Структурная перестройка мышечной системы под влиянием физических нагрузок

Министерство образования и науки Украины

Открытый международный университет развития человека “Украина”

Реферат

по дисциплине: Спортивная морфология

ТЕМА:

Структурная перестройка мышечной системы под влиянием физических нагрузок

Выполнила:

студентка 3-го курса группы ФР-05

дневного отделения

факультета “Физическая реабилитация”

Реброва Алина Сергеевна

2008

Структурная перестройка мышечной системы под влиянием физических нагрузок

Большие физические нагрузки, характерные для современного спорта, представляют повышенные требования ко всем системам организма спортсмена, в том числе и к скелетным мышцам. Изучение изменений, происходящих в мышцах под влиянием разных двигательных режимов на макроскопическом, микроскопическом и субмикроскопическом уровнях имеет большое теоретическое и практическое значение, так как изменения в строении мышц отражаются и на их функциональных возможностях.

Спортивная практика показывает, что целенаправленные тренировки увеличивают силу и другие функциональные свойства мышц. Но наблюдаются и такие явления. Когда при максимальных нагрузках и недостаточном времени отдыха, сила мышц начинает снижаться и спортсмен не может повторить показанные им раньше высокие результаты. Важно знать, какие изменения при этом происходят в мышцах, и каким должен быть в дальнейшем двигательный режим спортсмена: полный покой (адинамия), минимальный объём движений (гиподинамия) или постепенное снижение объёма нагрузки.

Имеется довольно большое количество исследований по изучению влияния разных двигательных режимов на строение и функцию скелетных мышц. Изучение изменений в мышечной системе осуществляется различными методами.

Методы исследования мышечной системы. К числу наиболее распространённых методов исследования мышечной системы можно отнести:

а) антропометрические, позволяющие оценить степень развития мышц и их динамику, а также изменения мышечного компонента в весе тела спортсмена на основании измерения периметров (обхватов) плеча, предплечья, бедра и голени;

б) функциональные (динамометрический и тонометрический), позволяющие сопоставить морфологическую перестройку мышц с показателями их силовых качеств;

в) микроскопические, с помощью которых анализируется внутренняя перестройка мышечной ткани под влиянием физических нагрузок, в основе которой лежит её рабочая гипертрофия.

Определение абсолютного количества мышечного компонента в весе тела наиболее часто проводится по формуле , где М - абсолютное количество мышечной массы (в кг); - длина тела (в см); - средняя величина радиусов плеча, предплечья, бедра и голени в местах наибольшего развития мускулатуры за вычетом кожно-жирового слоя; - коэффициент, равный 6,5. Величина радиусов указанных сегментов определяется исходя из обхватных размеров , где - обхватный размер того или иного сегмента тела.

Динамометрическим методом определяется сила различных функциональных мышечных групп. Для измерения силы мышц применяются специальные приборы - динамометры, среди которых наиболее распространены динамометры Коллена и др. Поскольку динамометры Коллена дают возможность определить лишь силу мышц-сгибателей кисти и разгибателей позвоночного столба, то обычно они используются при массовом антропометрическом обследовании.

В спортивной практике нашли широкое применение так называемые полидинамометры, с помощью которых можно определить силу многих других групп мышц в специфичных для спортсмена движениях. С этой целью обычно используется динамометр конструкции В.М. Абалакова с индикатором часового типа (рис.15). Для исключения влияния на проявление мышечных усилий силы других групп мышц А.В. Коробков с соавторами (1964) предложил специальный стенд «разнонаправленных усилий». На этом стенде измерение силы почти всех мышц производится в положении лёжа. Однако данная установка громоздка, и транспортировка её затруднена. Б.М. Рыбалко создал портативную переносную установку. Основу её составляет кронштейн, к которому прикрепляются динамометр и ремни-фиксаторы. Кронштейн с динамометром можно фиксировать к гимнастической стенке. Преимущество этой установки не только в портативности, но и в том, что измерения силы отдельных групп мышц производятся на ней в естественном для спортсмена вертикальном положение (рис.16).

Этим прибором можно измерять силу основных групп мышц при сгибании и разгибании, отведении и приведении, а также при других специфичных для спортсменов движениях. При сравнительной характеристике силовой подготовленности спортсмена используют показатели так называемой суммарной силы (сумма показателей измеренных групп мышц) - суммарной силы мышц верхних конечностей, нижних конечностей, а также вычисляют относительную суммарную силу отдельных групп мышц (в процентном соотношении к весу тела). В табл. 2 приводятся показатели абсолютной статической силы у спортсменов и не занимающихся спортом.

В качестве примера можно привести данные абсолютной силы мышц (в кг) у спортсменов международного класса.

В отличие от динамометрического метода тонометрический метод позволяет определить напряжение мышц. С этой целью используются соответствующие приборы, называемые тонометрами.

В связи с тем что плотность скелетных мышц меньше, чем плотность костной ткани, на рентгенограмме можно получить контуры мышц. Тень мышц позволяет определить их форму и размер. А.А. Гладышева (1966), изучая механизм внешнего дыхания, исследовала рентгенографическим методом экскурсию диафрагмы у спортсменов разных специализаций. На одну и ту же плёнку делалось два рентгеновских снимка грудной клетки спортсмена - в фазах вдоха и выдоха. Как известно, во время вдоха диафрагма сокращается и смещается книзу, во время выдоха - расслабляется и смещается кверху. Поэтому на рентгенограмме видны два контура диафрагмы. Расстояние между ними указывает на величину подвижности диафрагмы. У спортсменов, как правило, подвижность диафрагмы большая, чем у неспортсменов. Среди спортсменов наибольшая подвижность диафрагмы наблюдается у гребцов и пловцов.

Для изучения изменений в мышечной ткани у спортсменов в последнее время стал применяться метод биопсии, т.е. взятие с помощью специального прибора небольших кусочков мышц и исследование их под микроскопом. Широкое распространение получило экспериментальное моделирование влияния физических нагрузок на перестройку мышечной ткани. Хотя результаты исследования на животных нельзя полностью переносить на человека, тем не менее экспериментальные методы дают чрезвычайно важную информацию о тех структурных преобразованиях в мышцах, которые происходят под влиянием физических нагрузок.

Рабочая гипертрофия мышечной ткани. Гиперфункция мышечной системы является неотъемлемым компонентом большинства приспособительных реакций здорового организма и отчётливо проявляется у человека при всех видах физической работы. Систематические физические нагрузки в процессе занятий спортом приводят к тому, что гиперфункция мышц закрепляется соответствующей структурной перестройкой. Этот процесс получил название рабочей гипертрофии.

Среди морфологических признаков, характеризующих гипертрофию мышц, следует отметить увеличение объёма, веса органа, объёма (длины и толщины) клеточных элементов органа. Увеличение количества мышечных волокон не является обязательной характеристикой гипертрофии мышц, хотя нередко сопровождает её.

Гипертрофия мышц при повышенных физических нагрузках развивается как следствие их гиперфункции. В процессе приспособительных реакций происходят морфологические преобразования на различных уровнях структурной организации скелетных мышц: органном, клеточном и субклеточном. Следствием таких преобразований может быть метаболическая перестройка в миоцитах, а при определённых условиях и изменение пластических свойств их энергообразующих и сократительных структур. В связи с этим возникает настоятельная необходимость систематических измерений показателей развития мышечной системы с тем, чтобы предотвратить нежелательные её изменения.

Увеличение интенсивности сокращения мышц закономерно влечёт за собой активизацию процессов энергообразования и синтеза белка. Активное энергообразование характеризуется значительным повышением потребления кислорода на единицу массы мышечной ткани, а также ростом окислительного фосфорилирования, т.е. аэробного ресинтеза АТФ. Поскольку энергия используется не только для интенсификации деятельности мышц, но и для возросшего синтеза белков (сократительных), происходит мобилизация и анаэробного пути ресинтеза АТФ за счёт распада гликогена и креатин-фосфата, содержащихся в миоцитах. Все эти изменения отчётливо выявляются с помощью гистохимических методик и служат определённым показателем динамики функциональной активности скелетных мышц. Вслед за активизацией синтеза энергообразующих структур (митохондрий) возрастает синтез белка и увеличивается масса функционирующих структур - миофибрилл. В целом увеличение массы мышечной ткани ведёт к тому, что повышенная функциональная активность мышц приходит в соответствие с их структурой. Морфологически это выражается в увеличении размеров мышечных волокон (рис.17).

Изменения в тонком строении мышечной ткани в процессе адаптации к физическим нагрузкам характеризуются очаговым повышением активности ферментов энергообразующего цикла (цитохромоксидазы, сукцинатдегидрогеназы и др.), усилением отложения миоглобина, особенно на уровне миофибрилл, очаговыми изменениями содержания гликогена и увеличением митохондрий.

В настоящее время в литературе сложилось мнение, что набухание митохондрий служит признаком усиления активности окислительных ферментов, а также признаком понижения содержания в клетках АТФ и стимуляции гликолиза. Последний играет важную роль в энергетическом обеспечении миоцитов при кратковременной интенсивной мышечной работе, которая непременно сопровождается рабочей гипоксией (снижением уровня кислорода). Эти полностью обратимые изменения митохондрий расцениваются так же, как признаки, свидетельствующие о повышении обменных процессов в митохондриях и окружающей цитоплазме в результате возрастания потребления энергии при мышечной работе.

Наиболее общей реакцией сосудов терминального кровеносного русла скелетных мышц является рабочая гиперемия, которая создаёт необходимые условия для интенсивного притока крови к органам за счёт раскрытия резервных капилляров. Так, икроножная мышца кошки в покое потребляет 0,3 см³ О₂ в минуту на 100 г мышцы и через неё протекает 116 мл крови, а при тетаническом сокращении соответственно 1 см³ О₂ и 240 мл крови. В мышцах передней брюшной стенки расстояние между капиллярами равно 83 мкм, а в постоянно работающей диафрагме - 17 мкм. Нарастание суммарного кровоснабжения при работе мышцы связано с увеличением числа возбуждаемых мышечных волокон и частотой циклов их возбуждения.

Как известно, при активизации деятельности органов в них усиливаются обмен веществ и кровоснабжение. Это показано для многих органов и, особенно для скелетных мышц. Деятельность всех органов и сосудов зависит от влияний нервной системы. Однако доказано, что денервация (выключение нервных влияний) сосудов скелетных мышц существенно не изменяет характера их реагирования на изменение деятельности кровоснабжаемых мышц. Когда управляющая команда с мотонейронов на мышцы подана, тогда поведение сосудов больше всего определяется событиями, происходящими в мышцах, и мало зависит от воздействий, передаваемых по сосудодвигательным нервам. Поэтому сосудистые реакции, разыгрывающиеся в мышцах в ответ на усиление их сокращений, являются по своему механизму местными, хотя они и определяются теми изменениями, которые вызваны управляющим влиянием нервной системы.

Увеличение функциональной активности органа и более всего сокращение скелетных мышц происходит при обязательном усилении тканевого метаболизма. Поскольку анаэробные процессы не могут на долгий срок обеспечить функционирование тканей, постольку ускорение окислительного метаболизма невозможно без увеличения доставки к работающим органам крови, а вместе с ней кислорода. На этом, собственно говоря, и базируется метаболическая гипотеза о механизме рабочей гиперемии скелетных мышц.

Перестройка мышц под влиянием статических и динамических нагрузок. Изменения в мышцах под влиянием нагрузок преимущественно статического характера отличаются от изменений под влиянием нагрузок преимущественно динамического характера.

При статических нагрузках наряду с возрастанием объёма мышц увеличивается поверхность их прикрепления к костям, удлиняется сухожильная часть, увеличиваются внутримышечные соединительнотканные прослойки эндомизия. При микроскопическом исследовании наблюдается увеличение трофического аппарата мышечного волокна (саркоплазмы, ядер, митохондрий). В связи с увеличением количества саркоплазмы каждое отдельное мышечное волокно утолщается, многочисленные ядра принимают округлую форму. Однако сократительный аппарат мышечного волокна (миофибриллы) развит относительно меньше и располагается рыхло.

Длительное сокращение мышечных волокон и интенсификация в них метаболических процессов способствуют увеличению количества кровеносных капилляров, которые образуют густую узкопетлистую сеть. Двигательные бляшки на поперечнополосатых мышечных волокнах увеличиваются в большей мере в поперечных размерах.

При нагрузках преимущественно динамического характера вес и объём мышц также увеличиваются, но в меньшей степени, чем при статических нагрузках. В мышцах происходит удлинение мышечной части и укорочение сухожильной. Мышечные волокна чаще располагаются почти параллельно продольной оси мышц. Микроскопическое исследование показывает, что количество миофибрилл в поперечнополосатых мышечных волокнах растёт. Ядра вытягиваются, их становится несколько больше. Двигательные бляшки обычно вытягиваются вдоль мышечного волокна. Количество нервных волокон в мышцах, выполняющих преимущественно динамическую функцию, в 4-5 раз больше, чем в мышцах, работа которых связана в основном с выполнением статической функции. С увеличением количества нервных элементов возрастает количество нервных импульсов, поступающих в работающую мышцу.

Особенности перестройки скелетных мышц под влиянием физических нагрузок разной интенсивности. Большое практическое значение имеет научное обоснование двигательных режимов, благоприятных для мышечной системы как в обычных условиях, так и в состоянии перетренированности после максимальных и субмаксимальных нагрузок. Исследования в этом направлении П.З. Гудзя (1963, 1968) показали, что во время хронического переутомления гиподинамия оказывает отрицательное влияние на восстановление функциональных свойств мышц. Значит, при построении рационального двигательного режима как в процессе спортивной тренировки, так и в восстановительный период необходимо учитывать те структурные изменения в мышцах, которые возникают в результате физических нагрузок различной интенсивности. При систематических умеренных физических нагрузках мышцы увеличиваются в размерах, наощупь они становятся плотными, упругими. Микроскопическое исследование показывает улучшение их кровоснабжения. Отдельные мышечные волокна гипертрофируются. Увеличение объёма мышц происходит не только благодаря увеличению размеров мышечных волокон, но и благодаря увеличению их количества. Возрастает площадь соприкосновения мышечных волокон с нервными элементами. В мышечных волокнах наблюдается выраженная продольная исчерченность.

После предельных физических нагрузок должен быть период отдыха, достаточный для восстановительных процессов в мышцах. В противном случае в организме развивается хроническое переутомление или перетренированность. П.З. Гудзь показал, что морфологические изменения в мышцах при хроническом переутомлении происходят в двух направлениях:

- с одной стороны, наблюдается распад мышечных волокон;

- с другой - продолжает развиваться рабочая гипертрофия мышечной ткани (в зависимости от степени перетренированности преобладают те или иные процессы).

При распаде мышечных волокон двигательные бляшки уменьшаются в объёме, как бы сжимаются, в результате чего уменьшаются контактирующие поверхности мышечных и нервных волокон. Поступление нервных импульсов в мышцу понижается, а, следовательно, ухудшаются и функциональные свойства мышц. Капиллярная сеть в мышцах суживается, в ней наблюдаются патологические изменения. В мышечных волокнах также происходят патологические изменения: уменьшается их продольная и поперечная исчерченность, отдельные волокна подвергаются дистрофии, в некоторых из них появляются вздутия и сужения. Под микроскопом можно иногда наблюдать и фрагментацию мышечных волокон. На месте распавшихся мышечных волокон образуется соединительная ткань.

Таким образом, под влиянием физических нагрузок в мышечной системе происходит сложная структурная перестройка, в основе которой лежит рабочая гипертрофия мышечной ткани. Различные виды спортивной деятельности предъявляют к определённым группам мышц, которые в большей мере выполняют характерную для данного вида спорта работу, особые требования. Поэтому у спортсменов различных специализаций наблюдается неодинаковое развитие скелетных мышц, а соответственно и их силовых качеств.

Нарушение двигательного режима, связанное с перетренированностью спортсмена. Сопровождается предпатологическими и патологическими изменениями в мышечной ткани.

Список литературы

1. Аршавский И.А. Физиологические механизмы и закономерности индивидуального развития. - М., 1982.

2. Анатомия спортивной морфологии (практикум). - М.: ФиС, 1989.

3. Глухих Ю.Н., Серебряков Г.Н. Основы динамической морфологии. - Омск, СибГАФК, 1998.

4. Дорохов Р. Н., Губа В. П. Спортивная морфология. - М., 2002.

5. Иваницкий М. Ф. Анатомия человека с основами динамической и спортивной морфологии. - М.: ФиС, 1985.

6. Лысов П.К., Никитюк Б.Д., Сапин М.Р. Анатомия (с основами спортивной морфологии. - М.: Медицина, 2003.

7. Мартисов Э. Г. Методы исследования в спортивной антропологии. - М.: ФиС, 1983.

8. Морфология человека / Под ред. Б.А. Никитюка, В.П. Чтецова. - М.: Изд-во МГУ, 1990.

9. Никитюк Б. А., Гладышева А. А. Анатомия и спортивная морфология. - М., 1989.