Как измерить абсолютную силу мышц. Определение силы мышц. Б – Центральные факторы

Для исследования мышечной силы используются специальные приемы, при которых нагрузка падает только на отдельные мышцы и группы мышц. Исследуемого просят выполнить определенные движения в условиях сопротивления, о чем говорилось выше, либо наоборот - исследуемый оказывает сопротивление активным действиям врача. Там, где это возможно, обязательно сопоставляются симметричные группы мышц.
Исследование мышечной силы не проводится при локальном воспалении мышц, фасций, сухожилий, их разрыве, при ушибе, наличии гематомы.

В клинической практике мышечную силу условно подразделяют на 5 градаций:
1 - мышечная сила нормальная;
2 - мышечная сила снижена;
3 - мышечная сила резко снижена;
4 - напряжение мышцы совершается без двигательного эффекта;
5 - мышца парализована.

М. Доэрти, Д. Доэрти (1993 г.) приводят классификацию клинической оценки силы мышц, предложенную Медицинским исследовательским Советом.
Можно пользоваться упрощенным подразделением мышечной силы на нормальную, ослабленную (сниженную), ее отсутствие.

Некоторые приемы исследования мышечной силы в условиях сопротивления были приведены при описании исследования двигательной функции мышц. Приводим другие.
Определение силы мышц плечевого пояса . Исследуемый, согнув руки в локтевых суставах, поднимает их до уровня плеч и удерживает в таком положении. Врач, положив руки на локтевые суставы сверху, оказывает давление вниз. По степени сопротивления оценивается сила мышц плечевого пояса.

Определение силы мышц, сгибающих предплечье . Исследуемый сгибает руку в локтевом суставе и удерживает ее в таком положении. Врач делает попытку разогнуть ее, упершись одной рукой в плечо, другой захватив руку на уровне лучезапястного сустава.

Определение силы мышц, разгибающих предплечье в локтевом суставе . Рука исследуемого максимально согнута в локтевом суставе. Врач одной рукой удерживает его за плечо, другой, захватив за предплечье на уровне лучезапястного сустава, оказывает сопротивление исследуемому при разгибании руки в локтевом суставе.

Определение силы сгибателей и разгибателей кисти . Врач одной рукой фиксирует предплечье исследуемого на уровне дистальной трети предплечья, другой рукой фиксирует его ладонь (кулак), препятствуя сгибанию, а потом разгибанию кисти в лучезапястном суставе.

Определение силы мышц кисти . Врач попеременно или одновременно вкладывает указательный и средний пальцы в кисть исследуемого и просит их сжать. По степени сжатия оценивается сила сгибателей пальцев. Определение силы сгибателей бедра. Исследуемый лежит с вытянутыми ногами. Врач, положив руку на коленную чашечку или чуть выше, и, зафиксировав коленный сустав, предлагает ему согнуть ногу. По Величине усилия, приложенного к удержанию ноги в вытянутом положении, оценивается сила.

Определение силы сгибателей и разгибателей стопы . Исследуемый лежит на спине со стопами, свисающими над краем кушетки. Врач одной рукой фиксирует голень, другой, захватив стопу в дистальном отделе, оказывает Сопротивление при ее сгибании и разгибании в голеностопном суставе.

Определение силы мышц сгибающих и разгибающих пальцы стопы . Врач фиксирует пальцы стопы их поперечным захватом между большим и указательным пальцами и просит исследуемого выполнить сгибание и разгибание пальцев.

Мышечную силу определяют методом действия и противодействия, т. е. больного просят выполнять свойственное для сустава движение и, противодействуя рукой исследующего, определяют напряжение мышц. Силу мышц оценивают по 5-балльной системе: 5 баллов - мышцы здоровой конечности, 4 балла - незначительная атрофия мышц, но сила позволяет преодолеть вес сегмента конечности и препятствие, создаваемое рукой исследователя. Однако сопротивление слабее, чем на здоровой конечности. 3 балла - умеренная атрофия мышц с активным преодолением веса сегмента, но без сопротивления. 2 балла - выраженная атрофия, мышцы с трудом сокращаются, но без веса сегмента. 1 балл - выраженная атрофия мышц, сокращений нет.

Лабораторные: Клинические анализы

Под клиническими исследования понимают в первую очередь, общие анализы крови, мочи и кала. Это тот минимум лабораторных исследований, без которого пострадавшему невозможно провести полноценную терапию, а тем более выполнить хирургическое вмешательство без риска получить тяжелое осложнение или даже летальный исход.

Исследование крови проводят с подсчетом количества эритроцитов, лейкоцитов и лейкоформулы, определением уровня содержания гемоглобина, цветового показателя, гематокритного числа, СОЭ. Если предполагается оперативное вмешательство, есть подозрение на продолжающееся внутритканевое или внутриполостное кровотечение, исследование дополняют подсчетом тромбоцитов, ретикулоцитов, определением времени свертываемости и длительности кровотечения.

Приводим примерные нормальные показатели, перечисленных инградиентов исследований у взрослого человека. Почему примерные? Да потому, что они имеют колебания в зависимости от возраста, пола, иногда времени суток и места жительства исследуемого. Приводим средние цифры норм для центральной зоны России без учета экстремальных климатических районов Крайнего Севера, Северо-Востока, Юга.

Количество эритроцитов: Мужчины (4,0…5,5) х10 12/л; Женщины (3,6…5,0) х10 12/л.

Количество лейкоцитов: (4,0…4,8) х10 12/л

Гематокритное число – соотношение объемов эритроцитов и плазмы циркулирующей

крови: Мужчины - 0,380 – 0,480; Женщины – 0,330 – 0, 450;

Тромбоциты (180…320) х 10 9/л

Ретикулоциты (молодые формы эритроцитов) в норме в циркулирующей крови их от 0,2 до

1%, т. е. (30…70) х 10 9/л

Длительность кровотечения (по Дьюку) – 2-3 минуты

Время свертываемости крови (по Сухареву) – начало от 30 секунд до 2 минут.

Конец от 3 до 5 минут.

Лейкоформула –процентное содержание разных лейкоцитов в мазке крови. Исследование практически не специфическое, но очень важное, так как является показателем тяжести состояния больного.

Моча – определяют количество, цвет, прозрачность, плотность (норма 1,008-1,025, колеблется в течение суток). РН – 4.5 – 8. 0. Пробы на белок, глюкозу, билирубин – должны быть отрицательные.

При травмах – исследование на наличие крови. Положительная реакция указывать на повреждение мочеполовых органов и мочевыводящих путей. При тяжелых травмах – олигурия, анурия указывают на тяжесть состояния больного и являются прогностически плохим признаком.

Кал – наличие крови в кале после травмы подтверждает повреждение кишечника, другие отклонения от нормы могут указывать на сопутствующие заболевания: нарушение фукнции печени, поджелудочной железы, гельминты и. т. д.

Из общеклинических анализов важное значение имеют исследование жидкостей, полученных из серозных полостей: плевральной, перикарда, брюшной полости, сустава, люмбальной. Содержимое этих полостей при травмах может говорить о многом. Наличие крови в плевральной полости указывает на гематоракс или продолжающееся кровотечение. То же самое можно получит из брюшной полости, но в отличие от плевральной, содержимым ее может быть транссудат с примесью мочи, желчи, содержимого кишечника и даже остатков пищи, что указывает на катастрофу соответствующих органов.

Удельная сила мышц, скелетных и гладких (в расчете на 1 см 2 площади поперечного сечения), почти одинакова и, в среднем, составляет 4-3 кг/см 2 или 40-30 Н/см 2 .

Сила есть способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счёт мышечного сокращения или напряжения.

В физиологии принято выделять следующие виды силы :

1. Максимальная сила (МС);

2. Максимальная произвольная сила (МПС);

3. Относительная сила (ОС) – это МС делённая на анатомический поперечник (перпендикулярно длиннику мышцы) мышцы (S) или массу тела (P): ОС = МС / S (P) кг/см 2 ;

4. Абсолютная сила (АС) – это МС делённая на физиологический поперечник (сумма поперечных сечений всех её волокон) мышцы S’’:

АС=МС/ S’’

Мышцы (по А.А. Ухтомскому) имеют следующие типы строения:

Мышцы с параллельным ходом волокон (портняжная мышца);

Мышцы с веретенообразным ходом волокон (бицепс);

Мышцы с перистым расположением волокон (жевательная, трапецивыдная, межреберные мышцы).

Так абсолютная сила портняжной мышцы 6,24 кг/см 2 , двуглавой мышцы плеча 8,1 кг/см 2 , жевательной 10 кг/см 2 .

Максимальную силу возможно определить лишь при следующих условиях:

1. одновременная активация всех двигательных единиц, входящих в данную мышцу,

2. режим полного тетануса всех ДЕ,

3. сокращение мышцы при длине покоя (изометрический режим),

4. наличие электростимуляции.

Максимальная произвольная сила – это суммарная величина изометрического напряжения группы мышц при максимальном произвольном усилии испытуемого.

Разница между показателями МС и МПС называется силовой дефицит (СД): СД=МС-МПС.

Силовой дефицит – это интегральный показатель степени координационных способностей нервно-мышечного аппарата.

Силовой дефицит зависит от:

1. эмоционального (психологического) состояния человека (его настрой);

2. числа активных ДЕ (особенно больших);

3. совершенствования управления двигательными единицами центральной нервной системой.

Величина максимального мышечного напряжения зависит от следующих факторов:

А – Периферические (структурные, внутримышечные) факторы:

Количество мышечных волокон в мышце,

Величина двигательных единиц, степень рекрутирования (вовлечения в сокращение) мышечных волокон.

3. длина мышечных волокон (Существует некоторая средняя длина Л 0 (это длина мышцы при покое в условиях целостного организма), при которой мышца развивает максимальное сокращение. Если длина будет меньше Л 0 , или, наоборот, больше Л 0 (перерастянута), то сила, развиваемая мышцей в момент ее возбуждения, будет значительно меньше. Оказалось, что максималь­ная сила развивается мышцей в том случае, когда длина саркомера составляет 2,2-2,5 мкм. Зависимость силы мышцы от ее длины очень важна - особенно для сердечной мышцы (закон Франка-Старлинга) в практическом и теоретическом отношениях (она доказывает гипотезу скольжения протофибрилл, объясняющую механизм сокращения);

4. тип строения мышцы (степень наклона мышечных волокон к оси движения – физиологический поперечник мышцы),

5. композиция мышцы (из каких волокон состоит – белых гликолитических или красных оксидативных),

6. функциональные (энергетические – содержание химических потенциалов АТФ, КрФ, гликоген, миоглобин и сократительных белков).

Б – Центральные факторы:

Факторы внутримышечной координации (частота и характер нервных импульсов в ДЕ.

В 1885 г. Н.Е. Введенский ввел понятие оптимума и пессимума частоты и силы раздражения, т.е. зависимости амплитуды ответной реакции мышцы от частоты и силы раздражения. Например, импульсы с частотой 30 Гц (30 имп/с) вызывают тетанус высотой 10 мм миографической записи, 50 Гц – 15 мм, 200 Гц – 3 мм. В этом примере 50 Гц - оптимальная частота (оптимум), 200 Гц – пессимальная частота (пессимум). Таким образом, меняя частоту посылки импульсов к мышечным волокнам, альфа-мотонейрон может регулировать величину сократительного ответа своего мышечного аппарата.

К факторам внутримышечной координации также относится регуляция числа активных, возбуждаемых в данный момент времени ДЕ (Хенеманн). Так, если мышца представлена 10 ДЕ, а в данный момент активна 1ДБ, то мышца способна развить силу, равную 1/10 от ее максимальной силы. Если 5 ДЕ активны, то соответственно, мышца развивает 50% от мак­симума и т. д., а 100% силы она разовьет в том случае, если все 10 ДЕ одновременно будут возбуждены.

2. Режим сократительной деятельности (от одиночного до полного тетануса).

Синхронизация работы ДЕ.

Так, если все 10 ДЕ начнут одновременно возбуждаться, то сила будет, например, 4 кгс/см 2 , а если они возбуждаются асинхронно, то максимальная сила составит 3 кгс/см 2 .

4. Факторы межмышечной координации (мобилизация агонистов, торможение антагонистов, адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы (феномен Орбели-Генецинского).

5. Гормональные влияния (гормоны с анаболическим эффектом: половые, гормон роста и др.)

Динамометрами измеряют кистевой мышечный тонус у детей и взрослых с целью определения общей работоспособности и силы человека, а также для отслеживания в динамике процесса восстановления после перенесенных травм, в процессе подготовки спортсменов, для проведения динамометрии во время диспансеризации населения. Современные приборы показывают силу в деканьютонах (даН). Эта единица является аналогом килограмм-силы (кгс).

Принцип работы динамометра

Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.

Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.

Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!

Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.

Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.

Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.

Современный прибор для динамометрии — это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.

Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!

Основные виды динамометров в медицине

Первые динамометрические устройства , представлявшие собой пружинные механизмы, были созданы в середине 18 века. Пружина в них под воздействием груза растягивалась на определенную длину. Деления на шкале, показывающие удлинение пружины, соответствовали массе груза. Спустя некоторое время был изобретен циферблатный прибор с круглой пружиной замкнутого контура. После устройств с механизмами растяжения были изобретены конструкции, работающие при нажиме.

Сегодня существуют динамометры следующих типов:

• Механические.
• Гидравлические.
• Электронные.

Приборы с механическим принципом действия бывают:

• Рычажные.
• Пружинные.

Встречаются модели динамометрических приборов, в которых задействованы сразу два вида силовых устройств!

В медицинской практике чаще всего используются следующие виды приборов :

В электронных конструкциях применяются типы индуктивных, пьезоэлектрических и других датчиков. В процессе деформации датчика сопротивление возрастает — как следствие, меняются токи. В результате, сила давления на датчик оказывается прямо пропорциональной силе передаваемого прибором электрического сигнала.

Электрический динамометр – это высокоточный, небольшой по габаритам и лёгкий по весу прибор!

Чем отличается кистевой или ручной динамометр от станового?

В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.

Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!

Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.

Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.

Правила эти очень просты и состоят в следующем:

• Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
• Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
• Руку с устройством следует вытянуть вперед.
• Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.

По данному алгоритму делается измерение силы каждой руки поочередно, несколько раз подряд.

Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!

При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.

Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц — для мужчин.

С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!

Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.

Для измерения мышечной силы человеку нужно:

• Встать обеими ногами на подножку прибора.
• Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
• Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
• Ноги в коленях при этом не сгибать.
• Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.

Принцип расчета относительных показателей для становых приборов такой же, как и для ручных. Но величины индексов значительно выше. При индексе до 170 единиц становая сила оценивается как низкая. Показатели от 170 до 200 единиц говорят о силе ниже средних значений. Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.

Для чего нужно знать силовые показатели?

На силу мускулов человека влияют его пол и возраст, вес тела и уровень усталости. Во многом зависит показатель силы от времени суток и типа мышечной тренировки.

Замечено, что в средине дня фиксируется, как правило, максимальное значение данного показателя. А утром и вечером – минимальное.

В то же время нормальная мышечная сила конкретного человека может быть ослаблена в связи с тем, что:

• Он болеет каким-либо заболеванием или испытывает временное недомогание.
• Человек находятся в состоянии депрессии или стресса.
• По ряду причин сбился привычный для его организма режим питания и распорядок дня.

Зачастую данные показатели понижены у лиц пожилого возраста и у людей, не поддерживающих себя в должной физической форме.

Врачи назначают пациентам измерение мускульной силы на динамометре для контроля физического развития как детей и подростков, так и взрослых людей.

При проведении замеров необходимо следить, чтобы в начальном положении стрелка прибора стояла на нулевой отметке!

После замера показания обязательно записываются. Это поможет медикам в дальнейшем оценить изменение состояния здоровья человека за определенный промежуток времени.

Тем, у кого показатели мышечной силы невысоки, врачи рекомендуют занятия приемлемым видом спорта. Ведь физические упражнения делаются не только для наращивания бицепсов. Прежде всего, они укрепляют иммунитет организма, повышают его работоспособность.

Обзор популярных моделей и цен на динамометры медицинских

В России производится несколько разновидностей медицинских динамометрических приборов. Среди них есть механические и электронные модели. Для взрослых и детей выпускаются становые и кистевые устройства разной ценовой категории.

Динамометр кистевой ДК-25, ДК-50, ДК-100, ДК-140

Перечисленные модели относятся к категории пружинных механических приборов. Они предназначаются для измерения мышечной силы у людей разного возраста и состояния здоровья. Устройства для динамометрии нужны в поликлиниках и диспансерах, в санаторно-оздоровительных и клинических учреждениях, в секциях различных видов спорта.

Принцип работы, форма и размер данных моделей мало отличаются между собой. Главная разница — в диапазоне измерений.

Цифры, входящие в наименование прибора, свидетельствуют о верхнем пределе диапазона!

В частности, ДК-25 – это динамометр кистевой, позволяющий измерять силу максимум до 25 деканьютонов. Прибор ДК-140 имеет верхний предел измерений, равный 140 деканьютонам.

Стоимость ручных пружинных моделей составляет от 3100 до 3900 рублей.

Данные модели представляют собой ручные электронные приборы, выпускаемые для измерения кистевой мышечной силы пациентов. Их используют в клиниках, стационарах, реабилитационных центрах, в школьных медицинских кабинетах. Они применяются также в профессиональном и любительском спорте и в физиологической практике.

Прибор ДМЭР-120 выпускается для взрослых людей. При сжатии кистью корпуса динамометра прикладываемая мышечная сила преобразуется в электрический сигнал определенной частоты. Полученные показания проходят обработку в цифровом микропроцессоре. Устройство оснащено жидкокристаллическим табло с индикатором, на который выводится окончательный результат. С его помощью можно производить измерение в пределах от 2 до 120 даН.

Есть вариант исполнения данной модели с индикатором, вынесенным за пределы прибора!

Цена модели составляет порядка четырёх тысяч рублей. Исполнение с выносным индикатором стоит на 500 рублей дороже. Конструкция имеет автономную систему питания от аккумуляторных элементов.

ДМЭР-30 – это детский динамометр. Им измеряют силу мышц рук у детей старшего и среднего возраста.

Ребенку удобно держать в руке данный прибор, так как он имеет корпус небольшого размера!

Кроме того, прибор очень лёгкий — он весит всего 90 гр. Устройство может работать в двух режимах. Обычный режим после измерений нужно отключать вручную. В экономичном

режиме предусмотрено автоматическое самоотключение прибора спустя одну минуту после произведения замера. Максимальный предел измерения в данном приборе составляет 30 даН. Стоимость данной модели — 3400-3600 рублей.

Этот динамометрический прибор имеет диапазон измерения от 20 до 200 даН. Корпус станового измерителя силы выполнен из материала силумина и покрыт лаком. Пружинная часть сделана из никелированной стали.

Устройство определяет статическую выносливость и силу сгибающих и разгибающих мышц корпуса человека!

Прибор оснащен специальным зеркалом, благодаря которому можно видеть показания шкалы во время приложения мышечного усилия.

Становой динамометр используется в кабинетах лечебной физкультуры, в ортопедических и неврологических клиниках, в научно-исследовательских лабораториях и в спорте.

Цена станового динамометрического устройства находится в пределах 9950-12250 руб.

Сила мышцы. Единицы измерения. В системе СИ сила выражается в ньютонах (Н). В физиологической практике силу мышцы, как правило, определяют по максимальной массе груза, который может быть поднят при ее сокращении. В условиях целостного организма определяют «становую», «кистевую » силу, силу сгибателей и т.п.

Факторы, определяющие силу мышцы. Анатомическое строение: перистые мышцы (волокна расположены косо, под углом к продольной оси) способны развивать гораздо большее напряжение, чем мышцы с параллельным расположением волокон. В связи с этим принято определять так называемое физиологическое поперечное сечение мышцы, т.е. сумму поперечных сечений всех волокон, из которых состоит мышца. У перистых мышц физиологическое поперечное сечение значительно превосходит анатомическое (геометрическое). К числу наиболее сильных относятся жевательные мышцы.

Выделяют понятие «удельная сила мышцы» - отношение общей силы мышцы в ньютонах к физиологическому поперечному сечению мышцы (Н/см 2). Удельная сила находится в пределах 50- 150Н/см 2 . Удельную силу мышцы выражают также и в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см 2). Так, для трехглавой мышцы она составляет 17 кг/см 2 , для сгибателя плеча - 8кг/см 2 , для икроножной мышцы - 1кг/см 2 , для гладкой мышцы - 1кг/см 2 . В разных мышцах тела соотношение между числом медленных и быстрых мышечных волокон неодинаково и очень сильно отличается у разных людей, а также в разные периоды жизни. Одиночное мышечное волокно способно развивать напряжение до 0,2 Н.

Исходная длина мышцы тоже влияет на силу ее сокращения. При умеренном предварительном растяжении мышцы сила ее сокращения увеличивается, а при сильном растяжении она уменьшается, вплоть до отсутствия сокращения из-за отсутствия зон зацепления между нитями актина и миозина. При оптимальной длине (в состоянии покоя), при которой все головки миозиновых нитей способны контактировать с актиновыми филаментами, сила мышечного сокращения вырастает максимально. Предварительное растяжение мышцы увеличивает ее эластическую тягу, что также ведет к увеличению последующего ее сокращения. Это осуществляется за счет белка титина, нити которого одним концом прикреплены к Z-пластинке, другим - к миозину и растягиваются подобно пружине.

При сильном укорочении мышцы уменьшается (по непонятным причинам) сродство тропонина к Са 2+ , что ограничивает максимальную силу сокращений.

Число возбужденных волокон также влияет на силу одиночного сокращения мышцы. Оно определяется силой раздражения в эксперименте или числом возбужденных мотонейронов в натуральных условиях.

Сила тетанического сокращения мышцы зависит от степени выраженности суммации сокращений в каждом мышечном волокне, что определяется частотой импульсации - она возрастает до оптимума.

Работа мышцы (А). В механике работа определяется как произведение силы (F), приложенной к телу, на расстояние (L) его перемещения под воздействием данной силы:

А = F×L (Дж).

Утомление мышцы. При мышечной работе у человека со временем развивается утомление - сила мышечных сокращений постепенно уменьшается, и в конечном итоге наступает момент, когда человек уже не в состоянии продолжать работу. Скорость развития утомления зависит от ритма работы и величины груза. Большой груз или слишком частый ритм работы приводят к быстрому развитию утомления, в результате чего выполненная работа бывает ничтожна. Наибольшей бывает работа при некотором среднем, оптимальном для данного человека, ритме работы и среднем, оптимальном грузе (правило средних нагрузок). При любой силе изометрического сокращения мышцы работа равна нулю, несмотря на расход энергии и развивающееся утомление. Причиной утомления является накопление К + в Т-трубочках (при частых сокращениях), накопление молочной кислоты, расход энергетического материала.

Мощность мышцы (работа, совершаемая в единицу времени) в системе СИ выражается в ваттах (Дж/с 2). Максимальная мощность соответствует выполнению наибольшего объема работы в течение минимального отрезка времени. Однако в этом случае быстро развивается утомление.

1.3.5. Структурно­функциональные особенности гладких мышц

Расположение актина и миозина в гладких мышцах не столь упорядочено, Z-мeмбраны и саркомеры в них отсутствуют, поэтому при микроскопическом исследовании не выявляется характерная для скелетной мышцы поперечная исчерченность, что и определяет название этих мышц - гладкие. Форма гладкомышечных клеток веретенообразная, диаметр волокна в утолщенной части составляет 2-10 мкм, длина 50-400 мкм. В клетке имеется одно ядро, митохондрий относительно мало. СПР представлен плоскими везикулами, расположенными в непосредственной близости от внутренней поверхности клеточной мембраны. Он содержит мало ионов Са 2+ .

Нервно-мышечные синапсы отличаются от таковых у исчерченных мышц, причем наиболее ярко отличие выражено у симпатической нервной системы. Постганглионарные волокна (аксона ганглионарных симпатических нейронов) по своему ходу среди миоцитов образуют многочисленные утолщения (расширения), из которых выделяется медиатор. Последний диффундирует в межклеточном пространстве и взаимодействует с постсинаптическими рецепторами, которые располагаются равномерно по всей мембране гладкомышечных клеток, что ведет к стимуляции или угнетению функций органа (например, торможение моторики кишки, усиление работы сердца, сужение кровеносного сосуда). В гладких мышцах бронхов и крупных артерий нервное влияние передается без генерации ПД, сокращение этих мышц обеспечивают ВПСП.

Особенности свойств гладких мышц. Возбудимост ь. Потенциал покоя большинства гладкомышечных клеток составляет -60-70 мВ, у миоцитов, обладающих спонтанной активностью, - -30-60 мВ. Потенциал действия более продолжителен (10-50 мс), чем у скелетных мышц - до10мс. У некоторых миоцитов после начальной быстрой реполяризации формируется плато, которое удлиняет ПД до 500мс; оно связано с поступлением в клетку Na + и Са 2+ . Деполяризация мембраны обусловлена в основном диффузией Са 2+ в клетку.

Проводимость . Структурно­функциональной единицей гладких мышц является пучок мышечных волoкон. Взаимодействие между отдельными миоцитами осуществляется благодаря щелевым контактам, обладающим низким электрическим сопротивлением, и близко расположенным контактирующим элементам соседних мышечных волокон. Благодаря этому электрическое поле одной клетки в пучке обеспечивает возбуждение другой. Поэтому изолированно отдельные гладкомышечные клетки пучка не возбуждаются. Скорость распространения ПД в пределах пучка составляет 5-10см/с. Причем для возбуждения всех миоцитов пучка не достаточно возбуждения одного миоцита (необходимо первоначальное возбуждение нескольких клеток).

Сократимость . Сокращения гладкой мышцы определяются описанным выше характером распространения возбуждения - пучок гладкомышечных волокон сокращается как единое целое (пучок - функциональная единица гладкой мышцы). Активность гладкомышечной АТФазы миозина в 40-80 раз ниже активности АТФазы миозина исчерченной мышцы. Чем больше АТФазная активность миозина, тем быстрее сокращается мышечное волокно. Поэтому гладкая мышца сокращается гораздо медленнее, чем скелетная. По этой же причине на сокращение гладкой мышцы меньше расходуется АТФ (экономичность). Кроме того, гладкая мышца не утомляется во время продолжительной активности - она приспособлена к длительному поддержанию тонуса.

Главной особенностью электромеханического сопряжения в гладкой мышце является то, что основную роль в сопряжении играет входящий в клетку (при ее возбуждении) Са 2+ , поскольку его запасы в СПР гладкомышечных миоцитов незначительны. Другая важная особенность заключается в том, что регуляторным белком гладкой мышцы является кальмодулин (наличие тропонина не установлено), который связывается с Са 2+ . Комплекс Са 2+ - кальмодулин активирует особый фермент (киназу легких цепей миозина), который переносит фосфатнуюгруппу с АТФ на головку поперечного мостика миозина. Фосфорилированная головка миозина взаимодействует с актином. Это ведет к конформационным изменениям миозиновых мостиков, что обеспечивает скольжение нитей актина относительно нитей миозина.

Сокращение гладких мышц может быть результатом и химиомеханического сопряжения (без формирования ПД), вследствие взаимодействия медиатора с мембранными рецепторами и активации различных ферментных систем, вызывающих взаимодействие актина и миозина, что и обеспечивает сокращение мышцы.

Расслабление гладкомышечных миоцитов обусловлено инактивацией кальциевых каналов вследствие восстановления исходных значений МП. Активация кальциевого насоса в мембране миоцита и СПР обеспечивает выведение Са 2+ в СПР и из гиалоплазмы клетки и снижение его концентрации, в результате чего инактивируется киназа легких цепей миозина, что приводит к прекращению фосфорилирования миозиновых головок, а следовательно, они утрачивают способность взаимодействовать с актином.

Автоматия присуща клеткам - водителям ритма (пейсмекерам). В ее основе лежит спонтанно возникающая медленная деполяризация (препотенциал) - при достижении КП возникает ПД. Спонтанная деполяризация преимущественно обусловлена диффузией Са 2+ в клетку. Частота генерируемых ПД зависит от скорости медленной деполяризации и соотношения МП и КП: чем меньше МП, тем ближе он к КП, и при этом легче возникают ПД. Автоматия практически не выражена у гладких мышц артерий, семенных протоков, радужки, ресничных мышц. Их функции полностью определяются ВНС.

Пластичность выражается в том, что при растяжении гладких мышц их напряжение первоначально увеличивается, а затем снижается до исходного уровня. Таким образом, свойство пластичности проявляется в том, что гладкая мышца может не изменять напряжения как в укороченном, так и в растянутом состоянии. Эта особенность гладкой мышцы предотвращает избыточный рост давления в полых внутренних органах при их наполнении (мочевой пузырь, желудок и др.).

Однако растяжение гладкой мышцы может вызывать активацию процессов сокращения. Этот феномен, в частности, характерен для артериол, что является одним из важных механизмов регуляции их тонуса и регионарного кровотока в некоторых органах (мозг, почки, сердце). Стимуляция сокращения в этом случае происходит в результате того, что при растяжении пейсмекерных клеток активируются механоуправляемые каналы, в результате чего возникает ПД, который посредством своего электрического поля и щелевых контактов обеспечивает возникновение ПД в соседних клетках. Чрезмерное растяжение мочевого пузыря также вызывает его сокращение и эвакуацию мочи. Подобная реакция наблюдается при денервации органа и фармакологической блокаде внутриорганной системы.

Энергетическое обеспечение сокращения гладких мышц также осуществляется за счет молекул АТФ, ресинтез которой происходит, в основном, посредством анаэробного гликолиза.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные структурные элементы мышечного волокна, обеспечивающие его возбуждение и сокращение.

2. Каково функциональное значение мембраны мышечного волокна в выполнении его сократительной функции?

3. Что представляет собой миофибрилла, каково ее значение в механизме мышечного сокращения?

4. Перечислите свойства мышечной ткани.

5. Перечислите основные функции скелетных мышц.

6. Что называют сократимостью мышцы?

7. Почему потенциал действия считается инициатором мышечного сокращения? Дайте соответствующие пояснения.

7. Нарисуйте потенциал действия скелетной мышцы, полученный при внутриклеточном отведении. Укажите его амплитуду в мВ.

8. Нарисуйте, сопоставив во времени, потенциал действия и цикл одиночного сокращения скелетной мышцы. Назовите фазы сокращения мышцы.

9. Опишите кратко роль ионов кальция в механизме мышечного сокращения.

10. На какие процессы, обеспечивающие сокращение мышцы, расходуется энергия АТФ?

11. Что является непосредственной причиной скольжения нитей актина и миозина, обеспечивающего мышечное сокращение? Почему?

12. Активным (с затратой энергии АТФ) или пассивным (без затраты энергии АТФ) является процесс расслабления мышцы?

13. Назовите источники энергии, обеспечивающие ресинтез АТФ.

14. Назовите типы сокращения скелетных мышц в зависимости от условий сокращения и от характера раздражения.

15. Назовите три фазы одиночного мышечного сокращения. Какой основной процесс происходит в первую фазу?

16. Какие факторы влияют на силу одиночного мышечного сокращения?

17. Почему увеличение силы раздражения мышцы увеличивает силу ее сокращения?

18. Почему предварительное умеренное растяжение изолированной мышцы увеличивает силу ее сокращения при одиночном раздражении?

19. Что называют тетаническим сокращением мышцы? Какое явление лежит в основе механизма тетануса?

20. Что называют суммацией мышечных сокращений?

21. При каких условиях раздражения скелетной мышцы вместо одиночных сокращений возникает тетанус? Какие виды тетануса Вам известны?

22. В какую фазу одиночного сокращения должно попасть каждое последующее раздражение, чтобы возник зубчатый или гладкий тетанус? Какие факторы влияют на высоту гладкого тетануса изолированной мышцы?

23. Какова зависимость высоты гладкого тетануса от частоты раздражения мышцы (в динамике)?

24. Какую частоту раздражения мышцы называют оптимальной, какую – пессимальной?

25. Подчиняется ли двигательная единица закону "все или ничего"? Почему?

26. В каких отделах центральной нервной системы находятся мотонейроны, аксоны которых иннервируют скелетные мышцы?

27. Что называют тонусом скелетных мышц, развивается ли при этом их утомление, велик ли расход энергии?

28. Какова зависимость работы изолированной скелетной мышцы от величины нагрузки?

29. Перечислите структурные особенности гладкой мышцы.

30. Перечислите особенности потенциала покоя и потенциала действия гладкой мышцы по сравнению с таковыми поперечнополосатой мышцы.

31. Назовите функциональные особенности гладкой мышцы по сравнению со скелетной.

32. Что такое пластичность гладких мышц, каково ее значение для функционирования внутренних полых органов?

34. Что является функциональной единицей гладкой мышцы? Почему?

35. Перечислите основные свойства сердечной мышцы.

36. Каковы особенности пейсмекерных клеток водителей ритма сердца?