гораздо хуже. В пожилом возрасте ее показатели значительно снижаются, но это поправимо.

Просто невероятно: сгибатели и разгибатели отвечают за наши движения!

Как уже было сказано выше, каждый жест, шаг и даже движения пальцем возможны только при слаженной работе множества мускулов. Но люди не смогли бы двигаться, если бы все эти мышцы сокращались одновременно.

В организме человека за двигательную активность отвечают сгибатели и разгибатели. Рассмотрим их работу на примере локтевого сустава. Если вам нужно согнуть руку в локте, мозг отправит импульс на сокращение мышцы-сгибателя и расслабление разгибателя. Чтобы разогнуть руку, нужно расслабить сгибатель и сократить мускул-разгибатель. Этот процесс тоже контролируется центральной нервной системой (при отсутствии серьезных патологий).

Такой принцип работы мышечной системы характерен для всех движущихся сочленений скелета человека. То есть, ваш мозг управляет:

ходьбой;
бегом;
наклонами туловища и другими движениями.

Если вы хотите красиво двигаться, но не можете этого делать из-за плохой координации, не отчаивайтесь раньше времени. Грациозности движений способен добиться каждый человек, если у него нет заболеваний центральной нервной системы. Для этого ему нужно заниматься специальными упражнениями для развития врожденной ловкости. Также улучшению координации способствуют спортивные командные игры, бег и другие разновидности физической активности.

источник

Как устроены мышцы человека: функции мышц, мышечная деятельность

Незаменимая роль мышц в организме.

Без мышц жизнь была бы невозможна. Сердцебиение, циркуляция крови, пищеварение, опорожнение кишечника, потоотделение, пережевывание пищи, зрение, движение — все эти процессы контролируются различными видами мышц.

Существуют три основных типа мышц в организме:

скелетные мышцы, которые произвольно1 сокращаются и прикреплены к различным костям опорно-двигательной системы;
гладкие мышцы, или непроизвольно2 сокращающиеся. К их числу относятся мышцы желудка, кишечника, кровеносных сосудов и т. д.;
сердечные мышцы.

Скелетные мышцы отличаются чрезвычайно сложной структурой. Самые мелкие элементы мышечной ткани — тонкие нити, называемые филаментами; они представляют собой объединенные белковые цепочки актина и миозина. Из этих нитей образуются саркомеры (sarcos — «плоть», mere — «часть»). Те, в свою очередь, связываются в миофибриллы (myos — «мышцы», fibrillae — «крошечные волокна»), из которых и состоят мышечные волокна. А последние объединяются в пучки, образующие мышцы скелета.

Итак, последовательность такая: белковые цепочки — филаменты — саркомеры — миофибриллы — мышечные волокна — пучки мышечных волокон — мышцы скелета.

Потребность в энергии

Одной из основных характеристик мышц является то, что в них присутствует разветвленная сеть кровеносных сосудов, обеспечивающих наши мускулы питательными элементами и кислородом, а также избавляющих от отходов жизнедеятельности.

Мышечное сокращение — активный процесс, для которого необходима энергия.

Длина мышцы уменьшается за счет переплетения между собой белковых саркомер (актина и миозина), которые соединяются друг с другом подобно зубьям двух расчесок. Возникшее напряжение заставляет кости, к поверхности которых прикреплены мышечные связки, двигаться.

В любой мышце всегда есть активные волокна — в любое время, даже когда она бездействует. Сокращений этих мышечных волокон недостаточно для того, чтобы привести кость в движение, однако они поддерживают мышцы в постоянном напряжении. Это остаточное напряжение в скелетных мышцах и называется мышечным тонусом. Из-за недостатка мышечного тонуса мышцы могут выглядеть дряблыми и рыхлыми, однако даже незначительное напряжение заставляет их активизироваться. Именно благодаря мышечному тонусу бицепсы у крепких людей выглядят столь внушительно даже в расслабленном состоянии. Мышечный тонус сохраняет форму мышц, когда большая часть мышечных волокон расслаблена. Пока человек пребывает в покое, мышечный тонус способствует стабильному положению костей и суставов, тогда как при его отсутствии суставы лишаются подобной поддержки. Например, люди, которые из-за инсульта потеряли чувствительность в одной из рук, сталкиваются с тем, что плечо постоянно выходит из сустава под тяжестью руки. Дельтовидная (расположенная вокруг плечевого сустава) мышца становится настолько слабой, что уже не в состоянии удерживать многочисленные кости в суставной сумке.

Мышечный тонус также выступает в роли амортизатора, поглощающего часть энергии при резком ударе или толчке. Хороший мышечный тонус — необходимое условие для занятий спортом и физкультурой, которые нередко предполагают выполнение резких движений. Упражнения, в свою очередь, способствуют повышению мышечного тонуса.

Сокращение мышц

Существуют два вида сокращений мышцы — изотонические и изометрические.

При изотонических сокращениях внешняя и внутренняя нагрузки на мышцу остаются постоянными, но изменяются ее длина и поперечное сечение. Когда вы поднимаете груз с пола, ходите или бегаете, мышцы вашего тела совершают изотонические сокращения.

При изометрических сокращениях геометрия мышцы не меняется, так как она уже максимально сокращена. Такие сокращения наблюдаются, например, когда человек пытается сдвинуть неподвижный объект (скажем, стену), безуспешно старается поднять с пола что-то очень тяжелое или выполняет упражнения с сопротивлением.

Обеспечение мышц энергией

Для сокращения мышц требуется огромное количество энергии. Поэтому неудивительно, что в мышечной ткани протекает особый процесс получения энергии, который не представлен больше нигде в нашем организме. Активные клетки мышечной ткани содержат миоглобин, который по своей структуре напоминает гемоглобин в крови и также способен усваивать кислород и сохранять его для дальнейшего использования. Именно по этой причине самые активные скелетные мышцы отличаются ярко-красным цветом.

Кроме того, в клетках мышечной ткани в большом количестве имеются митохондрии (микроскопические заводы по производству энергии), которые вырабатывают энергетические молекулы — они же молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — в процессе аэробного, то есть поглощающего кислород, преобразования молекул глюкозы. Однако, даже несмотря на это, нам порой не хватает энергии для удовлетворения потребностей мускулатуры. Так что мать-природа наградила мышцы двумя полезнейшими физиологическими характеристиками:

способностью запасать глюкозу в виде гликогена, который в любой момент можно расщепить для удовлетворения возросших потребностей в энергии;
способностью осуществлять анаэробное (без участия кислорода) преобразование глюкозы в энергетические молекулы и молочную кислоту.

Как видите, природа одарила скелетные мышцы удивительной способностью: те могут вырабатывать энергию самостоятельно, не дожидаясь помощи со стороны печени или других внутренних органов. Итак, скелетные мышцы:

содержат особый белок, способный захватывать молекулы кислорода (миоглобин);
могут осуществлять как аэробный, так и анаэробный распады глюкозы для получения энергии;
хранят запасы гликогена (соединение на основе глюкозы);
обладают разветвленной сетью кровеносных сосудов, поставляющих глюкозу и кальций, которые жизненно необходимы белкам мышечной ткани (мышцы не могут сокращаться без этих двух веществ). Также кровеносные сосуды помогают выводить из организма отходы жизнедеятельности, такие как диоксид углерода (углекислый газ).

При сокращении мышц увеличивается потребность в кислороде у всего организма, и тот забирает из крови большую его часть. Чтобы удовлетворить возросшую потребность в кислороде, учащаются дыхание и сердцебиение. Вот почему при выполнении интенсивных упражнений пульс подскакивает, а дыхание ускоряется. Даже после прекращения физической активности частота дыхания и сердцебиения какое-то время остаются повышенными, продолжая обеспечивать организм дополнительными порциями живительного кислорода.

Таким образом, физические упражнения — единственный естественный способ, позволяющий:

улучшить кровообращение;
заставить сердце качать кровь усерднее, тем самым повышая тонус сердечной мышцы;
увеличить запасы энергии в организме;
сжечь избыточный телесный жир и накопленный в организме сахар;
придать дополнительный тонус мускулатуре тела, за счет чего улучшится общее самочувствие.

Избыточное потребление энергии

Единственное нежелательное последствие чрезмерного сокращения мышц при выполнении упражнений — накопление в мышечной ткани молочной кислоты.

В нормальных условиях глюкоза в клеточных митохондриях преобразуется в углекислый газ и воду с использованием молекул кислорода (см. стр. 31).

Когда мышцы становятся слишком активными, митохондрии не успевают вырабатывать достаточно энергии, в результате чего дополнительно образуются молекулы АТФ в процессе анаэробного (без участия кислорода) превращения глюкозы в молочную кислоту.

Если повышенная потребность в энергии сохраняется длительное время, а митохондрии не могут ее полностью удовлетворить из-за нехватки кислорода, то уровень молочной кислоты увеличивается. Это приводит к изменению химической структуры мышечных волокон, которые перестают сокращаться до тех пор, пока митохондрии не получат достаточно кислорода для того, чтобы быстро преобразовать молочную кислоту в углекислый газ и воду.

В целом этот побочный продукт неполного сжигания глюкозы — молочная кислота — вредит организму, особенно сердечной мышце.

Избыток молочной кислоты не только сопровождается спазмами и болями в мышцах, но и снижает общую работоспособность мышечной ткани, поскольку вызывает чувство усталости.

У спортсменов во время тренировок регулярно проверяют уровень молочной кислоты в организме, чтобы понять, насколько эффективно работают мышцы.

Усталость

Мышечной усталостью называют состояние, при котором мышцы больше не могут сокращаться. Главная причина — накопление молочной кислоты, которая препятствует нормальной работе мышц. Именно такой способ создала природа, чтобы помешать человеку бесконечно напрягать мышцы. Из-за этого марафонцы, особенно недостаточно тренированные, нередко сдаются на полпути, и далеко не все добегают до финишной прямой. Мышечная усталость предоставляет мышцам возможность восстановить запасы энергии и избавиться от отходов своей жизнедеятельности.

Любая физическая активность приводит к той или иной степени усталости. Самые маленькие мышцы, такие как мышцы глаз или кистей, устают гораздо быстрее, чем более крупные.

Те, кому доводилось подолгу писать рукой, прекрасно знакомы с ощущением, когда кисть устает настолько, что они больше не могут написать ни слова. Дети во время контрольных или экзаменов частенько стараются писать очень быстро, из-за чего их руки устают, начинают болеть, и им ничего не остается, кроме как прервать это занятие.

Потребность в отдыхе

Таким образом, необходимо чередовать периоды нагрузки и отдыха. Для этого природа одарила нас механизмом сна, благодаря которому мышцы имеют возможность ежедневно восполнять запасы энергии, восстанавливать любые повреждения, связанные с физическим износом, и избавляться от отходов жизнедеятельности, в том числе от молочной кислоты. Когда человек не высыпается и усердно трудится, расходуя отведенное на отдых время, мышцы теряют способность нормально функционировать и рано или поздно наступает изнеможение.

Как бы сильно нам того ни хотелось, мы не можем заставить свои мышцы работать с неизменной эффективностью продолжительный период. Именно поэтому спортсменам после соревнований рекомендуется полноценный отдых или здоровый сон.

Мышечная деятельность

Мышечная деятельность характеризуется такими параметрами, как сила — максимальное напряжение, которое способна создать отдельная мышца или группа мышц, и выносливость — промежуток времени, в течение которого человек в состоянии продолжать занятие, связанное с физической активностью.

Мышечная деятельность определяется двумя основными факторами: разновидностью задействованных мышечных волокон, а также уровнем физической подготовки человека.

Виды мышечных волокон

Миологи различают три основных типа волокон скелетных мышц в организме человека: быстрые, медленные и промежуточные.

Быстрые мышечные волокна

Из них состоит большая часть скелетных мышц. Своим названием эти мышечные волокна обязаны тому факту, что они способны моментально сокращаться после внешнего возбуждения (приблизительно уже через одну сотую долю секунды).

Такие волокна отличаются большим диаметром, состоят из плотно упакованных миофибрилл, обладают значительными запасами гликогена (форма, в которой глюкоза запасается в организме) и содержат относительно мало миоглобина и митохондрий. Они прекрасно справляются с быстрыми и резкими движениями.

Этим мышечным волокнам некогда ждать, пока до них доберется медленная кровь, так что капилляров в них очень мало. Такие мышцы сокращаются стремительно и с огромной силой, в связи с чем у них нет ни времени, ни возможности использовать кислород для производства энергии (поэтому в них низкая циркуляция крови, мало митохондрий и миоглобина). Они применяют оперативный и удобный анаэробный способ переработки глюкозы, в ходе которого как побочный продукт образуется пресловутая молочная кислота. Вот почему быстрые мышечные волокна устают очень быстро. Они справляются с поставленной задачей — и тут же теряют силы.

Спринтеры выкладываются на стометровке настолько, что у финишной прямой чуть ли не валятся с ног — в течение нескольких минут после этого им даже стоять удается с трудом. Если вскоре попросить их сделать еще один забег, то вы удивитесь, насколько хуже окажется результат. Плохо тренированные бегуны нередко сталкиваются с коликами — болезненными спазмами в боку.

Что касается выносливости, то быстрые мышцы уступают в этом другим видам мышечных волокон. Из-за малого количества кровеносных сосудов и пониженного содержания миоглобина они отличаются очень бледным цветом.

Медленные мышечные волокна

Их диаметр в два раза меньше, чем у быстрых волокон, а на сокращение у них уходит почти в три раза больше времени, но вместе с тем они могут работать гораздо дольше. Мышцы, состоящие из этих волокон, содержат изрядное количество миоглобина, обладают разветвленной сетью капилляров и множеством митохондрий, однако запасы гликогена в них минимальны (вот почему они не такие объемные).

Медленные мышечные волокна используют для получения энергии и другие источники: углеводы, аминокислоты и жирные кислоты.

Такие мышцы не очень сильны, но весьма выносливы: для удовлетворения своих умеренных потребностей в энергии они применяют аэробный процесс преобразования глюкозы, за счет чего устают не так быстро. Благодаря обильному кровоснабжению они получают достаточно кислорода, а продукты распада постоянно удаляются с кровью, так что медленные мышечные волокна способны нормально работать продолжительное время.

Медленные мышечные волокна отвечают за поддержание осанки, они могут подолгу оставаться сокращенными, при этом ничуть не уставая. Из-за большого содержания миоглобина и разветвленной сети капилляров мышцы, состоящие из медленных волокон, обладают темно-красным цветом.

Промежуточные мышечные волокна

По своим свойствам они находятся посередине между быстрыми и медленными мышечными волокнами. Они выносливее, чем быстрые волокна, но вместе с тем сильнее медленных.

Во время тренировок бегуны на длинные дистанции стараются разрабатывать мышечные волокна именно этого типа, так как они отличаются потрясающим сочетанием силы и выносливости.

Мышечные упражнения

С помощью правильно составленной программы тренировок можно запросто изменить тип мышечных волокон. Тяжелоатлеты и культуристы добиваются образования промежуточных мышечных волокон за счет быстрого сокращения бицепсов и других мускулов.

Пропорция мышечных волокон различных типов в мышце может меняться в зависимости от выбранной тренировочной программы.

Соотношение быстрых и медленных мышечных волокон определяется генетическими параметрами, однако относительное количество промежуточных волокон (по отношению к быстрым) можно увеличить.

Регулярные упражнения способствуют образованию дополнительного количества митохондрий, накоплению запасов гликогена и повышению концентрации белков и ферментов в мышечной ткани. Благодаря всем этим факторам мышцы увеличиваются в объеме.

Количество мышечных волокон, определяемое генетически, со временем не меняется, однако их состав (содержание белков, гликогена, ферментов, митохондрий) может измениться.

В большинстве человеческих мышц присутствуют мышечные волокна всех типов, из-за чего такие мышцы выглядят розовыми. Однако мышцы спины (а также икроножные мышцы) состоят в основном из медленных волокон, поэтому отличаются красным цветом и способны поддерживать осанку. Мышцам глаз и кистей рук, отвечающим за быстрые движения, присущ белый цвет, потому что в них меньше кровеносных сосудов и миоглобина.

Некоторые люди остаются худыми, сколько бы они ни ели и ни тренировались в спортзале. Они могут набрать только минимум мышечной массы. Такова их генетическая конституция. Борцы сумо за счет высококалорийной диеты и постоянных тренировок наращивают огромные запасы мышечной и жировой тканей.

Ранее советские спортсмены в большом количестве пьют кефир, так как вместе с ним в организм поступают цепочки аминокислот, необходимые для образования белков в мышцах. Они также принимали женьшень (особенно в Сибири) для увеличения мышечной силы и выносливости. Поэтому советские спортсмены были непобедимы в тяжелой атлетике и других дисциплинах на Олимпийских играх.

Чтобы набрать мышечную массу, некоторые спортсмены используют стероиды или тестостерон. Но даже в таких случаях мышцы увеличиваются в объеме лишь при условии регулярных изнурительных тренировок: простого способа «накачаться» не существует.

Не существует убедительных доказательств того, что прием стероидов и тестостерона полезен для «искусственного» набора мышечной массы, тогда как о вреде, причиняемом ими организму, всем давно и хорошо известно.

Мышцы могут не только расти, но и атрофироваться, особенно если их почти не задействовать в повседневной жизни. Они теряют массу. Это легко заметить по сломанной ноге, которая долгое время находилась в гипсе, из-за чего ею нельзя было двигать. Отдельные болезни, например полиомиелит, поражают нервы, приводя к параличу и атрофии тех или иных мышц.

Заключение

Итак, ученые установили следующие факты, касающиеся мышц.

В организме человека существует три типа мышц: скелетные, гладкие и сердечные.
Скелетные мышцы, как правило, сокращаются произвольно — мы можем управлять ими по своему желанию.
Гладкие мышцы сокращаются непроизвольно и не подлежат контролю со стороны нашего сознания (стенки кровеносных сосудов, мочевой пузырь, кишечник и т. д.).
Волокна, из которых состоят скелетные мышцы, в свою очередь, делятся на три типа:
- быстрые мышечные волокна. Они содержат мало кровеносных сосудов и миоглобина, характеризуются бледным цветом, отвечают за выполнение быстрых и резких движений. Быстро устают;
- медленные мышечные волокна. Они содержат много кровеносных сосудов, митохондрий и миоглобина, отличаются красным цветом, отвечают за выполнение медленных и продолжительных действий, таких как поддержание осанки. Устают не так быстро;
- промежуточные мышечные волокна. По своим характеристикам они находятся между быстрыми и медленными. Устают медленнее, чем быстрые мышечные волокна (в этом плане они ближе к мышцам, отвечающим за поддержание осанки).
Мышечные сокращения бывают двух видов:
- изометрические — длина мышцы остается неизменной;
- изотонические — нагрузка на мышцу не меняется, но изменяются ее длина и поперечное сечение (это происходит при выполнении различных движений).
Сокращаясь, мышцы потребляют огромное количество энергии, в связи с чем вынуждены вырабатывать ее самостоятельно. Для этого они используют один из двух механизмов:
- аэробный процесс в медленных мышечных волокнах. У них есть доступ к большому количеству кислорода в крови, а использовать его помогает миоглобин;
- анаэробный процесс в быстрых мышечных волокнах. Энергия вырабатывается в процессе неполного сжигания глюкозы без участия кислорода. Дополнительно образуется молочная кислота, являющаяся причиной того, что мышцы устают.
Мышцы сокращаются из-за возбуждения волокон двигательными нейронами. В основе сокращения лежит сложнейшая биомеханическая реакция, которая протекает при участии кальция и в результате которой белковые цепочки входят друг в друга. Таким образом, работу мышц следует рассматривать не только с механической, но и с неврологической точки зрения. Мышцы, напрягаясь, совершают видимое усилие, одновременно пропуская через себя электрические импульсы.

источник