Лекции по «Физическая культура»

Череп защищает от внешних воздействий головной мозг и центры органов чувств. Он состоит из 20 парных и непарных костей, соединенных друг с другом неподвижно, кроме нижней челюсти. Череп соединяется с позвоночником при помощи двух мыщелков затылочной кости с верхним шейным позвонком, имеющим соответствующие суставные поверхности.

Скелет верхней  конечности образован плечевым поясом, состоящим из двух лопаток и двух ключиц, и свободной верхней конечностью, включающей плечо, предплечье и кисть. Плечо — это одна плечевая трубчатая кость; предплечье образовано лучевой и локтевой костями; скелет кисти делится на запястье (8 костей, расположенных в два ряда), пясть (5 коротких трубчатых костей) и фаланги пальцев (14 фаланг).

Скелет нижней конечности образован тазовым поясом (2 тазовых кости и крестец) и скелетом свободной нижней конечности, который состоит из трех основных отделов — бедра (одна бедренная кость), голени (большая и малая берцовые кости) и стопы (предплюсна — 7 костей, плюсна — 5 костей и 14 фаланг).

Все кости скелета  соединены связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др.

Суставы— подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Полость суставов герметично закрыта, она имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности. В суставах могут происходить сгибание, разгибание, приведение, отведение, вращение.

Главная функция  суставов — участвовать в осуществлении движений. Они выполняют также роль демпферов, гасящих инерцию движения и позволяющих мгновенно останавливаться в процессе движения. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. И наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставный хрящ и изменяются суставные поверхности, сочленяющиеся кости, появляются болевые ощущения, возникают воспалительные процессы.

 

 

Мышечная система и  ее функции

(строение, физиология  и биохимия мышечных

сокращений, общий обзор  скелетной мускулатуры)

Выделяют три гистологических  типа мышц:

• Скелетная мышцы (их называют также поперечнополосатыми или произвольными). Это мышцы, прикрепляющиеся к костям. Они обеспечивают локомоцию (многообразные движения тела), с высокой скоростью сокращаются и быстро утомляются, иннервируются соматической нервной системой.
• Гладкие мышцы (их также называют непроизвольными). Эти мышцы находятся в стенках трубчатых внутренних органов тела и обеспечивают передвижение содержимого этих органов (сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря); они медленно сокращаются и иннервируются вегетативной нервной системой.
• Сердечная мышца. Имеется только в сердце, сокращается самопроизвольно и не подвержена утомлению. Иннервируется вегетативной нервной системой.

 

Мышечная ткань, из которой  построена скелетная мышца, состоит  из клеток. В связи с тем, что  клетки эти вытянуты в длину, они получили название волокон. Диаметр волокна очень мал. Различить отдельные волокна в мышце можно, лишь пользуясь микроскопом; в длину же волокно достигает значительных размеров —в некоторых мышцах 10—12 см. В состав разных мышц входит различное число таких волокон —от сотен до многих тысяч.

Строение мышечного волокна. Мышечная клетка, или волокно, имеет сложное строение. Она окружена оболочкой — сарколеммой, под которой находятся ядра. В отличие от клеток, из которых построены другие ткани, мышечное волокно содержит не одно, а множество ядер  (иногда тысячи). Помимо заполняющей мышечное   волокно   протоплазмы,   называемой   саркоплазмой,   и  большого   числа включений, таких, например, как митохондрии (в них происходят очень важные для деятельности мышцы энергетические процессы), в волокне имеются нити — миофибриллы, которые тянутся от одного конца волокна до другого. Миофибриллы представляют собой сократительный аппарат мышечного волокна (рис. 1).

Миофибриллы состоят  из пачек еще    более    тонких     нитей—протофибрилл, или миофиламентов, среди которых различаются две разновидности. Миофибриллы неоднородные по всей своей длине образования: они состоят из чередующихся темных и светлых участков (см. рис. 1)          

 

 

Рис1 Схематическое изображение мышцы.

Мышца (Л) состоит из мышечных волокон (Б), каждое из них — из миофибрилл (В). Миофибрилла (Г) составлена из толстых и тонких миофиламентов (Д). На рисунке показан один саркомер, ограниченный с двух сторон линиями: 1 — изотропный диск, 2 — анизотропный диск, 3 — участок с меньшей анизотропностью. Поперечный сред мнофибриллы (4), дающий представление о гексагональиом распределении толстых и тонких миофиламснтов

 

В связи с этим скелетные мышцы получили название поперечно-полосатых. Темные и светлые диски различаются не только по способности преломлять световые лучи в поле зрения оптического микроскопа, но и по своему строению. Темные диски (они были названы анизотропными — двоякопреломляющими, или дисками «Л») состоят из относительно более   толстых протофибрилл, построенных из белка миозина, а светлые (изотропные, или диски «I») состоят из тонких протофибрилл, построенных из белка актина, причем окончания тонких протофибрилл находятся в промежутках между толстыми.

Таким образом, схематически организацию скелетной мышцы  можно представить себе следующим образом: мышца состоит из сотен и тысяч мышечных волокон; мышечное волокно содержит тысячи миофибрилл; миофибрилла построена из пачек протофи-брилл разной толщины, образованных из разных белковых соединений. Чередование (в поперечном направлении) толстых миозиновых и тонких актиновых протофибрилл обусловливает деление миофибриллы на диски и соответственно этому — поперечную исчерченность скелетной мышцы.

 

МЕХАНИЗМ  МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

 

Когда мышца  находится в несокращенном (расслабленном) состоянии, нити актина и миозина лишь частично продвинуты относительно друг друга, причем каждой нити миозина противостоят, окружая ее, несколько  нитей актина.

Сокращение мышечного волокна, а, следовательно, и мышцы в целом  связано с тем, что тонкие актиновые протофибриллы втягиваются в глубь промежутков между миозиновыми. Эта теория по поводу механизма мышечного сокращения, основанная на современных электронно - микроскопических   данных, получила название теории скольжения:  актиновые нити, втягиваясь в глубь анизотропных дисков, как бы скользят между миозиновыми. Под электронным    микроскопом    можно рассмотреть, что при сокращении мышцы     ширина    анизотропных (темных) дисков  не     меняется,  а  ширина изотропных (светлых) уменьшается. При значительном сокращении эти    диски     совсем исчезают — полностью    втягиваются    внутрь анизотропных (рис.2).

ИННЕРВАЦИЯ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ

 

Мышца сокращается лишь при возникновении в ней возбуждения  — после того как произойдет целый  ряд процессов (электрических, химических), обеспечивающих возможность выполнения ею специфической   функции — укорочения, или развития напряжения. А возбуждается мышца  рефлекторным путем —под влиянием импульсов, которые передаются к ней от центральной нервной системы по эфферентным (т. е. ценробежным нервам.) В организации двигательных актов участвуют различные отделы центральной нервной системы, но непосредственную связь со скелетными мышцами имеют низшие ее отделы. В так называемых передних рогах спинного мозга расположены тела мотонейронов, длинные отростки которых — аксоны направляются к мышцам туловища и конечностей и заканчиваются в них своими разветвлениями (рис. 3). Аксоны нервных клеток образуют те нервные волокна, посредством которых периферические органы связаны с центральной нервной системой. Через мотонейроны и их аксоны на мышцы оказывают влияние и вышележащие отделы центральной нервной системы — различные отделы головного мозга.

Помимо эфферентных (двигательных) нервов мышцу иннервируют и афферентные, или чувствительные, нервы. Их окончания связаны с чувствительными образованиям — проприорецепторами. Последние возбуждаются при изменениях состояния мышечных волокон — их сокращении и растяжении. Импульсы от них передаются афферентными нервами в центральную нервную систему и   информируют, таким образом, соответствующие нервные центры о длине мышцы и развиваемом ею напряжении.

Н е р в  н о -м ышечный синапс. Окончания эфферентного нервного волокна соединяются с мышечными волокнами посредством особо устроенных образований— синапсов. Каждый синапс (рис. 4) состоит из мембраны нервного окончания, мембраны мышечного волокна и находящейся между ними узкой щели. Эта шель, видимая лишь под электронным микроскопом, получила название синоптической щели; мембрана нервного окончания называется пресинаптической (она расположена впереди синапса), а мембрана мышечного волокна — постсинаптической (расположена позади синапса). Возбуждение с нервного окончания на мышечное волокно передается через химическое вещество. Нервные окончания способны, как оказалось, вырабатывать некоторые вещества (наподобие того, как это делают железистые клетки), называемые медиаторами — посредниками между нервом и иннервируемым им органом. Медиатором окончаний мотонейрона в мышечных волокнах является ацетилхолин. При возбуждении нервных окончаний синаптические пузырьки, в которых содержится медиатор, лопаются, ацетилхолин проникает через пресинаптическую мембрану в синаптическую. щель и вызывает возбуждение постсинаптической мембраны. Последняя обладает высокой чувствительностью к этому воздействию.

 

ДВИГАТЕЛЬНАЯ  ЕДИНИЦА

Как уже указывалось выше, аксон  мотонейрона, подходя к мышце, ветвится, образуя множество окончаний. Каждое из этих окончаний образует синапс на одном мышечном волокне. Таким образом, каждый мотонейрон снабжает своими окончаниями целую группу мышечных волокон. При    возбуждении    мотонейрона возбуждаются все мышечные волокна, которые он

иннервирует, и вся эта группа волокон работает как единое целое. В связи с этим мотонейрон и иннервируемая им группа мышечных волокон получили название двигательной единицы (рис.5). Мышечное волокно можно назвать структурной единицей мышцы, а двигательная единица является ее функциональной единицей.

Мотонейроны различаются по своей  величине и дают разное число концевых веточек. В связи с этим двигательные единицы включают разное количество мышечных волокон. В некоторых мышцах, богато иннервируемых и способных выполнять очень тонко регулируемые движения, на один мотонейрон    приходится от 3—6 до нескольких десятков мышечных волокон. Таковы, например, наружные мышцы глаза, мышцы пальцев кисти. В других мышцах, например в больших мышцах туловища и конечностей, один мотонейрон иннервирует очень большое число мышечных волокон — сотни и даже тысячи. Каждая мышца и ее нерв включают разное (достигающее иногда нескольких тысяч) количество двигательных единиц.

 ВОЗБУЖДЕНИЕ НЕРВА И МЫШЦЫ

Из рассмотренных выше положений ясно, что мышца сокращается  лишь тогда, когда в ней возникнет  возбуждение, что импульсы, вызывающие в ней этот процесс, идут из центральной нервной системы, что непосредственной «станцией отправления» являются мотонейроны, по длинным отросткам которых — эфферентным двигательным нервным волокнам — эти импульсы проводятся к мышечным волокнам и передаются через нервно-мышечные синапсы. Следует выяснить более детально, в чем заключается процесс возбуждения.

Возбуждение — это очень сложный биологический процесс, который лежит в основе деятельности органов, тканей и клеток организм.а. Возбуждаясь, каждый орган выполняет свою специфическую функцию: например, железы пищеварительного тракта вырабатывают ферменты, железы внутренней секреции-—гормоны, мышцы производят сократительный акт. Наряду с такими совершенно различными специфическими реакциями имеются и общие черты в возбуждении различных органов. Это относится прежде всего к электрическим явлениям — первым и основным процессам, в которых проявляется возбуждение.

 

Электрические   свойства   нервных   и   мышечных клеток в состоянии  покоя. Мембранный  потенциал. В покое клетка имеет определенный электрический заряд.  Снаружи сарколемма заряжена положительно, а изнутри — отрицательно. Возникновение этого двойного электрического заряда связано с особыми свойствами мембраны. Она обладает избирательной проницаемостью для различных ионов. Так, она относительно   легко   пропускает положительно заряженные ионы (катионы) калия (К+) и почти не пропускает катионы натрия (Nа+).   Не   могут пройти через мембрану и крупные молекулы белковых анионов. Если бы она была проницаема для всех этих веществ, то содержание их внутри и вне клетки стало бы одинаковым. В связи с избирательной и ограниченной проницаемостью мембраны поддерживается разная концентрация различных ионов внутри клетки и в окружающей ее среде — в межтканевой жидкости. Калия внутри клетки содержится в 30—40 раз больше, чем снаружи, а натрия —в 10—12 раз меньше. В силу разности концентраций катионы К⁺ выходят из клетки наружу  (мембрана для них проницаема), ионы же Nа⁺ проникнуть внутрь не могут (мембрана в состоянии покоя для них почти непроницаема). Не могут выйти наружу через мембрану и анионы. В связи с диффузией К+ наружу и под влиянием электростатических сил притяжения между противоположно заряженными ионами анионы концентрируются у поверхности мембраны изнутри, а катионы — снаружи, образуя, таким образом, на мембране двойной электрический слой, т. е. поляризуя   ее.   Разность   потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны, называемая потенциалом покоя (ПП), или мембранным потенциалом (МП), равна 70—90 мв.