Работа и сила мышц. Утомление мышц
Механизм мышечного сокращения и расслаблениязаключается в перемещении нитей актина относительно нитей миозина. Нити актина двигаются как по туннелю, между миозиновыми фибриллами, за счет чего волокно укорачивается. Такое сокращение, сопровождающееся изменением длины, называют изотоническим. Тип сокращения, который осуществляется при неизменной длине, называют изометрическим. Энергию для перемещения нитей дает АТФ.
Сила сокращения мышцзависит от количества нейромоторных единиц, участвующих в этом сокращении, от частоты раздражения, до известного предела. Максимальное напряжение, которое может развить мышца, определяется числом образующих ее волокон: чем оно больше, тем больше сила мышц. Поэтому перистые мышцы, в которых велико число волокон, отличаются большой силой. Проявление силы зависит от особенностей прикрепления мышцы к костям. Мышцы с большей площадью опоры имеют большие возможности для проявления силы.
Мышца, сокращаясь, производит работу. Величина ее равна произведению массы груза на поднятую высоту. Отсюда следует, что максимальная работа, выполняемая при одиночном сокращении мышцы, зависит от ее силы (чем больше сила, тем больший груз может быть поднят) и степени укорочения мышцы.
В процессе естественной деятельности человека величина работы, выполняемой той или иной мышцей, в значительной степени зависит от способности ее длительно находиться в сокращенном состоянии, т. е. от степени выносливости мышц. Различают выносливость к статическим и динамическим усилиям. Выносливость к статическим усилиям определяется временем, в течение которого удерживается величина заданного усилия. Она различна для различных мышц. Наименьшей выносливостью характеризуется трехглавая мышца плеча (1 мин при усилии, равном 50 % от максимального), наибольшей — икроножная мышца
(7 мин). Выносливость к динамической работе зависит как от величины поднимаемого груза, так и от темпа работы. Работа бывает наибольшей при какой-то средней величине груза и частоте движений. Выносливость к динамической и статической работе можно увеличивать путем тренировки. При длительной как динамической, так и статической работе наступает утомление мышц.
Работа мышц — необходимое условие их существования. Длительная бездеятельность мышц ведет к их атрофии и потере ими работоспособности. Тренировка, т. е. систематическая, нечрезмерная работа мышц, способствует увеличению их объема, возрастанию силы и работоспособности, что важно для физического развития всего организма.
Глава 7. ВОЗРАСТНАЯ АНАТОМИЯ
И ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ
Общая характеристика крови
Кровь вместе с кроветворными и кроверазрушающими органами составляет целостную систему крови, которая включает костный мозг, селезенку, тимус, лимфатические узлы, миндалины и отдельные лимфоидные фолликулы слизистых оболочек дыхательных, пищеварительных и мочеполовых путей. У взрослого человека общее количество крови составляет 5—8 % веса тела, что соответствует 5—6 л. Кровь имеет красный цвет и рН 7,35. Она является жидкой тканью и разновидностью соединительной ткани, находится в непрервывном движении, располагается в замкнутой системе кровеносных сосудов. Кровь вместе с лимфой и межтканевой жидкостью составляет внутреннюю среду организма, в которой протекает жизнедеятельность всех клеток и тканей. Особенностью крови является ее высокая способность к регенерации, которая происходит в специальных кроветворных органах и носит название кроветворения. Кровь выполняет следующие функции: транспортную, защитную, терморегуляторную. Транспортная функция заключается в переносе питательных веществ (глюкоза, аминокислоты, жиры и др.) к клеткам, а конечные продукты обмена веществ (аммиак, мочевину, мочевую кислоту и др.) — от них к органам выделения. Осуществляя перенос гормонов и других физиологически активных веществ, воздействующих на различные органы и ткани, она участвует в выполнении регуляторной функции. С функциями крови тесно связана регуляция постоянства температуры тела. Кровь переносит тепло от органов с интенсивным его образованием к органам с менее интенсивной теплопродукцией и к местам, где она охлаждается (поверхность кожи). Защитную функцию кровь выполняет благодаря способности лейкоцитов к фагоцитозу и наличию в ней иммунных тел, обезвреживающих микроорганизмы и их яды, разрушающих чужеродные белки. Доставляя кислород от легких к тканям, принося к легким углекислый газ, кровь осуществляет дыхательную функцию.
В кровеносных сосудах в состоянии покоя циркулирует не вся кровь. Около 40—50 % ее находится в кровяных депо (селезенке, печени, сосудах кожи и легких). Депонированная кровь в единице объема содержит больше форменных элементов по сравнению с кровью, циркулирующей в сосудах. Выход крови из депо в общий кровоток обусловливается многими факторами. Наиболее важным из них является дефицит кислорода в организме, возникающий под влиянием различных причин (мышечная деятельность, кровопотери, пониженное атмосферное давление и др.). Уменьшение количества крови более чем на 1/3 опасно для жизни. Потеря крови в небольших количествах (200—400 мл) для здоровых людей не только не представляет вреда, но даже стимулирует кроветворение.
Кровь состоит из форменных элементов (55—58 %) — эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов (рис. 15), и жидкой части — плазмы (42—45 %).
Рис. 15. Форменные элементы крови
7.2. Строение, функции и классификация
форменных элементов крови
Эритроциты, или красные кровяные тельца, у человека представляют собой специализированные безъядерные клетки диаметром 7—8 мкм. Они образуются в красном костном мозге, разрушаются в печени и селезенке. В 1 мм3 крови содержится в среднем 5 млн эритроцитов у мужчин и 4,5 у женщин. С возрастом количество эритроцитов уменьшается, у новорожденного в 1 мм3 крови содержится 7,2 млн, к 5—6 месяцам жизни — 4—4,5 млн. В дальнейшем до периода полового созревания наблюдается постепенное увеличение их количества до нормы взрослого. Строение и состав эритроцитов обусловлены выполняемой ими функцией — транспорт газов. Форма эритроцитов в виде двояковогнутого диска увеличивает соприкосновение с окружающей средой, способствуя этим ускорению процессов газообмена. Суммарная поверхность всех эритроцитов в циркулирующей крови составляет около 3000 м2. Каждый эритроцит снаружи покрыт плазмолеммой, через которую избирательно проникают газы, вода и другие элементы.
В начальных фазах своего развития эритроциты имеют ядро и называются ретикулоцитами. По мере созревания ядро и органойды разрушаются и замещается дыхательным пигментом — гемоглобином (Нв), составляющим 90 % сухого вещества эритроцитов. Гемоглобин состоит из белка глобина и железосодержащей части — гема. Гемоглобин обладает свойством легко соединяться с кислородом и легко его отдавать. Присоединяя кислород, он становится оксигемоглобином (НвО2) и имеет ярко-красный цвет. Отдавая кислород в местах с малым его содержанием, он соединяется с углекислым газом и называется карбогемоглобином. В легких углекислый газ покидает кровь и гемоглобин вновь насыщается кислородом. В крови взрослых людей находится 14—15 % гемоглобина. Общее его содержание равно примерно 700 г.
Количество эритроцитов и гемоглобина в крови может изменяться под влиянием факторов внешней среды (атмосферное давление, сезоны года, особенности климата и др.), физиологической перестройки организма в определенные периоды жизни, под влиянием систематическихзанятий спортом и т. д. Средняя продолжительность жизни зрелых эритроцитов составляет около 120 дней, после чего они разрушаются в печени и селезенке.
При отстаивании цельной крови, к которой прибавлены противосвертывающие вещества, происходит оседание эритроцитов. Это свойство названо скоростью оседания эритроцитов (СОЭ) и используется в медицинской практике для обнаружения заболеваний, т. к. при многих заболеваниях СОЭ бывает ускоренной. Нормальная СОЭ крови взрослого от 4 до 12 мм в час. При воспалительных процессах СОЭ бывает от 20 до 50.
Лейкоциты, или белые кровяные клетки, по морфологическим и функциональным признакам представляют собой обычные клетки, содержащие ядро, цитоплазму и все органойды. Лейкоциты имеют шаровидную форму и размеры от 6 до 25 мкм, обладают подвижностью и выполняют защитные функции. Лейкоциты способны выходить из кровеносных сосудов в ткани, где они выполняют свои защитные функции, и возвращаться обратно. Они образуются в костном мозге из стволовых клеток. В 1мм3 крови человека находится 3,5—9 тыс. лейкоцитов. Количество лейкоцитов колеблется в течение суток, их число увеличивается после еды, при сильных эмоциях, во время физической работы и уменьшается в утренние часы.
Лейкоциты неоднородны, по строению цитоплазмы и ядра они подразделяются на зернистые (гранулоциты) и не зернистые (агранулоциты). Гранулоциты имеет дольчатое ядро и специфическую зернистость в цитоплазме и составляют 70—75 % всех лейкоцитов. По химическому составу гранул зернистые лейкоциты подразделяются на нейтрофилы (65—70 %), эозинофилы (1—5 %) и базофилы (0,5—1 %). Нейтрофилы имеют пылевидную зернистость, которая окрашивается в фиолетово-розовый цвет как кислыми, так и основными красителями, а ядро содержит более двух сегментов. Нейтрофилы по степени зрелости подразделяются на юные, палочкоядерные и сегментированные. Нейтрофилы являются микрофагами и обладают способностью к фагоцитозу. Эозинофилы имеют крупную ярко-розовую зернистость, окрашивающуюся кислыми красителями и двухдольчатое ядро. Эозинофилы участвуют в аллергических реакциях и обладают антитоксическим действием, поэтому количество их увеличивается при глистных инвазиях и аллергических заболеваниях. Базофилы содержат крупную немногочисленную темно-синюю зернистость, окрашивающуюся основными красителями, и имеют S-образное ядро. Базофилыучаствуют в свертывании крови. Агранулоциты не содержат в цитоплазме специфической зернистости, имеют шаровидное или бобовидное ядро и подразделяются на лимфоциты (25—30 %) и моноциты (4—8 %). Лимфоциты самые мелкие клетки крови, размером от 4 до 8 мкм, имеют круглое крупное ядро и тонкий ободок цитоплазмы. Основная функция лимфоцитов — иммунная защита. Моноциты — самые крупные клетки крови диаметром
18—20 мкм, имеют бобовидное ядро. Моноциты обладают способностью к фагоцитозу, поэтому их называют макрофагами. Процентное соотношение различных форм лейкоцитов в крови называется лейкоцитарной формулой.
Количество лейкоцитов и лейкоцитарная формула не всегдаостаются постоянными. Увеличение числа лейкоцитов называется лейкоцитозом, уменьшение — лейкопенией. В возникновении количественных изменений лейкоцитов имеют значение нарушение соотношений между скоростью их продукции и темпом разрушения, а также перераспределение крови в организме, обусловленное изменением тонуса сосудов, скоростью кровотока в отдельных органах и выходом крови из депо. Продолжительность жизни лейкоцитов составляет от нескольких часов до нескольких дней.
Тромбоциты, или кровяные пластинки, — это цитоплазматические образования овальной, круглой или неправильной формы диаметром 2—5 мкм в количестве 200—400 тысяч в 1 мм3. В крови человека и млекопитающих они не имеют ядра. Тромбоциты образуются в костном мозге из гигантских клеток-мегакариоцитов и представляют собой обрывки цитоплазмы. Они играют важную роль в процессе свертывания крови. Продолжительность жизни тромбоцитов составляет 5—8 дней.