Костно-мышечная система организма и ее функции

Ответы ко 2-ой лекции 1. Костно-мышечная система организма и ее функции Костная система и ее функции У человека более 200 костей – 85 парных и 36 непарных. Они делятся на трубчатые (кости конечностей), губчатые (ребра грудины, позвонки и т.д.; выполняют в основном защитную и опорную функции), плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей и смешанные (например, основание черепа). В каждой кости содержатся все виды тканей, но преобладает костная. Она представляет из себя разновидность соединительной ткани. В состав кости входят органические и неорганические вещества (65-70% сухой массы кости). К неорганическим веществам относятся в основном фосфор и кальций. Органические вещества – это клетки кости – коллагеновые волокна. От наличия в костях органических веществ зависит их упругость, эластичность; твердость же обеспечивается минеральными солями. Кости детей более эластичны и упруги, поскольку в них преобладают органические вещества. Кости же пожилых людей более хрупки – они содержат большое количество неорганических веществ. На рост и формирование костей оказывают существенное влияние социально-экономические факторы: питание, окружающая среда. Так, дефицит питательных веществ (особенно в раннем возрасте), солей, а также нарушение обменных процессов, связанных с синтезом белка, незамедлительно отражается на росте костей. Недостаток витаминов C и D, кальция или фосфора нарушает естественный процесс обызвествления и синтеза белка в костях, что делает их более хрупкими. На изменение костей влияют и физические нагрузки. Так, при систематическом выполнении значительных по объёму нагрузки статических и динамических упражнений, кости становятся более массивными в местах прикрепления мышц; формируются хорошо выраженные утолщения, костные выступы, бугры и гребни. Происходит перестройка костного компактного вещества и увеличивается количество и размер костных клеток. Поэтому кости становятся значительно прочнее. Правильно организованная физическая нагрузка при выполнении силовых и скоростно-силовых упражнений способствует замедлению процесса старения костей. Все кости человека соединены посредством суставов, связок и сухожилий. Суставы Движение осуществляется с помощью сустава, в котором соединяются две кости. Сустав – это подвижное соединение, область соприкосновения костей в котором покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани. Суставная жидкость в суставной сумке уменьшает трение между поверхностями при движении. Эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности внутри. Сухожилия Сухожилия соединяют скелетные произвольно сокращающиеся мышцы, присоединяют их к костям. Соединительная ткань сухожилий находится на обоих концах мышцы в местах прикрепления. Суставная капсула прочно соединяется со связками плотными волокнистыми структурами, которые соединяют две кости. Они помогают стабилизировать сустав и предотвращают неественные движения, позволяя совершать движения в нормальных условиях. Главная функция суставов – участие в осуществлении движений. Они выполняют роль демпферов, гасящих энергию движений и позволяющих мгновенно останавливаться в процессе движения. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы укрепляются и развиваются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий; увеличивается гибкость. Отсутствие же движений приводит к разрыхлению суставных хрящей и изменению суставных поверхностей, сочленяющих кости, что ведет к появлению болевых ощущений и возникновению воспалительных процессов. Мышечная система и ее функции Существует 3 вида мускулатуры: гладкая (непроизвольная мускулатура), поперечно-полосатая (произвольная) и сердечная. Гладкие мышцы распложены в стенках сосудов и некоторых органов. они сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря. Их работа совершенно не зависит от воли человека. Поперечно-полосатые мышцы – это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела. Их работа находится под волевым контролем. Сердечная мышцы состоит из поперечно-полосатых мышечных волокон. Они сокращаются быстро. Но, как и гладкие мышцы сердечные мышцы работают без участия воли человека. Основа мышц – это белки, составляющие 80-85% мышечной ткани. Главное свойство мышечной ткани – сократимость. Она обеспечивается благодаря мышечным белкам – актину и миозину. Сама мышца имеет волокнистую структуру, а каждое волокно – это мышца в миниатюре. Совокупность этих волокон и образуют мышцу. Мышечное волокно состоит из миофибрилл. Различают красные и белые мышечные волокна. Они содержатся в мышцах в разных пропорциях. Красные мышечные волокна имеют большой запас гликогена и липидов, поэтому обладают способностью к длительному напряжению и выполнению продолжительной динамической работы. Белые мышечные волокна сокращаются быстрее красных, но не способны к длительному напряжению. К мышце подходят и отходят от нее (принцип рефлекторной дуги) многочисленные нервные волокна. Двигательные нервные волокна передают импульсы от головного и спинного мозга, которые приводят мышцы в рабочее состояние. Чувствительные волокна передают импульсы в обратном направлении, информируя ЦНС о деятельности мышц. Каждую мышцу пронизывает разветвленная сеть капилляров, по которым поступают необходимые для жизнедеятельности мышцы вещества и выводятся продукты обмена. Скелетная мускулатура Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят в движение отдельные звенья скелета. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве; обеспечивают движение при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании, вырабатывая при этом тепло. Скелетные мышцы обладают свойством возбуждаться под влиянием нервных импульсов. Возбуждение проводится до сократительных структур – миофибрилл, которые при сокращении выполняют двигательный акт (движение или напряжение). У человека насчитывается около 600 мышц. Большинство из них парные. В каждой мышце различают активную часть (или тело мышцы) и пассивную часть (сухожилия). Мышцы, действие которых направлено противоположно, называются антагонистами, однонаправленно – синергистами. Одни и те же мышцы в различных ситуациях могут выступать в том и другом качестве. По функциональному назначению и направлению движений суставов различают сгибатели и разгибатели, приводящие и отводящие, сфинктеры (сжимающие) и расширители. Мышцы туловища включают мышцы грудной клетки, спины и живота. Мышцы грудной клетки участвуют в движении верхних конечностей, а также обеспечивают дыхательные движения. Мышцы спины участвуют в поддержании вертикального положения тела и при сильном напряжении вызывают прогибание туловища назад. Брюшные мышцы поддерживают давление внутри брюшной полости, участвуют в некоторых движениях тела и в процессе дыхания. Мышцы головы и шеи – мимические, жевательные, приводящие в движение голову и шею. Мышцы верхних конечностей обеспечивают движение плечевого пояса, плеча, предплечья и приводят в движении кисти и пальцы. Мышцы нижних конечностей обеспечивают движение бедра, голени и стопы. Многие мышцы бедра, голени и стопы принимают участие в поддержании тела человека в вертикальном положении. Энергетика мышечного сокращения Сокращение и напряжение мышцы осуществляется за счет энергии высвобождающейся при химических превращениях. Они происходят при поступлении в мышцу нервного импульса или нанесения на нее непосредственного раздражения. В качестве основного поставщика энергии для мышечной работы выступает АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Она играет роль универсальной валюты, идущей на оплату всех энергических потребностей живых клеток. Запасы АТФ в мышцах не велики, поэтому необходим постоянный ресинтез АТФ. Ее восполнение и образование энергии происходит двумя способами в зависимости от того, присутствует ли при этом кислород или нет. Реакции, совершающиеся в бескислородной среде, получили название анаэробных. Освобождение энергии в этом случае происходит за счет мгновенного расщепления богатых энергией веществ на менее богатые. Последнее звено в этом расщеплении – превращение гликогена в молочную кислоту. Гликоген – это сложный вид сахара, родственный крахмалу. Сахар и другие виды углеводов, которые мы потребляем накапливаются в организме в виде гликогена. Этот механизм расщепления может давать большой эффект, и он может использоваться при кратковременной максимальной работе (например, при спринтерском беге), когда внезапно необходимо проявить силу, а кровоснабжение мышц при этом недостаточно. Его недостаток заключается в том, что в работающих мышцах накапливается молочная кислота и им становится трудно справляться с воздействием кислой среды. Молочная кислота для мышцы является веществом утомления, поэтому мышца может работать незначительное время. Реакции, происходящие с участием кислорода, получили название аэробных. Образование энергии и восстановление запасов АТФ в этом случае происходит за счет окисления углеводов и жиров. При этом образуется углекислый газ и вода. Часть энергии расходуется на восстановление молочной кислоты в глюкозу и гликоген. Также обеспечивается ресинтез АТФ. Аэробный ресинтез АТФ отличается высокой экономичностью, а также универсальностью в использовании субстратов. Окисляются все органические вещества организма (аминокислоты, белки, углеводы. жирные кислоты и т.д). Однако он требует потребления кислорода. Его доставка в мышечную ткань обеспечивается дыхательной и сердечно сосудистой системами, что связано с их напряжением. Кроме того, развертывание аэробного образования АТФ продолжительно по времени и не велико по мощности. Количество кислорода, необходимого для полного обеспечения выполняемой деятельности называют кислородным запросом. Но органы кислородного снабжения «тяжелы на подъем», они не могут быстро удовлетворить кислородный запрос. Поэтому образуется кислородный долг. Обычно в общем кислородном долге различают две фракции: алактатную и лактатную. Первую связывают с ресинтезом АТФ и с восполнением израсходованных кислородных резервов организма. Эта часть кислородного долга оплачивается очень быстро (не более чем за 1-1,5 минуты). Вторая фракция отражает окислительное устранение лактатов молочной кислоты. Ликвидация лактатной фракции кислородного долга происходит более медленными темпами (от нескольких минут до 1,5 часов). 2. Физиологические и биологические механизмы двигательной активности. Влияние упражнений на функции организма, формирование и совершенствование различных морфо-физиологических функций и организма в целом зависит от их способности к дальнейшему развитию. Это имеет во многом генетическую, врожденную основу и особенно важно для достижения как оптимальных, так и максимальных показателей физической работоспособности. Способность к выполнению физической работы может возрастать многократно, но до определенных пределов. Умственная же деятельность не имеет ограничений в своем развитии. Каждый организм обладает своими резервами и возможностями. Систематическая мышечная деятельность позволяет путем совершенствования физиологических функций мобилизовать те резервы, о существовании которых многие даже не догадываются. Адаптированный к нагрузкам организм обладает гораздо большими резервами. Более того, он может более экономно и полно их использовать. организм с более высокими морфо-функциональными показателями физиологических систем и органов обладает повышенной способностью выдерживать более значительные по мощности, объему, интенсивности и продолжительности физические нагрузки. Особенности морфо-функционального состояния различных систем организма, формирующиеся в результате двигательной деятельности, называют физиологическими показателями тренированности. Они изучаются у человека в состоянии относительного покоя при выполнении стандартных нагрузок и нагрузок различной мощности (в т.ч. предельных нагрузок). Одни физиологические показатели менее изменчивы, другие – более и зависят от двигательной специализации и индивидуальных особенностей занимающегося. В ходе занятий совершенствуется все: и высшая нервная деятельность, и функция центральной нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной и др. систем; совершенствуются обмен веществ и энергии, система нейрогуморального регулирования. Абсолютно все. Так, к числу показателей тренированности в покое можно отнести: 1) изменения в состоянии центральной нервной системы, увеличение подвижности нервных процессов, укорочение скрытого периода двигательных реакций; 2) изменения опорно-двигательного аппарата (увеличенная масса и возросший объем скелетных мышц, гипертрофия мышц, сопровождаемая улучшением их кровоснабжения, положительные биохимические сдвиги, повышенная возбудимость и лабильность нервно-мышечной системы); 3) изменения функции органов дыхания (частота дыхания у тренированных в покое меньше, чем у нетренированных); кровообращения (частота сердечных сокращений в покое также меньше, чем у нетренированных); состава крови. Тренированный организм расходует в покое меньше энергии, чем нетренированный. Понижение энергетических затрат при тренировке связано с соответствующим уменьшением количества потребляемого кислорода. В состоянии покоя у тренированных вентиляция легких меньше, чем у нетренированных, что связано с малой частотой дыхательных движений. Глубина же отельных дыханий изменяется незначительно, а подчас даже несколько увеличивается. Все это обусловлено отчасти тем, что тренированные лица лучше расслабляют свои мышцы. Дополнительное же напряжение мышц всегда связано с дополнительными энергетическими затратами. Кроме того, у тренированных отмечается в состоянии покоя несколько более пониженная возбудимость нервной системы по сравнению с нетренированными. Наряду с этим у них хорошая уравновешенность процессов возбуждения и торможения. Все эти свидетельства говорят о том, что тренированный организм очень экономно расходует энергию в покое. В процессе глубокого отдыха осуществляется перестройка его функций, происходит накопление энергии для предстоящей интенсивной деятельности. Подобная тенденция наблюдается и в работе сердца. Относительно низкий уровень минутного объема крови в состоянии покоя у тренированного по сравнению с нетренированным человеком обусловлен небольшой частотой сердечных сокращений. Редкий пульс (брадикардия) один из основных физиологических спутников тренированности. Обмен веществ и энергии Основной признак живого организма – это обмен веществ и энергии. В организме непрерывно идут пластические процессы – процессы роста, образования сложных веществ, из которых состоят клетки и ткани. Параллельно происходит обратный процесс разрушения. Всякая деятельность человека связана с расходованием энергии. Даже во время сна многие органы (сердце, легкие, дыхательные мышцы) расходуют значительное количество энергии. Нормальное протекание этих процессов требует расщепления сложных органических веществ по аэробному типу, поскольку они являются единственными источниками энергии для животных и человека. Такими веществами являются белки, жиры и углеводы. Также для нормального обмена веществ имеют больше значение вода, витамины и минеральные соли. Процессы образования в клетках организма необходимых ему веществ, извлечение и накопление энергии (ассимиляция) и процессы окисления и распада органических соединений, превращение энергии и ее расход (диссимиляция) на нужды жизнедеятельности организма между собой тесно переплетены, обеспечивают необходимую интенсивность обменных процессов в целом, баланс поступления и расхода веществ и энергии. Обменные процессы в организме протекают очень интенсивно. Почти половина тканей тела обновляется или заменяется полностью в течении 3-х месяцев. Белки Белки – необходимый строительный материал протоплазмы клеток. Они выполняют в организме специальные функции. Все ферменты, многие гормоны, переносчики кислорода, защитные вещества крови являются именно белковыми телами. Белки сложны по своему строению и весьма специфичны. Они состоят из белковых элементов – аминокислот, которые образуются при переваривании животного и растительного белка и поступают в кровь. Аминокислоты, поступившие из пищи, являются своеобразными кирпичиками наших тел. Углеводы Углеводы – важная составляющая часть животного организма. Это главный источник энергии. Они всасываются в кровь в основном в виде глюкозы. Это вещество разносится по тканям и клеткам организма. В клетках глюкоза при участии ряда факторов окисляется до воды и углекислого газа. Одновременно высвобождается энергия, которая используется организмом при реакции синтеза или мышечной работе. Запасы углеводов особенно интенсивно расходуются именно при физической работе. Уменьшение содержания глюкозы является одним из факторов, способствующих развитию утомления. Насыщение организма углеводами способствует сохранению постоянной концентрации глюкозы в крови, что повышает работоспособность. Эфферентные нервные пути, обеспечивающие регуляцию углеводного обмена, относящиеся к вегетативной нервной системе, симпатические нервы усиливают процессы расщепления и выход гликогена из печени. Парасимпатические нервы стимулируют депонирование гликогена в печени. Нервные импульсы могу воздействовать либо прямо на клетки печени, либо косвенным путем через железы внутренней секреции. Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечника – способствует выходу углеводов из депо, а гормон поджелудочной железы – инсулин – обеспечивает их депонирование. Кроме этих гормонов в регулировании углеводного обмена участвуют гормоны коркового слоя надпочечников, щитовидной железы и передней доли гипофиза. Жиры Жиры – важный источник энергии организме и необходимая составляющая часть клеток. Излишки жиров могу депонироваться в организме. Главным образом, они откладываются в подкожной жировой клетчатке и в печени. Как энергетический материал, жиры используются в состоянии покоя и выполнении длительной малоинтенсивной физической работы. Вначале напряженной мышечной деятельности окисляются углеводы, но через некоторое время в связи с уменьшением запаса гликогена начинают окислятся жиры и продукты их расщепления. Процесс замещения углеводов жирами настолько интенсивный, что 80% всей необходимой в этих условиях энергии освобождается в результате расщепления жира. Обмен жиров тесно связан с обменом белков и углеводов. При голодании жировые запасы служат источником углеводов. Вода и минеральные соли Для нормальной жизнедеятельности организма, живущего в изменяющейся среде очень важно постоянство внутренней среды. Ее создают плазма крови, тканевая жидкость, лимфа, основная часть которых это вода, белки и минеральные соли. Вода и минеральные соли не служат питательными веществами или источниками энергии. Но без воды не могут протекать обменные процессы, поскольку вода – это хороший растворитель. Минеральные же вещества входят в состав скелета и в структуру белков, гормонов, ферментов. Нормальная деятельность ЦНС, сердца и др. органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ за счет которых поддерживается постоянство внутренней среды. Они также участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения и т.д. Витамины Значение же витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количествах, они регулируют ряд реакций обмена веществ. Витамины влияют на обмен веществ, свертываемость крови, рост и развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Особенно важна их роль в питании молодого организма и тех взрослых, чья деятельность связана с большими физическими нагрузками. Для нормальной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей, витаминов, которые содержатся в пищевых продуктах. Чтобы сохранять энергетический баланс, поддерживать нормальную массу тела и обеспечивать высокую работоспособность и профилактику различного рода патологических явлений в организме, необходимо при полноценном питании увеличить расход энергии за счет повышения двигательной активности, что существенно стимулирует обменные процессы. Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Количество энергии, затрачиваемое непосредственно на физическую нагрузку, должно составлять не менее 1200-1500 тыс. калорий в сутки. При регулярном выполнении физических упражнений или занятиях спортом в крови увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина, обеспечивающие рост кислородной емкости крови; возрастает количество лейкоцитов и их активность, что повышает сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям. Двигательная активность, занятия спортом оказывают существенное положительное влияние на развитие и состояние сердечно сосудистой системы.