Умблик
9 класс · углублённый
Биология · 9 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 9 класс · Урок 60

Мышцы: двигательная единица, сокращение, рычаги и причины атрофии

Разложим движение на нервный сигнал, работу мышечного волокна и поворот костного рычага. Выясним, почему мышца тянет, а не толкает, и чем атрофия отличается от обычной усталости.

Опорно-двигательный аппарат

Федеральная программа · углублённый уровень · 9 класс

Опорно-двигательный аппарат

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Мышца как орган и её оболочки
  • Мышечные волокна, актин, миозин и АТФ
  • Нервно-мышечный контакт и двигательная единица
  • Сухожилие, связка и костный рычаг
  • Синергисты и антагонисты
  • Мимические мышцы и особенности прикрепления
  • Основные мышцы головы, шеи, плеча, руки и ноги
  • Спинной мозг, мозжечок и кора в управлении движением
  • Травмы, атрофия и безопасная первая помощь
Движение в суставе: мышцы тянут, а не толкают костьМышца-сгибательЛоктевой суставМышца-разгибательсокращение → сгибаниесокращение → разгибаниеСвязки, сухожилия и геометрия плеч рычага не изображены; мышцы работают согласованно.
Мышцы действуют через сухожилия на кости; направление движения зависит от оси сустава и согласованной работы нескольких мышц.

Как это устроено

Скелетная мышца — орган, а не просто один пучок белка: волокна объединены оболочками, пронизаны сосудами и нервами, прикрепляются через соединительную ткань. Мышечное волокно содержит миофибриллы, а те — повторяющиеся саркомеры. При активации регулируется взаимодействие актиновых и миозиновых нитей с участием кальция и энергии АТФ. Нити скользят относительно друг друга; не следует представлять, будто отдельная молекула актина укорачивается как пружина.

Двигательный нейрон передаёт сигнал к мышечному волокну через химический нервно-мышечный контакт с ацетилхолином. Вместе с иннервируемыми им волокнами он образует двигательную единицу. Сила целой мышцы регулируется не только силой отдельного «импульса», но и привлечением двигательных единиц, частотой их активности и механическими условиями. Кора больших полушарий участвует в планировании и запуске произвольных действий, спинной мозг содержит важные двигательные сети, а мозжечок помогает согласовывать движения; это не три строго независимых блока.

Мышца при сокращении создаёт тягу. Через сухожилие она тянет кость, которая поворачивается относительно сустава как рычаг; для обратного движения обычно нужны другие мышцы и взаимодействие с внешними силами. Антагонисты действуют в противоположных направлениях в рассматриваемой задаче, но иногда сокращаются вместе для устойчивости. Синергисты помогают одному действию. Мимические мышцы часто имеют прикрепление к коже, поэтому схема «каждая мышца обоими концами прикреплена к двум костям» неверна.

Атрофия означает потерю мышечной массы или объёма и функции; она может быть связана с бездействием, нарушением нервной связи, недостаточным питанием или болезнью. Она не равна кратковременной усталости после нагрузки. Боль, заметная слабость или травма требуют оценки взрослых и медицинского работника: силой «разработать» повреждённую область нельзя. При подозрении на тяжёлую травму движение ограничивают и обращаются за помощью; школьный урок не учит самостоятельно вправлять суставы или подбирать лечение.

Основные мышцы удобнее узнавать по месту и действию, а не просто заучивать списком. На лице круговая мышца глаза смыкает веки; на шее грудино-ключично-сосцевидная участвует в повороте головы; дельтовидная помогает отвести плечо. На руке двуглавая мышца плеча участвует в сгибании локтя, трёхглавая — в разгибании; на ноге четырёхглавая мышца бедра разгибает голень, икроножная помогает встать на носки. Каждое реальное движение совместно создают и стабилизируют несколько мышц, а мимические мышцы часто тянут кожу, не костный рычаг. Эти примеры не охватывают все мышцы тела, но позволяют объяснить, как название связано с расположением и функцией.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Скелетная мышца

Орган из поперечно-полосатых мышечных волокон, соединительнотканных оболочек, нервов и сосудов, создающий усилие при активации.

Пример: Двуглавая мышца плеча участвует в сгибании предплечья вместе с другими мышцами.

Мышечное волокно

Удлинённая многоядерная клетка скелетной мышцы со специализированным сократительным аппаратом из множества миофибрилл.

Пример: Одно мышечное волокно может получать сигнал от окончания двигательного нейрона.

Миофибрилла

Продольная сократительная структура мышечного волокна, построенная из повторяющихся саркомеров с актиновыми и миозиновыми нитями.

Пример: Под микроскопом регулярность миофибрилл связана с поперечной исчерченностью скелетной мышцы.

Саркомер

Повторяющийся участок миофибриллы между двумя Z-линиями, в котором взаимодействие актиновых и миозиновых нитей создаёт сокращение.

Пример: При сокращении саркомер обычно укорачивается благодаря скольжению нитей, а не их сокращению как верёвки.

Актин

Белок, образующий тонкие нити сократительного аппарата мышцы и взаимодействующий с миозином в регулируемом цикле.

Пример: Миозиновые головки связываются с актиновыми нитями при наличии необходимых условий.

Миозин

Двигательный белок толстых нитей мышцы, использующий энергию АТФ для циклического взаимодействия с актином.

Пример: Работа миозиновых головок способствует взаимному скольжению нитей в саркомере.

Нервно-мышечный контакт

Специализированный химический синапс между двигательным нейроном и скелетным мышечным волокном, запускающий ответ мышцы.

Пример: Окончание мотонейрона выделяет ацетилхолин, который действует на рецепторы мышечного волокна.

Двигательная единица

Один двигательный нейрон вместе со всеми мышечными волокнами, которые он иннервирует, а не отдельное волокно само по себе.

Пример: Точные движения пальцев обеспечиваются в том числе двигательными единицами с относительно небольшим числом волокон.

Сухожилие

Плотная соединительнотканная структура, через которую мышца передаёт усилие к кости или другой ткани при движении.

Пример: Сухожилие двуглавой мышцы помогает передавать тягу мышцы к предплечью.

Костный рычаг

Кость, поворачивающаяся вокруг сустава под действием мышечной тяги; результат зависит от точек приложения силы и нагрузки.

Пример: Предплечье поворачивается в локтевом суставе, когда мышцы создают соответствующий момент силы.

Мышцы-антагонисты

Мышцы или группы мышц, выполняющие противоположные по направлению действия в данном суставе при рассматриваемом движении.

Пример: Сгибатели и разгибатели локтя часто описывают как антагонисты, хотя они могут совместно стабилизировать сустав.

Мышцы-синергисты

Мышцы, совместно способствующие определённому движению или стабилизации в выбранной задаче, не обязательно имеющие одинаковую анатомию.

Пример: Несколько мышц плеча могут вместе участвовать в сгибании локтя при разной ориентации предплечья.

Атрофия мышцы

Уменьшение объёма и функциональной способности мышечной ткани, которое может возникать при бездействии, болезни или нарушении иннервации.

Пример: После длительной вынужденной неподвижности мышцы могут ослабеть, но конкретную причину оценивает специалист.

Мышечная усталость

Обратимое снижение способности мышцы или двигательной системы поддерживать заданную работу при нагрузке, зависящее от многих процессов.

Пример: После длительной тренировки точность и сила движения могут временно уменьшаться без атрофии ткани.

Мимическая мышца

Скелетная мышца лица, волокна которой часто вплетаются в кожу и при сокращении перемещают её, изменяя выражение лица; не всякая такая мышца крепится к двум костям.

Пример: Круговая мышца глаза смыкает веки, а круговая мышца рта участвует в движении губ.

Грудино-ключично-сосцевидная мышца

Парная поверхностная мышца шеи, соединяющая область грудины и ключицы с сосцевидным отростком черепа и участвующая в повороте и наклоне головы.

Пример: При повороте головы вправо левый и правый участки шеи работают согласованно, а не как один изолированный трос.

Дельтовидная мышца

Крупная мышца, охватывающая плечевой сустав и участвующая в отведении руки и других движениях плеча в зависимости от работающей части.

Пример: Когда человек поднимает руку в сторону, дельтовидная мышца работает вместе с другими мышцами плечевого пояса.

Двуглавая мышца плеча

Мышца передней области плеча, участвующая в сгибании предплечья и повороте его ладонью вверх при определённом положении сустава.

Пример: При подъёме предмета с согнутым локтем она действует не одна, а совместно с другими сгибателями.

Трёхглавая мышца плеча

Мышца задней области плеча, сокращение которой главным образом разгибает предплечье в локтевом суставе.

Пример: При выпрямлении руки после сгибания трёхглавая мышца помогает создать тягу через сухожилие.

Четырёхглавая мышца бедра

Группа из четырёх мышечных головок на передней стороне бедра, общее сухожильное соединение которых участвует в разгибании голени в колене.

Пример: При вставании со стула четырёхглавая мышца бедра помогает разогнуть коленный сустав.

Икроножная мышца

Поверхностная мышца задней стороны голени, участвующая в подошвенном сгибании стопы и, из-за прохождения через колено, в движении голени.

Пример: При подъёме на носки икроножная мышца вместе с другими мышцами голени помогает поднять пятку.

Пример по шагам

При сгибании предплечья один школьник говорит: «Мышца толкнула кость вверх, а связка передала усилие». Какие два слова неверны?

  1. Скелетная мышца при сокращении создаёт тягу, а не активное толкание кости.
  2. Усилие мышцы к кости передаётся через сухожилие; связка прежде всего стабилизирует соединение костей.
  3. Предплечье поворачивается вокруг локтевого сустава как рычаг, а для разгибания важны другие мышцы.

Вывод: Для описания движения нужно различать источник силы, путь её передачи и ось поворота.

Практическая работа

Безопасная модель рычага и мышечной тяги

  1. Соедините две картонные полоски шарниром как модель локтя, закрепите резинку как аналог тяги мышцы и отметьте точку её прикрепления.
  2. Потяните резинку и посмотрите направление поворота; добавьте вторую резинку для обратного направления и подпишите «антагонисты».
  3. На рисунке волокна отдельно покажите уровни «мышца — волокно — миофибрилла — саркомер» и объясните, почему картонная резинка не моделирует молекулярный механизм.

Что можно заключить: Механическая модель объясняет рычаг, но не заменяет молекулярную схему сокращения.

Безопасность: Не проверяйте силу травмированной конечности и не выполняйте болезненные движения; работа проводится только на картонной модели.

Практическая работа

Оказание первой помощи при повреждении скелета и мышц: учебный разбор

  1. Разберите вымышленную ситуацию после падения: боль, деформация или невозможность опоры. Разделите наблюдаемые признаки и диагноз, который школьник ставить не может.
  2. На манекене или карточках отработайте последовательность: убедиться в безопасности места, позвать взрослых и экстренную помощь при подозрении на серьёзную травму, не заставлять пострадавшего двигать повреждённой частью тела.
  3. Сравните три учебных случая — возможный ушиб, вывих и перелом — по тому, какие действия допустимы до прибытия специалистов и почему нельзя самостоятельно вправлять сустав или кость.

Что можно заключить: Школьная первая помощь означает своевременный вызов помощи и предотвращение дополнительного повреждения, а не самостоятельную диагностику и вправление.

Безопасность: Тренируйтесь только на манекене и карточках. При реальной травме следуйте указаниям экстренной службы; не накладывайте тугую повязку на здорового одноклассника ради опыта.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.