У позвоночных животных и человека различают три разных по строению группы мышц :

• поперечно-полосатые мышцы скелета;
• поперечно-полосатая мышца сердца;
• гладкие мышцы внутренних органов, сосудов и кожи.

Рис. 1. Виды мышц человека

Гладкие мышцы

Из двух видов мышечной ткани (поперечно-полосатой и гладкой) гладкая мышечная ткань находится на более низкой ступени развития и присуща низшим животным.

Образуют мышечный слой стенок желудка, кишечника, мочеточников, бронхов, кровеносных сосудов и других полых органов. Они состоят из веретенообразных мышечных волокон и не имеют поперечной исчерченности, так как миофибриллы в них расположены менее упорядоченно. В гладких мышцах отдельные клетки соединяются между собой специальными участками наружных мембран - нексусами . За счет этих контактов потенциалы действия распространяются с одного мышечного волокна на другое. Поэтому в реакцию возбуждения быстро вовлекается вся мышца.

Гладкие мышцы осуществляют движения внутренних органов, кровеносных и лимфатических сосудов. В стенках внутренних органов они, как правило, располагаются в виде двух слоев: внутреннего кольцевого и наружного продольного. В стенках артерии они формируют спиралевидные структуры.

Характерной особенностью гладких мышц является их способность к спонтанной автоматической деятельности (мышцы желудка, кишечника, желчного пузыря, мочеточников). Это свойство регулируется нервными окончаниями. Гладкие мышцы пластичны, т.е. способны сохранять приданную растяжением длину без изменения напряжения. Скелетная мышца, наоборот, обладает малой пластичностью и эту разницу легко установить в следующем опыте: если растянуть с помощью грузов и гладкую и поперечно-полосатую мышцы и снять груз, то скелетная мышца сразу же после этого укорачивается до первоначальной длины, а гладкая мышца долгое время может находиться в растянутом состоянии.

Такое свойство гладких мышц имеет большое значение для функционирования внутренних органов. Именно пластичность гладких мышц обеспечивает лишь небольшое изменение давления внутри мочевого пузыря при его наполнении.

Рис. 2. А. Волокно скелетной мышцы, клетка сердечной мышцы, гладкая мышечная клетка. Б. Саркомер скелетной мышцы. В. Строение гладкой мышцы. Г. Механограмма скелетной мышцы и мышцы сердца.

Гладким мышцам присущи те же основные свойства, что и поперечнополосатым скелетным мышцам, но и некоторые особые свойства:

• автоматия, т.е. способность сокращаться и расслабляться без внешних раздражений, а за счет возбуждений, возникающих в них самих;
• высокая чувствительность к химическим раздражителям;
• выраженная пластичность;
• сокращение в ответ на быстрое растяжение.

Сокращение и расслабление гладких мышц происходит медленно. Это способствует наступлению перестальтических и маятникообразных движений органов пищеварительного тракта, что приводит к перемещению пищевого комка. Длительное сокращение гладких мышц необходимо в сфинктерах полых органов и препятствует выходу содержимого: желчи в желчном пузыре, мочи в мочевом пузыре. Сокращение гладкомышечных волокон совершается независимо от нашего желания, под воздействием внутренних, не подчиненных сознанию причин.

Поперечно-полосатые мышцы

Поперечно-полосатые мышцы располагаются на костях скелета и сокращением приводят в движение отдельные суставы и все тело. образуют тело, или сому, поэтому их еще называют соматическими, а иннервирующую их систему — соматической нервной системой.

Благодаря деятельности скелетной мускулатуры осуществляется передвижение тела в пространстве, разнообразная работа конечностей, расширение грудной клетки при дыхании, движение головы и позвоночника, жевание, мимика лица. Насчитывается более 400 мышц. Общая масса мышц составляет 40% веса. Обычно средняя часть мышцы состоит из мышечной ткани и образует брюшко. Концы мышц — сухожилия построены из плотной соединительной ткани; они соединяются с костями при помощи надкостницы, но могут прикрепляться и к другой мышце, и к соединительному слою кожи. В мышце мышечные и сухожильные волокна объединяются в пучки при помощи рыхлой соединительной ткани. Между пучками располагаются нервы и кровеносные сосуды. пропорциональна количеству волокон, составляющих брюшко мышцы.

Рис. 3. Функции мышечной ткани

Некоторые мышцы проходят только через один сустав и при сокращении приводят его в движение — односуставные мышцы. Другие мышцы проходят через два или несколько суставов — многосуставные, они производят движение в нескольких суставах.

При концы мышцы, прикрепленные к костям, приближаются друг к другу, а размеры мышцы (длина) уменьшается. Кости, соединенные суставами, действуют как рычаги.

Изменяя положение костных рычагов, мышцы действуют на суставы. При этом каждая мышца влияет на сустав только в одном направлении. У одноосного сустава (цилиндрический, блоковидный) имеются две действующие на него мышцы или группы мышц, являющиеся антагонистами: одна мышца — сгибатель, другая — разгибатель. В то же время на каждый сустав в одном направлении действует, как правило, две мышцы и более, являющиеся синергистами (синергизм — совместное действие).

У двуосного сустава (эллипсоидный, мышелковый, седловидный) мышцы группируются соответственно двум его осям, вокруг которых совершаются движения. К шаровидному суставу, имеющему три оси движения (многоосный сустав), мышцы прилежат со всех сторон. Так, например, в плечевом суставе имеются мышцы-сгибатели и разгибатели (движения вокруг фронтальной оси), отводящие и приводящие (сагиттальная ось) и вращатели вокруг продольной оси, кнутри и кнаружи. Различают три вида работы мышц: преодолевающую, уступающую и удерживающую.

Если благодаря сокращению мышцы меняется положение части тела, то преодолевается сила сопротивления, т.е. выполняется преодолевающая работа. Работа, при которой сила мышцы уступает действию силы тяжести и удерживаемого груза, называется уступающей. В этом случае мышца функционирует, однако она не укорачивается, а удлиняется, например, когда невозможно поднять или удержать на весу тело, имеющее большую массу. При большом усилии мышц приходится опустить это тело на какую-нибудь поверхность.

Удерживающая работа выполняется благодаря сокращению мышц, тело или груз удерживается в определенном положении без перемещения в пространстве, например человек держит груз, не двигаясь. При этом мышцы сокращаются без изменения длины. Сила сокращения мышц уравновешивает массу тела и груза.

Когда мышца, сокращаясь, перемешает тело или его части в пространстве, они выполняют преодолевающую или уступающую работу, которая является динамической. Статистической является удерживающая работа, при которой не происходит движений всего тела или его части. Режим, при котором мышца может свободно укорачиваться, называется изотоническим (не происходит изменения напряжения мышцы и меняется только ее длина). Режим, при котором мышца не может укоротиться, называется изометрическим — меняется только напряжение мышечных волокон.

Рис. 4. Мышцы человека

Строение поперечно-полосатых мышц

Скелетные мышцы состоят из большого числа мышечных волокон, которые объединяются в мышечные пучки.

В одном пучке содержится 20-60 волокон. Мышечные волокна представляют собой клетки цилиндрической формы длиной 10-12 см и диаметром 10-100 мкм.

Каждое мышечное волокно имеет оболочку (сарколемму) и цитоплазму (саркоплазму). В саркоплазме находятся все компоненты животной клетки и вдоль оси мышечного волокна располагаются тонкие нити - миофибриллы, Каждая миофибрилла состоит из протофибрилл, в состав которых вкючены нити белков миозина и актина, являющихся сократительным аппаратом мышечного волокна. Миофибриллы разделены между собой перегородками, которые называются Z-мембранами, на участки - саркомеры. На обоих концах саркомеров к Z-мембране прикреплены тонкие актиновые нити, а в середине расположены толстые миозиновые нити. Нити актина своими концами частично входят между миозиновыми нитями. В световом микроскопе нити миозина выглядят в виде светлой полоски в темном диске. При электронной микроскопии скелетные мышцы выглядят исчерченными (поперечно-полосатыми).

Рис. 5. Поперечные мостики: Ак — актин; Мз — миозин; Гл — головка; Ш — шейка

На боковых сторонах миозиновой нити имеются выступы, получившие название поперечных мостиков (рис. 5), которые расположены под углом 120° по отношению к оси миозиновой нити. Актиновые филаменты выглядят в виде двойной нити, закрученной в двойную спираль. В продольных бороздках актиновой спирали находятся нити белка тропомиозина, к которым присоединен белок тропонин. В состоянии покоя молекулы белка тропомиозина расположены таким образом, чтобы предотвращать прикрепление поперечных мостиков миозина к актиновым нитям.

Рис. 6. А — организация цилиндрических волокон в скелетной мышце, прикрепленной к костям сухожилиями. Б — структурная организация филаментов в волокне скелетной мышцы, создающая картину поперечных полос.

Рис. 7. Строение актина и миозина

Во многих местах поверхностная мембрана углубляется в виде микротрубок внутрь волокна, перпендикулярно его продольной оси, образуя систему поперечных трубочек (Т-система). Параллельно миофибриллам и перпендикулярно поперечным трубочкам между миофибрилл расположена система продольных трубочек (саркоплазматический ретикулум). Концевые расширения этих трубочек - терминальные цистерны - подходят очень близко к поперечным трубочкам, образуя совместно с ними так называемые триады. В цистернах сосредоточено основное количество внутриклеточного кальция.

Механизм сокращения скелетной мышцы

Мышечная ткань состоит из клеток, называемых мышечными волокнами. Снаружи волокно окружено оболочкой — сарколеммой. Внутри сарколеммы содержится цитоплазма (саркоплазма), содержащая ядра и митохондрии. В ней содержится огромное количество сократительных элементов, называемых миофибриллами. Миофибриллы проходят от одного конца мышечного волокна до другого. Они существуют сравнительно короткий срок — около 30 суток, после чего и происходит их полная смена. В мышцах идет интенсивный синтез белка, необходимый для образования новых миофибрилл.

Мышечное волокно содержит большое количество ядер, которые располагаются непосредственно под сарколеммой, поскольку основная часть мышечного волокна занята миофибриллами. Именно наличие большого числа ядер обеспечивает синтез новых миофибрилл. Такая быстрая смена миофибрилл обеспечивает высокую надежность физиологических функций мышечной ткани.

Рис. 7. А — схема организации саркоплазматического ретикулума, поперечных трубочек и миофибрилл. Б — схема анатомической структуры поперечных трубочек и саркоплазматического ретикулума в индивидуальном волокне скелетной мышцы. В — роль саркоплазматического ретикулума в механизме сокращения скелетной мышцы

Каждая миофибрилла состоит из правильно чередующихся светлых и темных участков. Эти участки, обладая разными оптическими свойствами, создают поперечную исчерченность мышечной ткани.

В скелетной мышце сокращение вызывается поступлением к ней импульса по нерву. Передача нервного импульса с нерва на мышцу осуществляется через нервно-мышечный синапс (контакт).

Одиночный нервный импульс, или однократное раздражение, приводит к элементарному сократительному акту — одиночному сокращению. Начало сокращения не совпадает с моментом нанесения раздражения, поскольку существует скрытый, или латентный, период (интервал между нанесением раздражения и началом сокращения мышцы). В этот период происходит развитие потенциала действия, активация ферментных процессов и распад АТФ. После этого начинается сокращение. Распад АТФ в мышце приводит к превращению химической энергии в механическую. Энергетические процессы всегда сопровождаются выделением тепла и тепловая энергия обычно является промежуточной между химической и механическими энергиями. В мышце же химическая энергия превращается непосредственно в механическую. Но тепло в мышце образуется и за счет укорочения мышцы, и во время ее расслабления. Тепло, образующееся в мышцах, играет большую роль в поддержании температуры тела.

В отличие от сердечной мышцы, которая обладает свойством автоматики, т.е. она способна сокращаться под влиянием импульсов, возникающих в ней самой, и в отличие от гладкой мускулатуры, также способной к сокращению без поступления сигналов извне, скелетная мышца сокращается только при поступлении к ней сигналов из . Непосредственно сигналы к мышечным волокнам поступают по аксонам двигательных клеток, расположенным в передних рогах серого вещества спинного мозга (мотонейронам).

Рефлекторный характер деятельности мышц и координация мышечных сокращений

Скелетные мышцы в отличие от гладких способны совершать произвольные быстрые сокращения и производить этим значительную работу. Рабочим элементом мышцы является мышечное волокно. Типичное мышечное волокно представляет собой структуры с несколькими ядрами, отодвинутыми на периферию массой сократительных миофибрилл.

Мышечные волокна обладают тремя основными свойствами:

• возбудимостью — способностью отвечать на действия раздражителя генерацией потенциала действия;
• проводимостью — способностью проводить волну возбуждения вдоль всего волокна в обе стороны от точки раздражения;
• сократимостью — способностью сокращаться или изменять напряжение при возбуждении.

В физиологии имеется понятие двигательной единицы, под которой подразумевается один двигательный нейрон и все мышечные волокна, которые этот нейрон иннервирует. Двигательные единицы бывают разными по объему: от 10 мышечных волокон на единицу для мышц, выполняющих точные движения, до 1000 и более волокон на двигательную единицу для мышц «силовой направленности». Характер работы скелетных мышц может быть различным: статическая работа (поддержание позы, удержание груза) и динамическая работа (перемещение тела или груза в пространстве). Мышцы участвуют также в передвижении крови и лимфы в организме, выработке тепла, актах вдоха и выдоха, являются своеобразными депо для воды и солей, защищают внутренние органы, например мышцы брюшной стенки.

Для скелетной мышцы характерны два основных режима сокращения — изометрический и изотонический.

Изометрический режим проявляется в том, что в мышце во время ее активности нарастает напряжение (генерируется сила), но из-за того, что оба конца мышцы фиксированы (например, при попытке поднять очень большой груз), — она не укорачивается.

Изотонический режим проявляется в том, что мышца первоначально развивает напряжение (силу), способное поднять данный груз, а потом мышца укорачивается — меняет свою длину, сохраняя напряжение, равное весу удерживаемого груза. Чисто изометрического или изотонического сокращения практически наблюдать нельзя, но существуют приемы так называемой изометрической гимнастики, когда спортсмен напрягает мышцы без изменения длины. Эти упражнения в большей мере развивают силу мышц, чем упражнения с изотоническими элементами.

Сократительный аппарат скелетной мышцы представлен миофибриллами. Каждая миофибрилла диаметром 1 мкм состоит из нескольких тысяч протофибрилл — тонких, удлиненных полимеризированных молекул белков миозина и актина. Миозиновые нити в два раза тоньше актиновых, и в состоянии покоя мышечного волокна актиновые нити свободными кольцами входят между миозиновыми нитями.

В передаче возбуждения большую роль играют ионы кальция, которые входят в межфибриллярное пространство и запускают механизм сокращения: взаимное втягивание относительно друг друга актиновых и миозиновых нитей. Втягивание нитей происходит при обязательном участии АТФ. В активных центрах, расположенных на одном из концов миозиновых нитей, АТФ расщепляется. Энергия, выделяемая при расщеплении АТФ, преобразуется в движение. В скелетных мышцах запас АТФ невелик — всего на 10 одиночных сокращений. Поэтому необходим постоянный ре- синтез АТФ, который идет тремя путями: первый — за счет запасов креатинфосфата, которые ограничены; второй — гликолитический путь при анаэробном расщеплении глюкозы, когда на одну молекулу глюкозы образуется две молекулы АТФ, но одновременно образуется молочная кислота, которая тормозит активность гликолитических ферментов, и наконец третий — аэробное окисление глюкозы и жирных кислот в цикле Кребса, совершающееся в митохондриях и образующее 38 молекул АТФ на 1 молекулу глюкозы. Последний процесс наиболее экономичный, но очень медленный. Постоянная тренировка активизирует третий путь окисления, в результате чего повышается выносливость мышц к длительным нагрузкам.

Ткань - расположение в организме, виды, функции, строение

Ткани - это система клеток и межклеточного вещества, имеющих одинаковое строение, происхождение и функции.

Межклеточное вещество - продукт жизнедеятельности клеток. Оно обеспечивает связь между клетками и формирует для них благоприятную среду. Оно может быть жидким, например, плазма крови; аморфным - хрящи; структурированным - мышечные волокна; твёрдым - костная ткань (в виде соли).

Клетки ткани имеют различную форму, которая определяет их функцию. Ткани делятся на четыре типа:

• эпителиальная - пограничные ткани: кожа, слизистая;
• соединительная - внутренняя среда нашего организма;
• мышечная ткань;
• нервная ткань.

Эпителиальная ткань

Эпителиальные (пограничные) ткани - выстилают поверхность тела, слизистые оболочки всех внутренних органов и полостей организма, серозные оболочки, а также формируют железы внешней и внутренней секреции. Эпителий, выстилающий слизистую оболочку, располагается на базальной мембране, а внутренней поверхностью непосредственно обращен к внешней среде. Его питание совершается путём диффузии веществ и кислорода из кровеносных сосудов через базальную мембрану.

Особенности: клеток много, межклеточного вещества мало и оно представлено базальной мембраной.

Эпителиальные ткани выполняют следующие функции:

• защитная;
• выделительная;
• всасывающая.

Классификация эпителиев. По числу слоёв различают однослойный и многослойный. По форме различают: плоский, кубический, цилиндрический.

Если все эпителиальные клетки достигают базальной мембраны, это однослойный эпителий, а если с базальной мембраной связаны только клетки одного ряда, а другие свободны, - это многослойный. Однослойный эпителий может быть однорядным и многорядным, что зависит от уровня расположения ядер. Иногда одноядерный или многоядерный эпителий имеет мерцательные реснички, обращенные во внешнюю среду.

Многослойный эпителий Эпителиальная (покровная) ткань, или эпителий, представляет собой пограничный слой клеток, который выстилает покровы тела, слизистые оболочки всех внутренних органов и полостей, а также составляет основу многих желез.

Железистый эпителий Эпителий отделяет организм (внутреннюю среду) от внешней среды, но одновременно служит посредником при взаимодействии организма с окружающей средой. Клетки эпителия плотно соединены друг с другом и образуют механический барьер, препятствующий проникновению микроорганизмов и чужеродных веществ внутрь организма. Клетки эпителиальной ткани живут непродолжительное время и быстро заменяются новыми (этот процесс именуется регенерацией).

Эпителиальная ткань участвует и во многих других функциях: секреции (железы внешней и внутренней секреции), всасывании (кишечный эпителий), газообмене (эпителий легких).

Главной особенностью Эпителия является то, что он состоит из непрерывного слоя плотно прилегающих клеток. Эпителий может быть в виде пласта из клеток, выстилающих все поверхности организма, и в виде крупных скоплений клеток - желез: печень, поджелудочная, щитовидная, слюнные железы и др. В первом случае он лежит на базальной мембране, которая отделяет эпителий от подлежащей соединительной ткани. Однако существуют исключения: эпителиальные клетки в лимфатической ткани чередуются с элементами соединительной ткани, такой эпителий называется атипическим.

Эпителиальные клетки, располагающиеся пластом, могут лежать во много слоев (многослойный эпителий) или в один слой (однослойный эпителий). По высоте клеток различают эпителии плоский, кубический, призматический, цилиндрический.

Однослойный плоский эпителий - выстилает поверхность серозных оболочек: плевра, лёгкие, брюшина, перикард сердца.

Однослойный кубический эпителий - образует стенки канальцев почек и выводные протоки желёз.

Однослойный цилиндрический эпителий - образует слизистую желудка.

Каёмчатый эпителий - однослойный цилиндрический эпителий, на наружной поверхности клеток которого имеется каёмка, образованная микроворсинками, обеспечивающими всасывание питательных веществ - выстилает слизистую тонкого кишечника.

Мерцательный эпителий (реснитчатый эпителий) - псевдомногослойный эпителий, состоящий из цилиндрических клеток, внутренний край которых, т. е. обращенный в полость или канал, снабжён постоянно колеблющимися волосковидными образованиями (ресничками) - реснички обеспечивают движение яйцеклетки в трубах; в дыхательных путях удаляет микробов и пыль.

Многослойный эпителий расположен на границе организма и внешней среды. Если в эпителии протекают процессы ороговения, т. е. верхние слои клеток превращаются в роговые чешуйки, то такой многослойный эпителий называется ороговевающим (поверхность кожи). Многослойный эпителий выстилает слизистую рта, пищевой полости, роговую глаза.

Переходный эпителий выстилает стенки мочевого пузыря, почечных лоханок, мочеточника. При наполнении этих органов переходный эпителий растягивается, а клетки могут переходить из одного ряда в другой.

Железистый эпителий - образует железы и выполняет секреторную функцию (выделяет вещества - секреты, которые либо выводятся во внешнюю среду, либо поступают в кровь и лимфу (гормоны)). Способность клеток вырабатывать и выделять вещества, необходимые для жизнедетельности организма, называется секрецией. В связи с этим такой эпителий получил также название секреторного эпителия.

Соединительная ткань

Соединительная ткань Состоит из клеток, межклеточного вещества и соединительнотканных волокон. Из нее состоят кости, хрящи, сухожилия, связки, кровь, жир, она есть во всех органах (рыхлая соединительная ткань) в виде так называемой стромы (каркаса) органов.

В противоположность эпителиальной ткани во всех типах соединительной ткани (кроме жировой) межклеточное вещество преобладает над клетками по объему, т. е. межклеточное вещество очень хорошо выражено. Химический состав и физические свойства межклеточного вещества очень разнообразны в различных типах соединительной ткани. Например, кровь - клетки в ней «плавают» и передвигаются свободно, поскольку межклеточное вещество хорошо развито.

В целом, соединительная ткань составляет то, что называют внутренней средой организма. Она очень разнообразна и представлена различными видами - от плотных и рыхлых форм до крови и лимфы, клетки которых находятся в жидкости. Принципиальные различия типов соединительной ткани определяются соотношениями клеточных компонентов и характером межклеточного вещества.

В плотной волокнистой соединительной ткани (сухожилия мышц, связки суставов) преобладают волокнистые структуры, она испытывает существенные механические нагрузки.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань чрезвычайно распространена в организме. Она очень богата, наоборот, клеточными формами разных типов. Одни из них участвуют в образовании волокон ткани (фибробласты), другие, что особенно важно, обеспечивают прежде всего защитные и регулирующие процессы, в том числе через иммунные механизмы (макрофаги, лимфоциты, тканевые базофилы, плазмоциты).

Костная ткань

Костная ткань Костная ткань, образующая кости скелета, отличается большой прочностью. Она поддерживает форму тела (конституцию) и защищает органы, расположенные в черепной коробке, грудной и тазовой полостях, участвует в минеральном обмене. Ткань состоит из клеток (остеоцитов) и межклеточного вещества, в котором расположены питательные каналы с сосудами. В межклеточном веществе содержится до 70% минеральных солей (кальций, фосфор и магний).

В своем развитии костная ткань проходит волокнистую и пластинчатую стадии. На различных участках кости она организуется в виде компактного или губчатого костного вещества.

Хрящевая ткань

Хрящевая ткань состоит из клеток (хондроцитов) и межклеточного вещества (хрящевого матрикса), характеризующегося повышенной упругостью. Она выполняет опорную функцию, так как образует основную массу хрящей.

Различают три разновидности хрящевой ткани: гиалиновую, входящую в состав хрящей трахеи, бронхов, концов ребер, суставных поверхностей костей; эластическую, образующую ушную раковину и надгортанник; волокнистую, располагающуюся в межпозвоночных дисках и соединениях лобковых костей.

Жировая ткань

Жировая ткань похожа на рыхлую соединительную ткань. Клетки крупные, наполнены жиром. Жировая ткань выполняет питательную, формообразующую и терморегулирующую функции. Жировая ткань подразеляется на два типа: белую и бурую. У человека преобладает белая жировая ткань, часть ее окружает органы, сохраняя их положение в теле человека и другие функции. Количество бурой жировой ткани у человека невелико (она имеется главным образом у новорожденного ребенка). Главная функция бурой жировой ткани - теплопродукция. Бурая жировая ткань поддерживает температуру тела животных во время спячки и температуру новорожденных детей.

Мышечная ткань

Мышечные клетки называют мышечными волокнами, потому что они постоянно вытянуты в одном направлении.

Классификация мышечных тканей проводится на основании строения ткани (гистологически): по наличию или отсутствию поперечной исчерченности, и на основании механизма сокращения - произвольного (как в скелетной мышце) или непроизвольного (гладкая или сердечная мышцы).

Мышечная ткань обладает возбудимостью и способностью к активному сокращению под влиянием нервной системы и некоторых веществ. Микроскопические различия позволяют выделить два типа этой ткани - гладкую (неисчерченную) и поперечнополосатую (исчерченную).

Гладкая мышечная ткань имеет клеточное строение. Она образует мышечные оболочки стенок внутренних органов (кишечника, матки, мочевого пузыря и др.), кровеносных и лимфатических сосудов; сокращение ее происходит непроизвольно.

Поперечнополосатая мышечная ткань состоит из мышечных волокон, каждое из которых представлено многими тысячами клеток, слившимися, кроме их ядер, в одну структуру. Она образует скелетные мышцы. Их мы можем сокращать по своему желанию.

Разновидностью поперечнополосатой мышечной ткани является сердечная мышца, обладающая уникальными способностями. В течение жизни (около 70 лет) сердечная мышца сокращается более 2,5 млн. раз. Ни одна другая ткань не обладает таким потенциалом прочности. Сердечная мышечная ткань имеет поперечную исчерченность. Однако в отличие от скелетной мышцы здесь есть специальные участки, где мышечные волокна смыкаются. Благодаря такому строению сокращение одного волокна быстро передается соседним. Это обеспечивает одновременность сокращения больших участков сердечной мышцы.

Также особенности строения мышечной ткани в том, что ее клетки содержат пучки миофибрилл, сформированных двумя белками - актином и миозином.

Нервная ткань

Нервная ткань состоит из двух разновидностей клеток: нервных (нейронов) и глиальных. Глиальные клетки вплотную прилегают к нейрону, выполняя опорную, питательную, секреторную и защитную функции.

Нейрон - основная структурная и функциональная единица нервной ткани. Главная его особенность - способность генерировать нервные импульсы и передавать возбуждение другим нейронам или мышечным и железистым клеткам рабочих органов. Нейроны могут состоять из тела и отростков. Нервные клетки предназначены для проведения нервных импульсов. Получив информацию на одном участке поверхности, нейрон очень быстро передает ее на другой участок своей поверхности. Так как отростки нейрона очень длинные, то информация передается на большие расстояния. Большинство нейронов имеют отростки двух видов: короткие, толстые, ветвящиеся вблизи тела - дендриты и длинные (до 1.5 м), тонкие и ветвящиеся только на самом конце - аксоны. Аксоны образуют нервные волокна.

Нервный импульс - это электрическая волна, бегущая с большой скоростью по нервному волокну.

В зависимости от выполняемых функций и особенностей строения все нервные клетки подразделяются на три типа: чувствительные, двигательные (исполнительные) и вставочные. Двигательные волокна, идущие в составе нервов, передают сигналы мышцам и железам, чувствительные волокна передают информацию о состоянии органов в центральную нервную систему.

Теперь всю полученную информацию мы можем объединить в таблицу.

Типы тканей (таблица)

Совокупность клеток и межклеточного вещества, сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям, называют тканью . В организме человека выделяют 4 основных группы тканей : эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную.

Эпителиальная ткань (эпителий) образует слой клеток, из которых состоят покровы тела и слизистые оболочки всех внутренних органов и полостей организма и некоторые железы. Через эпителиальную ткань происходит обмен веществ между организмом и окружающей средой. В эпителиальной ткани клетки очень близко прилегают друг к другу, межклеточного вещества мало.

Таким образом создается препятствие для проникновения микробов, вредных веществ и надежная защита лежащих под эпителием тканей. В связи с тем, что эпителий постоянно подвергается разнообразным внешним воздействиям, его клетки погибают в больших количествах и заменяются новыми. Смена клеток происходит благодаря способности эпителиальных клеток и быстрому .

Различают несколько видов эпителия – кожный, кишечный, дыхательный.

К производным кожного эпителия относятся ногти и волосы. Кишечный эпителий односложный. Он образует и железы. Это, например, поджелудочная железа, печень, слюнные, потовые железы и др. Выделяемые железами ферменты расщепляют питательные вещества. Продукты расщепления питательных веществ всасываются кишечным эпителием и попадают в кровеносные сосуды. Дыхательные пути выстланы мерцательным эпителием. Его клетки имеют обращенные кнаружи подвижные реснички. С их помощью удаляются из организма попавшие с воздухом твердые частицы.

Соединительная ткань . Особенность соединительной ткани – это сильное развитие межклеточного вещества.

Основными функциями соединительной ткани являются питательная и опорная. К соединительной ткани относятся кровь, лимфа, хрящевая, костная, жировая ткани. Кровь и лимфа состоят из жидкого межклеточного вещества и плавающих в нем клеток крови. Эти ткани обеспечивают связь между организмами, перенося различные газы и вещества. Волокнистая и соединительная ткань состоит из клеток, связанных друг с другом межклеточным веществом в виде волокон. Волокна могут лежать плотно и рыхло. Волокнистая соединительная ткань имеется во всех органах. На рыхлую похожа и жировая ткань. Она богата клетками, которые наполнены жиром.

В хрящевой ткани клетки крупные, межклеточное вещество упругое, плотное, содержит эластические и другие волокна. Хрящевой ткани много в суставах, между телами позвонков.

Костная ткань состоит из костных пластинок, внутри которых лежат клетки. Клетки соединены друг с другом многочисленными тонкими отростками. Костная ткань отличается твердостью.

Мышечная ткань . Эта ткань образована мышечными . В их цитоплазме находятся тончайшие нити, способные к сокращению. Выделяют гладкую и поперечно-полосатую мышечную ткань.

Поперечно-полосатой ткань называется потому, что ее волокна имеют поперечную исчерченность, представляющую собой чередование светлых и темных участков. Гладкая мышечная ткань входит в состав стенок внутренних органов (желудок, кишки, мочевой пузырь, кровеносные сосуды). Поперечно-полосатая мышечная ткань подразделяется на скелетную и сердечную. Скелетная мышечная ткань состоит из волокон вытянутой формы, достигающих в длину 10–12 см. Сердечная мышечная ткань, так же как и скелетная, имеет поперечную исчерченность. Однако, в отличие от скелетной мышцы, здесь есть специальные участки, где мышечные волокна плотно смыкаются. Благодаря такому строению сокращение одного волокна быстро передается соседним. Это обеспечивает одновременность сокращения больших участков сердечной мышцы. Сокращение мышц имеет огромное значение. Сокращение скелетных мышц обеспечивает движение тела в пространстве и перемещение одних частей по отношению к другим. За счет гладких мышц происходит сокращение внутренних органов и изменение диаметра кровеносных сосудов.

Нервная ткань . Структурной единицей нервной ткани является нервная клетка – нейрон.

Нейрон состоит из тела и отростков. Тело нейрона может быть различной формы – овальной, звездчатой, многоугольной. Нейрон имеет одно ядро, располагающееся, как правило, в центре клетки. Большинство нейронов имеют короткие, толстые, сильно ветвящиеся вблизи тела отростки и длинные (до 1,5 м), и тонкие, и ветвящиеся только на самом конце отростки. Длинные отростки нервных клеток образуют нервные волокна. Основными свойствами нейрона является способность возбуждаться и способность проводить это возбуждение по нервным волокнам. В нервной ткани эти свойства особенно хорошо выражены, хотя характерны так же для мышц и желез. Возбуждение предается по нейрону и может передаваться связанным с ним другим нейронам или мышце, вызывая ее сокращение. Значение нервной ткани, образующей нервную систему, огромно. Нервная ткань не только входит в состав организма как его часть, но и обеспечивает объединение функций всех остальных частей организма.

Мышцы тела человека образованы в основном мышечной тканью, состоящей из мышечных клеток. Различают глад­кую и поперечнополосатую мышечную ткань. (Под микро­скопом клетки поперечнополосатой мускулатуры имеют поперечную исчерченность, связанную с различными опти­ческими свойствами определенных участков мышечных клеток: одни участки кажутся более темными, другие - более светлыми). Гладкая мышечная ткань образует глад­кую мускулатуру, которая входит в состав некоторых внутренних органов, а поперечнополосатая образует ске­летные мышцы. Общим свойством мышечной ткани явля­ется ее возбудимость, проводимость и сократимость (способность сокращаться).

Поперечнополосатая мышечная ткань отличается от гладкой более высокой" возбудимостью, проводимостью и сократимостью. Клетки поперечнополосатой мускулату­ры имеют очень малый диаметр и большую длину (до 10-12 см). В связи с этим их называют волокнами.

Как и другие клетки, мышечные клетки имеют про­топлазму, которая называется саркоплазмой (от греч. саркос - мясо). Мембрана мышечных клеток называется сарколеммой. Внутри мышечного волокна находятся многочисленные ядра и другие составные части клеток.

В состав мышечных волокон входит большое количе­ство еще более тонких волоконец - миофибрилл, которые, в свою очередь, состоят из тончайших нитей - прото фибрилл. Протофибриллы - это сократительный аппарат мышечной клетки, они представляют собой специальные сократительные белки-миозин и актин. Механизм мы­шечных сокращений представляет собой сложный процесс физических и химических превращений, протекающий в мышечном волокне при обязательном участии сократительного аппарата. Запуск этого механизма осуществля­ется нервным импульсом, а энергия для процесса сокраще­ния поставляется аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). В этой связи особенностью строения мышечных волокон является также большое количество митохондрий, обеспечивающих мышечное волокно необходимой энергией. Расслабление мышечного волокна, по предположению многих умных, осуществляется пассивно, благодаря эластичности сарколеммы и внутримышечной соединительной ткани.

9.6.2. Строение, форма и классификация скелетных мышц. Анатомической единицей самой активной части мышечной системы человека - скелетной, или поперечно­полосатой, мускулатуры - является скелетная мышца. Скелетная мышца - это орган, образованный поперечно­полосатой мышечной тканью и содержащий, кроме того, соединительную ткань, нервы и сосуды.

Каждая мышца окружена своеобразным «футляром» из соединительной ткани (фасция и наружный перимизий). В поперечном срезе мышцы легко различаются скопления мышечных волокон (пучки), также окруженные соединительной тканью (внутренний перимизий, или эндомизий).

Во внешнем строении мышцы различают сухожильную головку, соответствующую началу мышцы, брюшко мыш­цы, или тело, образованное мышечными волокнами, и сухо­жильный конец мышцы, или хвост, с помощью которого мышца прикрепляется к другой кости. Обычно хвост мышцы является подвижной точкой прикрепления, а начало - неподвижной. В процессе движения их функции могут меняться: подвижные точки становятся неподвижными и наоборот.

Помимо указанных выше основных компонентов скелетной мышцы существуют различные вспомогательные

Образования способствующие оптимальному осуществле­нию движений.

Форма мышц очень разнообразна и в значительной степени зависит от функционального назначения мышцы. Различают длинные, короткие, широкие, ромбовидные, квадратные, трапециевидные и другие мышцы. Если мышца имеет одну головку, ее называют простой, если две или больше - сложной (например, двуглавая, трехглавая и четырехглавая мышцы).

Мышцы могут иметь две или несколько срединных частей, например прямая мышца живота; несколько конце­вых частей, например сгибатель пальцев кисти имеет четыре сухожильных хвоста.

Важным морфологическим признаком является распо­ложение мышечных волокон. Различают параллельное, косое, поперечное и круговое расположение волокон (у сфинктеров). Если при косом расположении мышечных волокон они присоединяются только с одной стороны сухо­жилиями, то мышцы называют одноперистыми, если с двух сторон - двуперистыми.

В зависимости от количества суставов, которые мышца приводит в движение, можно выделить односуставные, двухсуставные и многосуставные мышцы. Функционально мышцы можно разделить на сгибатели и разгибатели, вращатели кнаружи (супинаторы) и вращатели кнутри (пронаторы), приводящие мышцы и отводящие. Выделяют также мышцы-синергисты и мышцы-антагонисты. Первые образуют группу мышц, содружественно выполняющих какое-либо движение, сокращение вторых вызывает проти­воположные движения.

По месту расположения мышц, т. е. по их топографо-анатомическому признаку, выделяют мышцы спины, груди, живота, головы, шеи, верхних и нижних конечностей. Всего анатомы различают 327 скелетных мышц (парных) и 2 не­парные. Все вместе они в среднем составляют около 40 % массы тела человека (рис. 65).

Рис. 65. Мышцы человека. А - вид спереди; Б - вид сбоку (по А. И. Фа­деевой и др., 1982):

1 - длинная ладонная мышца, 2 - сгибатель пальцев, 3, 21 - сгибатели кисти, 4, 44 - трехглавая мышца плеча, 5 - клювоплечевая мышца, 6 -т большая круговая мышца, 7- широкая мышца спины, 8 - передняя зубчатая мышца, 9-наружная косая мышца живота, 10- подвздошно-поясничная мышца, // - прямая мышца бедра, 12-портняжная мышца, 13 - внутренняя широ­кая мышца, 14, 19 - передняя большеберцовая мышца, 15 - пяточное сухожи­лие, 16 - икроножная мышца, 17 - нежная мышца, 18 - крестообразная связка, 20 - малоберцовые мышцы, 22 - плечелучевая мышца, 23, 24 - дву­главая мышца плеча, 25 - дельтовидная мышца, 26 - большая грудная мышца, 27 - грудино-подъязычная мышца, 28 - грудино-ключично-сосцевидная мыш­ца, 29 - жевательная мышца, 30 - круговая мышца глаза, 31 - трапециевид­ная мышца, 32 - разгибатель кисти, 33, 38 - разгибатель пальцев, 34 - боль­шая ягодичная мышца, 35 - двуглавая мышца бедра, 36 - камбаловидная мышца, 37, 39 - длинная малоберцовая мышца, 40, 41 - широкая фасция бедра, 42 - ромбовидная мышца, 43 - подостная мышца, 45 -- плечевая мышца

9.6.3. Сократимость как основное свойство мышцы

Сократимость характеризуется способностью мышцы укорачиваться или развивать мышечное напряжение. Это способность мышцы связана с особенностями ее строения и функциональными свойствами.

Строение нервно-мышечного аппарата и двигательных единиц. Сокращение мышцы происходит под влиянием нервных импульсов, приходящих из различных центров головного мозга. Непосредственная связь мышц и управляющих нервных центров осуществля­ется через низшие отделы центральной нервной системы, расположенные в спинном мозге. Здесь имеются специаль­ные нейроны (мотонейроны), посылающие свои аксоны к скелетным мышцам. Аксоны, достигнув мышцы, развет­вляются, образуя особые окончания, передающие воз­буждение с нервного волокна на мышцу (нервно-мышечный синапс, или моторная пластинка). Строение не­рвно-мышечного синапса в общем виде сходно с синапса­ми, расположенными в ЦНС, но постсинаптическая мембрана находится на мышечном волокне. Передача нервных импульсов также осуществляется химическим пу­тем с помощью медиаторов (ацетилхолин).

Как правило, один, аксон дает множество нервных окончаний, образующих синапсы на различных мышечных волокнах, их количество колеблется от 5 до 2000. В резуль­тате возбуждение одного мотонейрона приводит к воз­буждению и сокращению всех иннервируемых им мы­шечных волокон. Эта совокупность - мотонейрон, нервно-мышечные синапсы и мышечные волокна называется двигательной единицей, которая, по сути, является фун­кциональной единицей мышцы. В мышцах, осуществляю­щих тонкие и сложные движения, двигательные единицы включают небольшое количество мышечных волокон (мышцы глаз, пальцев руки); мышцы, участвующие в осу­ществлении грубых движений, имеют двигательные едини­цы, включающие большое количество мышечных волокон. Сокращение мышечных волокон, составляющих одну дви­гательную единицу, происходит практически одновремен­но, но двигательные единицы одной мышцы сокращаются асинхронно, что обеспечивает плавность ее сокращения. Обычно количество двигательных единиц зависит от фун­кциональной роли данной мышцы и колеблется в значи­тельных пределах.

Возбудимость, биоэлектрические яв­ления в мышцах, лабильность мышц. В от­вет на раздражение в мышце развивается процесс воз­буждения. Как было отмечено выше, эта способность ткани называется возбудимостью (см. разд. 4.4.1). Уровень воз­будимости мышцы является одним из важнейших функци­ональных показателей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппарата. Процесс воз­буждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в клетках мышечной ткани и соответственно изме­нением ее биоэлектрических особенностей. В основе биоэлектрических явлений мышцы так же, как и в нервной ткани, лежит перераспределение ионов К + и Na+ между внутренним содержимым клетки и внеклеточным простран­ством. В результате в покое в мышечных клетках определя­ется потенциал покоя, равный 90 мВ. При возбуждении мышечной клетки появляется потенциал действия, равный 30-40 мВ, распространяющийся по всему мышечному волокну. Максимальная скорость проведения возбуждения составляет всего около 5 м/с, т. е. значительно меньше, чем в нервных волокнах (см. разд. 4.6).

Биоэлектрические процессы в мышцах можно регистри­ровать с помощью специального прибора - электроми­ографа, а метод записи биотоков мышц называют электро­миографией. Впервые идея этого метода была предложена в 1884 г. известным отечественным физиологом Н. Е. Вве­денским, которому удалось обнаружить потенциалы дей­ствия скелетных мышц с помощью телефона. В настоящее время этот метод получил широкое распространение и ис­пользуется для диагностики различных заболеваний мышц.

Деятельность мышц в значительной степени характери­зуется ее лабильностью - скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения в возбудимой ткани (Н. Е. Введенский). Мышечные волокна обладают значи­тельно меньшей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, 1но большей, чем лабильность синапсов.

Уровни возбудимости и лабильности мышцы не явля­ются постоянными и меняются при действии различных факторов. Например, небольшая физическая нагрузка (ут­ренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки - понижают.

Изотоническое и изометрическое со­кращение мышцы. Сокращение мышцы может со­провождаться ее укорочением, но напряжение при этом остается постоянным. Такое сокращение называют изото­ническим. Если мышца напрягается, но укорочения не происходит, то сокращение мышцы называют изометриче­ским (например, при попытке поднять неподъемный груз).

В естественных условиях мышечные сокращения всегда носят смешанный характер и движения человека сопро­вождаются как изотоническими, так и изометрическими сокращениями мышц. Поэтому, характеризуя естествен­ные сокращения мышц, можно говорить лишь об относительном преобладании изотонического или изометрическо­го режима мышечной деятельности.

Таким образом, под влиянием нервного импульса, приходящего в мышцу через нервно-мышечный синапс, в мышце происходят биохимические и биоэлектрические изменения, которые обусловливают ее напряжение или сокращение. В экспериментальных условиях для мышечно­го сокращения достаточно одного нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным, оно про­текает очень быстро, в пределах нескольких десятков миллисекунд. В естественных условиях в организме к мыш­це посылается всегда серия импульсов. В результате мышца не успевает полностью расслабиться после воз­буждения, вызванного предыдущим импульсом, как новый импульс вновь вызывает ее напряжение и т. д. Иначе гово­ря, одиночные сокращения суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое называют титаническим сокращением или тетанусом. Именно тетанус обес­печивает длительность и плавность мышечных сокраще­ний, с которыми мы сталкиваемся в естественных условиях нашей физической деятельности.

Рефлекторная природа мышечных со­кращений. Движения человека, в основе которых лежат сокращения мышц, имеют рефлекторную природу. Сократительные механизмы мышечных волокон срабаты­вают под влиянием нервных импульсов, идущих от нервных центров. Деятельность последних, в свою очередь, опреде­ляется раздражениями, приходящими из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. Кроме того, в процессе самого" движения мозг на основе обратных связей постоянно получает сигналы о ходе его осуществле­ния. Так образуется рефлекторное кольцо, представляю­щее собой беспрерывный поток нервных импульсов, иду­щих от периферических рецепторов (проприорецепторы) в мозг, от него - в исполнительные органы (мышцы), сокращения которых регистрируются периферическими ре­цепторами, а оттуда снова поток нервных импульсов устремляется к нервным центрам (см. разд. 4.7).

9.6.4. Сила мышц. Сила мышцы измеряется тем макси­мальным напряжением, которое она способна развить в условиях изометрического сокращения. Например, если в условиях эксперимента изолировать мышцу животного и раздражать ее, подвешивая различные грузы, то насту­пит момент, когда мышца не сможет поднять груз, но в состоянии его удержать, не изменяя своей длины. Этот груз будет характеризовать максимальную силу. Ее величина будет зависеть, прежде всего от количества и толщины мышечных волокон, образующих мышцу. Количество и толщина мышечных волокон обычно определяется по физиологическому поперечнику мышцы, под которым понимается площадь поперечного разреза мышцы (см 2), проходя­щею через все мышечные волокна. Толщина мышцы не всегда совпадает с ее физиологическим поперечником. Например, при равной толщине мышцы с параллельным и перистым расположением волокон значительно отлича­ются по физиологическому поперечнику. Перистые мышцы имеют больший поперечник и обладают большей силой сокращения. Вместе с тем анатомическая толщина мышцы (анатомический поперечник), представляющая собой пло­щадь ее поперечного сечения, также характеризует силу мышцы. Чем толще мышца, тем она сильнее.

Важное значение для проявления силы мышцы имеют характер прикрепления мышцы к костям и точка приложе­ния силы в механических рычагах, образуемых мышцами, суставами и костями. Сила мышцы в значительной степени зависит от ее функционального состояния - возбудимо­сти, лабильности, питания. Максимальная сила отдельных мышц человека в сумме и сила, развиваемая человеком при его максимальном усилии, значительно различаются. Если бы все мышцы человека сократились одновременно и мак­симально, то сила, развиваемая ими, достигала бы 25 т. В естественных условиях произвольная максимальная сила человека всегда существенно меньше, так как ее проявление связано не только с углами приложения мы­шечном тяги в костных рычагах, снижающих в итоге максимальную силу, но также зависит от внутримышечной и межмышечной координации. Внутримышечная коорди­нации связана со степенью синхронности сокращения двигательных единиц мышцы, а межмышечная - со сте­пенью координированности участвующих в работе мышц, Чем выше степень внутри- и межмышечной координации, чем больше максимальная сила человека. Спортивные тренировки значительно способствуют совершенствованию них координационных механизмов, поэтому тренирован­ным человек обладает большей максимальной и относи­тельной силой, т. е. силой мышц, отнесенной на 1 кг массы тела.

9.6.5. Динамическая и статическая работа мышц. Физи­ческая работоспособность организма. Сокращаясь и на­прягаясь, мышца производит механическую работу, которая в простейшем случае может быть определена по формуле А = РН, где А - механическая работа (кгм), Р- вес груза (кг), Я - высота подъема груза (м).

Таким образом, работа мышц измеряется произведени­ем величины веса поднятого груза на величину укорочения мышцы. Из формулы легко вывести так называемое прави­ло средних нагрузок, согласно которому максимальная работа может быть произведена при средних нагрузках. Действительно, если Р = 0, т. е. мышца сокращается без нагрузки, то и А = 0. При Н = 0, что можно наблюдать, когда мышца не способна поднять слишком тяжелый груз, работа также будет равна 0.

Естественные движения человека весьма разнообраз­ны. В процессе этих движений мышцы, сокращаясь, со­вершают работу, которая сопровождается как их укороче­нием, так и их изометрическим напряжением. В этой связи различают динамическую и статическую работу мышц. Динамическая работа связана с мышечной работой, в про­цессе которой сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. Статическая работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В реальных условиях мышцы человека никогда не совершают динамическую или стати­ческую работу в строго изолированном виде. Работа мышц всегда является смешанной. Тем не менее, в движениях человека может преобладать либо динамический, либо статический характер мышечной работы. Поэтому часто, характеризуя мышечную деятельность в целом, говорят о ее статичности или динамичности. Например, работа студента на лекции может характеризоваться как статиче­ская, хотя здесь можно найти немало элементов динамиче­ской работы. С другой стороны, игра в футбол является динамической работой, но футболистам приходится вы­полнять и статические усилия.

Способность человека совершать длительное время физическую работу называют физической работоспособно­стью. Физическая работоспособность человека может быть определена с помощью специальных приборов - эргомет­ров (например, велоэргометров). Ее единица измерения - кгм/мин. Чем больше способен человек произвести работы в единицу времени, тем выше его физическая работоспо­собность. Величина физической работоспособности челове­ка зависит от возраста, пола, тренированности, факторов окружающей среды (температура, время суток, содержа­ние в воздухе кислорода и т. д.), функционального состоя­ния организма. Для сравнительной характеристики физи­ческой работоспособности различных людей рассчитывают общее количество произведенной работы за 1 мин, делят его на массу тела (кг) и получают относительную физиче­скую работоспособность (кгм/мин на 1 кг массы, т. е. кгм- кг/мин). В среднем уровень физической работоспо­собности юноши 20 лет составляет 15,5 кгм> кг/мин, а у юноши-спортсмена того же возраста он достигает 25.

В последние годы определение уровня физической работоспособности широко используют для характеристи­ки общего физического развития и состояния здоровья детей и подростков.

9.6.6.Влияние мышечной работы на функциональное
состояние физиологических систем организма. Мышечная работа требует деятельного состояния не только мышц и нервных клеток, регулирующих движение. Она связана с большими энергетическими затратами организма и в этой связи оказывает значительное влияние на все стороны его жизнедеятельности: увеличивается интенсивность обмена веществ и энергии, увеличивается приток кислорода в организм, более напряженно начинает функционировать сердечно-сосудистая система и т. д. Если энергетические
затраты организма в покое в среднем составляют 4,18 кДж/кг массы, то легкая работа (учителя, канцелярские служащие и др.) требует уже более 8,36 кДж/кг массы, работа средней тяжести (маляры, токари, слесари и др.) - 16,74 кДж/кг. Тяжелая физическая работа увеличивает расход энергии до 29,29 кДж/кг. В покое количество воздуха, прошедшее легкие за 1 мин, составляет 5-8 л, при физических нагрузках оно может увеличиваться до 50-100 л! Мышечная работа увеличивает также нагрузку на сердце. В покое оно при каждом сокращении выбрасывает в аорту до 60-80 мл крови, при усиленной
работе это количество возрастает до 200 мл.

Таким образом, мышечная работа оказывает широкое активизирующее влияние на все стороны жизнедеятельно­сти организма, что имеет большое физиологическое значе­ние: поддерживается высокая функциональная активность всех физиологических систем, значительно повышается общая реактивность организма и его иммунные качества, увеличиваются адаптационные резервы. Наконец, как уже указывалось, движения являются необходимым фактором нормального физического и психического развития ребен­ка.

9.6.7. Процессы физического утомления. Длительные и интенсивные мышечные нагрузки приводят к временному снижению физической работоспособности организма. Это физиологическое состояние организма называют утомле­нием. Физиологическая природа утомления пока остается загадкой. В настоящее время показано, что процесс утом­ления затрагивает прежде всего центральную нервную систему, затем нервно-мышечный синапс и в последнюю очередь мышцу. Впервые ведущее значение нервной систе­мы в развитии процессов утомления в организме было отмечено И. М. Сеченовым. «Источник ощущения устало­сти помещают обыкновенно в работающие мышцы,- писал он,- я же помещаю его... исключительно в цен­тральную нервную систему» ". Доказательством справед­ливости подобного заключения являются не только экспе­рименты в лаборатории, но и многочисленные примеры из жизни. Каждый знает, что интересная работа долго не вызывает утомления, а неинтересная - весьма быстро, хотя мышечные нагрузки в первом случае могут даже превосходить работу, совершаемую тем же самым челове­ком во втором случае. Следующий пример из клиники. Оказалось, что люди, у которых лишь недавно произведена ампутация руки или ноги, еще долгое время ощущают их наличие. Если таким людям дать задание мысленно рабо­тать отсутствующей конечностью, то они вскоре заявляют о своей усталости. Следовательно, процессы утомления у таких людей развиваются в центральной нервной систе­ме, так как никакой мышечной работы в данном случае не производится.

Утомление представляет собой нормальный физиологи­ческий процесс, выработанный в процессе эволюции для защиты физиологических систем от систематического пере­утомления, которое является патологическим процессом и характеризуется расстройством деятельности нервной системы и других физиологических систем организма. Ра­циональный отдых быстро восстанавливает утраченную работоспособность организма. Однако отдых должен быть активным. Иначе говоря, после физической работы по­лезно сменить род деятельности, так как полный покой гораздо медленнее восстанавливает силы. Например, после спортивной тренировки полезно сесть за книги, и наоборот, после учебных занятий - поиграть в футбол или заняться уборкой комнаты.

9.7. РАЗВИТИЕ МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Мышечная система ребенка в процессе онтогенеза претерпевает значительные структурные и функциональ­ные изменения. Формирование мышечных клеток и образо­вание мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно, т. е. сначала образуются те скелетные мышцы, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном воз­растном этапе. Процесс «чернового» формирования мышц заканчивается к 7-8-й неделе пренатального развития. На этом этапе раздражение кожных рецепторов уже вызывает ответные двигательные реакции плода, что свидетельству­ет об установлении функциональной связи между тактиль­ной рецепцией и мышечной системой. В последующие месяцы интенсивно идет функциональное созревание мы­шечных клеток, связанное с увеличением количества миофибрилл и их толщины. После рождения созревание мышечной ткани продолжается. В частности, интенсивный рост волокон наблюдается до 7 лет и в пубертатном перио­де. Начиная с 14-15 лет микроструктура мышечной ткани практически не отличается от взрослого. Однако утолще­ние мышечных волокон может продолжаться до 30- 35 лет.

Развитие мышц верхних конечностей обычно пред­шествует развитию мышц нижних конечностей. Более крупные мышцы формируются всегда раньше мелких. На­пример, мышцы плеча и предплечья формируются быстрее мелких мышц кисти. У годовалого малыша мышцы рук и плечевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интенсивно развиваются мышцы рук в 6-7 лет. Общая масса мышц быстро нарастает в период полового созревания: у мальчиков - в 13-14 лет, а у девочек - в"11 -12 лет. Ниже приведены данные, характеризующие массу скелетных мышц в процессе постнатального разви­тия детей и подростков.

Таблица 14. Возрастные изменения максимальной частоты движений, воспроизводимых по звуковым сигналам в течение 10 с (в пересчете на 1 мин (по А. И. Васютнной и А. П. Тамбиевой, 1989)

Значительно меняются в процессе онтогенеза и функци­ональные свойства мышц. Увеличивается возбудимость и лабильность мышечной ткани. Изменяется мышечный тонус ". У новорожденного отмечается повышенный мы­шечный тонус, а мышцы, вызывающие сгибание конечно­стей, преобладают над мышцами-разгибателями. В резуль­тате руки и ноги грудных детей находятся чаще в согнутом состоянии. У них плохо выражена способность мышц к расслаблению, которая с возрастом увеличивается. С этим обычно связана скованность движений у детей и подростков. Только после 15 лет движения становятся более пластичными.

К 13-15 годам заканчивается формирование всех отделов двигательного анализатора, которое особенно ин­тенсивно происходит в возрасте 7-12 лет. В процессе развития опорно-двигательного аппарата изменяются дви­гательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость и вы­носливость. Их развитие происходит неравномерно. Пре­жде всего развиваются быстрота и ловкость движений. Быстрота (скорость) движений характеризуется числом движений, которое ребенок в состоянии произвести за единицу времени. Быстрота определяется тремя показате­лями: скоростью одиночного движения, временем двига­тельной реакции и частотой движений. Скорость одиночно­го движения значительно возрастает у детей с 4-5 лет и к 13-14 годам достигает уровня взрослого. К 13-14 го­дам уровня взрослого достигает и время простой двига­тельной реакции, которая обусловлена скоростью физиоло­гических процессов в нервно-мышечном аппарате. Макси­мальная произвольная частота движений увеличивается с 7 до 13 лет, причем у мальчиков в 7-10 лет она выше, чем у девочек, а с 13-14 лет частота движений девочек превы­шает этот показатель у мальчиков. Наконец, максималь­ная частота движений в заданном ритме также резко увеличивается в 7-9 лет (табл. 14).

До 13-14 лет завершается в основном развитие ловко­сти, которая связана со способностью детей и подростков осуществлять точные, координированные и быстрые дви­жения. Следовательно, ловкость связана, во-первых, с про­странственной точностью движений, во-вторых, с времен­ной и, в-третьих, с быстротой решения сложных двигательных задач. Наиболее важен для развития ловкости дошкольный и младший школьный период. Так, например, наибольший прирост точности движений наблюдается с 4-5 до 7-8 лет. Причем способность воспроизводить амплитуду движений до 40-50 ° максимально увеличива­ется в 7-10 лет и после 12 практически не изменяется, а точность воспроизведения малых угловых смещений (до 10-15°) увеличивается до 13-14 лет. Интересно, что спортивная трениров­ка оказывает существен­ное влияние на развитие ловкости и у 15-16-лет­них спортсменов точность движений в два раза вы­ше, чем у нетренирован­ных подростков того же возраста.

Таким образом, до 6- 7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно ко­роткое время. Затем по­степенно развивается пространственная точность движений, а за ней временная. Наконец, в последнюю очередь совершенствуется способ­ность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях (рис. 66). Ловкость продолжает улучшаться до 17 лет.

Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем школьном возрасте, особенно интенсивно сила увеличивается с 10-12 до 13-15 лет (табл. 15). У девочек прирост силы происходит несколько раньше, с 10-12 лет, а у мальчиков - с 13-14. Тем не менее мальчики по этому показателю во всех возрастных группах превосходят дево­чек но особенно четкое различие проявляется в 13-14 лет.

Таблица 15. Максимальная сила различных групп мышц у нетренированных лиц разного возраста, кг (по А. В. Коробкову, 1958)

Позже других физических качеств развивается вы­носливость, характеризующаяся тем временем, в течение которого сохраняется достаточный уровень работоспособ­ности организма. Существуют возрастные, половые и инди­видуальные отличия в выносливости. Выносливость детей дошкольного возраста находится на низком уровне, осо­бенно к статической работе. Интенсивный прирост вы­носливости к динамической работе наблюдается с 11 -

12 лет. Так, если принять объем динамической рабо­ты школьников 7 лет, за 100 %, то у 10-летних он будет составлять 150 %, а у 14-15-летних подрост­ков - более 400 % (М. В. Антропова, 1968). Так же интенсивно с 11 - 12 лет нарастает у школь­ников выносливость к ста­тическим нагрузкам (рис. 67). В целом к 17-19 го­дам выносливость школь­ников составляет около 85 % уровня взрослого. Своего максимального уровня она достигает к 25-30 годам.

9.8. РАЗВИТИЕ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И КООРДИНАЦИИ ДВИЖЕНИЙ

Двигательная активность и координация движений у новорожденного далеко не совершенна. Набор его движе­ний весьма ограничен и имеет только безусловно-рефлек­торную основу. Особый интерес вызывает плавательный рефлекс, который также имеет безусловно-рефлекторную природу. Максимальное проявление рефлекса плавания наблюдается к 40-му дню постнатального развития. В этом возрасте ребенок способен совершать в воде плава­тельные движения и держаться на ней до 15 мин. Есте­ственно, что голова ребенка должна поддерживаться, так как его собственные мышцы шеи еще очень слабы. В даль­нейшем рефлекс плавания и другие безусловные двига­тельные рефлексы угасают, а им на смену формируются различные двигательные навыки.

Развитие движений ребенка обусловлено не только созреванием опорно-двигательной и нервной системы, оно зависит также и от условий воспитания. Все основные естественные движения, свойственные человеку (ходьба, лазанье, бег, прыжки и т. д.), и их координация формиру­ются у ребенка до 3-5 лет. При этом большое значение для нормального развития движений имеют первые недели жизни. Естественно, что координационные механизмы и в дошкольном возрасте еще несовершенны. Известный советский физиолог Н. А. Бернштейн охарактеризовал мото­рику дошкольного возраста как «грациозную неуклю­жесть». Несмотря на то что движения дошкольника плохо координированы и неловки, дети способны овладевать относительно сложными движениями. В частности, именно в этом возрасте дети учатся орудийным движениям, т. е. двигательным умениям и навыкам пользоваться ин­струментом (молотком, ножницами, гаечным ключом и т. д.). С 6-7 лет дети овладевают письмом и другими движениями, требующими тонкой координации. Формиро­вание координационных механизмов движений заканчи­вается к подростковому возрасту, и все виды движе­ний становятся доступными для мальчиков и девочек (В. С Фарфель, 1959). Конечно, совершенствование дви­жений и их координация при систематических упражнени­ях могут продолжаться и в зрелом возрасте, например у музыкантов, спортсменов, артистов цирка и др. (см. рис. 66).

Таким образом, развитие движений и механизмов их координации наиболее интенсивно идет в первые годы жизни и до подросткового возраста. Их совершенствова­ние всегда тесно связано с развитием нервной системы ребенка, поэтому всякая задержка в развитии движений должна насторожить воспитателя. В таких случаях не­обходимо обратиться за помощью к врачам и проверить функциональное состояние нервной системы детей. В под­ростковом возрасте координация движений вследствие гормональных перестроек в организме ребенка несколько нарушается. Однако это временное явление, которое обыч­но после 15 лет бесследно исчезает. Общее формирование всех координационных механизмов заканчивается в под­ростковом возрасте, а к 18-25 годам они полностью соответствуют уровню взрослого человека. Возраст в 18- 30 лет считают «золотым» в развитии моторики человека. Это возраст расцвета его двигательных способностей.

9.9. ФИЗИОЛОГИЯ ТРУДОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

В основе формирования трудовых и спортивных движе­ний лежит образование систем временных связей в коре головного мозга и последующее формирование из них сложных динамических корковых стереотипов. Важное значение имеет также явление доминанты, наблюдаемое в процессе трудовой и спортивной деятельности (А. А. Ух­томский, 1923; С. А. Косилов, 1965). Одновременно с со­вершенствованием нервных процессов идет их тончайшая координация с функциональной активностью двигательно­го аппарата и всей вегетативной сферой. Столь широкие функциональные изменения, происходящие в организме детей и подростков в процессе трудовой и спортивной деятельности, оказывают благоприятное влияние на их физическое и психическое развитие. Естественно, что труд и физические упражнения стимулируют процессы роста и развития ребенка только тогда, когда решение педагоги­ческих задач сочетается должным образом с функциональ­ными возможностями детского организма, со степенью зрелости его физиологических систем.

Разумная организация физических упражнений уже в грудном возрасте способствует физическому развитию ребенка, совершенствует его основные нервные процессы, повышает внимание, стимулирует развитие речи и создает благоприятный эмоциональный фон (А. Ф. Тур, 1960; К- Д. Губерт, М. Т. Рысс, 1970). Параллельно совершен­ствованию нервной системы физический труд и физические упражнения значительно повышают функциональные воз­можности физиологических систем детского организма, увеличивают его работоспособность и устойчивость к забо­леваниям.

К сожалению, некоторые учителя и родители, уде­ляя много внимания интеллектуальному и эстетиче­скому воспитанию детей и подростков, недооценивают роль физического воспитания в их общем физическом и умствен­ном развитии. Такое противопоставление физического и умственного воспитания глубоко ошибочно и наносит развитию детей и подростков непоправимый вред. Со­гласно современным физиологическим и психологическим исследованиям, между физической и психической деятель­ностью ребенка существует прямая и тесная связь, сохра­няющаяся в его последующей жизни. В частности, показа­на тесная корреляция между двигательной системой ре­бенка и его успеваемостью в школе. Оказалось, что около 30 % неуспевающих учащихся младших классов имеет различные нарушения в двигательной сфере. Выявлена прямая зависимость между двигательной активностью ре­бенка, его умственным развитием и умственной работоспо­собностью. Чем более активен ребенок в двигательной деятельности, тем более интенсивно идет его умственное развитие. Данная зависимость не теряет своего значения и в жизни взрослого человека: чем более он активен в дви­гательной деятельности, тем более он активен и продукти­вен в психической деятельности, тем более значимой личностью он становится в трудовой и общественной жиз­ни. Эта связь между общим физическим развитием детей и подростков и их умственными способностями отмечалась еще великими мыслителями-материалистами прошлого. «Если вы хотите воспитать ум вашего ученика,- писал в одном из своих философских и педагогических произве­дений Ж--Ж- Руссо,- воспитывайте силы (телесные), которыми он должен управлять. Постоянно упражняйте его тело; сделайте его здоровым и сильным, чтобы сделать умным и рассудительным; пусть он работает, действует, бегает, кричит; пусть всегда находится в движении; пусть будет он человеком по силе, и вскоре он станет им по разу­му».

Таким образом, правильно организованное воспитание детей и подростков в семье и школе должно объединять все воспитательные воздействия в единую систему, способ­ствующую в должной мере физическому и умственному развитию подрастающего поколения.

В заключение следует отметить, что физический труд и физические упражнения необходимы человеку любого возраста, так как в любом возрасте они являются важным условием укрепления и сохранения здоровья человека. Особенно возрастает роль физического труда и спорта в настоящее время, когда городской транспорт, густая сеть шоссейных и железных дорог, морские и воздушные лайне­ры сделали жизнь современного человека малоподвижной. Современное производство не требует от человека физиче­ской выносливости и мускульной силы. Труд рабочего превращается в работу оператора, следящего за показани­ями приборов и с помощью автоматических систем управ­ляющего производством.

Организм всех животных, в том числе и человека, состоит из четырех типов тканей: эпителиальной, нервной, соединительной и мышечной. О последней и пойдет речь в данной статье.

Разновидности мышечной ткани

Она бывает трех видов:

• поперечно-полосатая;
• гладкая;
• сердечная.

Функции мышечных тканей разных видов несколько отличаются. Да и строение тоже.

Где находятся мышечные ткани в организме человека?

Мышечные ткани разных видов занимают различное местоположение в организме животных и человека. Так, из сердечной мускулатуры, как понятно из названия, построено сердце.

Из поперечно-полосатой мышечной ткани образуются скелетные мускулы.

Гладкие мышцы выстилают изнутри полости органов, которым необходимо сокращаться. Это, к примеру, кишечник, мочевой пузырь, матка, желудок и т.д.

Структура мышечной ткани разных видов различается. О ней поговорим подробнее дальше.

Как устроена мышечная ткань?

Она состоит из больших по размеру клеток — миоцитов. Они также еще называются волокнами. Клетки мышечной ткани обладают несколькими ядрами и большим количеством митохондрий — органоидов, отвечающих за выработку энергии.

Кроме того, строение мышечной ткани человека и животных предусматривает наличие небольшого количества межклеточного вещества, содержащего коллаген, который придает мышцам эластичность.

Давайте рассмотрим строение и функции мышечных тканей разных видов по отдельности.

Структура и роль гладкой мышечной ткани

Данная ткань контролируется вегетативной нервной системой. Поэтому человек не может сокращать сознательно мышцы, построенные из гладкой ткани.

Формируется она из мезенхимы. Это разновидность эмбриональной соединительной ткани.

Сокращается данная ткань намного менее активно и быстро, чем поперечно-полосатая.

Гладкая ткань построена из миоцитов веретеновидной формы с заостренными концами. Длина данных клеток может составлять от 100 до 500 микрометров, а толщина — около 10 микрометров. Клетки данной ткани являются одноядерными. Ядро расположено в центре миоцита. Кроме того, хорошо развиты такие органоиды, как агранулярная ЭПС и митохондрии. Также в клетках гладкой мышечной ткани присутствует большое количество включений из гликогена, которые представляют собой запасы питательных веществ.

Элементом, который обеспечивает сокращение мышечной ткани данного вида, являются миофиламенты. Они могут быть построены из двух сократительных белков: актина и миозина. Диаметр миофиламентов, которые состоят из миозина, составляет 17 нанометров, а тех, которые построены из актина — 7 нанометров. Существуют также промежуточные миофиламенты, диаметр которых составляет 10 нанометров. Ориентация миофибрилл продольная.

В состав мышечной ткани данного вида также входит межклеточное вещество из коллагена, которое обеспечивает связь между отдельными миоцитами.

Функции мышечных тканей этого вида:

• Сфинктерная. Заключается в том, что из гладких тканей устроены круговые мышцы, регулирующие переход содержимого из одного органа в другой или из одной части органа в другую.
• Эвакуаторная. Заключается в том, что гладкие мышцы помогают организму выводить ненужные вещества, а также принимают участие в процессе родов.
• Создание просвета сосудов.
• Формирование связочного аппарата. Благодаря ему многие органы, такие как, например, почки, удерживаются на своем месте.

Теперь давайте рассмотрим следующий вид мышечной ткани.

Поперечно-полосатая

Она регулируется соматической нервной системой. Поэтому человек может сознательно регулировать работу мышц данного вида. Из поперечно-полосатой ткани формируется скелетная мускулатура.

Данная ткань состоит из волокон. Это клетки, которые обладают множеством ядер, расположенных ближе к плазматической мембране. Кроме того, в них находится большое количество гликогеновых включений. Хорошо развиты такие органоиды, как митохондрии. Они находятся вблизи сократительных элементов клетки. Все остальные органеллы локализуются неподалеку от ядер и развиты слабо.

Структурами, благодаря которым поперечно-полосатая ткань сокращается, являются миофибриллы. Их диаметр составляет от одного до двух микрометров. Миофибриллы занимают большую часть клетки и расположены в ее центре. Ориентация миофибрилл продольная. Они состоят из светлых и темных дисков, которые чередуются, что и создает поперечную "полосатость" ткани.

Функции мышечных тканей данного вида:

• Обеспечивают перемещение тела в пространстве.
• Отвечают за передвижение частей тела друг относительно друга.
• Способны к поддержанию позы организма.
• Участвуют в процессе регуляции температуры: чем активнее сокращаются мышцы, тем выше температура. При замерзании поперечно-полосатые мышцы могут начать сокращаться непроизвольно. Этим и объясняется дрожь в теле.
• Выполняют защитную функцию. Особенно это касается мышц брюшного пресса, которые защищают многие внутренние органы от механических повреждений.
• Выступают в роли депо воды и солей.

Сердечная мышечная ткань

Данная ткань похожа одновременно и на поперечно-полосатую, и на гладкую. Как и гладкая, она регулируется вегетативной нервной системой. Однако сокращается она так же активно, как и поперечно-полосатая.

Состоит она из клеток, называющихся кардиомиоцитами.

Функции мышечной ткани данного вида:

• Она всего одна: обеспечение передвижения крови по организму.