Біологія - Навчальный посібник - В. О. Мотузний 2009

Частина ІV. Біологія людини
7. Регуляція роботи м'язів. Механізми скорочення м'язових клітин

Будова м’язового волокна. Структурною одиницею м’яза є м’язове волокно. У посмугованих м’язах це багатоядерна (до 100 ядер) клітина, що утворилася злиттям кількох первинних м’язових клітин — міобластів. М’язове волокно (див. мал. 4.3) має циліндричну форму, товщина його — від 10 до 100 мкм, а довжина — від кількох міліметрів до 10—12 см. Зовні волокно вкрите оболонкою — сарколемою, яка складається з двох шарів: зовнішнього, що виконує функцію еластичного футляра і забезпечує пружність м’яза, та внутрішнього — базальної мембрани. Під сарколемою міститься саркоплазма, в яку занурені скоротливі елементи м’язового волокна — міофібрили, розчинені білки, зокрема міоглобін, гранули глікогену, краплини жиру тощо.

Міофібрила складається з двох типів тонких ниток (філаментів, або протофібрил): товстих, утворених скоротливим білком міозином, і тонких, утворених білком актином (див. мал. 4.3, г). Тонкі протофібрили у своїй центральній частині перетинаються Z-смугою (пластинкою, диском). Ділянки міофібрили між двома Z-смугами називаються міомером, а відповідна ділянка м’язового волокна — саркомером. Довжина одного саркомера розслабленого м’язового волокна становить близько 25 мкм.

Саме завдяки періодичному чергуванню світлих і темних ділянок м’язові волокна скелетних і серцевого м’язів мають вигляд поперечно-посмугованих (див. мал. 4.3) і відповідну назву.

При подразненні м’яза міозин сполучається з актином, утворюючи поперечні містки актоміозинового комплексу. При цьому за рахунок енергії АТФ головка міозину повертається на 45°, розвиваючи певне напруження. Під впливом цього напруження волокна просуваються («ковзають») один повз одного до центру саркомера (мал. 4.26). За останніми даними, відбувається не ковзання, а вкручування міозину між нитками актину. Такий поворот головки міозину нагадує рух весла.

Мал. 4.26. Схематичне зображення роботи посмугованих м’язів «ковзанням» (А) та вкручуванням (Б):

а — положення поперечних містків саркомера (с) у розслабленому стані м'язового волокна; б — у стані скорочення (стрілками показано напрям руху) актинових міофібрил (3) двох половин саркомера; 1, 4 — шийка поперечного містка; 2 — міозинова міофібрила; 5 — головка поперечного містка. TH — тонкі нитки (ак-тип); СІ — головки міозину

Якщо в умовах експерименту (мал. 4.27) зафіксувати м’яз з обох кінців, то при його подразненні він розвиватиме лише напругу, не змінюючи своєї довжини. Цей тип скорочення називається ізометричним. Якщо один кінець м’яза не фіксувати, то при подразненні він буде вкорочуватись, не змінюючи своєї напруги. Таке скорочення називається ізотонічним. Ізометричними скороченнями підтримується поза організму, ізотонічними — забезпечуються рухи.

Мал. 4.27. Міографія:

а — міограф з чашечкою для тягарців; б — залежність висоти м’язових скорочень від величини навантаження; в — залежність сили м’яза від довжини саркомера; г — взаємне положення міозинових і актинових ниток одного із саркомерів за його різної довжини: 2,2, 2,9 і 3,6 мкм; д — співвідношення навантаження, скорочення і роботи литкового м’яза жаби

Робота м’язів. Статичне і динамічне навантаження м’язів, їх утомлюваність та її фізіологічні причини. Робота м’язів може бути статичною й динамічною. Динамічну роботу здійснюють м’язи під час їх переміщення (керування токарним верстатом, пиляння дров тощо); в цьому разі скорочення (ізотонічне) м’язів чергується з їх розслабленням. Статична робота м’язів виявляється в їх тривалому напруженні (утримання вантажу, пози), проте вони не змінюють свого положення в просторі (ізометричні скорочення).

М’язи виконують роботу лише при переміщенні будь-якого вантажу, тіла або його частин у просторі, тобто за ізодинамічного типу скорочення. Механічна робота м’яза (А) дорівнює добутку маси піднятого вантажу (Р) на величину вкорочення м’яза (Н), тобто А = РН. У разі поступового збільшення вантажу вкорочення м’яза за того самого подразнення спочатку зростає, а потім поступово зменшується і за деякого значного вантажу дорівнює нулю. Звідси виходить, що у кожного м’яза максимальна робота можлива тільки за деяких середніх навантажень. Це й називається законом середніх навантажень, який випливає з уже відомої залежності сили скорочення м’яза від його довжини (довжина м’яза визначає рівень перекривання актинових і міозинових ниток саркомера). Середні навантаження і темпи неоднакові у різних людей. Найбільші вони у тих, хто займається фізичною працею, і спортсменів. Кожна людина може, тренуючи м’язи, збільшити межі цих величин і, отже, підвищити свою працездатність. Проте робота людини залежить не тільки від правильного підбору навантаження й темпу. Велике значення має також стан нервової системи, особливо свідомість, що пов’язана з головним мозком. Інтерес до виконуваної роботи, розуміння її значення, необхідності й важливості відчутно впливають на продуктивність праці.

Треновані м’язи працюють набагато економніше, ніж нетреновані, а крім того, завдяки тренуванню м’яз стає сильнішим і витривалішим. При виконанні спортивних вправ, які вимагають витривалості, швидкість розщеплення АТФ значно зростає порівняно зі станом спокою. Це викликає також збільшення швидкості утворення АТФ, що, зрозуміло, можливе за швидкого надходження у м’яз кисню й глюкози. У разі місцевого розширення кровоносних судин швидкість кровотоку у м’язі зростає майже в 20 разів, хвилинний об’єм крові, частота серцевих скорочень і дихання збільшуються у два-три рази.

В умовах інтенсивної м’язової роботи, коли сила скорочення м’язів перевищує 40 % максимальної, внаслідок часткового перетискання кровоносних судин у м’язах погіршується їхнє кровопостачання і зменшується доставка кисню. При цьому в організмі накопичується багато неповністю окиснених продуктів, зокрема молочної кислоти, виникає киснева заборгованість. Такий борг ліквідується після роботи, здійснюваної завдяки саморегуляторному розширенню кровоносних судин у м’язах.

Роботу і втому м’язів вивчають методом ергографії (мал. 4.28). Він полягає в запису скорочень ізольованого м’яза або руху пальця фіксованої руки за ритмічних скорочень м’язів при заданих ритмі та навантаженні. Ергограма дає змогу встановити оптимальні режими роботи м’язів.

Мал. 4.28. Схема установки для запису роботи м’язів руки людини за допомогою ергографа:

a — ергограф: 1 — фіксатор руки обстежуваного; 2 — паперова стрічка; 3 — блок з вантажем; б — ергограма розвитку втоми за різної частоти скорочень: 1 — скорочення з частотою 1 раз за 1 с; 2 — 1 раз за 2 с; 3 — 1 раз за 4 с; в — ергограма розвитку втоми при навантаженні 2 кг (1) і 4 кг (2)

Втома м’яза — це тимчасове зниження працездатності клітини, органу чи всього організму внаслідок їхньої роботи, яке зникає після відпочинку. Втома ізольованих скелетних м’язів, яка виявляється в поступовому зменшенні й припиненні скорочень, виникає внаслідок накопичення у м’язах (всередині волокон та в міжклітинному просторі) деяких продуктів обміну речовин, переважно молочної кислоти, а також фосфорної кислоти. Ці речовини порушують функцію м’язових і нервових елементів. Енергетичні ресурси м’яза (глікогену) за таких умов при розвитку втоми не вичерпуються.

В організмі втома рухового апарату розвивається складніше й залежить від багатьох чинників. Справа в тому, що у м’яз з кров’ю надходять поживні речовини, і він звільняється від продуктів обміну речовин. Крім того, втома організму взагалі залежить також від процесів, які розвиваються в нервовій системі, яка керує руховою діяльністю. Вважається, що в природних умовах втома розвивається передусім внаслідок «відмови» від роботи структур ЦНС, оскільки за виявленої втоми пряма стимуляція м’яза викликає нормальний скоротливий ефект.

І. М. Сєченов довів, що відновлення працездатності втомлених м’язів руки людини після тривалої роботи на ергографі прискорюється, якщо в період відпочинку виконувати роботу другою рукою. На відміну від звичайного (бездіяльного) відпочинку такий відпочинок називається активним (феномен Сєченова). Це ще раз підтверджує, що втома розвивається передусім у нервових центрах.

Основним запобіжним заходом перевтомлення є правильна організація режиму праці й відпочинку, врахування індивідуальних особливостей адаптації до фізичних навантажень.

Чергування навантаження і відпочинку. Рухова активність і здоров’я. Фізичні вправи сприяють правильному формуванню скелета і м’язів людини. Систематичні тренування м’язів під час фізичної роботи, занять спортом та виконання гімнастичних вправ сприяють збільшенню їхньої маси і підвищенню сили скорочення, зменшують ступінь їх втомлюваності. Рухова активність поліпшує також кровопостачання м’язів, а отже, підвищує обмін речовин у м’язовій тканині. Чим краще розвинена мускулатура людини, тим міцнішим стає її скелет. Кістки стають товстішими, стійкішими до навантажень і травм. Фізичні вправи дають змогу людині стати сильнішою й витривалішою, сприяють формуванню постави, запобігають викривленню хребта (див. мал. 4.23) та плоскостопості (мал. 4.29).

Мал. 4.29. Форми стопи:

а — нормальна; б — плоска; в — різні рівні плоскостопості

Гіподинамія та її профілактика. Гіподинамія — стан зниженої рухової активності, зумовлений м’язовою слабкістю через хворобу (крайній випадок — адинамія) або перебування в умовах зниженої гравітації, невагомості, лежачого режиму тощо, коли навантаження на м’язи різко зменшене. За тривалого перебування у зазначених умовах в організмі виникають зміни, які називають синдромом гіподинамії. Насамперед це атрофічні зміни у м’язах (атрофія від невикористання), загальна фізична детренованість і детренованість серцево-судинної системи, зниження ортостатичної стійкості, зміни водно-сольового балансу, системи крові, імунітету, демінералізація кісток тощо. Багато із названих змін виявляються аналогічними незалежно від причини гіподинамії. Замість терміна «гіподинамія» іноді використовують термін «гіпокінезія», тобто мала рухливість.

Рух — найважливіший чинник нормального розвитку дитини й дорослої людини. Вже в ембріональний період руховою активністю значною мірою визначаються темпи загального розвитку організму. Ще більшого значення вона набуває в період постнатального розвитку. Близько 50 % свого часу дитина проводить у русі. Обмежувати цю рухову активність означає гальмувати розвиток дитини. Постійні м’язові навантаження сприятливо впливають на її розвиток: поліпшується стан серцево-судинної і дихальної систем, функціональний стан, збільшується маса головного мозку.

Організм людини на будь-якому віковому етапі — це єдине ціле. Всі його фізіологічні системи тісно взаємопов’язані, функціональні зміни в одній фізіологічній системі призводять до змін у діяльності іншої. М’язова діяльність у розумних межах тонізуюче впливає на функціональний стан усіх відділів нервової системи. Позитивно впливає нормальна м’язова діяльність і на вегетативні функції організму: активізує дихання й роботу серцево-судинної системи, змінює процеси обміну речовин, процеси виділення тощо.

У разі обмеження рухливості або м’язових перевантажень порушується гармонійність діяльності організму, що також є важливим патогенетичним чинником у розвитку багатьох хвороб. Тому помірна фізична праця корисна для людини на будь-якому етапі життя, а особливо в дитячому віці.

Основні групи м’язів: м’язи голови, шиї, тулуба, верхніх і нижніх кінцівок. Серед м’язів голови виділяють жувальні й мімічні. Жувальні починаються від нижнього краю виличної дуги, або кісток скроневої ділянки черепа, й закінчуються на нижній щелепі та її відростку. Забезпечують рухи нижньої щелепи вгору, назад і в сторони, здійснюючи жування. Мімічні м’язи одним кінцем прикріплені до кісток черепа, а другим уплетені в шкіру. Скорочуючись, вони зміщують різні ділянки шкіри відносно черепа. До мімічних належать і колові м’язи очей і рота (не прикріплені до кісток).

М'язи шиї (підшкірний, груднинно-ключично-соскоподібний) здійснюють нахили й повороти голови (див. мал. 4.22).

До м’язів тулуба належать м’язи грудної клітки, живота й спини.

М’язи грудей поділяють на поверхневі (великий і малий грудні, передні зубчасті) та глибокі (міжреберні, поперечний грудний і підреберний).

М’язи спини також поділяють на поверхневі й глибокі. Серед поверхневих — трапецієподібний м’яз, найширший м’яз спини, ромбоподібні м’язи тощо. До глибоких належать випрямляч хребта, міжостисті м’язи.

М'язи живота утворюють його передню й бічні стінки (зовнішня і внутрішні косі, прямий м’яз живота, квадратний м’яз поперека).

Серед м’язів верхніх кінцівок найпомітніші — дельтоподібний, надостний, підостний, двоголовий і триголовий, ліктьовий і променевий, долонний м’яз, згиначі й розгиначі пальців. Серед м’язів тазового поясу та нижніх кінцівок найбільшими є великий і малий сідничні, кравецький, чотириголовий, довгий привідний та великий привідний, литковий, підколінний, згиначі й розгиначі пальців.

Перша допомога при ушкодженнях опорно-рухової системи (розтягах, ударах, вивихах, переломах кісток). Удар спричинює пошкодження тканин і органів без порушення цілісності шкіри. Внаслідок удару в ділянці пошкодження утворюється невеликий синець, відчувається різкий біль. За сильніших травм виникає припухлість, як при переломі кістки. Тому в сумнівних випадках надають таку саму допомогу, як і при переломі кісток. На травмовану частину тіла накладають іммобілізаційну пов’язку із підручних матеріалів і фіксують її у зручному положенні. На пошкоджене місце кладуть міхур з льодом або грілку з холодною водою, щоб зупинити підшкірну кровотечу. При збільшенні крововиливу, про що свідчить припухлість, потрібно накласти тиснучу пов’язку.

Розтяг супроводжується локальним болем. Пошкоджений суглоб набряклий, гарячий на дотик. Рухи в ньому супроводжуються болем й утруднені. Може утворитися синець. При розтягу на суглоб накладають тугу тиснучу пов’язку. Травмовану кінцівку тримають припіднятою. Для припинення внутрішньої кровотечі роблять холодні компреси.

Вивих — вид травми, за якої суглобовий кінець однієї кістки зміщується за межі суглобової поверхні іншої, котра разом із першою утворює суглобову «пару». Супроводжується порушенням функції суглоба. Ознаки вивиху: різкий біль при натисканні на суглоб і спробі зробити рух; зміна форми суглоба. Кінцівка набуває незвичного положення. Іноді під шкірою можна легко намацати суглобову поверхню вивихнутої кістки.

У разі вивиху насамперед обов’язково потрібно забезпечити повний спокій кінцівки, накласти на пошкоджений суглоб іммобіліза-ційну пов’язку. При вивихах великих суглобів потерпілому дають знеболювальні засоби. Категорично забороняється самостійно вправляти вивихнуту кістку. Це має робити тільки спеціаліст.

Переломи бувають відкриті (в місці перелому утворюється рана) і закриті (цілість шкіри в ділянці перелому не порушена). Типові ознаки відкритого перелому кістки: сильний біль у місці перелому; нетипова рухливість травмованої ділянки; наявність рани, яка нерідко кровоточить. Іноді в рані видно кінці переламаної кістки.

При закритому переломі виникають припухлість, різкий біль у місці перелому, синець, змінюється форма кінцівки, спостерігається рухливість уламків кістки. Як при відкритих, так і при закритих переломах порушується функція травмованого органа, іноді спостерігається вкорочення кінцівки.

При переломах потрібно насамперед звільнити пошкоджену частину тіла від одягу і взуття (їх краще розрізати), зупинити кровотечу й накласти на рану стерильну пов’язку. Щоб зменшити біль, накладають іммобілізаційну пов’язку (вона різна при переломах кісток різних частин тіла, мал. 4.30), яка фіксує в певному положенні два суглоби, що прилягають до зламаної кістки. Після цього потерпілого можна транспортувати до найближчої лікувальної установи.


Мал. 4.30. Різні форми пов’язок (іммобілізації) при травмах та переломах:

а — при ушкодженні ключиці; б — ребер; в — плеча; г — передпліччя; д — хребта; е — нижніх кінцівок


Не можна вправляти уламки кістки, смикати кінцівку, намагатися виправити положення осі, торкатися рани руками. Слід пам’ятати, що необережні рухи можуть призвести до пошкодження судин, нервів та шкіри.

Причини викривлення хребта і розвитку плоскостопості, заходи запобігання цим аномаліям. Організм людини підтримується у вертикальному положенні багатьма м’язами, зокрема і м’язами спини. Людину роблять «прямостоячою» м’язи-розгиначі. Щоб утримувати тіло у вертикальному положенні, м’язам-розгиначам доводиться протистояти не тільки м’язам-згиначам, а й силі тяжіння.

Випростана спина, розправлені плечі, випрямлені груди, піднята голова — все це ознаки гарної постави і, отже, краси, здоров’я, високої працездатності. Зведені й опущені плечі, запалі груди утруднюють роботу внутрішніх органів, насамперед серця, органів дихання, судин головного мозку.

Людина не народжується з правильною поставою, а набуває її. Постава (мал. 4.31) виробляється в дитячому та юнацькому віці, а після 18 років виправити її вади дуже важко. В дитячому та юнацькому віці, доки хрящова тканина в хребцях ще не замінилася повністю кістковою, особливо важливо стежити за своєю поставою, позою за столом, за партою. У школяра, який день у день сидить або працює в неправильній позі, може викривитися хребет.

Мал. 4.31. Види постави:

а — нормальна; б — випрямлена; в — кіфотична; г — лордотична; д — сутула; е — сколіотична

Викривлення хребта вбік (сколіоз, див. мал. 4.23) виникає переважно в період інтенсивного росту організму (у віці 5—15 років). При цьому спостерігаються деякі зміни й функціональні розлади різних органів і систем грудної клітки та черевної порожнини, що перешкоджає їхньому анатомічному вдосконаленню в процесі розвитку організму.

Вигини хребта вперед — лордози й назад — кіфози характеризують нормальний розвиток хребта. Сильні кіфози (сутулість, горб) або лордози («внутрішні горби»), а також сколіози розвиваються при різних захворюваннях (рахіт) або від неправильної пози під час роботи. Щоб у дітей не викривлявся хребет, треба привчати їх правильно сидіти за партою, столом. Коли дитина носить важкі речі, вигини хребта посилюються, а ріст її сповільнюється. Щоб не розвивалися викривлення, потрібно робити спеціальні вправи і займатися фізичною культурою.

Якщо підліток носить тісне взуття, особливо на високих підборах, то це може призвести до неправильного розвитку стопи. Її склепіння вирівнюється — виникає плоскостопість. Вона може розвинутися і в дорослих, які у зв’язку зі своєю професією змушені довго стояти або ходити. Цьому сприяє також ожиріння. У таких людей, коли вони ходять чи стоять, виникає біль у склепінні стопи. Плоскостопість можна виправляти за допомогою спеціальних фізичних вправ.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити