Методическая разработка: "Одиночное и тетанические сокращение мышечных волокон, регуляция напряжения мышц. Режимы мышечной деятельности"

Санкт- Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения «Центр социальной реабилитации инвалидов и детей - инвалидов Петродворцового района Санкт- Петербурга»

Методическая разработка на тему:

«Одиночное и тетанические сокращение мышечных волокон, регуляция напряжения мышц. Режимы мышечной деятельности»

Санкт-Петербург

2022 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1.   ОДИНОЧНОЕ И ТЕТАНИЧЕСКИЕ СОКРАЩЕНИЕ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН   4

1.1.   Одиночное сокращение мышечных волокон. 4

1.2    Тетанические сокращение мышечных волокон. 7

1.2.1    Гладкий и зубчатый тетанус. 9

2.   РЕГУЛЯЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ МЫШЦ.. 11

3.   РЕЖИМЫ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.. 13

3.1 Динамический режим работы.. 13

3.2 Преодолевающий режим работы.. 14

3.3 Изометрический режим работы. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 18

ВВЕДЕНИЕ

Сокращение мышц – основа взаимодействия человека с окружающей средой. Движения необходимы не только для выполнения простейших манипуляций, передвижений, но и для выражения самых тонких мыслей и чувств, характерных человеку – посредством мимики, жестов, речи и письма. Масса мышц сильно превышает массу других органов; они составляют 40–50% массы тела. Основная функция мышц – преобразование химической энергии непосредственно в механическую (необходимую для совершения работы) и в тепловую.

Главное отличие мышечных волокон от других возбудимых клеток – сократимость, то есть способность генерировать механическое напряжение и укорачиваться.

В процессе жизнедеятельности мышцы обеспечивают работу как отдельных органов, так и целых систем, например, работу опорно-двигательного аппарата, легких, сосудистую активность, сокращение сердца.

Таким образом, с мышечной активностью связана вся жизнедеятельность человека.

Мышцы классифицируют по назначению, особенностям строения, способам регуляции, но основной принцип работы разных мышц организма одинаков. Механизм укорочения и генерирования силы на данный момент изучен уже достаточно детально. Его можно объяснить на молекулярном уровне с использованием физических и химических законов

Целью данной работы является создание представления о работе одиночных и тетанических сокращениях мышечных волокон на примере рисунков-схем, регуляции напряжения мышц и режимов мышечной деятельности.

1.     ОДИНОЧНОЕ И ТЕТАНИЧЕСКИЕ СОКРАЩЕНИЕ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН

1.1.          Одиночное сокращение мышечных волокон

В ответ на одиночное раздражение — прямое или непрямое — отвечает одиночным сокращением. Последнее подразделяют на три фазы: латентный период сокращения, фаза сокращения и фаза расслабления.

Началу сокращения каждого мышечного волокна предшествует потенциал действия.

При обычном способе миографической регистрации сокращения мышцы латентный период составляет примерно 0,01 секунды.

При более совершенных методах — при оптической регистрации сокращения — латентный период короче (около 0,0025 секунды). Поэтому некоторые исследователи полагают, что он равен или почти равен латентному периоду потенциала действия, т. е. что сокращение начинается одновременно или почти одновременно с потенциалом действия. Причина запаздывания записи сокращения по сравнению с действительным его началом заключается в том, что мышца начинает сокращаться вся сразу: сначала мышца сокращается в месте раздражения, а при непрямом раздражении — в тех пунктах, где в ней расположены двигательные нервные окончания. Сократившаяся часть мышцы растягивает соседние участки, которые в силу своей растяжимости поддаются этой тяге. Таким образом, общая длина мышцы некоторое время не изменяется и рычажок миографа в первый момент остается неподвижным.

Сокращение, так же как и возбужденно, распространяется вдоль мышечных волокон. В этом можно убедиться посредством следующего опыта: на мышцу лягушки с параллельными волокнами, например портняжную мышцу, помещают два рычажка и наносят раздражение на один конец мышцы. При прохождении волны сокращения рычажки приподнимаются по очереди: сначала ближайший к месту раздражения, затем дальний.

Скорость проведения волн возбуждения и сокращения одинакова. Электрофизиологическим методом обнаружена скорость проведения возбуждения в двуглавой мышце плеча человека в пределах 3,5—5 м/сек. Ввиду относительно большой продолжительности сокращения наступает момент, когда вся мышца сокращена, так как последние ее участки, до которых доходит волна возбуждения, уже сократились, а первые еще не расслабились. Этот момент соответствует моменту максимального укорочения мышцы.

Миограмма одиночного сокращения приведена на рис. 1. На кривой видны восходящее и нисходящее колена; форма их приблизительно одинакова. За нисходящим коленом следуют небольшие дополнительные колебания. Последние собственно не принадлежат уже самому сокращению: они представляют собой эластические колебания, подобные упругим колебаниям отпущенной струны. На той же кривой обозначен момент раздражения (а). Расстояние от точки а до начала сокращения составляет латентный, или скрытый, период сокращения. Под кривой нанесена волнистая линия — отметка времени (100 колебаний в секунду), позволяющая измерить продолжительность отдельных компонентов мышечного сокращения. Как видно из рис. 1, латентный период в данном случае составил около 0,01  секунды,  а периоды сокращения и расслабления — 0,1 секунды.

Рис. 1. Кривая одиночного сокращения скелетной мышцы. а — момент раздражении; а—б — латентный период; б—в — период укорочения; в—г — период расслабления. Под кривой мышечного сокращения запись отметки времена (0,01 секунды)

Скорость сокращения разных мышц тела неодинакова. Так, у теплокровных при изометрическом режиме работы длительность одиночного сокращения глазодвигательных мышц составляет примерно 10 мсек, длительность сокращения  икроножной мышцы — 50 мсек, а камбаловидной мышцы — 100 мсек.

При изотоническом режиме работы мышцы скорость ее сокращения снижается при увеличении поднимаемого ею груза.

Величина одиночного сокращения скелетной мышцы зависит от силы раздражения. При пороговом раздражении сокращение еле заметно, с увеличением же силы раздражения оно нарастает (субмаксимальное сокращение), пока не достигнет известной высоты, после чего высота остается неизменной, несмотря на увеличение силы раздражения (максимальное сокращение). Это объясняется тем, что мышца состоит из большого числа волокон. Каждое из мышечных волокон реагирует на раздражение по закону «все или ничего».  Но так как отдельные волокна обладают неодинаковой возбудимостью, то только часть их возбуждается при слабом раздражении. Чем сильнее раздражитель, тем большее число волокон возбуждается. При максимальном сокращении сокращаются все волокна мышцы. (Медицинский сайт) [Электронный ресурс] URL: http://www.amedgrup.ru/sokraschen2.html (дата обращения 18.05.2018)

1.2 Тетанические сокращение мышечных волокон

В естественных условиях в организме скелетная мышца получает обычно из нервной системы не одиночные раздражения, а ряд быстро следующих друг за другом нервных импульсов. Под влиянием ритмических раздражений наступает сильное и длительное укорочение мышцы. Такое сокращение называется тетаническим сокращением, или тетанусом. То, что длительное укорочение действительно возникает в результате большого числа отдельных вспышек возбуждения, легко доказать, регулируя потенциалы действия в тетанически сокращенной мышце (рис. 2). Так, при произвольных движениях конечностей человека число потенциалов действия, возникающих в его мышцах во время сокращения, составляет 50—70   в секунду.

Рис. 2. Одновременная запись тетанического сокращения (А) и токов действия (В) мышцы

Тетанические сокращения мышцы представляют собой результат суммации одиночных сокращений. Для исследования суммации сокращений наносят на мышцу два одиночных раздражения. Промежуток времени между раздражениями должен быть такой, чтобы второе раздражение подействовало на мышцу раньше, чем она успеет расслабиться после первого сокращения. При этом возможны два случая.

Если второе раздражение поступает, когда мышца уже начала расслабляться после первого сокращения, то на миографической кривой вершина второго сокращения будет отделена от вершины первого небольшим западением кривой (рис. 3, Б). Если же второе раздражение действует, когда первое сокращение ещё не дошло до своей вершины, то второе сокращение полностью сливается с первым, образуя вместе с ним единую суммированную вершину (рис. 3, А).

Рис. 143. Суммации мышечных сокращений. а — момент первого раздражения; в — момент второго раздражения; 1 — сокращение в ответ на одно раздражение а; 2 — сокращение в ответ на одно раздражение в; 3— суммированное сокращение в ответ на раздражения а и в. А — второе раздражение падает в период сокращения; Б — второе раздражение наносится в период расслабления.

Таким образом, возможны два типа суммации. Рассмотрим в качестве примера, как они происходят в икроножной мышце лягушки. Продолжительность одиночного сокращения этой мышцы в среднем равна при комнатной температуре 0,1 секунды. Если считать, что восходящее и снисходящее колена сокращения приблизительно равны, то на долю каждого колена приходится 0,05 секунды. Поэтому для воспроизведения на этой мышце первого типа суммации сокращений (неполной суммации) необходимо, чтобы интервал между первым и вторым раздражением был больше чем 0,05 секунды, а для получения второго типа суммации (так называемой полной суммации) — меньше чем 0,05 секунды. (Маргазин, В.А. Руководство по спортивной медицине/ В.А Маргазин. – М.: Литрес 2017. – 640 с.)

1.2.1      Гладкий и зубчатый тетанус

Для искусственного воспроизведения тетануса на мышцу действуют большим числом раздражений, следующих друг за другом с такой частой, при которой происходит суммация. При относительно малой частоте наступает зубчатый тетанус, при большой частоте — гладкий тетанус (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Сокращения мышцы при разной частоте раздражений. Редкие раздражения вызывают одиночные сокращения (I); более частые — зубчатый тетанус (II), еще более частые — гладкий тетанус (III).

После прекращения тетанического раздражения волокна вначале не полностью расслабляются, и их исходная длина восстанавливается лишь по истечении некоторого времени. Это явление называется послететанической, или остаточной, контрактурой.

Чем быстрее сокращается и расслабляется мышца, тем чаще должны быть раздражения, необходимые для того, чтобы вызвать тетанус. Так, для тетануса белых мышц кролика (быстрых) требуется 30 индукционных ударов в секунду, а для тетануса  красных  (медленных) мышц того же животного — только 10 ударов в секунду.

После прекращения тетанического раздражения волокна вначале не полностью расслабляются, и их исходная длина восстанавливается лишь по истечении некоторого времени. Это явление называется послететанической, или остаточной, контрактурой.

Рис.5. Тетанус изолированного мышечного волокна Верхняя запись — зубчатый тетанус при частоте раздражения 18 в секунду. Нижняя кривая - гладкий тетанус при частоте 35 в секунду. М — миограмма. Р - отметки раздражения, В — отметка времени 1 секунда.

 

Чем быстрее сокращается и расслабляется мышца, тем чаще должны быть раздражения, необходимые для того, чтобы вызвать тетанус. Так, для тетануса белых мышц кролика (быстрых) требуется 30 индукционных ударов в секунду, а для тетануса красных (медленных) мышц того же животного — только 10 ударов в секунду.  (Медицинский сайт) [Электронный ресурс] URL: http://www.amedgrup.ru/tetanus.html (дата обращения 18.05.2018)

2.     РЕГУЛЯЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ МЫШЦ

Для регуляции мышечного напряжения используются три механизма: регуляция числа активных двигательных единиц данной мышцы, регуляция частоты подачи нервных импульсов, регуляция временной связи активности двигательных единиц.

Регуляция числа активных двигательных единиц. В зависимости от интенсивности мышечной работы в неё вовлекается различное количество двигательных единиц. Механизм вовлечения (рекрутирования) ДЕ называется «правилом размера». Согласно этому правилу самые малые (медленные) двигательные единицы активны при любом её напряжении, в то время как её большие (быстрые) ДЕ активны лишь при сильных мышечных напряжениях.

При продолжительной низкоинтенсивной мышечной работе в первую очередь активными являются низкопороговые медленные двигательные единицы. Постепенно сократительная способность мышечных волокон этих ДЕ падает, т.е. в них развивается утомление. Чтобы поддержать требуемую силу сокращения мышц, усиливается возбуждающее влияние моторных центров головного мозга на мотонейроны работающих мышц, что приводит к активности более высокопороговых (больших) двигательных единиц, неактивных или малоактивных при прежнем уровне возбуждающих влияний.

Напряжённая мышечная работа, связанная с сильным сокращением мышц, требуют активного участия с самого начала наряду с медленными и быстрых мышечных волокон.

Регуляция частоты импульсации мотонейронов. Чем выше частота подачи нервных импульсов, тем большее напряжение развивает двигательная единица. Поэтому в случае слабого, малоутомительного сокращения мышц, например, для сохранения вертикальной позы тела, когда работают низкопороговые медленные мотонейроны, частота их импульсации относительно невелика. При увеличении напряжения мышцы происходит не только включение новых, высокопороговых мотонейронов, но и повышение частоты импульсации относительно более низкопороговых мотонейронов. При очень больших напряжениях мышцы большинство ДЕ работают с максимально возможной для них частотой импульсации, поэтому мышцы не могут поддерживать большие напряжения длительно.

Регулирование временной связи активности ДЕ. Напряжение мышцы в определённой мере зависит от того, как связаны во времени импульсы, посылаемые разными мотонейронами данной мышцы. От того, синхронно или асинхронно сокращаются различные ДЕ мышцы, зависит плавность движений и точность удержания необходимой позы. Синхронизация импульсной активности часто наблюдается в начале выполнения быстрых движений, совершаемых против большой внешней нагрузки.

(ВикиЧтение) [Электронный ресурс] URL: https://sport.wikireading.ru/6981 (дата обращения 18.05.2018)

3.     РЕЖИМЫ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

3.1 Динамический режим работы

При использовании таких динамических упражнений мышечные окончания в результате сгибаний или разгибаний частей тела сближаются, а мышцы в это время утолщаются. Динамические упражнения можно выполнять с различной скоростью: медленно, с умеренной скоростью, быстро, с максимальной быстротой. Рекомендуется выполнять упражнения с максимальной быстротой, позволяющей в некоторых фазах подъема снаряда уменьшать или увеличивать скорость. Упражнения, выполняемые с оптимальной быстротой, воспитывают рациональную координацию усилий, необходимую для подъема предельных весов. Преодолевающий режим характеризуется сокращением мышц, выполняющих работу по перемещению тела и звеньев, а также по перемещению внешних объектов. В условиях, когда величина отягощения на мышцу меньше ее напряжения (биометрический режим напряжения), движение происходит с ускорением (например, выполнение метания гранаты), а когда величина отягощения соответствует напряжению мышцы (изокинетический режим), движение имеет относительно постоянную скорость (например, выполнения жима штанги с предельным весом). В обоих режимах мышца выполняет положительную работу. Преодолевающий режим является основным в тренировке представителей всех видов спорта. (Церенов, Д.П,. Нововая наука: стратегии и векторы развития: журнал/ Церенов Д.П, Контуева Г.Б, Алмазбеков Ч.А, - М : Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований, 2017 – 103 с)

3.2 Преодолевающий режим работы

Мышцы не преодолевают сопротивление веса, а лишь удерживают его от быстрого падения. При постоянном весе чем медленнее опускание веса, тем сильнее величина мышечного напряжения. Упражнения уступающего характера целесообразно преодолевать с весами выше предельных показателей в динамических упражнениях. Упражнения с уступающим режимом работы можно выполнять после подъема снаряда вверх на прямые руки или на грудь. Наиболее удобно проделывать подобные упражнения, снимая вес со стоек соответствующей высоты или прибегая к помощи партнеров для принятия нужного исходного положения с весом. Уступающий режим характеризуется напряжением мышц при противодействии внешнему сопротивлению, когда внешнее отягощение на мышцу больше, чем ее напряжение. Несмотря на развитие напряжения к сокращению мышца удлиняется. Движение в суставах происходит с замедлением, мышца выполняет отрицательную внешнюю работу.

Растягиванием мышцы обусловливается развитие в ней напряжения (плиометрическое напряжение). Чем больше ее растяжение, тем большее напряжение она развивает (например, замах, предшествующий сокращению мышц при метании). Если работа в момент растяжения равна нулю, то при сокращении мощность ее резко возрастает. Уступающий режим работы имеет место во время опускания штанги вниз. В таких случаях чем медленнее опускание, тем сильнее величина мышечного напряжения. Величина мышечного напряжения в уступающем режиме работы значительно больше, чем в преодолевающем (на 1,2–1,6 раза). Поэтому вес штанги при уступающем режиме работы может быть большим, чем при преодолевающем режиме. Этот метод развития силы не нашел пока распространения в тренировке, хотя в практике отдельные тренеры рекомендуют атлетам не бросать штангу на помост, а медленнее опускать ее не только с целью сохранения инвентаря, но и для развития силы. Нет никакого сомнения, что сочетание подъема штанги вверх с медленным опусканием ее в принципе положительно сказывается на развитии силы, но на практике сочетание не всегда является положительным.

В связи с этим на тренировках целесообразнее специально уделять время для упражнений уступающего режима работы. Такой метод развития силы лучше применять задолго до соревнований: в подготовительном периоде и в этапе общей подготовки соревновательного периода, т.е. в то время, когда нет острой необходимости уделять особое внимание развитию скоростно-силовых качеств. Для удобства штангу рекомендуется устанавливать на стойке, высота которой будет зависеть от содержания выполняемого упражнения. При использовании этого режима работы наиболее эффективны рывковая и толчковая тяги, приседания со штангой на плечах, опускание штанги на грудь из положения фиксации ее для жима. (Церенов, Д.П,. Нововая наука: стратегии и векторы развития: журнал/ Церенов Д.П, Контуева Г.Б, Алмазбеков Ч.А, - М : Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований, 2017 – 103 с)

3.3 Изометрический режим работы

Выполняя движения, человек очень часто проявляет силу и без изменения длины мышц, при этом мышцы показывают свою максимальную силу. Такой режим их работы называется изометрическим, или статическим. В целом для организма изометрический режим оказывается самым неблагоприятным в связи с тем, что возбуждение нервных центров, испытывающих очень высокую нагрузку, быстро сменяется тормозным охранительным процессом, а напряженные мышцы, сдавливая сосуды, препятствуют нормальному кровоснабжению, и работоспособность быстро падает. Удерживающий режим работы называют еще методом изометрических, или статических, напряжений. При использовании этого метода длина мышцы не меняется и объект, к которому приложены усилия, также остается неподвижным. Простейшими примерами этого метода являются различные упоры руками вверх, вниз, в стороны, вперед, вниз, как бы стремясь сдвинуть предмет. Удерживающий режим характеризуется полным соответствием величины отягощений мышечному напряжению (изометрический режим). В результате выполняемая работа равна нулю.

При выполнении изометрических упражнений рекомендуется постепенно повышать усилие так, чтобы довести его до максимального на четвертной секунде. Каждое упражнение надо выполнять в течение 6–8 с, чем больше усилие, тем меньше время его выполнения. В одно занятие можно использовать 3–4 упражнения по 2–3 попытки на каждое из них.

Сила в той или иной степени проявляется в любом двигательном акте. Стабильность кинематических и динамических характеристик техники достигается путем развития именно силовых качеств спортсмена.

(MAGMA) [Электронный ресурс] URL: http://www.magma-team.ru/fizicheskaya-kultura-a-i-chikurov/5-4-sila (дата обращения 18.05.2018)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрена работа сокращений одиночных и тетанических мышечных волокон, и регуляции напряжению мышц и режимов мышечной деятельности.

В ходе данной контрольной работылщьз лщьз                                                                         было проведено изучение: трёх фаз сокращения, скорости проведения волн возбуждения и сокращения, были разобраны понятия одиночного сокращения мышечных волокон, тетанические сокращение мышечных волокон. Рассмотрели работу регуляции напряжения мышц, а также три варианта мышечной деятельности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.     ВикиЧтение [Электронный ресурс] URL: https://sport.wikireading.ru/6981 (дата обращения 18.05.2018)

2.     Маргазин, В.А. Руководство по спортивной медицине/ В.А Маргазин. – М.: Литрес 2017. – 640 с.)

3.      Медицинский сайт [Электронный ресурс] URL: http://www.amedgrup.ru/sokraschen2.html (дата обращения 18.05.2018)

4.     Церенов, Д.П,. Нововая наука: стратегии и векторы развития: журнал/ Церенов Д.П, Контуева Г.Б, Алмазбеков Ч.А, - М : Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований, 2017 – 103 с)

5.     Церенов, Д.П,. Нововая наука: стратегии и векторы развития: журнал/ Церенов Д.П, Контуева Г.Б, Алмазбеков Ч.А, - М : Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований, 2017 – 103 с)

6.     MAGMA) [Электронный ресурс] URL: http://www.magma-team.ru/fizicheskaya-kultura-a-i-chikurov/5-4-sila (дата обращения 18.05.2018)