СТРУКТУРА МЫШЦЫ И БИОМЕХАНИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Петрова М.А.

379 просмотров

Петрова М.А.

СТРУКТУРА МЫШЦЫ И БИОМЕХАНИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ *

Аннотация:
в работе рассмотрено строение мышечного волокна и биомеханика мышечного сокращения. Представлены биомеханические свойства мышц. Рассмотрены режимы работы мышц (на основе изменения длины мышцы) и режимы мышечного сокращения

Ключевые слова:
биомеханика, саркомер, скелетные мышцы, одиночное мышечное сокращение, зубчатый тетанус, гладкий тетанус

УДК 577.353

Петрова М.А.

Национальный исследовательский

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

(г. Нижний Новгород, Россия)

СТРУКТУРА МЫШЦЫ И БИОМЕХАНИКА

МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Аннотация: в работе рассмотрено строение мышечного волокна и биомеханика мышечного сокращения. Представлены биомеханические свойства мышц. Рассмотрены режимы работы мышц (на основе изменения длины мышцы) и режимы мышечного сокращения.

Ключевые слова: биомеханика, саркомер, скелетные мышцы, одиночное мышечное сокращение, зубчатый тетанус, гладкий тетанус.

Мышца является самым большим органом человека и составляет 30-40% от общей массы тела. Скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих точки прикрепления к костям и расположенных параллельно друг другу. Миофибриллы – субъединицы мышечного волокна – цилиндрические нити, идущие вдоль от одного конца мышцы до другого, которые построены из повторяющихся в продольном направлении блоков (саркомеров). Саркомер является функциональной единицей сократительного аппарата скелетной мышцы.

Согласно теории скольжения нитей, мышечное сокращение происходит

благодаря скользящему движению актиновых и миозиновых филаментов друг

относительно друга. Механизм скольжения нитей включает несколько

последовательных событий. (Рис. 1.)

Рис.1. Схема строения саркомера и его сокращения. Схема расположения тонких (актиновых – 1) и толстых (миозиновых – 2) нитей на разных уровнях поперечного сечения саркомера.

Актин и миозин представляют собой два вида сократительных белков, задействованных в ряде механических действий. Каждое миозиновое волокно окружено шестью актиновыми волокнами. Волокна миозина имеют так называемые поперечные мостики, вытянутыми в сторону актина. Когда импульс, передаваемый двигательным нейроном из нервных центров, достигает мышечной клетки, происходит химическая реакция, позволяющая соприкасаться актиновым волокнам с поперечными миозиновыми мостиками.

При осуществлении связи миозиновой и актиновой нити высвобождается энергия, способствующая скольжению актиновых волокон вдоль миозиновых. Благодаря этому скольжению происходит сокращение мышцы. [1]

Биомеханика мышечного сокращения

Биомеханические свойства скелетных мышц – это характеристики, которые регистрируют про механическое воздействие на мышцу. [2]

К биомеханическим свойствам мышц относят:

Сократимость – способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги.

В 1966 году А. Гордон, А. Хаксли и Ф. Джулиан провели специальное исследование, устанавливающее зависимость силы, развиваемой саркомером, от его длины. В следствие этого было выдвинуто два предположения. Первое заключалось в том, что каждый поперечный мостик действует подобно независимому генератору силы. Поэтому уровень силы, развиваемый во время сокращения, должен зависеть от количества одновременно взаимодействующих мостиков и тонких филаментов. Поэтому существуют критические значения длины саркомера, при которых развиваемая сила падает до нуля.

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая связь между степенью перекрытия

актомиозиновых мостиков и силой, развиваемой саркомером.

Жесткость – это характеристика тела, отражающая его сопротивление изменению формы (деформации). Некоторые виды исследования мышечных патологий, в том числе и компрессионная эластография – основным принципом которой является визуализация тканей и органов с отображением степени жесткости, основываются на измерении жесткости ткани.
Вязкость – одно из явлений переноса, свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Это свойство сократительного аппарата мышцы вызывает потери энергии при мышечном сокращении, идущие на преодоление вязкого трения. Предполагается, что трение возникает между нитями актина и миозина при сокращении мышцы. Кроме того, трение возникает между возбужденными и невозбужденными волокнами мышцы. Поэтому, если возбуждены все волокна, трение должно быть меньше.

Прочность – прочностью материала называют его способность сопротивляться разрушению под действием внешних сил.

Прочность материала характеризуют пределом прочности – отношением нагрузки, необходимой для полного разрыва (разрушения испытуемого образца) к площади его поперечного сечения в месте разрыва. Предел прочности мышцы оценивается значением растягивающей силы, при которой происходит ее разрыв. Установлено, что предел прочности для миофибрилл равен 1,6-2,5 Н/см², мышц – 20-40 Н/см², фасций – 1400 Н/см², сухожилий – 4000-6000 Н/см²; костной ткани – 9000 – 12500 Н/см². При этом предел прочности каната из хлопка на растяжение составляет 3760 –6770 Н/см².

Режимы мышечного сокращения

В естественных условиях в организме одиночного мышечного сокращения наблюдаться не может, так как по двигательным нейронам идут серии потенциалов действия. В зависимости от частоты приходящих к мышце нервных импульсов мышца сокращается в одном из трех режимов (Рис. 3):

Одиночное мышечное сокращение – возникает при низкой частоте электрических импульсов. Если следующий импульс приходит в мышцу после фазы расслабления, то возникает серия одиночных сокращений. Является механическим ответом волокна или всей мышцы при искусственном однократном электрическом раздражении.
Зубчатый тетанус – возникает при более высокой частоте импульсов, когда очередной импульс совпадает с фазой расслабления предыдущего цикла, происходит суперпозиция механических ответов (амплитуды суммируются). Характеризуется длительным сокращением, прерываемым неполными периодами расслабления мышцы.
Гладкий тетанус – длительное сокращение, не прерываемое периодами расслабления. Возникает при дальнейшем увеличении частоты импульсов. При этом мышца все время поддерживается в состоянии максимальной активации и испытывает максимальное усилие. [4]

Рис. 3. Одиночное мышечное сокращение (1),

зубчатый тетанус (2), гладкий тетанус (3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Галкин А.В., Дятчина Д.В. ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ, ЗАДАННЫХ СОСТАВНЫМИ СИСТЕМАМИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ [Журнал] // Современные проблемы науки и образования. - 2011 г.

Гурьев Вячеслав Юрьевич [Конференция] // Математическое моделирование биомеханических процессов в неоднородном миокарде. - Екатеринбург: Уральский государственный университет им. А.М. Горького, 2004

Рубин А. Б. Биофизика, том 1 [Книга]. - Москва: [б.н.], 1999

Petrova M.A.

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

(Nizhny Novgorod, Russia)

MUSCLE STRUCTURE AND BIOMECHANICS

OF MUSCLE CONTRACTION

Abstract: the article describes the structure of muscle fibres and the biomechanics of muscle contraction. The biomechanical properties of muscle are presented. The modes of muscle function (based on changes in muscle length) and modes of muscle contraction are considered.

Key words: biomechanics, sarcomere, skeletal muscles, single muscle contraction, serrated thetanus, smooth thetanus.

Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №11 (44) том 4

Ссылка для цитирования:

Петрова М.А. СТРУКТУРА МЫШЦЫ И БИОМЕХАНИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ // Вестник науки №11 (44) том 4. С. 114 - 119. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/4959 (дата обращения: 25.04.2024 г.)

Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/4959

Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com

* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.