Строение и физиология опорно двигательного аппарата человека

Строение и физиология опорно двигательного аппарата человека

Опорно двигательный аппарат Пассивная часть Кости Хрящи Связки Активная часть Мышцы

Скелет человека

Кости – анатомические образования, составляющие основу скелета. Кость – орган опоры, а также депо минеральных солей и отчасти белков Кости состоят из • Костной ткани, • Костного мозга. • Суставных хрящей, • Кровеносных сосудов, • Нервов.

Костная ткань – один из видов соединительной ткани, состоящий из 3 видов клеток и обызвестленного межклеточного вещества. Как и во всякой соединительной ткани, главные свойства костной ткани определяются внеклеточным веществом. Однако костная ткань обладает 3 видами специфических костных клеток: • остеобласты • остеоциты • остеокласты. Эти клетки родственны фагоцитам и обеспечивают рассасывание костной ткани

Скелет Добавочный Осевой Мозговой Лицевой Кости, связанные с черепом Позвоночник Грудная клетка Шейный отдел Грудина Плечевой пояс Грудной отдел Череп Ребра Свободная конечность Поясничный отдел Крестец Копчик Верхняя конечность Нижняя конечность

Кости Трубчатые Плоские Длинные Черепа Короткие Поясов конечностей Губчатые Сесамовидные Смешанные

Трубчатые кости Длинные Сесамовидные Короткие

Губчатые кости Длинные Короткие Грудная клетка и ребро Грудной позвонок: а — вид сверху; б — вид сбоку; в — фотография двух грудных позвонков (вид сбоку). На фото видно сочленение между нижним суставным отростком одного позвонка и верхним суставным отростком следующего нижнего позвонка; видны также межпозвонковое отверстие и пространство для межпозвонкового диска

Плоские кости черепа Плоские кости поясов конечностей

Смешанные кости Клиновидная кость (вид сверху и сзади)

Костная ткань – один из видов соединительной ткани, состоящий из 3 видов клеток и обызвестленного межклеточного вещества. Костная ткань Грубоволокнистая Губчатая (спонгиозная) Пластинчатая Дентоидная Компактная

а — остеобласты на существующей поверхности, такой, как хрящ или кость: отростки различных остеобластов соединяются; б — остеобласты синтезируют костный матрикс и становящиеся остеоцитами; в — микрофотография остеоцита в лакуне

Строение остеоцита: 1 — отростки остеоцита; 2 — ЭПС; 3 — ядро; 4 — внутриклеточный сетчатый аппарат; 5 — митохондрия; 6 — остеоидное (необызвествленное) вещество кости по краям лакуны, в которой расположен остеоцит

Структурные уровни организации кости 1. 2. 3. 4. Биополимерные макромолекулы тропоколлагена, соединенные с кристаллами гидроксиапатита. Микрофибриллы коллагена состоят из 3 спирально перевитых молекул тропоколлагена. Фибриллы, состоящие из микрофибрилл, имеют диаметр 1000 -2000 А. Каждую фибриллу окружают кристаллы гидроксиапатита, ориентированные вдоль ее продольной оси. Ламеллы, или костные пластинки - соединение между собой фибрилл с помощью гликозаминогликанов и гликопротеидов 5. Остеоны, или гаверсовы системы 1 типа – коллагеновые волокна ламелл расположены вокруг сосудистого канала; 2 типа – коллагеновые волокна в смежных ламеллах ориентированы по-разному: в одном продольно, в соседнем циркулярно, причем угол между волокнами в смежных пластинках близок 900; 3 типа – коллагеновые волокна смежных ламелл ориентированы по-разному: в одном поперечно, в соседнем спирально. 5. Трехмерная пространственная решетка из костных трабекул, или костных балок

Основные этапы коллагеноза

Модель спиральной структуры тропоколлагена (по: Уайт и др. , 1981). А — взаимное расположение атомов в левозакрученной единичной спиральной цепи, Б — правозакрученная спираль с периодом 8. 6 нм, образующаяся из трех цепей тропоколлагена.

Строение кристалла гидроксиапатита (по Мецлер, 1980; Са – атомы кальция, Р – томы фосфора, ОН – гидроксильная группа)

Строение третьего структурного уровня организации костной ткани (по: Lees, 1981). C-axis — ось сцепления.

Строение остеона. 1 кровеносный сосуд; 2 костные пластинки; 3 остеоцит; 4 остеокласт; 5 остеогенные клетки; 6 макрофаг

компактная кость состоит преимущественно из остеонов — концентрических пластинок, окружающих кровеносные сосуды в центральных каналах. Наружная поверхность кости образуется периферическими пластинками, а кость между остеонами состоит из интерстициальных пластинок; б — микрофотография остеона

Сканограмма губчатого вещества 5 поясничного позвонка (Х 30): 1 - женщина 45 лет; 2 - женщина 85 лет Губчатая кость: а — трабекулы окружают полости в кости. Полости заполнены красным или желтым костным мозгом и кровеносными сосудами; б — поперечный разрез трабекулы

Состав кости Составные части Тип вещества губчатое костного компактное Основные минералы (мг/г сухого вещества, M m) Неорганические 35 -40% 70% Органические 35 -50% 20% Вода 5 -15% : Са - 218 9; Р - 118 6; Na - 8, 3 0, 4 10%

Структура кости. I периост; 2 наружные окружающие костные пластинки; 3 остеоны; 4 внутренние окружающие костные пластинки; 5 эндост; 6 трабекулы губчатого вещества кости; 7 фолькмановский канал; 8 питающие сосуды

Внутримембранное окостенение: а — 12 недельный плод, видны кости черепа, развивающиеся путем внутримембранного окостенения (желтый); показаны также кости, обра зовавшиеся путемэндохондрального окостенения (голубой). Внутримембранное окостенение начинается у центра окостенения и постепенно распространяется. Следовательно, в центре окостенения находится самая старая кость; б — микрофотография поперечного разреза сформи ровавшейся трабекулы. Остеоциты окружены костным матриксом, а остеобласты формируют кольцо на наружной поверхности трабекулы. По мере того как они продуцируют дополнительный костный матрикс, размер трабекулы увеличивается; в — микрофотография наружной по верхности компактной кости, образовавшейся из периоста, которая окружает трабекулы; г — микрофотография кости с наружным компакт ным слоем, образовавшимся из периоста, который окружает трабекулы

Эндхондральное костеобразование 1, Хрящевая модель, окруженная надхрящницей, синтезируется хондробластами, которые становятся хондроцитами, заключенными в хрящевой матрикс 2. Надхрящница диафиза становится периостом и образуется костная манжетка. Происходит гипертрофия хондроцитов и образуется кальцифицированный хрящ

Эндхондральное костеобразование 3. Первичный центр окостенения образуется по мере того как кровеносные сосуды и остеобласты проникают в кальцифицированный хрящ. Остеобласты выстилают костный матрикс, образуя губчатую кость

Эндхондральное костеобразование 5. В эпифизах длинных трубчатых костей образуются вторичные центры окостенения

Эндхондральное костеобразование 7. Зрелая кость, в которой эпифизарная пластинка превратились в эпифизарную линию, а весь хрящ в эпифизе, за исключением суставного хряща, — в кость

Увеличение ширины кости (аппозиционный рост)

Эпифизарная пластинка

Увеличение длины кости у эпифизарной пластинки Новый хрящ формируется на эпифизарной стороне пластинки с такой же интенсивностью, с какой образуется новая кость на диафизарной стороне пластинки. Следовательно, толщина эпифизарной пластинки не изменяется, однако длина диафиза увеличивается

Ремоделирование длинной кости Диаметр кости увеличивается в результате роста кости на наружной части, размер костномозговой полости увеличивается, а эпифиз становится больше по мере образования нового хряща и его замены ремоделированной костью

Ремоделирование костной ткани Ремоделирование трабекул губчатого вещества костной ткани. ВКК выстилающие кость клетки; ПОК преостеокласты; ОКЛ остеокласты; МФ макрофаги; ОБЛ остеобласты. Фазы деятельности базисных многоклеточных единиц. ОКЛ остеокласты; МФ макрофаги; ОГК остеогенные клетки; КК кровеносный капилляр; ОБЛ остеобласты; КП костные пластинки.

Связь строения кости и действующих на нее нагрузок Линии нагрузки Проксимальный конец длинной кости (бедренной), где видны трабекулы, ориентированные вдоль линий нагрузки (стрелки)

Адаптация формы кости к внешней нагрузке [Pauwels F. , 1965]. Эпюры напряжений в балке, моделирующей локтевую кость, crz и a. D — сжимающее и растягивающее напряжения соответственно (9, 8 Ю 4 Па); L — груз (9, 8 Н); mi и тг — силы, моделирующие действие на кость плечевой мышцы и мышцы предплечья (9, 8 Н); М — изгибающий момент (9, 8 Н «см).

Уменьшение относительной массы подъемного крана (показана цифрами) при оптимизации его конструкции Голень человека: I — большеберцовая кость; 2, 3 — жесткая и мягкая растяжка

Топографическая неоднородность трубчатой кости Распределение плотности кости по ее объему Области с разной штриховкой соответствуют участкам с различной плотностью (г/см 3). В правой части рисунка указаны средние значения плотностей кости в проксимальном, латеральном, переднем и медиальном сечениях. Топография твердостных зон одного из сечений кости.

Некоторые показатели прочности позвонков Гистограмма несущей способности позвонков Т 10 и L 4. 1 — Т 10, 2 — L 4, 3 — эмпирические данные, 4 — теоретические кривые. Гистограмма показателей запаса прочности (Зп) позвонка Т 10 1 — эмпирические данные, 2 — теоретическая кривая

Зависимость минимально травмирующей перегрузки от биометрических параметров человека (Г. П. Ступаков и др. , 1989) Показатель Вид уравнения Коэффициент корреляции, r Минеральная насыщенность, г/см 3 У = 6, 15× 797, 5 х 0, 773 Масса тела, кг У = 115, 8 – 2, 03 х + 0, 011 х2 - 0, 465 Возраст, годы У = 36, 5 – 0, 309 х - 0, 381 Sт11, см 2 У = 46, 5 – 1, 59 х - 0, 260 d. Т 11, мм У = 61, 48 – 0, 89 х - 0, 306 i. Т 11 У = - 41, 82 + 77, 53 х 0, 330

Изменение минеральной плотности (МПКТ) 2, 3 и 4 поясничных позвонков у женщин в зависимости от возраста. Сплошная линия – средние показатели, пунктирные – 1 или 2 стандартные отклонения выше или ниже средней.

Особенности по обеспечению прочности Первая особенность – кость – адаптивная структура, меняющая свою архитектонику в зависимости от преимущественного вектора действующих нагрузок. Вторая особенность – допустимость разрушения микроструктур для сохранения целостности макроструктуры. Третья особенность – повышение прочности за счет увеличения поглощения энергии внешнего воздействия с последующим ее высвобождением после снятия нагрузки Четвертая особенность – структурная неоднородность, препятствующая разрушению. В костной ткани имеются первоначальные «дефекты» , которые должны бы уменьшать прочность образцов, как это бывает в технических материалах. 1. неоднородность микроструктуры: а) наличие аморфных прослоек, изолирующих индивидуальные фибриллы и микрофибриллы. В случае разрушения фибриллы прослойка изолирует ее и препятствует распространению дефекта на соседние образования; б) наличие аморфных прослоек, изолирующих отдельные пластинки остеонов и трабекул и препятствующих распространению микротрещин. 2. разное направление волокон в соседних пластинках остеонов, что препятствует распространению микротрещин. Пятая особенность – наличие внутренних напряжений (растяжения и сжатия) до 20 МПа. Шестая особенность – принцип экономии материала конструкции при заданной нагрузке.

Кривая «нагрузка – деформация» и динамика микроразрушений губчатой костной ткани позвоночника (по параметру накопленного сигнала АЭ – N).

Виды соединения костей Синартрозы (непрерывные соединения) Гемиартрозы (полусуставы) Прерывные соединения, или суставы (диартрозы)

Синартрозы Синостозы Синдесмозы Связки Швы Синхондрозы Мембраны Временные Зубчатый Чешуйчатый Гармоничный (плоский) Постоянные

Швы Зубчатый Чешуйчатый и гармоничный

Синдесмозы Межкостная мембрана между локтевой и лучевой костью Связки области тазобедренного сустава

Полусуставы

Суставы Одноосные Цилиндрические Двуосные Блоковидные Многоосные Плоские Шаровидные Ореховидные Эллипсоидные Седловидные

Одноосные суставы Блоковидный сустав Цилиндрический сустав

Двуосные суставы Эллипсовидный сустав Седловидный сустав

Многоосные суставы Плоский сустав Шаровидный сустав Ореховидный сустав

Суставы Простые Сложные Комбинированные

Типы суставов Простой сустав Комбинированный сустав Сложный сустав

Скелет человека, вид спереди: 1 — череп; 2 — позвоночный столб; 3 — ключица; 4 — ребро; 5 — грудина; 6 — плечевая кость; 7 — лучевая кость; 8 — локтевая кость; 9 — кости запястья; 10 — пястные кости; 11 — фаланги пальцев кисти; 12 — подвздошная кость; 13 — крестец; 14 — лобковая кость; 15 — седалищная кость; 16 — бедренная кость; 17 — надколенник; 18 — болыпеберцовая кость; 19 — малоберцовая кость; 20 — кости предплюсны; 21 — плюсневые кости; 22 — фаланги пальцев стопы

Локализация хрящей в организме

Хрящ – это разновидность соединительной ткани, выполняющая опорно механическую функцию Состав хряща Вода Сухой остаток • коллаген II типа – около 50%; • гликозамингликаны - около 25%. Связывают воду, обеспечивая упругие свойства хряща. С возрастом их содержание падает; • белки неколлагеновой природы – 10 -20%, в т. ч. глико- и липопротеиды (7 -13%); • липиды; • ДНК.

Структура хряща Хрящ Межклеточное вещество Волокна Коллагеновые II типа; Эластиновые Основное вещество Неколлагеновые белки; Гликопртеиды; Протеогликаны Клетки Хондробласты Хондробласы Хондроциты

Хондроцит (х9000) Межклеточное везество

Строение межклеточного вещества хрящевой ткани (по: Каплан, 1984). Электронограмма (увеличение Х 61000) межклеточного вещества из культуры хондроцитов. Прямые линии — фибриллы коллагена, темные тельца — деформированные массы протеогликана.

Строение гиалинового хряща, покрытого надхрящницей (по А. Хэму и Д. Кормаку, 1982): 1 — волокнистый слой надхрящницы; 2 — клеточный слой надхрящницы; 3 — хондро бласты 4 — хондроциты в лакуне; 5 — межклеточное вещество (хрящевой метрике); 6 — клеточная лакуна; 7 — изогенные группы хондроцитов

Схема строения протеингликана

Классификация хрящей (по 1. 2. 3. 4. А. Каплан) Морфологический хрящ – форма его задана генетически и определяет форму того или иного органа (например, нос); волокнистый хрящ – характеризуется сложным строением и большой прочностью (межпозвонковые диски); суставной хрящ – покрывает суставные поверхности и обеспечивает их скольжение друг относительно друга; эластический хрящ – характеризуется упругими свойствами и обеспечивает рекуперацию энергии при циклических движениях (например, передняя часть грудной клетки и дыхание 1. гиалиновый – плотный, упругий, жемчужно белый (стекловидный) хрящ, содержащий гомогенное основное вещество, богатое протеогликаном и имеющее коллагеновый каркас. Составляет суставной, реберный, носовой, гортанный хрящи, эпифизарный хрящ длинных трубчатых костей, входит в состав трахеи и бронхов; 2. волокнистый – характеризуется наличием выраженных пучков коллагеновых волокон и гетерогенностью клеточного состава (кроме хондроцитов содержит фибробласты). Составляет межпозвонковые диски, синхондрозы (между ребрами и грудиной), места прикрепления сухожилий и связок; 3. эластиновый – содержит большое количество эластиновых волокон и никогда не подвергается обызвествлению. Составляет хрящи ушной раковины, надгортанника, рожковидный и черпаловидный хрящи гортани; 4. хондроидная ткань стромы сердца. Находится в отдельных участках фиброзных колец.

Основные функции хряща в организме 1. Двигательная (суставные хрящи, передняя часть грудной клетки…); 2. Формообразующая; 3. Опорная (межпозвонковые диски); 4. Защитная.

Внешний вид межпозвонкового диска

Ориентация фибрилл в фиброзном кольце межпозвонкового диска ± 30° — углы наклона фибрилл по отношению к горизонтальной плоскости.

Межпозвонковые диски на поперечном разрезе

Величины давления в поясничных межпозвоночных дисках человека в зависимости от внешних условий

Мышцы – органы, выполняющие двигательную функцию и обеспечивающие перемещения тела или его сегментов в пространстве, а также сократительную функцию ряда органов и состоящие преимущественно из мышечной и соединительной ткани. Химический состав мышц: • Вода – 75 % • Белки – 20 % • АТФ – 0, 4 %

Мышечная ткань – это ткань, обладающая свойствами 1. возбудимости – способностью отвечать на действие раздражителя генерацией потенциала действия; 2. проводимости – способностью проводить волну возбуждения вдоль всего мышечного волокна в обе стороны от места раздражения, и, самое главное, 3. сократимости – способностью сокращаться и менять напряжение при возбуждении.

Функции мышц: • двигательная; • участие в теплообмене; • защитная.

Классификация мышц (по строению внутренней структуры) Мышцы Гладкие Поперечно-полосатые Миокард Скелетные

Сравнительная характеристика видов мышц (по Р. Сили и др. , 2007) Характеристика Скелетная мышца Гладкая мышца Миокард Локализация Прикреплена к костям Стенки полых органов, кровеносных сосудов, глаза, железы, кожа Сердце Форма клетки Очень длинная, цилиндрическая (длина от 1 мм до 4 см, может занимать всю длину коротких мышц; диаметр 10 – 100 мкм) Веретонообразная (длина 15 – 200 мкм, диаметр 5 – 8 мкм) Цилиндрическая, разветвленная (длина 100 – 500 мкм, диаметр 12 – 20 мкм) Ядро Многочисленные, расположены на периферии Одно, расположено в центре Специальные соединения «клетка» Нет Щелевые контакты соединяют вместе некоторые клетки висцеральных гладких мышц Вставочные диски соединяют клетки друг с другом Поперечные полосы Есть Нет Контроль Произвольный и непроизвольный (рефлексы) Произвольный Способность к спонтанному сокращению Нет У некоторых есть Есть Функция Движения тела Изменение объема органов Обеспечивает движение крови

Скелетная и гладкая мышца Волокна скелетной мышцы в продольном разрезе Клетки гладкой мышцы

Части мышцы Прикрепление (инсерция) – конец мышцы, прикрепленный к более подвижной кости Головка – один из концов мышцы, который соответствует началу и прикреплен к более неподвижной кости Брюшко – часть мышцы между головкой и прикреплением

Классификация скелетных мышц (по форме) Мышцы Длинные Широкие Короткие

Классификация скелетных мышц (по стрению) Мышцы По числу брюшек По числу головок 1. 2. 3. 4. С одной С двумя (бицепс) С тремя (трицепс) С четырьмя (квадрицепс) 1. 2. 3. С одним С двумя (икроножная) С тремя (прямая мышца живота)

Классификация скелетных мышц (по направлению волокон) Мышцы С прямыми параллельными волокнами С веерообразными волокнами С косыми волокнами Одноперистые Двуперистые Многоперистые С круговыми волокнами (жомы, или сфинктеры)

Классификация скелетных мышц (по форме)

Классификация скелетных мышц (по функции) Мышцы Фиксаторы Сгибатели Разгибатели Отводящие Перемещают структуру от срединной линии Ротаторы Стабилизируют один или несколько суставов Приводящие Перемещают структуру от срединной линии

Классификация скелетных мышц (по взаимодействию) Мышцы Агонисты Вызывают действие при сокращении Антагонисты Перемещают структуру в противоположном направлении Синергисты Совместно действующие при сокращении

Структура скелетной мышцы: соединительная ткань, иннервация и кровоснабжение

Фрагменты мышцы:

Компоненты саркомеров: а — электронная микрофотография продольного разреза волокна скелетной мышцы, на которой видно несколько саркомеров с А дисками, I дисками, Z линиями, Н зонами и М линиями; б — расположение I дисков и А дисков, Н зон, Z линий и М линий в саркомерах; в — попереч ные разрезы участков саркомеров (серые полосы)

Структура актина и миозина: а — саркомер состоит из актиновых (тонких) и миозиновых (толстых) миофиламентов; актиновые миофиламенты прикреплены к Z линиям, а миозиновые миофиламенты "подвешены" между актиновыми миофиламентами; б — актиновые миофиламенты состоят из отдельных молекул (окрашены в пурпурный цвет) глобулярного актина (G актина), молекул тропомиозина (голубые полоски) и тропонина (красные шары); молекула миозина (зеленая) представляет собой структуру, по форме напоминающую клюшку для игры в гольф и состоящую из двух молекул тяжелого миозина, сплетенных вместе и образующих стержневидную часть и двойную глобулярную головку; четыре меньшего размера молекулы легко го миозина расположены на головках миозиновой молекулы; в — молекулы G актина, молекулы нитевидного тропомиозина и молекулы глобу лярноготропонина собраны в единый миофиламент актина; активные участки находятся на молекулах G актина; миозиновые миофиламенты состоят из множества отдельных миозиновых молекул; стержневидные части расположены параллельно, все головки обращены в одном направлении у одного конца и в противоположном направлении — у другого конца миозинового миофиламента

Деполяризация и потенциал действия деполяризация представляет собой изменение разницы зарядов: заряд внутри клетки становится менее отрицательным, а заряд снаружи клетки — менее положительным во время деполяризации значение потенциала мембраны изменяется с -85 на +20 м. В. Во время реполяризации потенциала покоя мембраны значение заряда внутри мембраны изменяется с +20 на -85 м. В. Это фаза реполяризации потенциала действия

Распространение потенциала действия

Нервно-мышечное соединение

Т-трубочки и саркоплазматическая сеть:

Процесс. Потенциалы действия и мышечное сокращение

Процесс. Расщепление АТФ и движение поперечных мостиков во время мышечного сокращения

Длина мышцы и напряжение

Фазы мышечного сокращения Гипотетическое мышечное сокращение в отдельном мышечном волокне. После воздействия стимула наблюдается непродолжительная латентная фаза, за которой следуют фаза сокращения и фаза расслабления

Последовательность развития активного состояния и силы тяги мышцы

Двигательная единица а — двигательная единица состоит из отдельного двигательного нейрона и всех мышечных волокон, которые иннервируют его ответвления; б — микрофотография двигательных единиц

Количество и размеры двигательных единиц (ДЕ) в различных мышцах человека (по А. Дж. Мак Комас) Мышца Количество ДЕ Количество волокон в одной ДЕ Наружная прямая глаза 2970 9 Подкожная мышца шеи 1096 25 Червеобразная кисти 96 108 Тыльная межкостная кисти 119 340 Группа тенара 203 Плечелучевая 333 Ø 410 Передняя большеберцовая 445 562 Икроножная (медиальная) 579 1934

Характеристика быстрых и медленных мышечных волокон (по В. И. Дубровскому и др. , 2002) Характеристика Медленные (тонические) волокна Быстрые (фазические) волокна Строение Саркоплазматический ретикулум развит слабо Саркоплазматический ретикулум хорошо развит Расположение В глубоких слоях мышц конечностей Ближе к поверхности Иннервация Тонкие нервные волокна диаметром 5 мкм Толстые нервные волокна диаметром 20 мкм На одном мышечном волокне несколько концевых пластинок (мультитерминальная иннервация) Обычно на одном мышечном волокне одна концевая пластинка (могут быть две) Скорость проведения импульса 2 – 8 м/с 8 – 40 м/с Возбудимость Мембрана не обладает электрической возбудимостью. Каждый импульс вызывает высвобождение небольшого количества ацетилхолина, т. е. степень деполяризации мембраны зависит от частоты стимуляции. Мембрана обладает электрической возбудимостью. Потенциал действия вызывает ответ типа «все или ничего» . Тип ответа Медленное градуальное сокращение. Медленное расслабление (приблизительно в 100 раз медленнее, чем у быстрых волокон) Быстрое сокращение (приблизительно в 3 раза быстрее, чем у медленных волокон). Физиологическая активность Источник АТФ – аэробное дыхание Источник АТФ – гликолиз Многие волокна при недостатке кислорода продолжают работать за счет анаэробного гликолиза, образуя молочную кислоту и создавая кислородную задолженность. Быстро создается кислородную задолженность.

Характеристика быстрых и медленных мышечных волокон (по В. И. Дубровскому и др. , 2002) - продолжение Тепло отводится от мышцы по мере его выработки. Равновесие между работой мышцы и ее потребностями. Мышца некоторое время сокращается и тогда, когда кровеносная система не успевает обеспечить дополнительную доставку кислорода. Тепло отводится от мышцы по мере его выработки. Тепло поглощается волокнами, т. к. кровеносная система не обеспечивает его быстрого отведения. Равновесие между работой мышцы и ее потребностями. Функции Тепло поглощается волокнами, т. к. кровеносная система не обеспечивает его быстрого отведения. Мышца некоторое время сокращается и тогда, когда кровеносная система не 5 успевает обеспечить дополнительную доставку кислорода. Длительное сокращение; используется для поддержания позы. Быстрое сокращение, используется при локомоциях.

Классификация типов мышечных волокон Свойство (по А. Дж. Мак-Комас, 2001) Тип двигательной единицы Медленные окислительные Быстрые окислительные гликолитические; резистентные к утомлению Быстрые гликолитические; быстро устающие Скорость сокращения Невысокая Высокая Сила сокращения Небольшая Промежуточная Большая Утомляемость Низкая Высокая Красный цвет Темный Бледный Миоглобин Много Мало Снабжение капиллярами Высокое Низкое Митохондрии Много Мало z линия Промежуточная Широкая Узкая Гликоген Мало Много Щелочная АТФ аза Мало Много Кислотная АТФ аза Много Мало Среднее Окислительные ферменты Много Среднемного Мало

Суммация многочисленных двигательных единиц

Феномен лестницы Когда максимальные стимулы раздражают отдохнувшую мышцу с частотой, обеспечивающей полное расслабление между стимулами, второе сокращение производит несколько большее напряжение, чем первое, а третье — большее, чем второе. После нескольких сокращений напряжение становится равным

Многоволновая суммация, обусловленная стимулами возрастающей частоты: 1 — полное расслабление между стимулами; 2— 4 — неполный (зубчатый) тетанус — частичное расслабление между стимулами; 5 — полный (гладкий) тетанус — отсутствие расслабления между стимулами

Зависимость между длиной и силой тяги у разных мышц: А — равновесная длина, Б — длина покоя

Виды мышечного сокращения По соотношению «длина напряжение» • • • Изометрическое – мышца не укорачивается, но напряжение остается постоянным Изотоническое – волокна мышцы укорачиваются, а напряжение остается постоянным Ауксотоническое – в процессе сокращения меняются как длина, так и напряжение (близко к естественным условиям большинства мышц) Уступающее – волокна мышцы удлиняются, несмотря нарост напряжения Удар, остановка в упоре По направлению деформации волокон • • • Концентрическое – по мере укорочения мышца производит нарастающее напряжение Эксцентрическое волокна мышцы удлиняются, несмотря нарост напряжения Изометрическое – мышца не укорачивается, но напряжение остается постоянным

Сокращение мышцы при разных величинах преодолеваемого сопротивления (по Carlson, Wilkie, 1974). Одновременная регистрация силы тяги (вверху) и длины мышцы (внизу). 1, 2, 3 — соответственно тяжелый, средний и легкий грузы По мере роста сопротивления, которое должна преодолеть мышца при сокращении (например, поднимая грузы разной массы), наблюдается: 1. уменьшается высота подъема груза (уменьшается укорочение мышцы); 2. растет промежуток времени между моментом стимуляции и началом укорочения мышцы; 3. скорость деформации мышцы снижается.

Зависимость «скорость – сила» при сокращении мышцы Скорость освобождения энергии, избыточной по отношению к энергии, освобождающейся при изометрическом сокращении мышцы, линейно возрастает с увеличением скорость сокращения мышцы E/t = (F + a 1)v E/t – скорость освобождения энергии при механической работе; F – сила; a 1 – теплота, выделяющаяся при укорочении мышцы на 1 мм; v – скорость сокращения мышцы и пропорциональна разности максимальной тяги мышцы и силой тяги в данный момент E/t = a 2 (F 0 F) F – сила тяги в данный момент; F 0– максимальная сила тяги (F + a 1)v = a 2 (F 0 F), или (F + a 1) (v + a 2 ) = a 2 (F 0 + a 1) = const a 1 / F 0 характеризует кривизну графика «сила – скорость» (в среднем, 0, 25)

Зависимость усилия, развиваемого мышцами, от углов в суставе Локтевой сустав (из В. И. Дубровский и др. , 2003, с изменениями) Плечевой сустав (сплошная линия – сгибание, пррывистая – разгибание; из В. И. Дубровский и др. , 2003, с изменениями)

Зависимость плеча силы тяги длинной головки двуглавой мышцы плеча от суставного угла (по Д. Д. Донскому и В. М. Зациорскому) Суставной угол, град. 180 160 140 120 100 80 60 Плечо тяги мышц, мм 11, 5 16, 8 26, 9 37, 4 43, 5 45, 5 39, 2

Изменение параметрических зависимостей «сила — скорость» в модельном движении (сгибание предплечья) под влиянием тренировки разной направленности (по Икай) • • • А. Тренировка без использования отягощений (0% Fmm)— максимальная изометрическая сила (Fjnm) не изменилась; возросла скорость движений (i)m)c малыми отягощениями и скорость движений ненагруженной конечности (vmm) Б. Изометрическая тренировка (100% Fmm) — выросли Fmm и vm при движении с большими отя гощениями, Vmm не изменилась. В и Г. Тренировка с весами 30% Fmm и 60% Fmm — изменились величины Fm и vm во всем диа пазоне отягощений (включая Fmm и vmm)-

Вращательные моменты силы, создаваемые действием мышц в суставах ног в разных положениях тела Положение тела Суставы Тазобедренный Голеностопный А + 185 + 70 + 25 Б + 76 + 175 +4 В Варианты поз спортсмена приседании со штангой 50 кг на плечах (по Плагенхофу). В каждом из этих положений сила действия одинакова (50 кг), а вращательные моменты силы в суставах различны. Коленный + 185 + 10 + 38 Г +218 - 22 + 22

Специальные силовые упражнения • Вверху: рабочая амплитуда движения при сгибании бедра в беге и прыжках в длину. • Внизу: пример специального упражнения, где акцентируемый участок движения выбран правильно (по Ю. В. Верхошанскому, добавлено и переработано Д. Д. Донским и др. )

Невральная адаптация при тренировках мышц: более высокая исходная частота разрядки мотонейронов и более стабильная импульсная активность двигательных единиц, имеющих высокий порог возбудимости; снижение реактивности мышц антагонистов во время выполнения двигательного задания, вероятно, вследствие ингибирования ά мотонейронами.