Воздействие физических нагрузок на развитие мышц человека в условиях севера

Министерство образования и науки Российской Федерации

Мурманский государственный гуманитарный университет

Факультет ЕФКиБЖД

Кафедра естественных наук

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

«Воздействие физических нагрузок на развитие мышц человека в условиях севера».

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 

3-его курса,

Б.Э.группы,

Очного отделения ФЕФКиБЖД

Кульченко Артемий

 

Научный руководитель

Луппова Елена Николаевна

(доцент, кандидат биологических  наук)

 

 

 

 

 

 

 

Мурманск – 2014

 

 

                             Оглавление

 

Введение                                                                                                             3

Глава 1: Мышечная ткань                                                                                 5

1.1 Строение и особенности работы  поперечнополосатых мышц               5

1.2 Изменение мышц при физических  нагрузках                                          8

Глава 2: Специфика проживания в Заполярье. Адаптации и адаптивные типы                                                                                                                  20

2.1 Экстремальность условий                                                                        20

2.2 Адаптации и адаптивные типы                                                                22

Глава 3: Специфика развития человека                                                        25

3.1 Изменение работы организма                                                                 25

3.2 Специфика развития детей                                                                     26

3.3 Специфика акселерации в северных  условиях                                      26

Заключение                                                                                                      28

Список литературы                                                                                         29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Проблема физического состояния человека в условиях Севера достаточно важна и актуальна, поскольку, зная специфику развития мышц человека в условиях Севера, можно более эффективным  или более щадящим режимом урегулировать уровень физического здоровья в нашем регионе. Так же эта информация была бы полезна спортсменам, и мне в частности, для формирования наилучших программ тренировок, для развития мышц. Ведь эта специфика необязательно усложняет процесс развития мышц, возможно, она его стимулирует, и за счёт этого можно сформировать программу максимально эффективную. Этот вопрос имеет практическое значение, причём немаловажное.

Возможно, выяснение этой информации ответит на вопрос: «Как повысить общий уровень здоровья людей в Заполярье?». Так же многим, кто занимается спортом, будет доступно уберечь себя от общего переутомления, которое всем спортсменам хорошо знакомо. Ведь любое развитие мышц направленно на их разрушение, и последующее восстановление. Это требует времени и энергии. Вполне возможно, что в условиях Заполярья эти процессы гораздо сложнее протекают, а возможно, что они протекают не совсем так, как обычно. Принято считать, что северные условия оказывают на человека неблагоприятное влияние. Однако проблема изменения в Заполярье именно мышечной системы изучена недостаточно. Это определило наш интерес к данной теме.

Цель  работы – установить, существуют ли отличия в развитии мышечной системы человека на Севере по сравнению с другими климатическими условиями.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи.

1. Изучить строение, формирование и механизмы функционирования мышечной ткани.
2. Установить специфику условий обитания на Севере и адаптации человека к этим условиям.
3. Понять специфику развития мышц человека в условиях севера.

Таким образом, мы определили объект изучения: процесс формирования мышечной ткани в условиях Заполярья.

Предмет изучения: мышечная ткань.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1 Мышечная ткань

 

Начинать исследование стоит именно с ознакомления со строением мышц и мышечной ткани в целом, т.к. она и является предметом изучения. Поняв общие закономерности, мы сможем определить и специфику ее развития в различных условиях.

Итак, мышечная ткань принимает участие во всех движениях, совершаемых человеком. Она способствуют продвижению крови по сосудам, пищи - по пищеварительному тракту, продуктов обмена - по мочевыводящим путям, секрета желез - по протокам и т.д.

В мышечной ткани имеются сократительные элементы клетки (миофибриллы), трофические (ядро и цитоплазма со всеми органоидами) и опорные (оболочка). Различают два вида мышечной ткани: гладкую и поперечнополосатую, в последней, в свою очередь, выделяют скелетную и сердечную мышечную ткань. Гладкая мышечная ткань - участвует в образовании стенки сосудов, внутренних органов радужной оболочки глаза. Поперечнополосатые мышцы — активная часть опорно-двигательного аппарата. [10]

 

1. Строение и особенности работы поперечнополосатых мышц

По происхождению, строению и даже функции мышечная ткань неоднородна. Основным свойством мышечной ткани является способность к сокращению – напряжению составляющих ее элементов. Для обеспечения  движения элементы мышечной ткани должны иметь вытянутую форму и фиксироваться на опорных образованиях (костях, хрящах, коже, волокнистой соединительной ткани и т.п.). 
Поперечнополосатая сердечная мышечная ткань может быть двух видов: одна обеспечивает сокращение сердца, вторая - проведение нервных импульсов внутри сердца.

Поперечнополосатая скелетная мышечная ткань - характерна для всех мышц скелета, диафрагмы, языка, глотки, начального отдела пищевода, мышц приводящих в движение глазное яблоко, и др. Основной структурной функциональной единицей поперечнополосатой мышечной ткани является мышечное волокно. Длина мышечных волокон колеблется от нескольких миллиметров до 10 и более сантиметров. С поверхности мышечное волокно покрыто оболочкой (сарколеммой).

Внутри находятся миофибриллы – органеллы клеток, обеспечивающие сокращение их сокращение. Представляет собой нитевидную структуру, состоящую из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие из актина и толстые из мизонина. Одна клетка содержит несколько десятков миофибрилл.[7]

 

Сокращение поперечнополосатых мышц происходит быстро, вместе с тем они быстро, рано утомляются. При динамическом характере работы, когда периоды сокращения чередуются с периодами расслабления, длительность сокращения невелика, капилляры не сдавливаются, питание волокна не нарушается, поэтому и утомление мышц наступает медленнее. При статистической работе - утомление наступает быстро.

Под влиянием нагрузки (двигательной деятельности) мышечные волокна утолщаются, увеличивается количество ядер. Имеются наблюдения, указывающие на то, что при этом может увеличиваться и число волокон.

Физические нагрузки при трудовых процессах, естественных движениях человека, занятиях спортом оказывают влияние на все системы организма, в том числе и на мышцы.

В теле человека насчитывается около 600 мышц. Большинство из них парные и расположены симметрично по обеим сторонам тела человека. Мышцы составляют: у мужчин — 42% веса тела, у женщин — 35%, у спортсменов — 45–52%.

Рассмотрим некоторые морфологические особенности скелетных мышц и влияние динамических нагрузок.[7]

Известны два типа мышечных сокращений - тонический и тетанический. Такая специализация мышечного аппарата происходила в процессе эволюции благодаря исключительно разнообразному характеру движений. Типичным примером тонического (медленного, сильного и длительного) типа сокращения может служить запирательная мышца некоторых моллюсков. Примером тетанического (быстрого, сильного) сокращения может быть портняжная мышца лягушки.

От характера деятельности мышц существенно зависят их энергетические затраты. Подсчитано, что того количества энергии, которое расходует скелетная мышца на поддержание в течение одной минуты определенного груза, хватило бы для тонической мышцы на трое суток. При этом тоническая мышца для поддержания максимального напряжения увеличивает обмен веществ лишь вдвое, тогда как такое же напряжение скелетной мышцы сопровождается усилением метаболизма в 10-15 раз.

Однако в большинстве случаев, особенно у млекопитающих, нет такого резкого подразделения мышц на тонические (статические) и тетанические (динамические). Оказалось, что все скелетные мышцы в большей или меньшей степени способны давать оба типа сокращений, и что причина этого лежит в особенностях строения таких мышц. Гладкая же мускулатура кишечника и других внутренних органов у человека являет собой пример тонических мышц. Так, медленные и сильные сокращения стенок пищеварительного аппарата, называемые перистальтикой, происходят обычно непроизвольно. Поперечнополосатые (в основном скелетные мышцы), участвующие в выполнении произвольных движений, являются примером тетанических мышц.[10]

Нужно отметить, что классификация мышц по этому принципу не является совсем строгой. Например, мускулатура, участвующая в поддержании позы, работает в некотором роде непроизвольно; сердечная мышца - типично поперечнополосатая тоже работает непроизвольно (правда, за счет автоматизма), хотя на работу той и другой можно в определенных пределах влиять сознательно.

Преимущества жестких суставных скелетов, которыми обладают позвоночные, могли быть реализованы только при выполнении мышцами двоякой роли - статической (поддерживающей) и динамической (передвигающей).

Способность мышц производить тот или иной вид сокращения зависит от типа волокон, из которых они состоят. Большинство мышечных волокон способны производить как тонические, так и тетанические сокращения, однако в мышцах есть волокна, специализированные лишь по одному типу сокращения. Преобладание таких специализированных волокон превращает мышцу в статическую или динамическую.[7]

 

2. Изменения мышц при физических нагрузках

 
            В различных видах спорта нагрузка на мышцы различна как по интенсивности, так и по объему, в ней могут преобладать статистические или динамические элементы. Она может быть связана с медленными или быстрыми движениями. В связи с этим и изменения, происходящие в мышцах, будут неодинаковы.

Как известно, спортивная тренировка увеличивает силу мышц, эластичность, характер проявления силы и другие их функциональные качества. Вместе с тем иногда, несмотря на регулярные тренировочные занятия, сила мышц начинает снижаться и спортсмен не может даже повторить свой прежний результат. Поэтому очень важно знать, какие изменения происходят в мышцах под влиянием физической нагрузки, какой двигательный режим спортсмену рекомендовать; должен ли спортсмен иметь полный покой (адинамию), перерыв в тренировочном процессе, или минимальный объем движений (гиподинамию), или наконец, проводить тренировки с постепенным уменьшением нагрузки. 
Изменения в строении мышц у спортсменов можно определить методом биопсии (взятия особым способом кусочков мышц) в процессе тренировки.

Эксперименты показали, что нагрузки преимущественно статистического характера ведут к значительному увеличению объема и веса мышц. Увеличивается поверхность их прикрепления на костях, укорачивается мышечная часть и удлиняется сухожильная. Происходит перестройка в расположении мышечных волокон в сторону более перистого строения. Количество плотной соединительной ткани в мышцах между мышечными пунктами увеличивается, что создает дополнительную опору. Кроме того, соединительная ткань по своим физическим качествам значительно противостоит растягиванию, уменьшая мышечное напряжение. Усиливается трофический аппарат мышечного волокна: ядра, саркоплазма, митохондрии. Миофибриллы (сократительный аппарат) в мышечном волокне располагаются рыхло, длительное сокращение мышечных пучков затрудняет внутриорганное кровообращение, усиленно развивается капиллярная сеть, она становится узкопетлистой, с неодинаковым просветом. [6]

При нагрузках преимущественно динамического характера вес и объем мышц также увеличиваются, но в меньшей степени. Происходит удлинение мышечной части и укорочение сухожильной. Мышечные волокна располагаются более параллельно, по типу веретенообразных. Количество миофибрилл увеличивается, а саркоплазмы становится меньше.

Чередование сокращений и расслаблений мышцы не нарушает кровообращения в ней, количество капилляров увеличивается, ход их остается более прямолинейным. Количество нервных волокон в мышцах, выполняющих преимущественно динамическую функцию, в 4—5 раз больше, чем в мышцах выполняющих преимущественно статистическую функцию. Двигательные бляшки вытягиваются вдоль волокна, контакт их с мышцей увеличивается, что обеспечивает лучшее поступление нервных импульсов в мышцу.

При пониженной нагрузке мышцы становятся дряблыми, уменьшаются в объеме, капилляры их суживаются, в результате чего мышечные волокна истощаются, двигательные бляшки становятся меньших размеров. Длительная гиподинамия приводит к значительному снижению силы мышц.[9]

При умеренных нагрузках мышцы увеличиваются в объеме, в них улучшается кровоснабжение, открываются резервные капилляры. По наблюдениям П.З. Гудзя, под влиянием систематической тренировки происходит рабочая гипертрофия мышц, которая является результатом утолщения мышечных волокон (гипертрофии), а также увеличения их количества (гиперплазии). Утолщение мышечных волокон сопровождается увеличением в них ядер, миофибрилл. Увеличение числа мышечных волокон происходит тремя путями: посредством расщепления гипертрофированных волокон на два—три и более тонких, вырастания новых мышечных волокон из мышечных почек, а также формирования мышечных волокон из клеток сателлитов, которые превращаются в миобласты, а затем в мышечные трубочки. Расщеплению мышечных волокон предшествует перестройка их моторной иннервации, в результате чего на гипертрофированных волокнах формируются одно—два дополнительных моторных нервных окончания. Благодаря этому после расщепления каждое новое мышечное волокно имеет собственную мышечную иннервацию. Кровоснабжение новых волокон осуществляется новообразующимися капиллярами, которые проникают в щели продольного деления. При явлениях хронического переутомления одновременно с возникновением новых мышечных волокон происходит распад и гибель уже имеющихся. Важное практическое значение при перетренированности имеет двигательный режим. Установлено, что гиподинамия действует отрицательно на мышцы. При постепенном же уменьшении нагрузок нежелательных явлений в мышцах не возникает. Широкое применение метода динамометрии позволило установить силу отдельных групп мышц у спортсменов и составить как бы топографическую карту. В таблице 1 приведены некоторые данные о силе различных групп мышц у спортсменов. Из таблицы видно, насколько значительно различные нагрузки влияют на развитие определенных групп мышц.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Показатели силы некоторых мышц (в кг) у спортсменов

Название мышц	хоккеисты	гандболисты	лыжники	велосипедисты
Разгибатели верхних конечностей	73	69	60	57
Разгибатели голени	71	77	64	63
Разгибатели бедра	177	139	141	142
Сгибатели стопы	187	146	-	176
Разгибатели туловища	177	184	-	149

 

Все эти особенности связаны с неодинаковым биохимическими условиями в работе двигательного аппарата и требованиями, предъявляемыми к нему в различных видах спорта. При тренировке начинающих спортсменов необходимо обращать  особое внимание на развитие силы «ведущих» групп мышц.[10]

  Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечного сечения, увеличение его сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате физической тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы (от греч. "трофос"-питание). Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками, по-видимому, не способны к клеточному делению с образованием новых волокон. Во всяком случае, если деление мышечных клеток и имеет место, то только в особых случаях и в очень небольшом количестве. Рабочая гипертрофия мышцы происходит почти или исключительно за счет утолщения (увеличения объема) существующих мышечных волокон. При значительном утолщении мышечных волокон, возможно, их продольное механическое расщепление с образованием "дочерних" волокон с общим сухожилием. В процессе силовой тренировки число продольно расщепленных волокон увеличивается. Можно выделить два крайних типа рабочей гипертрофии мышечных волокон - саркоплазматический и миофибриллярный. Саркоплазматическая рабочая гипертрофия - это утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т.е. не сократительной их части. Гипертрофия этого типа происходит за счет повышения содержания не сократительных (в частности, митохондриальных) белков и метаболических резервов мышечных волокон: гликогена, без азотистых веществ, креатин фосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может вызывать некоторое утолщение мышцы. Наиболее предрасположены к саркоплазматической гипертрофии, по-видимому, медленные и быстрые окислительные волокна. Рабочая гипертрофия этого типа мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность к продолжительной работе, т.е. увеличивает их выносливость. Миофибриллярная рабочая гипертрофия связана с увеличением числа и объема, миофибрилл, т.е. собственно-сократительного аппарата мышечных волокон. При этом возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Такая рабочая гипертрофия мышечных волокон ведет к значительному росту МС мышцы. Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, а при рабочей гипертрофии первого типа она или совсем не изменяется, или даже несколько уменьшается. По-видимому, наиболее предрасположены к миофибриллярной гипертрофии быстрые мышечные волокна.[7]

Очень важную роль в регуляции объема мышечной массы, в частности в развитии гипертрофии мышц, играют андрогены (мужские половые гормоны). У мужчин они вырабатываются половыми железами (семенниками) и в коре надпочечников, а у женщин - только в коре надпочечников. Соответственно у мужчин количество андрогенов в организме больше, чем у женщин. Роль андрогенов в увеличении мышечной массы проявляется в следующем.

Возрастное развитие мышечной массы идет параллельно с увеличением продукции андрогенных гормонов. Первое заметное утолщение мышечных волокон наблюдается в 6-7-летнем возрасте, когда усиливается образование андрогенов. С наступлением полового созревания (в 11-15 лет) начинается интенсивный прирост мышечной массы у мальчиков, который продолжается и после периода полового созревания. У девочек развитие мышечной массы в основном заканчивается с периодом полового созревания. Соответствующий характер имеет и рост мышечной силы в школьном возрасте.

Даже после коррекции показателей силы с размерами тела силовые показатели у взрослых женщин ниже, чем у мужчин. Вместе с тем если у женщин в результате некоторых заболеваний усиливается секреция андрогенов надпочечниками, то интенсивно увеличивается мышечная масса, появляется хорошо развитый мышечный рельеф, возрастает мышечная сила.[2]

Силовая тренировка связана с относительно небольшим числом повторных максимальных или близких к ним мышечных сокращений, в которых участвуют как быстрые, так и медленные мышечные волокна. Однако и небольшого числа повторений достаточно для развития рабочей гипертрофии быстрых волокон, что указывает на их большую предрасположенность к развитию рабочей гипертрофии (по сравнению с медленными волокнами). Высокий процент быстрых волокон в мышцах служит важной предпосылкой для значительного роста мышечной силы при направленной силовой тренировке. Поэтому люди с высоким процентом быстрых волокон в мышцах имеют более высокие потенциальные возможности для развития силы и мощности.

Тренировка выносливости связана с большим числом повторных мышечных сокращений относительно небольшой силы, которые в основном обеспечиваются активностью медленных мышечных волокон. Поэтому понятна более выраженная рабочая гипертрофия медленных мышечных волокон при этом виде тренировки по сравнению с гипертрофией быстрых волокон, особенно быстрых гликолитических.

Есть два способа напряжения мышц - динамический и статический. Под влиянием тренировки в динамическом или статическом режимах в мышцах происходят соответствующие морфологические изменения: тренировка статическими нагрузками приводит к преобладанию признаков, характерных для тонических волокон (группировка миофибрилл, увеличение саркоплазмы); динамический режим тренировок приводит к преобладанию признаков тетанических волокон (равномерное распределение миофибрилл, уменьшение саркоплазмы, уменьшение миоглобина).

Это, конечно, не значит, что биохимические и морфологические особенности настолько специфичны, что исключают возможность выполнения мышцами нагрузок другого типа. Наоборот, это приводит к увеличению диапазона их возможностей.

Из приведенных выше данных видно, что статические упражнения не являются нефизиологичными. Характер деятельности мышц, например, при поддержании позы и при осуществлении так называемых активных движений существенно различен. Это приводит и к соответствующим морфологическим изменениям в самих мышцах. Тренировка мышц в статическом и динамическом режимах увеличивает функциональные возможности опорно-двигательного аппарата.

Не следует, однако, считать, что перестройка мышц в процессе их деятельности, увеличение их объема есть конечная цель физической тренировки. Например, в различных системах атлетизма и культуризма главное внимание уделяется увеличению мышечной массы, но при этом движения становятся менее ловкими, уменьшается выносливость к длительным физическим нагрузкам. Повышенное содержание гликогена в мышечных волокнах в момент развития большой мощности приводит к созданию огромного кислородного долга, справиться с которым организму без соответствующей тренировки довольно трудно.[9]

Специальные исследования рабочей гипертрофии мышц на щенках показали, что абсолютный вес, например портняжной мышцы, увеличивается на 42,8 %. Но это увеличение идет за счет перегруппировки мышечных волокон в более крупные пучки (при этом возрастает сила) и главным образом за счет увеличения толщины волокон, а не за счет их числа. Во всяком случае, если число мышечных волокон и увеличивается, то совсем незначительно. Именно этот факт и объясняет быстрое уменьшение силы и появление дряблости мышц после прекращения их "накачки".

Мышечная работа есть проявление деятельности всего организма в целом, перестройка, происходит во всех органах и системах и в первую очередь в центральной нервной системе.

Статические упражнения, являясь одной из форм произвольной мышечной деятельности, вызывают значительные изменения корковых процессов. При статических усилиях в коре мозга в области двигательного анализатора возникает ограниченный очаг возбуждения, поддерживаемый с одной стороны формированием волевых импульсов, с другой - возбуждениями, приходящими от работающих мышц.

Наиболее характерным результатом статических упражнений является заторможенность целого ряда функций из-за возникновения в центральной нервной системе отрицательной индукции. Выраженность индукционных (то есть взаимных) отношений тем сильнее, чем выше волевое усилие. Причем это состояние более отчетливо проявляется при максимальном напряжении небольшой группы мышц, чем при среднем усилии большой группы мышц, хотя расход энергии в последнем случае может быть во много раз больше, чем в первом. После прекращения статического усилия, все заторможенные прежде функции осуществляются на более высоком уровне.[10]

Это явление известно как феномен Линдгарда. Объяснялось оно раньше усилением обмена веществ в мышцах после притока к ним свежей крови, доступ которой во время статической нагрузки был затруднен в результате сдавливания сосудов напряженными мышцами. Однако в настоящее время такое объяснение признается несостоятельным, так как при тренировке феномен Линдгарда сглаживается и исчезает; уходит также субъективное чувство усталости, а вместо него ощущается прилив бодрости и новых сил. Вероятно, возбужденностью ранее заторможенных центров и объясняется ощущение бодрости и свежести после выполнения статических упражнений.

Во время статических упражнений усиливаются некоторые функции организма. Так, резко увеличивается свертываемость крови, повышается количество лейкоцитов; происходят и другие изменения, свидетельствующие о повышенной мобилизации защитных свойств крови. Происходит также нормализация всех функций организма. Так, повышенная или пониженная желудочная кислотность во время статической работы становится нормальной; нормализуется также желудочная эвакуация, независимо от того была она до работы ускоренной или замедленной. Эти и подобные наблюдения в клинике внутренних болезней позволили проф. Н.К. Верещагину сделать следующий вывод: "До сих пор врачи и слышать не хотели о статических нагрузках для больных, мы же теперь рекомендуем вводить элементы статических нагрузок в практику врачебной гимнастики".

Применение статических упражнений в практике спортивных тренировок показало их высокую эффективность. Так, восьмимесячные занятия с группой юношей в возрасте 16-17 лет (с включением в тренировочный цикл статических усилий) показали, что сила сгибателей кисти возросла на 31 %, сгибателей предплечья - на 28, разгибателей туловища - на 30 %. Статистически достоверно увеличилась статическая выносливость этих групп мышц. Прирост силы способствовал значительному улучшению результатов в контрольных упражнениях, требующих силовой выносливости. Все это одновременно не ухудшило показатели в беге, в прыжках (в длину и высоту) и толкании ядра. Не наблюдались задержки в физическом развитии: имелась достоверная прибавка в весе, росте, жизненной емкости легких. Специальный углубленный медицинский осмотр не обнаружил отрицательных последствий применения статических нагрузок. Исследование морфологической картины крови также показало, что к концу тренировок реакция на нагрузку оказалась более благоприятной.

Полученные данные не только доказывают безвредность применения статических напряжений, но и их целесообразность. Нет сомнения, что в здоровом организме статические нагрузки противодействуют возникновению патологического состояния.