7.1. Строение и значение скелета
Важнейшие функции скелета заключаются в сохранении формы тела, защите внутренних органов, движении, кроветворении, участии в минеральном обмене. В состав скелета человека входит около 206 костей, соединенных между собой при помощи суставов, связок и других соединений (рис.
58).7.1.1. Строение и классификация костей
Кость - основной материал, из которого построен скелет; она несет опорную, метаболическую и защитную функции. Помимо костной ткани в кости находятся кровеносные сос)'ды и нервы. Особенности строения костной ткани обусловливают важнейшую особенность кости - ее механическую прочность. Например, большая берцовая кость, входящая в скелет голени, поставленная вертикально, способна выдержать груз почти в две тонны весом. Важное значение для прочности костей имеет их химический состав.
Костная ткань скелета взрослого человека содержит минеральные и органические вещества в соотношении 2:1. Первые придают костям твердость, вторые - упругость. Основной органический компонент кости -оссеин. Неорганические соединения кости представлены в основном солями кальция, но в костной ткани в различных количествах содержатся натрий, магний, калий, хлор, фтор, карбонаты и цитраты. Химический состав кости Регулируется гормонами кальцитонином и параттормоном. Внутреннее оение костей специально приспособлено к тому, чтобы выдержать "1™1 деФ°Рмаиии сжатия и растяжения. Снаружи кость покрыта ~ соелинительн°-тканнои оболочкой. У человека она обычно слоев- в наружном слое находится сплетение кровеносных КотоРые проникают вместе с нервами внутрь кости. Внутренний ть^ Костницы с°держит коллагеновые и эластические волокна и остео-Ъ активно делящиеся клетки костной ткани. Пучки коллагеновых во-
36
37
локон, идущих из надкостницы, образуют основу для прикрепления сухожилий.
Надкостница обеспечивает рост кости в толщину и ее регенерацию при повреждениях. Под надкостницей находится компактное вещество. Оно больше развито в тех костях, основная функция которых - опора и движение. Под компактным веществом находится губчатое, которое состоит из большого числа костных перекладин. Они располагаются по тем направлениям, по которым кость испытывает давление силы тяжести и растяжение прикрепляющихся к ней мышц. Как правило, направления костных пластинок двух соседних костей продолжают друг друга через сустав. В частности, в сложном комплексе костей стопы общее направление костных пластинок имеет дугообразую форму. Полости между перегородками губчатого вещества заполнены красным костным мозгом, участвующим в кроветворении. Поверхность многих костей имеет шероховатости, бугорки и гребни, расположение и степень развития которых определяется двигательными нагрузками. У мужчин они выражены больше, чем у женщин, а у людей, занимающихся спортом больше, чем у не занимающихся (рис. 59).Все кости по форме делятся на четыре группы (рис. 60): трубчатые (длинные и короткие), губчатые (длинные, короткие и сесамовидные), плоские и смешанные.
К длинным трубчатым относятся бедренные кости, плечевые, кости предплечья, голени. В них различают среднюю часть - тело с полостью внутри, заполненной у взрослых желтым костным мозгом, и концы костей, покрытые хрящом и образующие суставные поверхности. Короткие трубчатые кости находятся в кисти и стопе.
К длинным губчатым костям относятся ребра, грудина, к коротким губчатым - позвонки, кости запястья и предплюсны, к сесамовидным - коленная чашка.
Плоские и широкие кости имеют небольшую толщину, но различны по размерам (лопатка, теменные). Смешанные кости отличаются разнообразием строения и сочетают губчатые и плоские элементы (тазовые кости, нижняя челюсть, скуловые кости, затылочная и др.). Некоторые смешанные кости содержат воздухоносные полости (височные, верхнечелюстные, клиновидная, решетчатая кости черепа).
7.1.2. Соединения костей
Соединения костей скелета можно подразделить на три типа: непрерывные, прерывные (суставы) и полусуставы (рис. 61).
Непрерывные соединения характеризуются почти полной неподвижностью или небольшой подвижностью и образуются с помощью соединительной ткани (межкостные швы, соединение между зубом и стенкой зубной
лунки) или хряща (межпозвоночные диски и др.). Эти соединения очень прочны и способны выдержать значительные деформации.
Суставы обладают самой большой подвижностью. Каждый сустав состоит из суставных поверхностей (не менее двух), суставной сумки и суставной полости. Суставная полость представляет собой герметически замкнутое пространство между суставными поверхностями, отграниченное от других органов стенками суставной сумки или капсулы. Стенки капсулы состоят из двух слоев: фиброзного и синовиального. Наружный фиброзный слой образован плотной соединительной тканью и обеспечивает суставной капсуле прочность. Внутренний синовиальный - состоит из особой ткани, вырабатывающей суставную (синовиальную) жидкость, которая уменьшает трение суставных поверхностей и обеспечивает питание суставных хрящей. Суставы укреплены связками, большинство которых представляет собой производные наружного слоя суставной капсулы. Различают цилиндрические, блоковидные, эллипсоидные, седловидные и шаровидные формы суставов.
В большинстве случаев суставные поверхности плотно прилегают друг к другу, что обеспечивается следующими факторами:
4) отрицательным давлением в полости сустава по отношению к атмосферному;
5) тонусом мышц, прикрепляющихся к суставу;
6) формой сочленяющихся костей (головке одной соответствует впа дина другой).
В результате чрезмерных нагрузок на сустав возможно его повреждение, растяжение или разрыв связок, смещение сочленяющихся концов костей (вывих).
Существует также третий (переходной) тип соединения костей - полусуставы или симфизы. В полусуставах отсутствует суставная сумка, а выраженная хрящевая прослойка между костями в центре имеет полость, заполненную жидкостью, сходной по составу и свойствам с синовиальной.
Полусуставы обладают большей, чем у непрерывных соединений, подвижностью. Примеры: лонное соединение тазовых костей.Различают следующие основные части скелета:
скелет головы - череп,
скелет туловища (это - осевая часть скелета),
скелет верхних и нижних конечностей (рис. 58).
Масса костей взрослого человека составляет у мужчин примерно 18% от общей массы тела, у женщин - 16%.
7-1.3. Череп
Скелет головы состоит из мозгового и лицевого отделов Фис. 62, 63). К костям черепа прикрепляются верхние отделы дыхательной и
Г.
38
пищеварительной систем. Внутри мозгового отдела черепа находится головной мозг. Этот отдел имеет форму округлой коробки и образован неподвижно соединенными друг с другом костями. Следует отметить, что соединения костей черепа являются в основном непрерывными и осуществляются с помощью швов. Имеется лишь одно прерывное подвижное соединение - ви-сочно-нижнечелюстной сустав, который обеспечивает поднимание и опускание нижней челюсти и ее движения влево, вправо, кпереди и кзади. Спереди в мозговом отделе черепа располагается большая непарная лобная кость, сверху - парные теменные кости, с боковых сторон - парные височные кости. В образовании нижней стенки мозгового отдела черепа принимают участие непарные клиновидная и решетчатая кости, задняя стенка образована затылочной костью, в которой имеется большое затылочное отверстие. Через затылочное отверстие соединяются головной и спинной мозг. Окружность черепа у взрослого человека - 52-64 см. Объем черепной коробки около 1500 см3.
В состав лицевой части черепа входят: верхняя (парная) и нижняя (непарная) челюсти, носовые, скуловые, слезные, небные кости, а также две нижние носовые раковины и сошник, участвующие в образовании стенок носовой полости. К костям лицевого черепа относится и подъязычная кость, к которой прикрепляется гортань. Через многочисленные каналы и отверстия в черепе (они находятся в основном в нижней его части) проходят нервы и сосуды.
Череп, преимущественно - лицевой, является вместилищем для органов слуха, зрения, обоняния, а также образует скелет носовой и ротовой полостей.7.1.4. Скелет туловища
В состав скелета туловища входят позвоночник и грудная клетка. Позвоночник - это своеобразная ось тела, верхний конец которой соединяется с черепом, а к нижнему присоединяются кости таза (рис. ). Позвоночник образован из 33 - 34 позвонков, состоящих из тела, дуги и отростков. Каждый позвонок имеет внутри отверстие, так что в совокупности в позвоночнике образуется позвоночный канал, в котором находится спинной мозг. В позвоночнике выделяют пять отделов.
шейный, состоящий из семи позвонков;
грудной - из двенадцати позвонков;
поясничный - из пяти позвонков,
крестцовый - из пяти сросшихся позвонков и
копчиковый, в состав которого входят 4-6 преимущественно сросшихся позвонков.
Размеры тел позвонков увеличиваются от шейных к поясничным в связи с большей нагрузкой на нижележащие позвонки. Эта же причина, а
39
та прикрепление тазовых костей, приводит к срастанию и гипертрофии крестцовых позвонков.
Позвонки шейного, грудного и поясничного отделов соединены связками, суставами и хрящами. Последние располагаются между телами позвонков, имеют форму дисков и образованы волокнистым хрящом, который обладает большой прочностью и гибкостью. Амплитуда движений между двумя позвонками невелика, но в целом эти отделы позвоночника обладают значительной подвижностью.
Позвоночник человека имеет четыре функциональных изгиба. В
шейном и поясничном отделах изгибы обращены выпуклостью вперед и называются лордозами; в грудном и крестцовом отделах - выпуклостью назад, их называют кифозами. Изгибы позвоночника способствуют амортизации при ходьбе,- беге, прыжках. В процессе постнатального онтогенеза сначала формируется шейный изгиб, когда ребенок начинает держать голову. Появление поясничного и крестцового изгибов связано с прямохождением.
Грудная клетка образована грудиной и 12-ю парами плоских дугообразно изогнутых ребер.
Ребра сзади своими головками подвижно (при помощи суставов) сочленяются с грудными позвонками, а спереди (кроме двух пар нижних ребер) посредством своих хрящей сочленяются с грудиной. Соединения костей грудной клетки достаточно подвижны, что имеет важное значение при дыхании. Передне - задний размер грудной клетки меньше бокового. Это способствует смещению центра тяжести тела к позвоночнику и повышает устойчивость при прямохождении. В целом грудная клетка человека имеет яйцевидную форму, которая несколько изменяется в зависимости от возраста, пола, профессии и патологических воздействий.7.1.5. Скелет верхних конечностей
Состоит из плечевого пояса и свободной конечности. Плечевой пояс образован лопаткой - плоской костью треугольной формы, сочленяющейся с плечевой костью шаровидным, очень подвижным суставом. С ключицей, второй костью плечевого пояса, лопатка сочленяется плоским, относительно малоподвижным суставом. Вторым своим концом ключица подвижно соединена с грудиной.
Свободная верхняя конечность (или рука) состоит из плеча, предплечья и кисти. Плечо образовано одной трубчатой плечевой костью. Предплечье имеет две кости - локтевую и лучевую. Кости предплечья вместе с пле-човой составляют сложный локтевой сустав, а с костями запястья - лучеза-^стный сустав. Кисть включает восемь небольших косточек запястья, Расположенных в два ряда, пять косточек пястья, образующих ладонь, и че-•ырнадцать фаланг пальцев, из которых большой палец имеет две фаланги,
остальные - по три. У человека большой палец противопоставлен остальным четырем.
■~
41
Г.
7.1.6. Скелет нижних конечностей
Делится на скелет тазового пояса и скелет свободной конечности. Тазовый пояс включает парные тазовые кости, каждая из которых состоит из трех сросшихся костей: подвздошной (сверху), седалищной (снизу сзади) и лобковой (спереди). Тазовый пояс вместе с крестцом образует таз,
защищающий внутренние органы брюшной полости.
Свободная нижняя конечность (нога) включает бедро, голень и стопу. Бедро представлено длинной трубчатой бедренной костью. Ее головка в верхней части входит в углубление тазовой кости, образуя шаровидный трехосный тазобедренный сустав - более прочный, но менее подвижный, чем плечевой. Голень образована большой и малой берцовыми костями. Кости бедра и голени соединяются коленным суставом, в котором совершаются амплитудные движения сгибания и разгибания. Спереди этот сустав прикрывается сесамовидной костью — коленной чашкой, которая служит блоком для перекидывания сухожилия четырехглавой мышцы бедра. С костями предплюсны кости голени соединяются блоковидным голеностопным суставом. В стопе различают предплюсну, состоящую из семи костей (наиболее крупные из них пяточная и таранная), плюсну, образованную пятью костями, и фаланги пальцев. Большой палец имеет две фаланги, остальные - по три. В связи с прямохождением стопа человека приобрела форму свода, что придает ей свойства рессоры и обеспечивает пружинистую походку (рис. 65).
7.1.7. Возрастные особенности скелета
В процессе пренатального и постнатального онтогенеза костная система ребенка подвергается сложным преобразованиям. Формирование скелета начинается в середине второго месяца эмбриогенеза и продолжается до 18 - 25 лет после рождения. Вначале у эмбриона весь скелет состоит из хрящевой ткани, окостенение которой не завершается к моменту рождения, поэтому у новорожденного в скелете еще много хрящей. Да и сама кость по химическому составу значительно отличается от кости взрослого человека. В первые годы она содержит много органических вешеств, не обладает прочностью и легко искривляется под влиянием неблагоприятный внешних воздействий: узкой обуви, неправильного положения ребенка в кроватке и т.д. Интенсивное утолщение костей и повышение их механической прочности идет до 6-8 лет. Затем до 14 лет толщина компактного слоя кости почти не меняется, а в пубертатный период вновь наблюдается интенсивное усиление прочности костей. Окостенение скелета завершается у женщин в 17-21 год, а у мужчин - в 20 - 26 лет. Кости различных отделов окостеневают в разное время. Например, окостенение позвоночника завершается к 20 - 25 годам, а копчиковых позвонков - даже к 30 годам; окостенение
трубчатых костей кисти заканчивается к 6 - 8 годам, а запястья - в 16 - 17 лет В связи с этим напряженная тонкая ручная работа может нарушить развитие костей кисти, а ношение неудобной обуви - привести к деформациям стопы (чаще всего - к развитию плоскостопия). Следует отметить, что темпы развития костей кисти хорошо коррелируют с общим физическим развитием детей и подростков. Поэтому сопоставление паспортного и «костного» возраста дает относительно правильную характеристику темпов общего физического развития детей и подростков, их биологического возраста.
Позвоночник новорожденного не имеет изгибов и отличается чрезвычайной гибкостью. К 3 - 4 годам он приобретает все четыре физиологических изгиба. В 3 месяца появляется шейный лордоз, в 6 месяцев - грудной кифоз, к 1-му году - поясничный лордоз. Крестцовый кифоз формируется последним. Однако до 12 лет позвоночник ребенка остается эластичным и изгибы слабо фиксированы, что легко приводит к искривлениям при неблагоприятных условиях развития. Наиболее интенсивный рост позвоночника наблюдается в 7-9 лет и в пубертатный период. После 14-15 лет позвоночник почти не растет в длину. Грудная клетка к 12 —13 годам также приближается к параметрам взрослого состояния.
Кости таза срастаются к 8 - 9 годам, тогда же начинают формироваться его половые различия. В целом строение таза приближается к взрослому состоянию к 14 - 17 годам, с этого возраста таз способен выдерживать значительные нагрузки.
Весьма большие изменения претерпевает череп (рис. 66). Закрытие родничков происходит в 1 - 2 года, а сращивание черепных швов - только к четырем-пяти годам. Лицевая часть черепа интенсивно растет в пубертатном периоде до наступления половой зрелости. Смена молочных зубов и формирование постоянных зубов заканчивается к пубертатному периоду и только третьи большие коренные зубы (зубы «мудрости») появляются после полового созревания.
Сроки появления молочных зубов и их смена на постоянные также коррелирует с общим физическим развитием и используется для определения уровня биологической зрелости детей и подростков.
Таким образом, в целом скелет детей и подростков характеризуется
высокой эластичностью, что всегда является угрозой его деформации
пРи нарушении гигиенических норм. Неправильное, положение ребенка за
Рабочим столом, перегрузки детей и подростков, а также сниженная двига-
ельная активность являются факторами риска в развитии патологий скелета.
аиоолее часто встречаются различные искривления позвоночника (сколио-
ы ■ боковые изгибы).
Особое значение для правильного развития костной системы имеет неценное и богатое витаминами питание. Например, при недостатке ви-ffla Д возможно развитие заболевания, названного рахитом. Оно проявля-
42
43
ется в задержке роста и деформации различных частей скелета: в искривлении ног, деформации черепа, грудной клетки и позвоночника.
7.2. Мышечная система
Сокращения скелетных мышц обеспечивают движения тела и удержание его в вертикальном положении. Вместе со скелетом мышцы придают телу форму. С деятельностью скелетных мышц связаны функции дыхания (работа межреберных мышц и диафрагмы), глотания, слуха (работа мышц, перемещающих слуховые косточки), зрения (перемещение глаза в глазнице), звуковая речь (работа мышц гортани и языка) и т.д.
В теле человека насчитывается около 600 скелетных мышц (рис. 67). Мускулатура у мужчин составляет 35-45%, а у женщин 28-35% от общей массы тела.
7.2.1. Строение и классификация скелетных мышц
Скелетная мышца - это орган, образованный поперечно-полосатой мышечной тканью и содержащий, кроме того, соединительную ткань,
нервы (двигательные, чувствительные и вегетативные) и сосуды (кровеносные и лимфатические). Каждая поперечнополосатая мышца (исключение -мимические мышцы) заключена в соединительно-тканный футляр (фасцию), имеющую гладкую поверхность, поэтому она движется относительно соседних мышц с минимальным трением. Прослойки рыхлой соединительной ткани находятся и внутри мышцы, разделяя мышечные волокна на отдельные группы (пучки). Более того, каждое мышечное волокно покрыто тонким слоем соединительной ткани. Кровеносные сосуды и нервы подходят к мышечным волокнам в составе этих соединительно-тканных оболочек. Плотность капилляров на единицу площади мышцы зависит от ее функционального состояния. На концах мышца переходит в сухожилие (из плотной волокнистой соединительной ткани), обладающее большой прочностью, но не способное сокращаться (рис. 68). Например, пяточное (ахиллово) сухожилие выдерживает нагрузку до 300 кг. Сухожильные концы отличаются по форме (длинные, короткие, широкие, веерообразные), по мышц прикреплены чаще всего к разным костям (рис. 69). Скелетные мышцы отношению к суставам (действующие на один сустав, двухсуставные, многосуставные), по расположению в теле человека (поверхностные, глубокие), по направлению мышечных волокон (круговые или кольцевые = сфинктеры, лентовидные, вере-теновидные, перистые). По своем}' функциональному значению мышцы могут быть подразделены на группы:
Мышцы
по действию на суставы сгибатели у / \ \ пронаторы разгибатели 1 |
по выполняемой деятельности
дыхательные | мимические жевательные
отводящие |
I супинаторы приводящие
При осуществлении любого двигательного акта происходит сокращение целой группы мышц. Мышцы, движения которых сочетаются, например, при сгибании, называются синергистами или содружественными, а мышцы, участвующие в противоположных действиях - антагонистами. Мышцы антагонисты не препятствуют деятельности мышц - синергистов: при сокращении сгибателей одновременно расслабляются разгибатели, что обеспечивает согласованность движений. Мышцы, сокращение которых вызывает движение конечности от тела, называют отводящими, а их антагонистов, приближающих конечность к телу, - приводящими. Мышцы-вращатели при своем сокращении вращают ту или иную часть тела (голову, плечо, предплечье и т.д.) к центру (лронаторы) или от центра (супинаторы).
7.2.2. Свойства скелетных мышц
, Сократимость - основное свойство мышц. Она характеризуется способностью мышцы укорачиваться или развивать мышечное напряжение.
Эта способность мышцы связана с особенностями ее строения и функциональными свойствами.
В скелетным мышцах выделяют два типа мышечных волокон: медленные (тонические) и быстрые (фазические). В некоторых мышцах находятся только быстрые или только медленные волокна, в других - и те и другие одновременно. Благодаря двум типам волокон организм может поддерживать позу и осуществлять движения.
Особенности тонических мышц следующие: в них много митохонд-Рий, а источником энергии является кислородные (аэробные) процессы. В от-вет на раздражение происходит медленное постепенное сокращение и да-лее медленное расслабление, в 100 раз более медленное, чем у быстрых волокон. Тонические мышцы могут длительно сокращаться, что обеспечивает Держание позы. Располагаются тонические волокна в глубоких слоях ' ЫШц конечностей и туловища.
хо ®азические волокна характеризуются меньшим количеством мито-jjjj •чРий, поэтому основным источником энергии являются анаэробные (бес-СОк/>ОДные) процессы. Эти волокна отвечают на раздражение быстрым
Щен но в них довольно быстро развивается утомление, а также
44
45
кислородная задолженность. Фазические мышцы важны для обеспечения быстрых движений. Они располагаются ближе к поверхности тела.
Деятельность мышц регулируется центральной нервной системой (ЦНС). Нервные импульсы, возникающие в различных отделах ЦНС в конечном итоге попадают на двигательный нейрон передних рогов спинного мозга (мотонейрон). Причем один двигательный нейрон, как правило, иннерви-рует несколько мышечных волокон. Было выяснено, что в скелетных мышцах имеется около 250 млн. мышечных волокон, тогда как число мотонейронов в спинном мозге - 420 тыс. Мышцы разных отделов тела иннер-вируются разным числом нервных клеток. Так, в мышцах глазного яблока один мотонейрон иннервирует 3-6 мышечных волокон, тогда как в мышцах ног их число достигает 650. Таким образом, в зависимости от тонкости двигательных актов и их биологической значимости количество нейронов, иннер-вируюших мышцы, бывает различным. Группа мышечных волокон, иннер-вируемых одним мотонейроном, получила название моторной единицы. Благодаря большому количеству моторных единиц можно объяснить плавность движений. Если бы нервные импульсы, подходящие к мышце, приводили бы к одновременному возбуждению всех мышечных волокон, то движения носили бы марионеточный, кукольный характер. Но этого не происходит, так как от различных двигательных нейронов импульсы к мышце подходят не одновременно, а несколько асинхронно. Это и способствует постепенному (градуальному) нарастанию сокращений и плавности движений нашего тела.
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 (через систему рецепторов, расположенных в самой мышце, ее сухожилиях, или в связках и суставах) постоянно получает сигналы о ходе его осуществления. Так образуется рефлекторное кольцо, представляющее собой непрерывный поток нервных импульсов, идущих от периферических рецепторов (проприо-рецепторов) в мозг, от него - в исполнительные органы (мышцы), сокращения которых регистрируются периферическими рецепторами, а оттуда^снова поток нервных импульсов устремляется к нервным центрам.
Любой двигательный акт, будь то ходьба, бег, тонкие движения пальцев рук при письме или игре на фортепиано и т.д., связан с тонким и точ-; ным согласованием последовательности сокращений различных мышечных групп, их силы, и продолжительности. В регуляции любого дви- ] жения принимают участие многие отделы ЦНС. В коре головного мозга в области передней центральной извилины находится зона двигательного анализатора. Кора осуществляет условно-рефлекторную регуляцию движений, i
т е. тех движений, которые выработались у человека в процессе индивидуального опыта. Обучение новым формам движений возможно только при сохранности коры. Роль промежуточного мозга, его подкорковых ядер заключается в том, что они регулируют движения, ставшие в результате Многочисленных повторений автоматическими. Мозжечок принимает участие в регуляции безусловнорефлекторных движений. Между корой, мозжечком и подкорковыми ядрами существуют двусторонние связи. На уровне промежуточного, среднего, продолговатого и спинного мозга осуществляется рефлекторная регуляция тонуса мышц.
; ) Возбудимость и лабильность мышц. В ответ на раздражение в мышце развивается процесс возбуждения. Эта способность, как было отмечено выше, называется возбудимостью. Уровень возбудимости мышцы является одним из важнейших показателей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппарата. Процесс возбуждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в мышечных волокнах, прежде всего перераспределением ионов К+ и Na+ между внутриклеточным и внеклеточным пространствами.
Деятельность мышц в значительной степени характеризуется ее лабильностью - скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения в возбудимой ткани. Мышечные волокна обладают значительно меньшей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, но большей, чем лабильность синапсов.
Уровни возбудимости и лабильности не являются постоянными и меняются при разных ситуациях. Так, небольшая физическая нагрузка (утренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки - понижают.
Тонус скелетных мышц. Даже в покое, вне работы, мышцы не полностью расслаблены, а находятся в состоянии некоторого устойчивого непроизвольного напряжения (тонуса). Это приводит к более быстрой реакции на раздражитель и более сильному сокращению. Внешним выражением тонуса является определенная степень упругости мышцы. Во время умственного и эмоционального напряжения тонус различных мышц может усиливаться, а во время глубокого сна он уменьшается.
Изотоническое и изометрическое сокращение мышц. Сокращение
мыщцы может сопровождаться ее укорочением, но напряжение при этом
остается постоянным. Такое сокращение называют изотоническим. Если
1цЩа напрягается, но укорочения не происходит, то сокращение мышцы на-
1вают изометрическим (например, при попытке поднять неподъемный
^. ). в естественных условиях мышечные сокращения всегда носят
скцШаНИЫЙ хаРакгеР и Движения человека сопровождаются как изотониче-
вОрW> так и изометрическими сокращениями мышц. Поэтому можно го-
Ричес-Ь ЛИшь об относительном преобладании изотонического и изомет-
ОГо Режима мышечной деятельности. ,
46
47
В экспериментальных условиях для мышечного сокращения достаточно одного нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным, оно протекает очень быстро, за несколько десятков миллисе- j кунд. В естественных условиях в организме к мышце посылается всегда серия импульсов. В результате она не успевает полностью расслабиться ] после возбуждения, вызванного предыдущим импульсом, как новый импульс 1 вновь вызывает ее сокращение и т.д. Иначе говоря, одиночные сокращения 1 суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое назы- 1 вают тетаническим сокращением, или тетанусом. Амплитуда его может I быть в несколько раз больше величины максимального одиночного сокраще- I ния. Именно тетанус обеспечивает длительность и плавность мышеч- 1 ных сокращений, которые реализуются в естественных условиях нашей физической деятельности.
7.2.3. Работа и сила мышц
Величина сокращения мышцы при определенной силе раздражения зависит как от ее строения, так и физиологического состояния мышечных волокон:
1. Длинные мышцы сокращаются на большую величину, чем корот кие.
2. Сила мышцы зависит от количества мышечных волокон в ней: чем больше количество сокращающихся волокон, тем больше развивае мая мышцей сила сокращения. Поэтому мышцы с перистым строением (содержащие большее количество мышечных волокон) способны развивать большую силу, чем мышцы с продольно распо ложенными волокнами.
3. Умеренное растяжение мышцы увеличивает ее сокращение. Но, при сильном растяжении сокращение мышцы ослабляется. Последнее связано с тем, что нити актина утрачивают связи с нитями миозина (не перекрываются) и сократительный аппарат волокна не способен развить активную силу.
Рабочая гипертрофия мышц и атрофия. При систематической работе мышцы увеличивается масса мышечной ткани. Это явление называется рабо- , чей гипертрофией мышечной ткани. В ее основе лежит-увеличение массы цитоплазмы, митохондрий и числа миофибрилл, что приводит к увеличению 1 диаметра мышечных волокон. В них ускоряются процессы биосинтеза нук- j леиновых кислот, белков, АТФ, гликогена. В результате сила и скорость со- J крашения мышц возрастают. При отсутствии нагрузок на мышечную систему, j в случаях длительного пребывания больного в постели, при переломах, воз- | никает противоположное состояние - атрофия (гипотрофия) мышц.
7.2.4. Физическая работоспособность и физическое утомление
Способность человека совершать длительное время физическую (мышечную) работу называют физической работоспособностью. Величина физической работоспособности человека зависит от .возраста, пола, тренированности, факторов окружающей среды (температуры, времени суток, содержания в воздухе кислорода и т.д.) и функционального состояния организма. Для сравнительной характеристики физической работоспособности различных людей рассчитывают общее количество произведенной работы за 1 минуту, делят его на массу тела (кг) и получают относительную физическую работоспособность ( кг*м/мин на 1кг массы тела ). В среднем уровень физической работоспособности юноши 20 лет составляет 15,5 кг*м/мин на 1кг массы тела, а у юноши-спортсмена того же возраста он достигает 25. В последние годы определение уровня физической работоспособности широко используют для оценки общего физического развития и состояния здоровья детей и подростков.
Длительные и интенсивные физические нагрузки приводят к временному снижению физической работоспособности организма. Это физиологическое состояние называют утомлением. В настоящее время показано, что процесс утомления затрагивает, прежде всего, ЦНС, затем нервно-мышечный синапс и, в последнюю очередь - мышцу. Впервые значение нервной системы в развитии процессов утомления в организме было отмечено И.М.Сеченовым. Доказательством справедливости этого заключения можно рассматривать обстоятельство, 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.
Утомление представляет собой нормальный физиологический процесс, выработанный эволюционно для защиты систем организма от систематического переутомления, которое является патологическим процессом и характеризуется расстройством деятельности нервной системы и других физиологических систем организма.
7.2.5. Возрастные особенности мышечной системы
Мышечная система в процессе онтогенеза претерпевает значительные
"фуктурные и функциональные изменения. Формирование мышечных клеток
°разование мышц как структурных единиц мышечной системы проис-
ДИт гетерохронно, т.е. сначала образуются те скелетные мышцы, ко-
Р к необходимы для нормальной жизнедеятельности организма ре-
мыи*8 НЯ данном возрастном этапе. Процесс "чернового" формирования
проц заканчивается к 7-8 неделе пренатального развития. После рождения
есс Формирования мышечной системы продолжается. В частности,
49
интенсивный рост мышечных волокон наблюдается до 7 лет и в пубертатный период. К 14 -16 годам микроструктура скелетной мышечной ткани практически полностью созревает, но утолщение мышечных волоков (совершенствование их сократительного аппарата) может продолжаться до 30 -35 лет.
Развитие мышц верхних конечностей опережает развитие мышц нижних конечностей. У годовалого ребенка мышцы плечевого пояса и рук развиты значительно лучше, чем мышцы таза и ног. Более крупные мышцы формируются всегда раньше мелких. Например, мышцы предплечья формируются раньше мелких мышц кисти. Особенно интенсивно мышцы рук развиваются в 6 - 7 лет. Очень быстро общая масса мышц 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 онтогенеза.
Возраст 0- 10 дней 8 лет 12 лет 15 лет 18 лет |
Масса мышц, % к общей массе тела
23,3 27,2 29,4 32,6 44,2
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-сгибатели 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 (с этим связана некоторая скованность движений детей), которая с возрастом улучшается. Только после 13 - 15 лет движения становятся более пластичными. Именно в этом возрасте заканчивается формирование всех отделов двигательного анализатора.
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.
Быстрота (скорость) движений характеризуется числом движений, которое ребенок в состоянии произвести за единицу времени. Она определяется тремя показателями:
4) скоростью одиночного движения,
5) временем двигательной реакции и
6) частотой движений.
Скорость одиночного движения значительно возрастает у детей с 4 -5 лет и к 13-15 годам достигает уровня взрослого. К этому же возрасту уровня взрослого достигает и время простой двигательной реакции, которое обусловлено 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. В целом, скорость движений максимально развивается к 16-17 годам.
До 13- 14 лет завершается в основном развитие ловкости, которая связана со способностью детей и подростков осуществлять точные, координированные движения. Следовательно, ловкость связана:
4) с пространственной точностью движений,
5) с временной точностью движений,
6) с быстротой решения сложных двигательных задач.
Наиболее важен для развития ловкости дошкольный и младший школьный период. Наибольший прирост точности движений наблюдается с 4 - 5 до 7 - 8 лет. Интересно, что спортивная тренировка оказывает благотворное 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 и временная. Наконец, в последнюю очередь совершенствуется способность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях. Ловкость продолжает улучшаться до 17-18 лет.
Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем школьном возрасте, особенно интенсивно сила увеличивается с 10 - 12 лет до 16 -17 лет. У девочек прирост силы активируется несколько раньше, с 10 - 12 лет, а у мальчиков - с 13 - 14 лет. Тем не менее, мальчики по этому показателю во всех возрастных группах превосходят девочек.
Позже других двигательных 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 ра-°те. Интенсивный прирост выносливости к динамической работе наблюда-ся с 11 - 12 лет т/а^ если принять объем динамической работы детей 7 лет за 100%, то у Ю-летних он составит 150%, а у 14-15-летних - более 400%. нак же интенсивно с 11-12 лет у детей нарастает выносливость к статическим ^ТУзка В целом, к 17-19 годам выносливость составляет около 85% от
уровня взрослого. Своего максимального уровня она достигает к 25 - 30 годам.
Развитие движений и механизмов их координации наиболее интенсивно идет в первые годы жизни и в подростковый период. У новорожденного координация движений очень несовершенна, а сами, движения имеют только бузусловно-рефлекторную основу. Особый интерес вызывает плавательный рефлекс, максимальное проявление которого наблюдается примерно к 40 дню после рождения. В этом возрасте ребенок способен совершать в воде плавательные движения и держаться на ней до 15 минут. Естественно, что голова ребенка должна поддерживаться, так как его собственные мышцы шеи еще очень слабы. В дальнейшем рефлекс плавания и другие безусловные рефлексы постепенно угасают, а им на смену формируются двигательные навыки. Все основные естественные движения, свойственные человеку (ходьба, лазанье, бег, прыжки и т.д.) и их координация формируются у ребенка в основном до 3 - 5 лет. При этом большое значение для нормального развития движений имеют первые недели жизни. Естественно, что и в дошкольном возрасте координационные механизмы еще очень несовершенны. Несмотря на это, дети способны овладевать относительно сложными движениями. В частности, именно в этом возрасте они учатся орудийным движениям, т.е. двигательным умениям и навыкам пользоваться инструментом (молотком, ключом, ножницами). С 6 - 7 лет дети овладевают письмом и другими движениями, требующими тонкой координации. К началу подросткового периода формирование координационных механизмов в целом завершается, и все виды движений становятся доступными для подростков. Конечно, совершенствование движений и их координации при систематических упражнениях возможно и в зрелом возрасте (например, у спортсменов, музыкантов и др.).
Совершенствование движений всегда тесно связано с развитием нервной системы ребенка. В подростковом периоде очень часто координация движений вследствие гормональных перестроек несколько нарушается. Обычно к 15 - ] 6 годам это временное ухудшение бесследно исчезает. Общее формирование координационных механизмов заканчивается в конце подросткового возраста, а к 18 - 25 годам они полностью достигают уровня взрослого человека. Возраст в 18-30 лет считают «золотым» в развитии моторики человека. Это возраст расцвета его двигательных способностей. 7.3. Школьное пй«
Еще по теме 7.1. Строение и значение скелета:
- 7.1. Строение и значение скелета
- СТРОЕНИЕ, РАЗВИТИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
- Рост и развитие костного скелета
- Опорно-двигательный аппарат человека включает в себя костную (скелет) и мышечную системы.
- 8.1.1. Строение сердца
- 1. 1. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМЛИ
- 1. Значение органов выделения
- 2. Строение системы дыхания
- 8.1. Сердце: строение и работа
- 8.2.1. Строение и классификация сосудов.
- 1.2. Содержание и значение государственного бюджета.
- 2. Мочевыделительная система. Почки: строение н функции.
- Значение землеустройства в преобразовании земельных отношений