- •Isbn 966-95910-0-7
- •Isbn 966-95910-0-7
- •Фізіологія м’язів і м’язової діяльності
- •Морфофункцюнальні особливості м’язовоі тканини механізм і енергетика м’язового скорочення
- •1. Морфофункціональні особливості скелетних і гладеньких м’язів
- •2. Фізіологічна характеристика рухових одиниць м’язів
- •3. Нервово-м’язове з’єднання. Механізм м’язового скорочення
- •4. Енергетика м’язового скорочення
- •5. Робоча гіпертрофія м’язів
- •Робота №1 Аналіз взаємодії міозинових ниток саркометра на основі зміни напруження м’язів
- •2. Режими скорочення м’язових волокон.
- •1. Особливості перебігу емоційно-стресових реакцій у спортсменів в процесі спортивної діяльності
- •5. Другий робочий період або стійкий стан
- •6. «Мертва точка» і «друге дихання»
- •3.8. Відповіді на запитання комп’ютерного конролю знань
- •1. Зміни фізіологічних функцій при втомі
- •6. Особливості прояву втоми у школярів
- •7. Загальні закономірності відновлення функцій організму спортсмена після роботи
- •2. Класифікація та загальна характеристика
- •4. Фізіологічна класифікація і характеристика спортивних вправ
- •5. Загальна характеристика динамічних та статичних вправ
- •7. Фактори обмеження працездатності спортсменів циклічних видів спорту
- •3. Фізіологічна природа впливу рухової активності і гіподинамії на організм людини
- •4. Рухова активність і тривалість життя
- •6.8. Відповіді на запитання комп’ютерного контролю знань
- •1. Поняття фізичного тренування, натренованості, підготовленості і спортивної форми
- •2. Фізіологічне обгрунтування основних
- •3. Рівні побудови рухів
- •8.4. Практичні завдання
- •Фізіологічні основи розвитку рухових здібностей у школярів
- •4. Фізіологічне обгрунтування методів тренування сили у школярів
- •7. Вікові особливості розвитку рухових здібностей
- •9.4. Практичні завдання
- •9.7. Типові відповіді на ситуаційні запитання та задачі
- •9.8. Відповіді на запитання комп’ютерного контролю знань
- •1. Фізіологічне обгрунтування шкільного уроку фізичної культури
- •3. Фізіологічне обгрунтування організації позаурочних форм фізичного виховання
- •5. Основи самоконтролю за станом здоров’я школярів
- •10.8. Відповіді на запитання комп’ютерного контролю знань
- •Протокольні замітки до лабораторних робіт розділ і фізіологія м’язів і м’язової діяльності
- •Розділ іі фізіологічна характеристика станів, що виникають в організмі школярів в умовах тренувальної і змагальної діяльності
- •Розділ III фізіологічні механізми адаптащі організму школярів до фізичних навантажень
- •Розділ IV фізіологічні основи формування рухових навичок і розвитку рухових здібностей у школярів
Фізіологія м’язів і м’язової діяльності
Заняття 1
Морфофункцюнальні особливості м’язовоі тканини механізм і енергетика м’язового скорочення
1.1. МЕТА ЗАНЯТТЯ:
• закріпити знання матеріалу теми (обговорення запитань для самопідготовки);
• виявити залежність сили напруження м’язів від їхньої довжини перед скороченням;
• оволодіти методиками тестування анаеробних і аеробних можливостей енергозабезпечення м’язової діяльності;
• вміти рішати ситуаційні задачі і знати відповіді на запитання комп’ютерного контролю знань.
1.2. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ
1. Морфофункціональні особливості м’язової тканини. Фізіологічні особливості м’язової тканини. Загальні особливості будови м’язів. Саркоплазматичний матрикс. Структура міофібрил. Білки м’язів. Саркоплазматичний ретикулум. Саркосоми.
2. Фізіологічна характеристика рухових одиниць м’язів. Композиція м’язів і перспективи розвитку окремих рухових здібностей. Поняття рухової одиниці (РО) нервово-м’язового апарата. Фізіологічна характеристика великих і малих, швидких і повільних РО. Генетичне походження співвідношень різних типів РО.
3. Нервово-м’язове з’єднання. Механізм м’язового скорочення. Морфо-функціональні особливості нервово-м’язових синапсів. Пре- і постсинаптичний нервово-м’язовий блок. Сучасні уявлення механізму м’язового скорочення. Послідовність механічно-хімічних процесів, які протікають в м’язах при їх скороченні. Схеми ковзання міофіламентів міофібрил. Роль тропонін-тропо-міозинової системи в механізмі скорочення міофібрил.
4. Енергетика м’язового скорочення. АТФ – єдине пряме джерело енергії для м’язового скорочення. Ресинтез АТФ в м’язах. Поняття ємності і потужності енергетичних систем. Анаеробні енергосистеми. Киснева енергетична система.
5. Робоча гіпертрофія м’язів та її різновидності. Морфофункціональні зміни в атрофованих м’язах.
1.3. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
1. Морфофункціональні особливості скелетних і гладеньких м’язів
Виконання будь-який фізичних вправ вимагає руху тіла, який здійснюється скороченням скелетних м’язів. До складу скелетних м’язів входить м’язова, нервова і сполучна (зв’язки, сухожилля) тканини. Зверху м’яз покритий зовнішньою сполучнотканинною оболонкою – епімізієм. Він надає м’язу певної форми. Під епімізієм знаходяться малі пучки волокон покриті іншою сполучнотканинною оболонкою – перимізієм. Перимізій покриває пучки м’язових волокон – багатоядерні циліндричної форми видовжені поперечносмугасті клітини (мал.1).
У людини кількість м’язових волокон в м’язі встановлюється через 4-5 місяців після народження і майже не змінюється з віком. Товщина окремих м’язових волокон – 10-100 мкм, довжина – від 1-2 до 10-12 см. При народжені дитини товщина м’язових волокон становить приблизно 1/5 товщини волокон дорослих людей. Діаметр м’язових волокон значно зростає під впливом систематичних тренувань. Загальна маса м’язів в чоловіків середнього рівня натренованості біля 38% ваги тіла (327 парних скелетних м’язів і 2 м’язи непарні, 49 м’язів внутрішніх органів і органів відчуття). М’язи містять 75-80% води, 18% білка, 0,2% жиру, 0,7% глікогену, 0,45% креатинфосфату.
Мал.1. Будова скелетного м ‘яза
Мал.2. Поперечні трубочки і саркоплазматичний ретикулум м’язового волокна
М’язове волокно покрите тонкою еластичною мембраною-сарколемою (від грецького слова «capкос» – м’ясо), яка з’єднується із сполучною тканиною м’яза. Сарколема відіграє важливу роль у виникненні і проведенні збудження. Всередині м’язового волокна знаходиться саркоплазма. До її складу входить саркоплазматичний матрикс і ретикулум (мал. 2).
Саркоплазматичний матрикс – це рідина, в яку занурені скоротливі елементи м’язового волокна – міофібрили. Крім міофібрил до складу матрикса входять гранули глікогену, крапельки жиру, фосфатні речовини і інші малі молекули і іони, розчинні білки (16,5-21%). Розрізняють саркоплазмотичні (міоген, глобулін білок пігмент міоглобін, міоальбумін, різні ферменти, нуклеопротеїди ядер, багаті ДНК) і міофібрилярні (міозин, актин, актомізин, тропонін, тропоміозин, контрактин і ін.) білки. Тропонін і тропоміозин входять до складу актинових протофібрил. Тропінін-тропоміозинова система під час відсутності іонів Са++ в стані спокою гальмує змикання поперечних містків з акти-новими нитками і блокує АТФ-азну активність міозинових головок.
З білків саркоплазми особливу роль виконує міоглобін. З’єднуючись з киснем крові, цей білок забезпечує депонування 15% кисню. Кисень, зв’язаний з міоглобіном, використовується лише в екстремальних ситуаціях, зокрема при виконанні напруженої м’язової роботи. Багато міоглобіну в м’язах дельфіна, тюленя (15-30% від сухого залишку м’язової тканини), а також у людей, професія яких вимагає тривалої затримки дихання (збирачі перлин, спортсмени підводного плавання тощо).
При з’єднанні міофібрілярного білку міозину з актином утворюється скоротливий білок актоміозин. Міозин і актоміозин є ферментами АТФ. Ферментативна дія міозину на АТФ активується іонами Са++. В кожному м’язовому волокні знаходиться до 1000 і більше міофібрил. Це спеціалізовані скоротливі структури діаметром 1-3 мкм. До складу міофібрил входять товсті міозинові і тонкі актинові філаменти (мал.3).
Кожний міозиновий філамент утворений наближено 200 молекулами міозину, вбудованими бік в бік кінцями один до одного. Кожна молекула міозину складається з двох сплетених білкових пучків (мал. 4а, б). Один кінець кожного пучка утворює глобулярну (міозинові) головку. Висуваючись вперед, головка міозинового філаменту утворює поперечні містки, які взаємодіють в час м’язового скорочення з спеціальними активними ділянками на актинових філаментах.
Мал.3. Схема ділянки волокна скелетного м ‘язу (за Щагатієвою).
Мал.4. Молекула міозину (а); міозиновий філа-мент (б); актиновий філамент, який складається з молекул актина, тропоміозина і тропоніна (в) (за Д.Уілмором і Д.Костіллом, 1997).
Кожний актиновий філамент складається з трьох різних протеїнових молекул: актину, тропоміозина і тропоніна. Актин є основою філамента. Окремі глобулярні актинові молекули, з’єднуючись, утворюють нитки актинових молекул; білок тропоміозин має форму трубочки, яка звивається навколо актинових ниток. Більш складний білок тропонін через рівні проміжки прикріплений до ниток актину і до тропоміозину (мал. 4в).
Просторове розташування міофіламентів визначає посмугованість скелетних м’язів, яку добре видно під мікроскопом. Тонкі Z-мембрани (телофрагма-Т), до яких прикріпляються тонкі філаменти ділять міофібрили на саркомери. Саркомер – це основна структурно-функціональна скоротлива одиниця міофібрили. В саркомерах актинові філаменти розташовані між міозиновими, які мають довгі «хвости» і «головки». Головки міозинових молекул повернуті в косому напрямі до актинових ниток і мають назву поперечних містків.
Поперечна посмугованість міофібрил є наслідком чергування ділянок саркомера з сильним і слабким заломленням променів. В тій частині саркомера, де розміщені тільки тонкі нитки (диск-І), заломлення променів невелике. В місцях перекриття товстих і тонких ниток (диск-А) заломлення променів подвійне, а тому вони виглядають темними. Всередині диска-А тонких ниток немає – це Н-зона, вона світла. Посередині А-диска поперек проходить мембрана -ізофрагма (М), вона взаємозв’язана з телофрагмою (Z-лінією) і з сарколемою.
Міофібрили згруповані в пучки (колонки) по 4-10 штук в кожному .Колонки тісно зв’язані з транспортною системою м’язового волокна (саркоплазматич-ною сіткою), по якій циркулюють речовини і розповсюджується електрична хвиля збудження. Саркопла-зматична сітка складається з поперечних (Т-тру-бочок) і поздовжніх трубочок, розташованних між міофібрилами паралельно до них. Кінці поздовжніх трубочок мають розширення (міхурі), в яких зосереджені іони С++. Саме іонам кальцію належить ключова роль в механізмі м’язового скорочення. Важливими функціями саркоплазматичної сітки є передача потенціалу м’язового волокна з поверхні мембрани до цистерн та виділення продуктів обміну (молочної кислоти, вуглекислого газу тощо) з м’язової тканини в міжклітинні простори.
В м’язовій клітині по ходу міофібрил знаходяться мітохондрії (саркосоми). їх кількість зумовлює функціональну активність м’язів. До складу мітохон-дрій входять білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, а також велика кількість ферментів, які беруть безпосередню участь у процесах ресинтезу АТФ. Найбільше мітохондрій в постійно працюючому серцевому м’язі.
Непосмугована м’язова тканина. Гладенькі м’язи утворюють стінки внутрішніх органів (органів травної системи, бронхів, кровоносних і лімфатичних судин, сечового міхура, матки тощо), шкіри і залоз. На відміну від посмугованої м’язової тканини міофібрили гладеньких м’язів не мають посмугованості. До їх складу входить білок тономіозин (різновидність актоміозину), а також леатонін, функцією якого є підтримання тривалого тонічного напруження. Це зумовлено хаотичним розташуванням скоротливих білків у волокнах гладеньких м’язів. Довжина клітин гладеньких м’язів залежить від органу, до складу якого вони входять (20-500 мкм), діаметр-5-20 мкм.
Гладенькі м’язи менш збудливі, ніж поперечносмугасті, вони мають більш тривалий рефрактерний період і невелику швидкість поширення нервового імпульсу (2-15 см/с). Збудження по непосмугованих м’язах може вільно передаватися з одного волокна на інше. Ці та інші морфофізіологічні особливості гладеньких м’язів зумовлюють ряд відмінних ознак їх функціонування (табл.1).
Таблиця 1
Порівняльна характеристика властивостей скелетного, серцевого і гладенького
м’язів
Показники |
Скелетний м’яз |
М’яз серця |
Гладенький м’яз |
Хронаксія, мс. |
0,08-0,4 |
2-3 |
20-40 |
Тривалість рефрактерного періоду, с |
0,005-0,01 |
0,3-0,4 |
десяті долі секунди |
Швидкість проведення збудження, мс. |
6-11 |
1-4 |
0,5-1 |
Тривалість поодиноких скорочень, с |
0,05-0,1 |
0,5-0,8 |
десятки секунд |
Скорочення непосмугованих м’язів відбувається більш повільно і тривало (енергоекономне тонічне скорочення). Протягом всього життя людини в тонусі знаходяться м’язи стінок кровоносних і лімфатичних судин, тривалий період часу в тонусі перебувають гладенькі м’язи сфінктерів травного каналу, сечового і жовчного міхурів, матки та інших органів. Гладенькі м’язи здатні зберігати тривалий час зумовлену розтягненням довжину без зміни напруження (пластичність), що лежить в основі ефективного функціонування стінок порожнистих органів (матки, сечового та жовчного міхурів).
Для гладеньких м’язів характерна автоматія. Автоматія зумовлена нервовими елементами, розташованими в стінках відповідних органів (наприклад, мейснеровського і ауербахового сплетінь у травному тракті), а також хімічними речовинами (ацетилхалін, адреналін, гістамін, серотонін тощо).
Ефект від одних і тих же хімічних подразників ятя різних непосмугованих м’язів різний. Так, для тладеньких м’язів шлунково-кишкового тракту ацетилхолін є збуджуючим, а адреналін – гальмівним. Щодо м’язів стінок деяких кровоносних судин адреналін, навпаки, викликає скорочення, а ацетилхолін – розслаблення. Гладенькі м’язи іннервуються симпатичними і парасимпатичними нервами, які також виявляють вплив на їхніх функціональний стан.