Тема 3. Физиологические свойства мышц Вопросы для подготовки к занятию

1. Скелетные и гладкие мышцы. Двигательные единицы.

2. Свойства скелетных и гладких мышц: возбудимость, проводимость, растяжимость, эластичность, пластичность и сократимость.

3. Сокращение мышц: одиночное и тетаническое, изотоническое, изометрическое. Тонус мышц.

4. Современная теория мышечного сокращения. Роль АТФ и креатинфосфата как источников энергии для мышечного сокращения. Теплообразование при мышечном сокращении.

5. Сила мышц. Работа мышц: динамическая и статическая.

6. Утомление мышцы, его проявление и причины.

7. Влияние нервной системы, гуморальных факторов и тренировки на работоспособность мышц.

Работа 9. Одиночное и тетаническое сокращения мышцы

Специфической деятельностью мышечной ткани является ее сокращение при возбуждении. Различают одиночное и тетаническое сокращения мышцы. В условиях опыта при нанесении на мышцу одиночного раздражения она отвечает одиночным сокращением, которое у лягушки продолжается около 0,1 с. Если на мышцу поступает несколько частых импульсов возбуждения, наступает длительное сокращение мышцы, которое называется тетаническим. В зависимости от частоты возбуждений тетанус бывает зубчатым или гладким.

Зубчатый тетанус наблюдается при такой частоте раздражений, когда каждый следующий импульс действует на мышцу в момент начала расслабления. При дальнейшем росте частоты, раздражающие импульсы действуют на мышцу до начала ее расслаблений, и получается длительное непрерывное сокращение (гладкий тетанус).

Цель работы. Исследовать влияние частоты раздражений на сокращения скелетной мышцы.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушка, препаровальные инструменты, дощечка, чашка Петри, марля, вата, р-р Рингера, электростимулятор, миограф, универсальный штатив, кимограф.

Ход работы. Готовят нервно-мышечный препарат (икроножная мышца - седалищный нерв). Мышцу подвешивают на крючки миографа; на верхний крючок укрепляют суставную сумку коленного сустава, на нижний крючок - ахиллово сухожилие. Седалищный нерв помешают на электроды, смонтированные на миографе. К электродам подключают провода электростимулятора, находят порог возбудимости нерва.

Запись одиночного сокращения мышцы. Барабан кимографа переводят в режим быстрого вращения. Для этого передаточное колесо передвигают к самой оси барабана и снимают тормозную вертушку часового механизма. Записывающее перо миографа подводят к барабану кимографа, на котором закреплена бумага. Седалищный нерв в течение 5 с раздражают редкими импульсами. Для этого ручку «Частота Гц» переводят на деление «1», находят порог возбудимости нерва, вращая тумблером и ручкой «Амплитуда В». На быстро вращающемся барабане кимографа записывают сокращения мышцы.

Запись тетанических сокращений мышцы. Барабан кимографа переводят на медленное вращение (передаточное колесо передвигают к наружному краю барабана и ставят на место вертушку часового механизма). Ручку «Частота Гц» переводят на деление «5». Затем раздражают нерв в течение 5 с и записывают сокращения мышцы. Опыт повторяют, последовательно увеличивая частоту раздражающих стимулов. Продолжительность каждого электрического раздражения должна быть около 5 с, а интервалы между раздражениями - 1 мин (в промежутках между раздражениями барабан кимографа останавливают). Под каждой миограммой отмечают частоту раздражений.

Миограммы зарисовывают в тетрадь, проводят их анализ, и устанавливают, при каких частотах раздражений мышца сокращается по типу зубчатого и гладкого тетануса.

Работа 10. Сокращение гладкой мышцы

Все физиологические процессы (возбуждение, проведение возбуждения, сокращение) в гладкой мышце протекают медленно. Так, мышцы желудка лягушки сокращаются 60-80 с, кролика - 10-30 с. Поэтому гладкая мышца в состояние гладкого тетануса приводится даже редкими импульсами, а для ее раздражения требуется электрический ток относительно большой силы.

Цель работы. Записать сокращение гладкой мышцы и определить длительность ее одиночного сокращения.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушка, набор препаровальных инструментов, дощечка, чашка Петри, марля, вата, р-р Рингера, электростимулятор, миограф с писчиком, универсальный штатив, кимограф.

Ход работы. Лягушку обездвиживают удалением головного и разрушением спинного мозга. Вскрывают брюшную полость и извлекают желудок. В самой широкой части желудок разрезают поперек, вырезая мышечное кольцо шириной около 1 см. Кольцо в одном месте рассекают и с него снимают слизистую оболочку. Препарат (мышечное кольцо) подвешивают на крючки миографа, к которым подключают провода стимулятора (рис. 21).

Рис. 21. Схема установки для записи сокращений гладкой мышцы: 1 - кимограф; 2 - писчик; 3 - подвижный рычаг миографа; 4 - мышечное кольцо, вырезанное из желудка лягушки; 5 - раздражающие электроды; 6 - провода от электростимулятора; 7 - штатив.

Вращая барабан кимографа, записывают длину расслабленной мышцы. Затем барабан кимографа переводят на медленное вращение. С частотой 1 Гц (постепенно увеличивая величину тока) мышцу раздражают и определяют порог ее возбудимости. На медленно вращающемся барабане кимографа записывают сокращение мышцы, устанавливают время латентного периода, сокращения и расслабления мышцы.

Опыт повторяют, раздражая мышцу с такими интервалами между раздражениями, чтобы получить тетаническое сокращение.

Работа 11. Работа мышцы при разных нагрузках. Определение силы мышцы.

При укорочении мышца совершает работу. Работа мышцы, при которой происходит перемещение груза и движение костей в суставах, называется внешней или динамической. Мышца производит работу и в том случае, если она сокращается изометрически, развивая напряжение без укорочения мышечных волокон, например при удержании груза; такая работа называется статическая.

Динамическая работа мышцы (W) измеряется произведением массы груза (Р) на высоту его подъема (h) и выражается в килограммометрах: W=Рh. Она равна нулю, если мышца сокращается без нагрузки. По мере возрастания груза работа постепенно увеличивается, а затем уменьшается. Зависимость работы от веса груза отражается законом средних нагрузок (работа наибольшая при средних нагрузках).

Максимальная сила мышцы определяется предельной массой груза, который она может поднять.

Цель работы. Определить работу мышцы при различных нагрузках.

Объект исследования, материалы и оборудование. Лягушки, препаровальные инструменты, дощечка, марля, вата, чашка Петри, р-р Рингера, глазная пипетка, миограф с писчиком, универсальный штатив, набор грузов 10, 20, 50, 100 и 200 г, линейка, кимограф.

Ход работы. Готовят препарат икроножной мышцы. Подвешивают ее на крючки миографа и раздражают с частотой, вызывающей тетаническое сокращение (гладкий тетанус), находят порог возбудимости и немного его увеличивают.

На неподвижном барабане кимографа записывают титаническое сокращение мышцы без нагрузки, раздражая ее в течение 2-3 с. Рукой вращают барабан кимографа на 1-2 см, подвешивают на рычажок миографа непосредственно под мышцей гирьку в 10 г, чтобы истинная нагрузка на мышцу соответствовала величине груза, и вновь раздражают нерв. Опять вращают рукой барабан кимографа на 1-2 см. Опыт повторяют, последовательно увеличивая нагрузку. Находят предельный груз, который мышца в состоянии поднять. Эта величина груза соответствует силе мышцы.

Для вычисления работы при разных нагрузках измеряют высоту сокращения мышцы. Поскольку рычажок миографа записывает сокращение мышцы в увеличенном виде, для вычисления ее работы находят истинную высоту сокращений мышцы. Для этого измеряют длину рычажка миографа (L) от оси вращения до конца писчика и длину (l) от оси вращения до места прикрепления мышцы. Истинную высоту сокращения мышцы находят по формуле: h==(Hl):L, где h - высота истинного сокращения мышцы; H-высота сокращения мышцы, записанная на кимографе.

Определив высоту истинного сокращения мышцы для каждого груза, работу мышцы вычисляют по формуле: W==Ph где W - работа мышцы; Р - масса груза в г; Н - высота истинного сокращения мышцы.

Результаты записывают в таблицу со следующими графами: I) высота мышечных сокращений в мм; 2) истинная высота сокращений мышцы в мм; 3) масса груза в г; 4) работа мышцы в г/мм. Определяют, при каких нагрузках мышца выполняет максимальную работу.

Контрольные вопросы для самопроверки знаний.

1. Что называется возбудимостью? Как проявляется возбудимость тканей?

2. Что такое физиологический покой и возбуждение? В чем заключаются специфические и неспецифические изменения в тканях под влиянием раздражения?

3. Что такое адекватные и неадекватные раздражители? Приведите примеры.

4. Какие Вы знаете меры возбудимости? Как их определяют и каково значение каждой из них? Какие бывают раздражители по видам энергии?

5. Что такое раздражение и раздражимость, возбуждение и возбудимость? Как измеряется возбудимость нервов и мышц? Что такое реобаза и хронаксия, как их определяют?

6. Что такое лабильность возбудимых тканей, как ее измеряют?

7. Кто и какими опытами впервые обнаружил биопотенциалы?

8. Опишите последовательность изменений заряда и проницаемости мембраны нервного волокна для ионов натрия и калия в процессе возникновения потенциала действия. Какова роль деполяризации мембраны в этом процессе?

9. Как изменяется возбудимость при возбуждении? Механизм фазовых изменений возбудимости.

10. Как происходит восстановление зарядов и концентраций ионов натрия и калия внутри и вне нервного волокна при завершении потенциала действия?

11. Чем обусловливаются мембранный потенциал (покоя) и потенциал действия? Каковы при этом заряды снаружи и внутри нервного или мышечного волокна?

12. Каков механизм работы натриево-калиевого насоса и каково его значение? Что произошло бы при длительном пассивном движении натрия и калия через каналы в мембране нервного и мышечного волокна? Как бы это отразилось на его зарядах?

13. Что такое синапс и из каких элементов он состоит? Каковы морфологические и функциональные различия между возбуждающими и тормозящими синапсами?

14. Каковы основные свойства синапсов? В чем заключаются возбуждающий и тормозящий постсинаптические потенциалы? Чем возбуждающий постсинаптический потенциал отличается от потенциала действия?

15. Каковы закономерности проведения возбуждения по мякотным и безмякотным нервным волокнам и через синапсы? Чем они объясняются?

16. Как изменяются заряды и проницаемость постсинаптической мембраны для натрия и калия в возбуждающих и тормозящих синапсах под влиянием нервного импульса? Каковы последствия этих процессов?

17. Каковы механизмы местного потенциала и потенциала действия? Что у них общее и чем они различаются?

18. Что такое оптимум частоты и силы раздражения? Механизм возникновения.

19. Виды сокращения скелетной мышцы, их характеристика. Какие различают виды тетануса и от чего зависит вид тетануса? Почему тетаническое сокращение выше одиночного?

20. Теория мышечного сокращения.

21. Особенности сокращения гладкой мышцы.

22. Что такое сила мышцы, как ее измеряют? Что называется работой мышцы, при какой нагрузке работа мышцы наиболее эффективна?

23. Что называется утомлением, почему оно возникает? С какими физиологическими особенностями связана большая или меньшая утомляемость нерва, мышцы и нервно-мышечного синапса?