Строение мышечной системы человека: Мышечная система. Строение и функции мышц

Содержание

Мышечная система. Строение и функции мышц

Мышечная система. Строение и функции мышц

О мышцах человека

Сколько всего мышц?

Мышцы человека

  • Мышцы связывают все части скелета;
  • Приводят их в движение;
  • В мышцах происходит превращение химической энергии в механическую и тепловую

Функциональное деление мышц

Произвольные мышцы

Непроизвольные мышцы

Скелетные мышцы

Стенки внутренних органов и кровеносных сосудов

Мышцы внутренних органов

Мышцы сердца

Скелетные мышцы

Мышцы внутренних органов

Мышцы, образующие стенки кровеносных сосудов и внутренних органов

Мышцы сердца

Поперечно-полосатая мышечная ткань

Строение скелетных мышц

  • Основу мышцы составляют пучки волокон , образованные поперечно-полосатой мышечной тканью;
  • Внутри волокна расположены сократительные нити – миофибриллы;
  • Каждый пучок покрыт пленкой из соединительной ткани;
  • А вся мышца оболочкой - фасцией;
  • В мышце находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервы;
  • К костям мышцы крепятся с помощью сухожилий .

Гладкая мышечной ткани

Органы, образованные гладкой мышечной тканью

Сердечная мышца

  • Состоит из коротких переплетенных волокон, способных поддерживать ритмичные движения

Мышцы сгибатели и разгибатели

  • Скелетные мышцы прикрепляются к двум костям.
  • При сокращении мышцы укорачиваются, становятся толще, кости сближаются.
  • Затем мышца расслабляется и принимает прежние размеры

(См. Электронное приложение)

Мышечная координация

РАБОТА МЫШЦ

Статическая

работа мышц

(в удерживании частей тела в определенном положении, сохранении позы, удержание груза)

Динамическая работа мышц

(перемещение тела, груза в пространстве )

Утомление при мышечной работе

Утомление – временное снижение

работоспособности организма.

Вызвано торможением нервных центров.

Иван Михайлович Сеченов (1829 – 1905).

Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем скорее развивается утомление.

Биологическое исследование

  • Выполните задание «Мои биологические исследования» с. 53 учебника

Динамические нагрузки умеренной интенсивности на открытом воздухе (прогулка, ходьба, бег, плавание) улучшают приток питательных веществ и кислорода к мышцам, оказывают оздоровительное влияние на весь организм

Гиподинамия – снижение физических нагрузок

  • И.М.Сеченов доказал, что восстановление работоспособности утомленных мышц правой руки происходит быстрее, если в период отдыха производить работу левой рукой.
  • Такой отдых был назван активным.

Регуляция деятельности мышц

Сокращение мышц происходит рефлекторно.

Непроизвольные рефлексы

Произвольные рефлексы

Рецепторы кожи, мышц - ч. н.- ЦНС- д.н. - мышца

Регулируются головным мозгом

Мышца сокращается

Высшие двигательные центры находятся в коре больших полушарий

Тетрадь -тренажер

  • С.28 –задания 4,5

Домашнее задание

  • Параграф 19;
  • Вопросы с.53

Мышечная система человека. Строение мышечной системы человека :: SYL.ru

Какие бы действия ни совершал человек, он практически всегда задействует свою мышечную систему. Мышцы – это одна из основных частей нашего опорно-двигательного аппарата. Именно за счет их усилий мы можем принимать вертикальное положение и другие позы. Мышцы же брюшной стенки не только поддерживают внутренние органы, но и защищают их от механических повреждений и прочих неблагоприятных факторов среды.

За счет их работы мы глотаем, дышим и передвигаемся в пространстве. В конце концов, даже наше сердце является мышцей, а уж о его-то важности знает каждый! В этой работе мы задались целью рассказать вам о следующем:
  • Дать общую характеристику.
  • Рассказать об их строении.
  • Рассмотреть основные группы.
  • Обсудить функциональные свойства и некоторые сведения по механике работы.
  • А также рассмотреть, как изменяется мышечная система с возрастом.

Общие сведения

Мышцами называют специальные органы животных и человека, за счет сокращения которых мы можем двигаться. Образованы они специальными белковыми структурами, которые обладают способностью к сокращению. Нужно сказать, что мышечная система образует комплект вместе с компонентами соединительной ткани, нервами и кровеносными сосудами.

В человеческом теле имеется порядка 600 мышц. Большая часть из них образуют строго симметричные образования по обеим сторонам тела. У среднестатистического мужчины мышечная ткань составляет порядка 42% от общего веса тела, а у женщин эта доля составляет 35% (в среднем). Если же речь идет о пожилых людях, то у них это количество снижается до 30% или менее. У профессиональных спортсменов доля мышечной массы может увеличиваться до 52%, а у атлетов – до 63% и более.

Как мышечная ткань распределяется по конечностям

На нижних конечностях располагается вплоть до 50% всей мышечной ткани. Около 25-30% от ее общего количества крепится к плечевому поясу, и только 20-25% закреплено в области туловища и головы.

От чего зависит степень их развития

Конечно же, мышечная система развита у разных людей по-своему. Зависит она от многих факторов: пол, природная конституция и род деятельности – все имеет значение. Даже у спортсменов мышцы далеко не всегда бывают развиты одинаково хорошо. Заметим, что систематические физические нагрузки всегда приводят к перестройке этой системы. Ученые назвали это явление функциональной гипертрофией.

О названиях

Названия присваивались мышцам и целым их группам на протяжении веков. Чаще всего термины обозначают размер, форму, месторасположение или же иную характеристику того или иного органа. К примеру, большая ромбовидная (форма, размер), квадратный пронатор (функция и внешний вид), ягодичная (месторасположение) мышцы получили свое название именно по этим причинам.

Не следует считать, что их размеры всегда довольно велики. К примеру, существуют мышцы, которые управляют движениями хрусталика глаза. Они весьма миниатюрны и состоят буквально из нескольких мышечных волокон.

Основные сведения о строении мышц

Как и всякая ткань в человеческом организме, они состоят из клеток. Их основной особенностью является сократимость. Все клетки мышечной ткани имеют вытянутую, веретенообразную форму. Сокращения их становятся возможными благодаря специальным белкам (актин и миозин), а энергию они получают от большого количества митохондрий (которые вообще характерны для этой ткани).

После каждого цикла сокращения наступает расслабление, во время которого клетки возвращаются к своему исходному виду. На сегодняшний день выделяют три типа мышечной ткани. Каждая из разновидностей имеет ярко выраженные различия в строении, так как отвечает за весьма специализированные функции в организме человека.

Основные типы мышечной ткани

Скелетные поперечнополосатые мышцы. Чаще всего они крепятся при помощи сухожилий к костям скелета. Именно благодаря им мы можем стоять, говорить, дышать и передвигаться в пространстве. Чаще всего термин «мышечная система человека» обозначает именно эту группу, так как ее работа видна наиболее наглядно.

Название «поперечнополосатые» произошло от их микроскопического строения, которое характеризуется чередованием поперечных полос светлого и темного оттенков (те самые миозин и актин). Эти мышцы нередко называют еще «произвольными», так как они полностью подконтрольны центральной нервной системе нашего организма. Впрочем, состояние тонуса (частичного напряжения) чаще всего не зависит от нашего сознания. Именно в этом состоянии костно-мышечная система человека находится чаще всего.

Сердечная мышечная ткань (миокард). Составляет практически всю массу сердца человека. Ткань образована огромным количеством сильно ветвящихся, переплетенных волокон. У наших далеких предшественников, рыб и амфибий, эта ткань напоминает рыхлую сетку: кровь свободно проходит через нее, попутно отдавая кислород и питательные вещества.

У человека же и прочих высших животных за питание сердечной мышцы отвечают коронарные сосуды.

Чем же строение мышечной системы отличается в этом случае? Все дело в том, что каждое волокно поперечнополосатой мышечной ткани – своеобразная «цепь» клеток, соединенных своими свободными концами. Как и в предыдущем случае, все они отличаются поперечной окраской. Как можно догадаться, эта ткань является непроизвольной, так как человек (за исключением специально тренированных людей) не может сознательно управлять сокращениями своего сердца.

Важно! Нередко в учебных пособиях задается каверзный вопрос о том, стенки каких полых внутренних органов содержат волокна поперечнополосатой мускулатуры… Правильный ответ – в артериях, аорте и конечном отделе прямой кишки. Артериям и аорте эти мышцы придают необходимую упругость и тонус. Что же касается прямой кишки, то именно мышечная система органов, которая может быстро сокращаться, делает возможным акт дефекации.

Гладкая мышечная ткань.

Своим названием обязана тому факту, что ее волокна не имеют поперечного рисунка. Кроме того, ее миофибриллы не имеют той жесткой структурной организации, коя характерна для вышерассмотренных типов. Каждое из них имеет ярко выраженную веретенообразную форму, ядро в каждой клетке располагается строго центрально. Эта ткань входит в состав многих сосудов, внутренних полых органов, мочеполовой, дыхательной системы и прочих.

Чем же еще характеризуется строение мышечной системы человека в этом случае?

Особенности гладкой мышечной ткани

Чаще всего клетки в этом случае образуют продолжительные, массивные тяжи в стенках органов. Меж собой они соединяются при помощи прослоек соединительной ткани. Весь пласт пронизан нервными волокнами и кровеносными сосудами, посредством которых осуществляется трофика и иннервация соответственно. Как и в случае с сердечной тканью, гладкое мышечное волокно является непроизвольным, так как напрямую наше сознание его не контролирует.

В отличие от всех описанных выше разновидностей, характеризуются тем, что крайне медленно сокращаются, а затем настолько же медленно расслабляются.

Это свойство крайне ценно, так как значение мышечной системы в этом случае - перистальтические движения нашего желудочно-кишечного тракта.

Ритмические, медленные сокращения стенок этих внутренних органов обеспечивают равномерное и качественное перемешивание их содержимого. Если бы за эти функции отвечала поперечнополосатая мускулатура, то содержимое того же кишечника достигало бы «финальной точки» всего за несколько минут, так что ни о каком пищеварении речи бы и не шло.

Способность же к длительному их сокращению также чрезвычайно важна: именно она позволяет надолго задерживать выход желчи из желчного пузыря или мочи из пузыря мочевого соответственно. Если у человека имеются какие-то болезни мышечной системы, связанные с дегенеративными процессами в ткани, у него с вероятностью 100% будут проблемы с органами пищеварения и выделения.

Именно тонус гладкой мышечной ткани в стенках крупных кровеносных сосудов определяет их диаметр и, соответственно, уровень кровяного давления. Соответственно, гипертоники страдают именно от слишком сильного сужения их просвета, когда кровяное давление опасно возрастает. При бронхиальной астме наблюдается практически та же самая картина: из-за каких-то факторов внешней среды (аллерген, стресс) возникает резкий спазм гладкой мускулатуры в стенках бронхов. В результате человек не может дышать, так как специфика данной ткани не предполагает быстрого расслабления.

Кстати, а за счет чего строение мышечной системы человека столь специфично? Конечно же, все зависит от элементарного ее строения, которое мы сейчас и обсудим.

Частные сведения о строении мышечной ткани

Как мы уже и говорили, центральным элементом мышечного волокна является клетка. Ее научное название – симпласт. Характерна своей веретенообразной формой и впечатляющими размерами. Так, длина одной клетки (!) может доходить до 14 сантиметров, тогда как ее же диаметр редко превышает несколько микрометров. Группы волокон плотно укрыты сарколемой, оболочкой.

Отдельные волокна также прикрыты соединительнотканной оболочкой, которую пронизывают кровеносные и лимфатические сосуды, а также веточки нервов. Пучки мышечных волокон и образуют мышцы, каждая из которых опять-таки закрыта соединительнотканной оболочкой, на каждой из полюсов переходящей в сухожилия (в случае поперечнополосатой ткани), посредством которых осуществляется закрепление на скелетных костях. Именно через сухожилия усилие передается на скелет. Сама мышечная система организма выполняет роль рычага.

Так мы можем двигаться и выполнять любые движения, которые требуются в какой-то определенный промежуток времени.

Управление мышечной активностью

Сократительная активность большей части мышечных клеток контролируется при помощи мотонейронов. Тела этих нейронов лежат в спинном мозге, а их аксоны, то есть длинные отростки, подходят к мышечным волокнам. Точнее говоря, каждый аксон идет к определенной мышце, и на входе в нее разветвляется на множество отдельных веточек, каждая из которых отвечает за иннервацию конкретного волокна. Именно поэтому костно-мышечная система человека (тренированного) работает с невероятной точностью.

За счет такого строения один нейрон контролирует целую структурную единицу, которая работает как одно целое. Так как каждая мышца состоит из десятков подобных моторных единиц, она может работать не целиком, а только лишь теми частями, участие которых требуется в конкретный момент. Чтобы лучше понимать строение мышечной системы в целом, нужно разбираться в нюансах на клеточном уровне. Мышечная же клетка, как вы уже наверняка поняли, в значительной степени отличается от обычной.

Характеристики клеточного строения

Начать стоит с того, что каждое волокно имеет несколько ядер. Такое строение связано с особенностями развития плода. Кстати, как вообще происходит развитие мышечной системы? Симпласты образуются из своих предшественников, миобластов. Последние характеризуются быстрым делением, в ходе которого они сливаются с образованием специфических мышечных трубок, которые характеризуются центральным расположением ядер. После этого начинается усиленный синтез миофибрилл (тех самых сократительных элементов), а затем ядра мигрируют на периферию клетки.

К этому времени они уже не могут делиться, а потому основная их функция – «поставка» информации для синтеза клеточного белка. Нужно заметить, что далеко не все миобласты во время своего развития сливаются друг с другом. Некоторая их часть представлена обособленными клетками-сателлитами, которые расположены прямо на поверхности мышечных волокон. Точнее говоря, они расположены прямо в сарколеме.

Эти клетки не утрачивают способности к делению и воспроизведению, а потому именно за их счет обеспечивается обновление и наращивание мышечной ткани на протяжении всей жизни человека. Многие генетические заболевания мышечной системы как раз-таки и развиваются на фоне нарушения процессов синтеза мышечного белка.

Кроме того, именно сателлиты ответственны за восстановление мышц при любом их повреждении. Если волокно погибло, они активизируются и превращаются в миобласты. А затем все происходит по-новому: они делятся, сливаются, образуют новые мышечные клетки. Проще говоря, регенерация мышцы полностью повторяет цикл ее развития во внутриутробный период.

Миофибриллы, механизм их функционирования

Какие еще существуют особенности мышечной системы? Кроме прочего, в цитоплазме клеток этой ткани есть множество тонких волоконец, миофибрилл. Они расположены строго упорядоченно, параллельно друг другу. В каждом волокне их может быть до двух тысяч.

Именно миофибриллы и отвечают за основную способность мышцы - сокращение. При поступлении соответствующего нервного импульса они уменьшают свою длину, орган сжимается. Если на них взглянуть под микроскопом, то вы снова увидите все те же самые чередующиеся светлые и темные полосы. При сокращении площадь светлых участков сокращается, а при полном сжатии они исчезают совсем.

В течение нескольких десятков лет ученые не могли дать сколь-нибудь вразумительной теории, которая бы объясняла способ, при помощи которого миофибриллы могут сокращаться. И только лишь полвека назад Хью Хаксли разработал модель скользящих нитей. На данный момент она практически полностью подтверждена экспериментально, а потому является общепринятой.

Основные группы мышц

Если вы учили анатомию хотя бы на базовом уровне, то наверняка помните о существовании трех больших групп, которыми и образована мышечная система человека:

  • Головной и шейный отдел.
  • Мышцы туловища.
  • Мускулатура конечностей.

Заметим, что мы не будем описывать тут все мышцы, так как в противном случае размеры статьи бы сравнялись с объемом анатомического справочника.

Возрастные изменения

Общеизвестно, что с возрастом весь наш организм сильно изменяется. Не является исключением и мышечная система. Так, с увеличением возраста человек начинает интенсивно терять мышечную массу. Волокно «сжимается», удлиняются сухожилия. Не случайно многие физически развитые люди с возрастом становятся очень жилистыми. Интересно, что длина ахиллова сухожилия у стариков составляет порядка девяти сантиметров, в то время как у подростков его размер не превышает трех-четырех.

Наконец, «пышным цветом» начинают проявляться заболевания мышечной системы. Связано это как с возрастными факторами, так и с резким уменьшением диаметра мышечного волокна: орган попросту не справляется с нагрузками, часто возникают микроскопические разрывы и прочие травмы. По этой причине пожилым людям настоятельно рекомендуется воздерживаться от интенсивных физических нагрузок.

Урок биологии «Мышечная система. Строение и развитие мышц. Основные группы мышц, их функции»

Разработка урока: «Мышечная система. Строение и развитие мышц. Основные группы мышц, их функции».

Цель: сформировать у учащихся представление о строении скелетных мышц, о их классификации, о других видах мышц организма человека.

Задачи:

Развивать умения учащихся мыслить нестандартно, сравнивать, сопоставлять изученные факты и явления.

Продолжать обучение умению выделять существенное в изученном материале, путем физических и биологических явлений.

Воспитывать бережное отношение к своему здоровью, двигательную функцию организма, его частей и отдельных органов.

Оборудование: таблицы «Мышечная система человека», «Строение мышцы»

Базовые понятия и термины: Мышца, пучок мышечного волокна, миофибрилла, фасция, мышцы-сгибатели, мышцы-разгибатели, синергисты, антагонисты, актин, миозин, брюшко мышцы, сухожилие.

Ход урока:

1.Организационный момент.

2.Проверка домашнего задания.

Дать определения следующим понятиям:

I вариант II вариант

Надкостница; Сустав;

швы; эпифиз;

компактное вещество кости; губчатое вещество кости;

череп; костный таз;

грудная клетка. крестец.

1) Надкостница – тонкая соединительнотканная оболочка, которой снаружи покрыта каждая кость.

2) Швы – неподвижные соединения лобной, теменной, затылочной костей.

3) Компактное вещество кости – костное вещество, костные пластинки которого имеют форму полых цилиндров и как бы вставлены одна в другую.

4) Череп – скелет головы.

5) Грудная клетка – часть скелета, образованная двенадцатью парами ребер, подвижно соединенных с грудным отделом позвоночника, а 10 пар из них и с грудиной.

6) Сустав – подвижное соединение костей.

7) Эпифиз – концевые утолщения длинных трубчатых костей.

8) Губчатое вещество кости – костное вещество, костные пластинки которого располагаются по направлениям наибольшей нагрузки.

9) Костный таз – пояс нижних конечностей.

10) Крестец – часть скелета, образованная сросшимися крестцовыми позвонками.

3. Изучение нового материала:

В организме человека насчитывают около 600 скелетных мышц. Мышечная система составляет значительную часть обшей массы тела человека. Если у новорожденных масса всех мышц составляет 23% массы тела, а в 8 лет - 27%, то в 17-18 лет она достигает 43-44%, а у спортсменов с хорошо развитой мускулатурой - даже 50%. Отдельные мышечные группы растут неравномерно. У грудных детей прежде всего развиваются мышцы живота, позднее - жевательные. К концу первого года жизни в связи с ползанием и началом ходьбы заметно растут мышцы спины и конечностей . За весь период роста ребенка масса мускулатуры увеличивается в 35 раз. В период полового созревания (12-16 лет) наряду с удлинением трубчатых костей удлиняются интенсивно и сухожилия мышц. Мышцы в это время становятся длинными и тонкими, а подростки выглядят длинноногими и длиннорукими. В 15-18 лет продолжается дальнейший рост поперечника мышц. Развитие мышц продолжается до 25-30 лет Мышцы ребенка бледнее, нежнее и более эластичны, чем мышцы взрослого человека.

В мышце различают среднюю часть - брюшко, состоящее из мышечной ткани, и сухожилие, образованное плотной соединительной тканью. С помощью сухожилий мышцы прикрепляются к костям, однако некоторые мышцы могут прикрепляться и к различным органам (глазному яблоку), к коже (мышцы лица и шеи) и т.д. В мышцах новорожденного сухожилия развиты слабо. Лишь к 12 -14 годам устанавливаются те мышечно-сухожильные отношения, которые характерны для мышц взрослого. Каждая мышца состоит из большого количества поперечно-полосатых мышечных волокон, расположенных параллельно и связанных между собой прослойками рыхлой соединительной ткани в пучки. Вся мышца снаружи покрыта тонкой соединительной оболочкой - фасцией. Содержимое мышечных волокон состоит из саркоплазмы, в которой располагаются сократительные нити - миофибриллы, а также митохондрии и другие органоиды клетки. Мышцы богаты кровеносными сосудами, по которым кровь приносит к ним питательные вещества и кислород, а выносит продукты обмена. Имеются в мышцах и лимфатические сосуды. В мышцах расположены нервные окончания - рецепторы, которые воспринимают степень сокращения и растяжения мышцы. Форма и величина мышц зависит от выполняемой ими работы. Различают мышцы длинные, широкие, короткие и круговые. Длинные мышцы располагаются на конечностях, короткие - там, где размах движения мал (например, между позвонками). Широкие мышцы располагаются преимущественно на туловище, в стенках полостей тела (мышцы живота, спины, груди). Круговые мышцы располагаются вокруг отверстий тела и при сокращении суживают их. Такие мышцы называют сфинктерами. По функции различают мышцы - сгибатели, разгибатели, приводящие и отводящие мышцы, а также мышцы, вращающие внутрь и наружу.

Скелетные мышцы

Сокращается с большой скоростью, быстро утомляется. Обеспечивают разнообразные движения. Регулируются соматической нервной системой

Гладкие мышцы

Распространенны в стенках внутренних органов. Медленно сокращаются и могут долго прибывать в состоянии сокращения (тонические сокращения). Регулируется нервной системой

Сердечные мышцы

Расположена в стенке сердца (миокард). По строению поперечно – полосатая. Волокна соединены между собой мостиками. Не подвержены утомлению. Регулируется Вегетативной нервной системой

Мышечная система

Представлена скелетными мышцами (около 400), у взрослого человека они составляют более 40% масс тела.

Строение скелетной мышцы

Мышца – Пучок мышечного волокна – Мышечное волокно – Миофибрилла

Снаружи мышца покрыта соединительнотканной оболочкой — фасцией. К костям пpикрепляется с помощью сухожилий.

Мышца: тело – брюшко мышцы, края – сухожилия,

Выделяют длинные (конечностей), широкие (спины) и короткие (между ребрами) мышцы

По форме выделяют: Веретенообразные, двуглавые, треглавые, четырехглавые, двубрюшные, одноперистые, двухперистые, мышцы с сухожильными перемычками.

По функциям выделяют:

Мышцы — сгибатели, Мышцы — разгибатели

Мышцы — синергисты (разные мышцы, участвующие в одном движении)

Мышцы — антагонисты (мышцы, участвующие в противоположных движениях.

– Что является составными частями опорно-двигательной системы? (Скелет и мышцы.)

– Как называется пассивная часть опорно-двигательного аппарата? (Скелет.)

– Как называется активная часть опорно-двигательного аппарата? (Мышцы.)

– Как устроена мышца?

(Мышца = тонкая соединительная оболочка + пучки поперечно-полосатых мышечных волокон в соединительнотканных оболочках (каждое мышечное волокно тоже имеет тонкую соединительнотканную оболочку) + кровеносные сосуды + нервы + сухожилия.

Мышечное волокно – это видоизмененная мышечная клетка. Внутри мышечного волокна находятся тонкие сократительные нити – миофибриллы и большое количество ядер.

Мышечные волокна бывают двух типов:

красные; сокращаются медленно, но могут долго находиться в сокращенном состоянии;

белые; сокращаются быстро, но и быстро устают.

Красные и белые мышечные волокна различаются составом и количеством миофибрилл.

Миофибриллы, в свою очередь, состоят из тончайших нитей двух типов:

толстых, образованных белком миозином;

тонких, образованных белком актином.

Под микроскопом на поперечном разрезе толстые и тонкие нити миофибрилл видны как чередующиеся темные и светлые полосы. Отсюда и название скелетной мышечной ткани – поперечно-полосатая.)

– Какие группы мышц различают у человека? (Мышцы головы и шеи; мышцы туловища; мышцы конечностей.)

Составление таблицы «Мышцы человека».


п/п/

Название групп мышц

Расположение мышц
в организме

Функции мышц

1

2

3

4

1

Мышцы головы:

 жевательные;

 мимические

 Располагаются по бокам головы, по четыре с каждой стороны, прикрепляясь одним концом к черепу, а другим – к нижней челюсти;

 лежат под кожей лица, вокруг ротового и носового отверстий, глазниц и наружного слухового прохода; они начинаются на костях черепа и крепятся к коже

 При сокращении приводят в движение нижнюю челюсть;

 при сокращении они сдвигают кожу, образуя на ней складки и борозды; таким образом, формируется мимика

Продолжение табл.

1

2

3

4

2

Мышцы шеи

 Удерживают голову в равновесии; участвуют в движении головы и шеи; участвуют в глотании и произнесении звуков

3

Мышцы туловища:

 межреберные мышцы и диафрагма;

 большая и малая грудные, передняя зубчатая;

 мышцы живота;

 мышцы спины

 Между ребрами; между грудной
и брюшной полостями;

 прикрепляются
к ребрам, лопаткам
и плечевым костям;

 образуют стенки брюшной полости,
в которой находятся многие внутренние органы;

 расположены
в несколько слоев на спине

 Изменяют объем грудной клетки, играют важную роль в процессе дыхания;

 участвуют в движении рук и в дыхании;

 участвуют в сгибании позвоночника; в дыхательных движениях; влияют на работу внутренних органов;

 участвуют в движении позвоночника назад и в стороны; в движении головы, верхних конечностей и грудной клетки

4

Мышцы верхних конечностей:

 мышцы пояса верхних конечностей и мышцы рук;

 дельтовидная;

 Приводят в движение руку в плечевом суставе;

 рука отводится от туловища до горизонтального положения;

Окончание табл.

1

2

3

4

 двуглавая;

 трехглавая

 сгибает руку в локтевом суставе;

 разгибает руку
в локтевом суставе

5

Мышцы нижних конечностей:

 подвздошно-поясничная;

 большая ягодичная;

 портняжная;

 четырехглавая мышца бедра

 Начинается на тазовых костях, а заканчивается на бедренных;

 между тазовой и бедренной костями;

 на бедре;

 Сгибает бедро в тазобедренном суставе;

 разгибает бедро
в тазобедренном суставе;

 разгибает голень
в коленном суставе; участвует в сгибании бедра в тазобедренном суставе

4. Закрепление изученного:

1.Что такое мышцы, значение мышц?

2. Структура, форма, основные группы мышц?

3. Как осуществляется сокращение мышц?

4. Какова роль национальных обычаев в развитие ОДС?

5. Что такое утомление мышц и почему оно возникает?

6. Давайте вместе сформулируем правила активной деятельности?

5. Домашние задание: выполнение заданий в тетради с печатной основой.

Презентация - Мышечная система

Текст этой презентации

Слайд 1

Опорно-двигательный аппарат. Мышечная система.
Автор: Н.А.Пилипенко преподаватель КГБ ПОУ Хабаровский педагогический колледж

Слайд 2

Цель занятия: определить возрастные анатомо-физиологические особенности мышечной системы. 
ПЛАН: Строение мышц. Функции мышц. Классификация мышц. Развитие мышц. Развитие движений у детей.

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

СТРОЕНИЕ МЫШЦ

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

МИКРОСТРУКТУРА МЫШЦ

Слайд 9

Функции скелетных мышц:
Сократительная Своеобразный орган чувств, двигательный анализатор, т.к. из мышечных рецепторов в ЦНС по чувствительным волокнам поступает информация о состоянии мышц (проприорецепторы). Влияют на форму и развитие костей Образуют стенки полостей (ротовая, брюшная, грудная, тазовая) При сокращении улучшают крово- и лимфообращение Участвуют в терморегуляции (повышают теплообразование). Являются депо солей, воды, гликогена и кислорода. Синтезируют АТФ и гликоген.

Слайд 10

Классификация мышц.
По топографии: Головы Шеи Туловища Верхних конечностей Нижних конечностей

Слайд 11

По форме: Длинные (веретенообразные) Широкие: лентовидные квадратные ромбовидные зубчатые трапециевидные короткие
Классификация мышц.
По направлению волокон: Прямые Косые Поперечные Круговые По положению пучков: Одноперистые Двуперистые Многоперистые

Слайд 12

По отношению к суставу: Односуставные Двусуставные Многосуставные По количеству головок: 2-главые 3-главные 4-главные
Классификация мышц.

Слайд 13

По функции: Подниматели Сгибатели Разгибатели Пронаторы Супинаторы Отводящие Приводящие Сфинктеры По действию: Синергисты Антагонисты
Классификация мышц.

Слайд 14

У новорожденного скелетные мышцы развиты сравнительно хорошо и составляют 20–22 % от общей массы тела. В возрасте 1–2 лет масса мышц уменьшается до 16,6 %. В 6 лет в связи с высокой двигательной активностью ребенка масса скелетных мышц достигает 21,7 % и в дальнейшем продолжает увеличиваться. У женщин масса мышц равна 33 % от общей массы тела, а у мужчин – 36 %.

Слайд 15

РАЗВИТИЕ МЫШЦ
Мышцы головы, в том числе мимические, у новорожденного тонкие, слабые. Слабо развиты жевательные мышцы. В период прорезывания молочных зубов (особенно коренных) они становятся толще и сильнее. Мышцы шеи у новорожденного тонкие. Окончательного развития достигают к 20–25 годам.

Слайд 16

РАЗВИТИЕ МЫШЦ
Из мышц груди наиболее ярко выражены возрастные особенности диафрагмы. У новорожденного и детей до 5 лет она расположена высоко, что связано с горизонтальным положением ребер. По мере расправления легких в процессе дыхания выпуклость диафрагмы уменьшается.

Слайд 17

РАЗВИТИЕ МЫШЦ
Мышцы живота у новорожденного развиты слабо, но они относительно длиннее, чем у взрослого.

Слайд 18

РАЗВИТИЕ МЫШЦ
Развитие мышц верхней конечности опережает развитие мышц нижней конечности. Масса мышц верхней конечности по отношению к массе всей мускулатуры составляет 27 % (у взрослого 28 %), а нижней конечности – 38 % (у взрослого 54 %).

Слайд 19

Развитие движений у детей.
Нарастание тонуса затылочных мышц позволяет ребенку 1,5–2 месяцев, положенному на живот, поднимать голову. В 2,5–3 месяца развиваются движения рук в направлении к видимому предмету. В 4 месяца ребенок переворачивается со спины на бок, а в 5 месяцев перевертывается на живот и с живота на спину. В возрасте от 3 до 6 месяцев ребенок готовится к ползанию: лежа на животе все выше поднимает голову и верхнюю часть туловища и к 8 месяцам он способен проползать довольно большие расстояния.

Слайд 20

В возрасте от 6 до 8 месяцев благодаря развитию мышц туловища и таза ребенок начинает садиться, вставать, стоять и опускаться, придерживаясь руками за опору. К концу первого года ребенок свободно стоит и, как правило, начинает ходить. Но в этот период шаги ребенка короткие, неравномерные, положение тела неустойчивое. Стараясь сохранить равновесие, ребенок балансирует руками, широко ставит ноги. Постепенно длина шага увеличивается. К четырем годам она достигает 40 см, но шаги все еще неравномерные. От 8 до 15 лет длина шага продолжает увеличиваться, а темп ходьбы снижаться.

Слайд 21

В возрасте 4–5 лет в связи с развитием мышечных групп и совершенствованием координации движений детям доступны более сложные двигательные акты: бег, прыганье, катание на коньках, гимнастические упражнения. С возрастом увеличивается скорость бега, вплоть до 13-летнего возраста. По мере роста ребенка развивается и такое движение, как прыжок. С трех лет ребенок начинает подпрыгивать на мес. те, слегка отрывая ноги от почвы. Лишь начиная с 6–7 лет наблюдается координация движений при прыжке, растет его дальность. Наиболее интенсивный период прироста мышечной силы у мальчиков приходится на 14–17 лет, а у девочек несколько раньше. Различия в показателях мышечной силы у мальчиков и девочек более выражено проявляются с 11–12 лет. Максимальный прирост относительной силы, т. е. силы на килограмм массы, отмечается до 13–14 лет. С 11–12 лет мальчики и девочки становятся более выносливыми. К 14 годам мышечная выносливость составляет 50–70 %, а к 16 годам – около 80 % выносливости взрослого человека.

Слайд 22

В подростковом возрасте школьники очень хорошо адаптируются к скоростным нагрузкам. В свою очередь, у младших школьников имеются все морфофункциональные предпосылки для развития такого качества, как гибкость. Большая подвижность позвоночного столба, высокая эластичность связочного аппарата обусловливают высокий прирост гибкости в 7–10 лет. К 13–15 годам этот показатель достигает максимума. В 7–10 лет высокими темпами развивается ловкость движений, которая достигает сравнительно высокого уровня развития к подростковому возрасту.

Слайд 23

Работа мышц
Тонус – состояние длительного удерживания незначительного напряжения мышц. Атрофия – потеря работоспособности в результате длительной бездеятельности мышц. Утомление – физиологическое состояние временного снижения работоспособности, возникающее в результате деятельности мышц.
Статическая мышца развивает напряжение без изменения длины
Динамическая мышца изменяет длину и толщину

Слайд 24

Гиподинамия – это малоподвижный образ жизни.

Слайд 25

Влияние физических упражнений на организм человека

В условиях современного мира с появлением устройств, облегчающих трудовую деятельность (компьютер, автомобили) резко сократилась двигательная активность людей. по сравнению с предыдущими десятилетиями. Это привело к снижению функциональных возможностей человека и различным заболеваниям. Поэтому и при умственном, и при физическом труде необходимо заниматься оздоровительной физической культурой, укреплять организм.  Постоянное нервно - психическое перенапряжение и хроническое  переутомление без физической разрядки вызывают тяжёлые функциональные расстройства в организме, снижение работоспособности и наступление преждевременной старости. В сочетании труда и отдыха, нормализацией сна и питания, отказа от вредных привычек систематическая физкультура повышает психическую, умственную и эмоциональную устойчивость человека. Занятия физическими упражнениями увеличивают активность обменных процессов.

Работающие мышцы нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, а также в более быстром удалении продуктов обмена веществ. Это достигается благодаря тому, что в мышцы притекает больше крови и скорость тока крови в кровеносных сосудах увеличивается. Кроме того, кровь в легких больше насыщается кислородом. У тренированных людей сердце легче приспосабливается к новым условиям работы, а после окончания физических упражнений быстрее возвращается к нормальной деятельности. Число сокращений тренированного сердца меньше, а, следовательно, пульс реже, но зато при каждом сокращении сердце выбрасывает в артерии больше крови. При более редких сокращениях сердца создается более благоприятные условия для отдыха сердечной мышцы. Работа сердца и кровеносных сосудов в результате тренировки становится экономичнее и лучше регулируется нервной системой. Физическая работа способствует общему расширению кровеносных сосудов, нормализации тонуса их мышечных стенок, улучшению питания и повышению обмена веществ в стенках кровеносных сосудов. Напряженная умственная работа, малоподвижный образ жизни, особенно при эмоциональных напряжениях, вредных привычках вызывают повышение тонуса и ухудшению питания стенок артерий, потерю их эластичности. Во время физической нагрузки на 1 мм поперечного сечения мышцы открываются до 2500 капилляров против 30 - 80 в состоянии покоя. Поэтому для сохранения здоровья и работоспособности необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений. Особенно полезное влияние на кровеносные сосуды оказывают занятия циклическими видами упражнений: бег, плавание, ходьба на лыжах, на коньках, езда на велосипеде. Во время физических тренировок увеличивается количество эритроцитов и лимфоцитов в крови. Одно из доказательств того, что в результате физических упражнений увеличиваются защитные силы организма, повышается устойчивость организма против инфекции. Люди, систематически занимающиеся физическими упражнениями и спортом, реже заболевают, а если заболевают, то в большинстве случаев легче переносят  инфекционные болезни. При длительной работе мышц количество сахара в крови уменьшается.  При регулярных занятиях физическими упражнениями уменьшается в кровотоке холестерин и происходит активизация антисвертывающейся системы, препятствующей образованию тромбов в сосудах. В покое человек производит около 16 дыхательных движений в минуту. При физической нагрузке в связи с увеличением потребления  кислорода мышцами дыхание становится более частым и более глубоким. Количество воздуха, проходящего через легкие за одну минуту, увеличивается-с 8л в покое до 100-140л при быстром беге, плавании, ходьбе на лыжах и организм получает больше кислорода. В мышцах, находящихся в покое, большая часть кровеносных капилляров, окружающих мышечные волокна, закрыта для тока крови и кровь по ним не течет. Во время работы раскрываются все капилляры, поэтому приток крови в мышцу увеличивается более чем в 30 раз.

В процессе тренировки в мышцах образуются новые кровеносные сосуды- коллатерали. Под влиянием тренировок изменяется и химический состав мышцы. В ней увеличивается количество веществ, при распаде которых освобождается много энергии:  гликогена и фосфагена. В тренированных мышцах распадающиеся при сокращении мышечных волокон гликоген и фосфорные соединения быстрее восстанавливаются, а окислительные процессы протекают интенсивнее, мышечная ткань лучше поглощает и лучше использует кислород. Выполнение физических упражнений положительно влияет на весь двигательный аппарат, препятствуя развитию дегенеративных изменений, связанным с возрастом и гиподинамией, повышается минерализация косной ткани, прочнее становятся связки и сухожилия. Систематические занятия физическими упражнениями в зрелом и пожилом возрасте позволяют надолго сохранить красоту и стройность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Движение это основа всей жизнедеятельности человека!!!

Физические упражнения - эффективное профилактическое средство, предохраняющее человека, как от заболеваний, так и от преждевременно наступающей старости.

Физические упражнения:

  • стимулируют обмен веществ, тканевой обмен, эндокринную систему;
  • повышая иммунобиологические свойства, ферментативную активность, способствуют устойчивости организма к заболеваниям;
  • положительно влияют на психоэмоциональную сферу и улучшают настроение, обладают антистрессовым действием;
  • оказывают на организм тонизирующее, трофическое, нормализующее влияние и формируют компенсаторные функции.

Большое значение физических упражнений заключается в том, что они повышают устойчивость организма по отношению к действию целого ряда различных неблагоприятных факторов.  Пониженное атмосферное давление, перегревание, некоторые яды, радиация и др. Физические упражнения способствуют сохранению бодрости и жизнерадостности.

 

Инструктор ЛФК    Демьянович Наталья Эдуардовна

УЗ «22- я городская поликлиника»

строение и функции. Особенности строения мышечной ткани


Наверно большинству из нас, ведущий активный образ, будет полезно и интересно узнать про свои мышцы,про анатомию своего тела. Тем более, что вы уже поняли, что одного бега явно недостаточно для поддержания здоровья, особенно для достижения определенных результатов.
Если вы уже окончательно решили идти в тренажерный зал, то неплохо будет приобрести знания элементарной анатомии человека и функционального назначения основных мышц, узнать состав мышечных групп. Это необходимо для составления тренировочных занятий и выполнения правильной техники в упражнениях. Так как-же устроены мышцы и. что там можно тренировать?

Характеристика мышц

Мышцы или мускулы — органы тела человека (животных), состоящей из мышечной ткани способной сокращаться под влиянием нервных импульсов, другими словами мышцы могут менять свой размер и причем быстро.

Поэтому основное свойство мышц, это возбуждаться и сокращаться, получая сигналы от нервной системы в виде потенциалов действия. Чем чаще проходят нервные импульсы, чем чаще мы стимулируем мышцу, тем чаще происходит сокращение мышцы.

Можно поднять, например, руку медленно, а можно и быстро. Мы можем управлять своими мышцами. Но всему есть предел, и поэтому если сигналы в мышцу приходят слишком часто.то мышца не успевает расслабиться. Пример тому выполнение упражнения в статическом режиме. Поднимая руку с грузом, я заставляю руку находиться в одном каком-то напряженном положении. Импульсы идут очень быстро и мышца не успевает расслабиться.

Нервная система, в свою очередь, обеспечивает связь головного и спинного мозга с мышцами. От исправной и слаженной работы цепи «мозг — нервная система — мышцы» зависит не только ваш внешний вид, но и правильное функционирование отдельных систем, органов и организма в целом.

Мышцы предназначены для выполнения различных действий: движения тела, сокращения голосовых связок, дыхания. Мышцы состоят из упругой, эластичной мышечной ткани, которую, в свою очередь, представляют клетки миоциты (мышечные клетки). Для мышц характерно утомление, которое проявляется при интенсивной работе или нагрузке. Например, при длительном беге. Поэтому, чтобы достичь каких-то результатов надо в первую очередь тренировать мышцы. Для бегуна, например, это мышцы ног.

Масса мышц взрослого человека составляет примерно 42%. У новорожденных — чуть больше 20%. С возрастом масса мышц уменьшается до 30%, а жира становится больше.

В теле человека 640 мышц (в зависимости от метода подсчёта дифференцированных групп мышц, их общее число определяют от 639 до 850). Самые маленькие прикреплены к мельчайшим косточкам, расположенным в ухе. Самые крупные — большие ягодичные мышцы, они приводят в движение ноги.

Самые сильные мышцы — икроножные и жевательные.

Икроножная мышца.


Жевательная мышца
Самая длинная мышца человека — портняжная — начинается от передней верхней ости крыла подвздошной кости (передне-верхние отделы тазовой кости), спиралевидно перекидывается спереди через бедро и прикрепляется сухожилием к бугристости большеберцовой кости (верхние отделы голени).

По форме мышцы очень разнообразны. Чаще всего встречаются веретенообразные мышцы, характерные для конечностей, и широкие мышцы — они образуют стенки туловища. Если у мышц общее сухожилие, а головок две или больше, то их называют двух-, трёх- или четырёхглавыми.

Мышцы и скелет определяют форму человеческого тела. Активный образ жизни, сбалансированное питание и занятие спортом способствуют развитию мышц и уменьшению объёма жировой ткани. Мышечная масса у ведущих тяжелоатлетов составляет 55—57 % веса тела.



Свойства мышечных тканей

Как и любые другие структуры, данные разновидности тканей имеют свои особенности не только в строении, но и в выполняемых функциях. Основные свойства мышечных тканей, благодаря которым они могут это делать:

  • сокращение;
  • возбудимость;
  • проводимость;
  • лабильность.

Благодаря большому количеству нервных волокон, кровеносных сосудов и капилляров, питающих мышцы, они могут быстро воспринимать сигнальные импульсы. Данное свойство называется возбудимостью.

Также особенности строения мышечной ткани позволяют ей быстро реагировать на любые раздражения, посылая ответный импульс в кору головного и спинной мозга. Так проявляется свойство проводимости. Это очень важно, так как способность вовремя отреагировать на угрожающие воздействия (химического, механического, физического характера) — важное условие нормальной безопасной жизнедеятельности любого организма.

Мышечная ткань, строение и функции, которые она выполняет — все это в целом сводится к главному свойству, сократимости. Оно подразумевает произвольное (контролируемое) или непроизвольное (без осознанного управления) уменьшение или увеличение длины миоцита. Происходит это благодаря работе белковых миофибрилл (актиновых и миозиновых нитей). Они могут растягиваться и истончаться почти до невидимости, а затем снова быстро восстанавливать свою структуру.

В этом состоят особенности мышечной ткани любого типа. Так построена работа сердца человека и животных, их сосудов, глазных мышц, вращающих яблоко. Именно данное свойство обеспечивает способность к активному движению, перемещению в пространстве. Что бы сумел сделать человек, если бы его мышцы не могли сокращаться? Ничего. Поднять и опустить руку, подпрыгнуть, присесть, танцевать и бегать, выполнять различные физические упражнения — все это помогают делать только мышцы. А именно миофибриллы актиновой и миозиновой природы, образующие миоциты ткани.

Последнее свойство, о котором необходимо упомянуть, это лабильность. Она подразумевает способность ткани быстро восстанавливаться после возбуждения, приходить в абсолютную работоспособность. Лучше миоцитов это могут делать только аксоны — нервные клетки.

Строение мышечных тканей, обладание перечисленными свойствами, отличительные особенности — главные причины выполнения ими ряда важнейших функций в организмах животных и человека.



Типы мышц

В зависимости от особенностей строения мышцы человека делят на 3 типа или группы:

  • скелетные
  • гладкие
  • сердечная.

Первая группа мышц — скелетные, или поперечнополосатые мышцы. Скелетных мышц у каждого из нас более 600. Мышцы этого типа способны произвольно, по желанию человека, сокращаться и вместе со скелетом образуют опорно-двигательную систему.

Общая масса этих мышц составляет около 40 % веса тела, а у людей, активно развивающих свои мышцы, может быть ещё больше. С помощью специальных упражнений размер мышечных клеток можно увеличивать до тех пор, пока они не вырастут в массе и объёме и не станут рельефными.

Сокращаясь, мышца укорачивается, утолщается и движется относительно соседних мышц. Укорочение мышцы сопровождается сближением её концов и костей, к которым она прикрепляется. В каждом движении участвуют мышцы как совершающие его, так и противодействующие ему (агонисты и антагонисты соответственно), что придаёт движению точность и плавность.

Второй тип мышц, который входит в состав клеток внутренних органов, кровеносных сосудов и кожи, — гладкая мышечная ткань, состоящая из характерных мышечных клеток (миоцитов). Короткие веретеновидные клетки гладких мышц образуют пластины. Сокращаются они медленно и ритмично, подчиняясь сигналам вегетативной нервной системы. Медленные и длительные их сокращения происходят непроизвольно, то есть независимо от желания человека.

Гладкие мышцы, или мышцы непроизвольных движений, находятся главным образом в стенках полых внутренних органов, например пищевода или мочевого пузыря. Они играют важную роль в процессах, не зависящих от нашего сознания, например в перемещении пищи по пищеварительному тракту.

Отдельную (третью) группу мышц составляет сердечная поперечнополосатая (исчерченная) мышечная ткань (миокард). Она состоит из кардиомиоцитов. Сокращения сердечной мышцы не подконтрольны сознанию человека, она иннервируется (иннервация, это снабжение органов и тканей нервами) вегетативной нервной системой.

Строение клетки мышечной ткани

Все три разновидности мышечных тканей имеют свои особенности строения. Однако можно выделить общие закономерности устройства клетки такой структуры.

Во-первых, она удлиненной формы (иногда достигает 14 см), то есть тянется вдоль всего мышечного органа. Во-вторых, она многоядерная, так как именно в этих клетках наиболее интенсивно протекают процессы синтеза белка, образования и распада молекул АТФ.

Также особенности строения мышечной ткани в том, что ее клетки содержат пучки миофибрилл, сформированных двумя белками — актином и миозином. Именно они обеспечивают главное свойство этой структуры — сократимость. Каждая нитевидная фибрилла включает в себя полосы, в микроскоп видимые как более светлые и темные. Ими являются белковые молекулы, образующие что-то вроде тяжей. Актин формирует светлые, а миозин — темные.

Особенности мышечной ткани любого типа в том, что их клетки (миоциты) образуют целые скопления — пучки волокон, или симпласты. Каждый из них изнутри выстлан целыми скоплениями фибрилл, в то время как сама мельчайшая структура состоит из названных выше белков. Если рассмотреть образно данный механизм строения, то получается, словно матрешка, — меньшее в большем, и так до самых пучков волокон, объединенных рыхлой соединительной тканью в общую структуру — определенный тип мышечной ткани.

Внутренняя среда клетки, то есть протопласт, содержит все те же самые структурные компоненты, что и любая другая в организме. Отличие — в количестве ядер и их ориентации не в центре волокна, а в периферической части. Также в том, что деление происходит не за счет генетического материала ядра, а благодаря особым клеткам, носящим название сателлитов. Они входят в состав оболочки миоцита и активно выполняют функцию регенерации — восстановления целостности ткани.

Скелетная мышца. Строение.

Скелетные мышцы крепятся к нашим костям. К кости крепится не сама мышца, а то, что называют- сухожилие. Последнее состоит из плотной соединительной ткани. В большинстве случаев сухожилие расположено по обоим концам мышцы. Сухожилие само по себе не растяжимо и оно не может сокращаться. Это просто соединительная ткань, при помощи которой мышца крепится к кости. Сухожилие можно порвать или потянуть. это все очень болезненно и лечение, как правило, длительное.

Если посмотреть на срез мышцы. то видно, что мышца состоит из пучков. Если рассматривать строение пучков, то видно, что они состоят из мышечных волокон. Мышечные волокна состоят из отдельных клеток.

Значит, еще раз — мышечные клетки объединяются в мышечные волокна. волокна объединяются в мышечные пучки, пучки объединяются в целую мышцу.

Скелетная мышца состоит не только из поперечно-полосатой мышечной ткани, но и из различных видов соединительной ткани, нервной ткани, эндотелия и сосудов. Однако преобладает поперечнополосатая мышечная ткань, благодаря сократимости которой мышцы и являются органами сокращения, производя движения. Сила мышцы зависит от количества входящих в её состав мышечных волокон и определяется площадью физиологического поперечника. Другими словами, более толстая и массивная мышца производит большую силу.

Мышцы[править | править код]


Южаков Антон Мышцы анатомия и физиология

Анатомическое устройство мышцы

Занятия бодибилдингом и пауэрлифтингом требуют знания элементарной анатомии и функционального назначения основных мышц, состав мышечных групп. Это необходимо для составления тренировочных программ и выполнения правильной техники в упражнениях. В данной статье мышцы будут рассмотрены по принадлежности к основным частям тела:

  • Мышцы рук
  • Мышцы плечевого пояса
  • Мышцы спины
  • Мышцы груди
  • Мышцы живота
  • Мышцы туловища
  • Мышцы ног

В каждой части тела выделяются мышечные группы. Особенно крупные мышцы, такие как бицепс или трицепс, рассмотрены отдельно.

Мышечная группа

— это анатомический комплекс, состоящий из нескольких мышц, которые выполняют одну и ту же двигательную функцию или движение. В упражнениях при одном и том же движении обычно задействуются почти все мышцы из одной мышечной группы, поэтому в бодибилдинге часто оперируют наименованиями мышечных групп, а не отдельных мышц. Иногда понятие мышечной группы может заменяться названием одной, самой крупной мышцы из этой группы, например, переднюю группу мышц бедра часто синонимизируют с квадрицепсом.

Биохимические механизмы сокращения

и работы мышц описаны в научных статьях:

  • Энергетические процессы в мышце
  • Биохимия мышечной деятельности
  • Физиология мышечного сокращения

Гистология мышц[править | править код]

Волокна скелетной мышцы (цветная сканирующая электронная микроскопия). Желтым цветом окрашена соединительная ткань (эндомизий).

Управление мышцами или почему мышцы сокращаются?

Речь идет о все тех же скелетных мышцах. Все сигналы на какое либо действие идут от нашего головного мозга. Это своего рода центр управления. Но запрос поступает от спинного мозга. Головной мозг посылает сигнал или импульс двигательному нейрону который находится в спинном мозге на сокращение мышцы.

НЕЙРОН (нервная клетка), основная структурная и функциональная единица НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, осуществляющая быструю передачу НЕРВНЫХ ИМПУЛЬСОВ между различными органами.


Нейрон

Двигательный нейрон разряжается потенциалом действия, который приходит к мышце, то есть дает сигнал мышце на сжатие или расслабление..

Разветвление на конце нейрона называется концевой пластинкой, вот эта концевая пластинка охватывает кусочек мышцы и в этом месте получается синапс, то есть должен быть налажен контакт или связь между нервом и мышечной клеткой.

Синапсы (от греч. sýnapsis — соединение, связь) , специализированные функциональные контакты между возбудимыми клетками, служащие для передачи и преобразования сигналов.

Нервы подходят к мышечным волокнам и управляют сокращениями.
Окончание нерва или нейрона выбрасывает медиатор. МЕДИАТОРЫ нервной системы (лат. mediator посредник; син.: нейротрансмиттеры, синаптические передатчики) — химические передатчики нервного импульса с нервного окончания на клетки периферических органов или на нервные клетки.

Если еще проще сказать, то это химическое вещество которое заставит мышцу что либо делать. Посредник между нервным окончанием или синапсом и мышечной клеткой. Этот медиатор связывается с мышцей и открывает в ней каналы. Каналы, это своего рода дороги по которым могут двигаться химические вещества — ионы.

Например, для того, чтобы соседний нерв принял сигнал, должны открываться каналы для натрия. Для сокращения мышцы должны открыться каналы для кальция. В клетку заходит просто куча кальция, мало того, используется кальций запасенный внутри клетки.Весь этот кальций заставляет актиновые и миозиновые белки скользить относительно друг друга. Мышца сокращается.

Когда потенциал действия исчезает, кальций возвращается в свои резервуары и мышца расслабляется.

Структура мышечной системы

Мышечная система представляет собой сложную совокупность тканей, каждая из которых имеет свое назначение. Мышечную систему часто рассматривают вместе со скелетной системой и называют мышечно-скелетной системой. Понимание компонентов мышечной системы, включая различные типы соединительных тканей, - хороший способ понять, как работают тела и физические движения.

Скелетные мышцы

Скелетные мышцы и ткань скелетных мышц - это структуры, которые приходят в голову большинству людей, когда они думают о «мышцах».«Ткань скелетных мышц - это грубая мышечная ткань, оптимизированная для сокращающихся и движущихся частей тела. Ткани скелетных мышц часто связаны с частями мышечной системы, которые находятся под нашим сознательным контролем. Плотное снабжение кровеносных сосудов и нервов в скелетной ткани способствует сокращению , который натягивает сухожилия и кости, вызывая движение скелета

Smooth Muscles

Гладкие мышечные ткани часто связаны с подсознательным контролем над различными системами в организме.Гладкая мышечная ткань связана с желудком, кишечником и мочевыводящей системой. Гладкие мышечные ткани контролируют кровоток в основных органах и играют ключевую роль в регулировании артериального давления.

Жесткие сухожилия

Сухожилия соединяют скелетные мышцы с костями, которые будут перемещать мышцы. Сухожилия сильные и гибкие, они очень устойчивы к разрывам и поломкам. Однако при чрезмерном растяжении сухожилия могут быть растянуты или повреждены. Поскольку сухожилия не заживают легко, обратитесь к врачу за травмированным сухожилием.Спортсмены склонны к разрыву ахиллова сухожилия, которое соединяет икроножную мышцу с костью в пятке. Слезы могут быть довольно болезненными и могут потребовать хирургического вмешательства.

Гибкие связки

Связка - это волокнистый материал, соединяющий две кости, которые перемещаются через скелетные мышцы. Они обеспечивают устойчивость костей как во время движения скелетными мышцами, так и во время отдыха. Связки тесно связаны с мышечной системой. Совместное функционирование и диапазон движений контролируются связками.В колене находится множество связок. Часто бывает травма передней крестообразной связки (ПКС) во время резких остановок или поворотов.

Жировая ткань

Жировая ткань - еще один ключевой компонент скелетно-мышечной системы. Жировая ткань - это соединительная ткань, которая накапливает энергию в виде жировых клеток и смягчает суставы. Это важно для защиты суставов во время напряженных сокращений скелетных мышц, например, при занятиях спортом и других напряженных упражнениях. Сердце и другие основные органы защищены жировой тканью.Слишком много жировой ткани повышает риск таких проблем, как диабет.

Структура, функции и контроль опорно-двигательного аппарата человека

Реферат

Человеческое тело представляет собой сложный организм, основные механические свойства которого обеспечиваются взаимосвязанной опорно-двигательной сетью, контролируемой нервной системой. Природа костно-мышечной взаимосвязи способствует стабильности, произвольным движениям и устойчивости к травмам. Однако фундаментальное понимание этой сети и ее управления нейронными системами так и осталось неуловимым.Здесь мы устраняем этот пробел в знаниях, используя медицинские базы данных и математическое моделирование, чтобы выявить организационную структуру, прогнозируемые функции и нейронный контроль опорно-двигательного аппарата. Мы построили очень упрощенную опорно-двигательную сеть всего тела, в которой отдельные мышцы соединяются с несколькими костями как через точки начала, так и через точки прикрепления. Мы продемонстрировали, что с помощью этой упрощенной модели роль мышцы в этой сети может предложить теоретическое предсказание восприимчивости окружающих компонентов к вторичным повреждениям.Наконец, мы проиллюстрировали, что наборы мышц группируются в сетевые сообщества, которые имитируют организацию модулей управления в первичной моторной коре. Этот новый формализм для описания взаимодействий между мышечной и скелетной системами служит основой для разработки и тестирования терапевтических реакций на травмы, вдохновляя будущие успехи в клиническом лечении.

Об авторе

Хотя сетевая наука часто используется для характеристики сетей на основе геномики, протеомики и коннектомики, ее полезность для понимания биомеханики, ортопедии и физиотерапии остается в значительной степени неизученной.Действительно, текущая клиническая практика и знания, касающиеся опорно-двигательного аппарата, в основном сосредоточены на отдельных областях тела, отдельных мышцах или отдельных травмах и поэтому остаются безразличными к мезомасштабным или глобальным особенностям архитектуры тела, которые могут иметь решающее значение для травм и восстановления. Мы устранили этот пробел, представив опорно-двигательный аппарат в виде графа или сети, в которой мы рассмотрели кости и мышечные связи между ними. Моделируя мышцы как пружины и кости как точечные массы, мы разработали пертурбативный подход, чтобы исследовать функцию этой сети.Используя эту модель, мы рассчитали сетевые эффекты возмущения отдельных мышц. Используя этот формализм, мы можем провести новые параллели между этой системой и первичной моторной корой, которая ее контролирует, и проиллюстрировать клинические связи между сетевой структурой и мышечным повреждением.

Введение

Взаимосвязанная природа человеческого тела долгое время была предметом научных исследований и суеверных верований. От древних юморов, связывающих сердце, печень, селезенку и мозг смелостью, спокойствием и надеждой [1], до современного понимания связи кишечника и мозга [2], люди склонны искать взаимосвязи между разрозненными частями тела. объяснять сложные явления.Тем не менее, напряжение остается между этой базовой концептуализацией человеческого тела и редукционизмом, неявным в современной науке [3]. Понимание всей системы часто относят к футуристическому миру, в то время как отдельные эксперименты уточняют наше понимание мельчайших составных частей.

Опорно-двигательный аппарат человека не является исключением из этой дихотомии. В то время как медицинская практика сосредоточена на кистях, стопах или лодыжках, клиницисты знают, что травмы одной части опорно-двигательного аппарата обязательно влияют на работу других (даже отдаленно удаленных) частей [4].Травма лодыжки может изменить характер походки, что приведет к хронической боли в спине; травма плеча может изменить осанку и вызвать дискомфорт в шее. Понимание фундаментальных отношений между фокальной структурой и потенциальными удаленными взаимодействиями требует целостного подхода.

Здесь мы подробно описываем такой подход. Наша концептуальная основа мотивирована недавними теоретическими достижениями в сетевой науке [5], которая представляет собой развивающуюся дисциплину, построенную на упорядоченном слиянии математики (в частности, теории графов [6]) и физики (в частности, статистической механики [7]), компьютеров. наука, статистика [8] и системная инженерия.Подход упрощает сложные системы, разграничивая их компоненты и отображая паттерн взаимодействия между этими компонентами [9]. Это представление кажется особенно подходящим для изучения опорно-двигательного аппарата человека, который состоит из костей и соединяющих их мышц. В этом исследовании мы использовали этот подход для оценки структуры, функции и контроля опорно-двигательного аппарата.

Использование сетевых наук для понимания опорно-двигательного аппарата в последние годы увеличилось [10].Однако этот каркас в основном использовался для исследования свойств локальных мышечных или костных сетей. Например, была исследована местная структура черепа, чтобы выяснить, как можно классифицировать кости [11]. Кроме того, были проведены исследования топологии костно-мышечной сети позвоночника для оценки напряжений и деформаций в костях [12]. Существует несколько исследований, посвященных всей опорно-двигательной системе, хотя они не используют математические инструменты, которые мы использовали здесь [13,14].Настоящее исследование отличается от предыдущих работ оценкой всей опорно-двигательной системы в сочетании с математическими инструментами науки о сетях.

В этом более широком контексте мы сосредоточили внимание на проблеме реабилитации после травм скелетных мышц или коры головного мозга. Прямое повреждение мышцы или связанного с ней сухожилия или связки влияет на другие мышцы через компенсаторные механизмы тела [15]. Точно так же потеря использования определенной мышцы или группы мышц из-за прямого повреждения коры головного мозга может привести к компенсаторному использованию альтернативных мышц [16,17].То, как структурированы взаимосвязи опорно-двигательного аппарата и как они функционируют, напрямую ограничивает то, как повреждение определенной мышцы повлияет на опорно-двигательный аппарат в целом. Понимание этих взаимосвязей может дать столь необходимое понимание того, какие мышцы больше всего подвержены риску вторичной травмы из-за компенсаторных изменений, возникающих в результате очаговой травмы, тем самым обеспечивая более комплексные подходы к реабилитации. Кроме того, понимание того, как кора головного мозга отображается не только на отдельные мышцы, но и на группы топологически близких мышц, может помочь в будущих эмпирических исследованиях взаимосвязи между очаговыми повреждениями (включая инсульт) моторной коры и риском вторичного повреждения.

Материалы и методы

Построение сети

Используя таблицы мышц Хосфорда [18], мы построили скелетно-мышечный гиперграф, представив 173 кости (некоторые из них фактически являются связками и сухожилиями) в виде узлов и 270 мышц в виде гиперребер, соединяющих эти узлы ( происхождение и точки прикрепления мышцы перечислены в таблице S9). Этот гиперграф также можно интерпретировать как двудольную сеть, в которой мышцы являются одной группой, а кости - второй группой (). Матрица C 173 × 270 случаев скелетно-мышечной сети, таким образом, определяется как C ij = 1, если v i ∈ e j и 0 в противном случае, где V = {v 1 , · · ·, v 173 } - это набор узлов (костей), а E = {e 1 , · · ·, e 270 } - набор гиперребер (мышц).Это гиперграфическое представление тела устраняет большую часть сложности опорно-двигательного аппарата, кодируя только то, какие мышцы прикрепляются к каким костям. Весь анализ применялся только к одной половине (левой или правой) тела, потому что каждое полушарие головного мозга контролирует только противоположную сторону тела. Поэтому мы еще больше упростили нашу модель, допустив лево-правую симметрию; на любых фигурах, на которых изображены обе половины тела, вторая половина присутствует исключительно для визуальной интуиции.

Схема представления данных и вычислительных методов.

(a) Скелетно-мышечная сеть сначала была преобразована в двудольную матрицу, где 1/0 указывает на наличие / отсутствие связи между мышцами и костями. (b) Сообщества топологически связанных мышц идентифицируются путем (1) преобразования гиперграфа в граф мышца-мышцы, в котором каждая запись кодирует количество общих костей каждой пары мышц, и (2) впоследствии мышцы были разбиты на сообщества , в котором составляющие члены более плотно связаны с другими членами своего сообщества, чем с членами других сообществ.(c) Чтобы облегчить пертурбации, скелетно-мышечная сеть была физически встроена, так что кости (узлы) изначально располагались в их правильных анатомических положениях. (d) Чтобы понять влияние отдельных мышц на взаимосвязанную систему, все узлы, связанные выбранным гиперребром, были возмущены в четвертом пространственном измерении.

Костно-ориентированный график A и мышечный график B () - это просто одномодовые проекции C. Проекция на кости A = C T C, а проекция на мышцы B = CC T .Затем диагональные элементы были установлены равными нулю, в результате чего мы получили взвешенную матрицу смежности [5]. Мы получили оценочные анатомические местоположения центра масс каждой мышцы (и кости), изучив анатомические тексты [19] и оценив x-, y- и z-координаты для отображения на графическом представлении человеческого тела ().

Расчет оценки воздействия

Для измерения потенциальной функциональной роли каждой мышцы в сети мы использовали классический пертурбативный подход. Чтобы максимизировать простоту и потенциал для фундаментальной интуиции, мы смоделировали опорно-двигательную систему как систему точечных масс (костей) и пружин (мышц).Мы растянули мышечную пружину и наблюдали влияние этого возмущения на расположение всех остальных мышц. Физически, чтобы повредить мышцу, мы смещали все кости, связанные с этой мышцей, на одинаковую величину и в одном направлении, растягивая мышцу, и удерживали эти кости на новом месте. Этот процесс также математически эквивалентен простому изменению жесткости пружины, относящейся к конкретной мышечной пружине. Затем системе позволяли достичь равновесия. Мы зафиксировали кости по средней линии и по периферии в пространстве, чтобы предотвратить смещение системы.Чтобы количественно оценить влияние возмущения этой единственной мышечной пружины, мы определили движение узла следующим образом:

mid2r → idt2 = ∑j ≠ i∈V [SijAijl → ij (xij-‖l → ij‖)] - βdr → idt,

где l ij - смещение между узлами i и j, x ij - невозмущенное расстояние между узлами i и j, m - масса узла (которую мы установили равной единице для всех узлов в сети) , β = 1 - коэффициент демпфирования, r i - положение узла i , A - взвешенная матрица смежности графа, ориентированного на кости, и S ij представляет собой сумму всех сил пружин мышцы, к которым подключены узлы i и j.Чтобы нормализовать восстанавливающую силу мышц на узлах, допустим силу пружины мышцы q 1 / (k - 1). Здесь мы установили, что все кости имеют равный вес, а все мышцы имеют одинаковую жесткость пружины, что является упрощением реальной физической анатомии. Для обсуждения того, как учесть дополнительные физические свойства, такие как масса кости и мышечная сила, а также дополнительные результаты с использованием этих свойств, см. S5 Text. Более того, образцы траекторий, которые дают интуитивное представление о динамике нашей модели, были включены в вспомогательную информацию (S8 рис.).

Чтобы измерить потенциальную функциональную роль каждой мышцы в сети, мы растянули гиперреберь мышцы и измерили влияние возмущения на остальную часть сети. Вместо того, чтобы возмущать сеть в каком-то произвольном трехмерном направлении, мы расширили объем нашей симуляции до четвертого измерения. При возмущении мышцы мы смещали все узлы (кости), содержащиеся в этом гиперребре мышцы, на постоянный вектор в четвертом измерении и удерживали их этим смещением ().Затем возмущение в ответ прокатилось по сети пружин. Мы последовательно растягивали каждую мышечную гиперреберь и определили оценку воздействия этого возмущения как общее расстояние, пройденное всеми узлами опорно-двигательного аппарата от их исходных положений. Величина смещения представляет собой суммарное смещение по всем временным точкам, от начала возмущения до соответствующего отсечки для времени уравновешивания. Здесь мы нашли равновесие системы, позволив динамике выровняться в течение достаточного периода времени.Обратите внимание, что равновесие также может быть решено с использованием стационарного, нединамического подхода; мы решили использовать динамику в этом случае для более широкой поддержки будущих приложений.

Отклонение оценки удара

Для каждой мышцы мы рассчитали индекс, который количественно определяет, насколько оценка воздействия этой мышцы отклоняется от ожидаемой, с учетом степени ее гиперребер; мы называем этот показатель «ударным отклонением». Мы начинаем с построения нулевой модели, которая определяет ожидаемое воздействие при наборе статистических допущений.В текущем исследовании мы использовали несколько различных нулевых моделей с разными наборами допущений, которые мы подробно рассмотрим в следующих разделах. Отклонение воздействия рассчитывалось следующим образом: мы вычисляли среднее значение, стандартное отклонение и 95% доверительные интервалы (ДИ) для каждой из категорий степени нулевого гиперграфа из ансамбля из 100 нулевых гиперграфов. Расстояние от данной мышцы до среднего значения ± 95% доверительного интервала (в зависимости от того, что ближе всего) было вычислено и разделено на стандартное отклонение этого распределения степеней нулевого гиперграфа.Таким образом, мы рассчитали отклонение от ожидаемого значения в стандартных отклонениях (аналогично z-баллу). содержит мышцы, которые лежат за пределами 95% ДИ коэффициентов отклонения относительно степени их гиперребер. Мышцы можно естественным образом сгруппировать в соответствии с гомункулом, грубым одномерным представлением того, как контрольные области мышц группируются в моторную кору. Для данной группы гомункулов мы рассчитали коэффициент отклонения как количество мышц с положительным отклонением, деленное на общее количество мышц в группе ().

Таблица 1

Мышцы с большей или меньшей нагрузкой, чем ожидалось в модели с нулевым гиперграфом.

Мышцы на левой стороне оказывают меньшее влияние, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения ниже среднего, что указывает на то, что они лежат за пределами 95% доверительного интервала распределения. Мышцы на правой стороне оказывают большее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения превышает среднее значение в порядке от наибольшего к наименьшему.В этой таблице показаны мышцы, которые имели наибольшую положительную и наибольшую отрицательную разницу в воздействии, по сравнению с контрольными группами подобранной степени.

Orbicularis oculi 13 longus
Порядок ранжирования Меньшее воздействие, чем ожидалось Более эффективное воздействие, чем ожидалось
Число Гиперребро Название мышцы Гиперреберь Название мышцы
20 Brachialis
2 145 Buccinator 22 Anconeus
3 148 9013 9013 9013 9013 9013 Medialcobrater 9013 9013 9013 9013 12 Teres minor
5 11 Infraspinatus Te res major
8 10 Supraspinatus
8 16 Pectoralis major3
11 161 Piriformis
10 31 Brachioradialis 17 чем ожидалось, или все они оказывают меньшее влияние, чем ожидалось, по сравнению с нулевыми гиперграфами.

Категории слева полностью состоят из мышц с меньшим воздействием, чем ожидалось, по сравнению с контрольной группой с подобранной степенью. Категории справа полностью состоят из мышц, оказывающих большее воздействие, чем ожидалось, по сравнению с контрольными группами с подобранной степенью.

Бровь
Порядок ранжирования Меньшее воздействие, чем ожидалось Более эффективное воздействие, чем ожидалось
Число Гиперреберь Название мышцы Гиперреберь Название мышцы
3 Колено
2 17 Глазные мышцы 4 Бедро
3 18 Мышцы лица 19 Мышцы губ 7 Локоть
5 8 Запястье
6 10 Мизинец
8 21 Язык

Обнаружение сообщества

Чтобы понять как функцию, так и контроль над опорно-двигательной системой, мы были заинтересованы в определении групп плотно связанных между собой мышц с использованием подхода на основе данных.Мы выполнили тип обнаружения сообщества, максимизируя функцию качества модульности, введенную Ньюманом [20]:

Q = ∑ijBij − γPijδ (gi, gj),

где P ij - ожидаемый вес ребра в нулевой модели Ньюмана-Гирвана, узел i назначен сообществу g i , узел j назначен сообществу g j , а δ - дельта-функция Кронекера. Путем максимизации Q мы получили разделение узлов (мускулов) на сообщества, так что узлы в одном сообществе были более плотно взаимосвязаны, чем ожидалось в сетевой нулевой модели (справа).

Здесь мы также использовали параметр разрешения для настройки размера и количества обнаруженных сообществ таким образом, чтобы количество обнаруженных сообществ соответствовало количеству групп внутри гомункула, для прямого сравнения. В частности, мы использовали параметр разрешения γ = 4,3, чтобы разделить мышечно-ориентированную матрицу на 22 сообщества (см. Таблицу S8). Мы начали с переопределения исходной ориентированной на мышцы матрицы B, следуя Jutla et al. [21]; мы положили k = Σ i B i , j , а затем мы применили локально жадный алгоритм максимизации модульности типа Лувена к скорректированной матрице B ′ = B-γkTk∑ jkj [22].

Указанный выше метод обнаружения сообществ недетерминирован [23]. То есть одно и то же решение не будет достигнуто при каждом отдельном запуске алгоритма. Следовательно, необходимо убедиться, что используемые назначения сообщества хорошо представляют сеть, а не только локальный максимум ландшафта. Поэтому мы максимально увеличили функцию качества модульности в 100 раз, получив 100 различных заданий от сообщества. Из этого набора решений мы определили надежную репрезентативную консенсусную структуру сообщества [24].S1 Рис. Показывает, как обнаруженные сообщества изменяются в зависимости от параметра разрешения для мышечно-ориентированной сети.

Сетевые нулевые модели

Мы используем перепрограммированные графы в качестве нулевой модели, с которой сравниваем эмпирические данные. В частности, мы построили нулевой гиперграф, перемонтировав мышцы, которым присвоена одна и та же категория (определенная ниже) равномерно и случайным образом. Таким образом, мышцы мизинца будут перестроены только внутри мизинца, и аналогично для мышц других категорий.Важно отметить, что этот метод также сохраняет степень каждой мышцы, а также степень распределения всего гиперграфа.

Таблица 3

Категории гомункулов и их идентификационные номера.

5 9011 9011 17
Идентификатор категории Название категории
1 Пальцы
2 Лодыжка
3
Ствол
6 Плечо
7 Колено
8 Запястье
9 Безымянный палец
12 Средний палец
13 Указательный палец
14 Большой палец
15 Шея 15 Шея Веко и глазное яблоко
18 F ace
19 Губы
20 Челюсть
21 Язык
22 Глотание мышц
9027 9027 костно-мышечный аппарат сохранен грубо, изменения пространственно локализованы.В частности, мы разделили мышцы на сообщества размером примерно 3, так что каждая мышца была сгруппирована с двумя мышцами, которые наиболее топологически связаны. Затем мы переставлялись только внутри этих небольших групп. Это управляемый данными способ изменения связей только внутри очень небольших групп связанных мышц.

Чтобы разделить мышцы на сообщества, мы применили жадный подход к максимизации модульности, аналогичный предыдущей работе [25]. В частности, мы максимизировали модульность системы, так что изменение модульности для перемещения узла n из сообщества c 'в сообщество c определяется выражением

d Q n c = H n c - H n c + B n n - V c c

Здесь H - матрица степени от узла к модулю, B ′ - скорректированная матрица, ориентированная на мышцы, а V - штрафной член, гарантирующий, что сообщества будут небольшими и примерно одинакового размера.Конкретно,

где N - общее количество узлов в системе, c j - индикаторная переменная, кодирующая назначение сообществом узла j, а δ - дельта-функция Кронекера. Более того,

Vcc ′ = (∑j = 1Nδcjc′-NK) 2,

где K обозначает общее количество сообществ. Этот термин наказывает определение набора сообществ, которые сильно различаются по размеру.

Многомерное масштабирование

Для проведения многомерного масштабирования (MDS) в сети, ориентированной на мышцы, взвешенная матрица смежности, ориентированная на мышцы, была упрощена до двоичной матрицы (все ненулевые элементы установлены равными 1).На основе этих данных была построена матрица расстояний D, элементы D ij которой равны длине кратчайшего пути между мышцами i и j, или равны 0, если пути не существует. Затем к этой матрице расстояний применяется MDS, чтобы получить ее первый главный компонент с помощью функции MATLAB cmdscale.m. Для построения бинарной матрицы был установлен порог 0, и все значения выше этого порога были преобразованы в 1. Однако, чтобы сделать анализ устойчивым к этому выбору, мы исследовали диапазон пороговых значений, чтобы убедиться, что результаты инвариантны относительно порог.Верхняя граница порогового диапазона была установлена ​​путем определения максимального значения, при котором будет поддерживаться полносвязная матрица; в противном случае матрица расстояний D имела бы элементы бесконечного веса. В нашем случае это значение составило 0,0556 × max (B ′). В пределах этого диапазона пороговых значений (т.е. для всех пороговых значений, приводящих к полностью связанным матрицам) результаты были качественно согласованными. В качестве дополнительного анализа мы также использовали метод построения матрицы расстояний из взвешенной матрицы смежности, чтобы исключить пороговую обработку (S5 Fig), и мы снова наблюдали качественно согласованные результаты.

Данные о мышечных травмах

Мы рассчитали корреляцию между оценкой удара и временем восстановления после мышечной травмы. Время восстановления после травм было собрано из литературы по спортивной медицине и включало травмы трехглавой мышцы плеча и плечевых мышц [26]; мышцы большого пальца [27]; latissimus dorsi и teres major [28]; двуглавая мышца плеча [29]; голеностопные мышцы [30]; мышцы шеи [31]; мышцы челюсти [32]; мышцы бедра [33]; мышцы глаз / век [34]; и мышцы колена [35], локтя [36] и запястья / кисти [37].Время восстановления и соответствующие ссылки, перечисленные в, представляют собой среднее время восстановления, полученное в результате популяционных исследований. Если в литературе сообщается о диапазоне различных уровней тяжести и связанных с ними сроков восстановления для конкретной травмы, выбирался наименее тяжелый уровень. Если травма была зарегистрирована для группы мышц, а не для одной мышцы, отклонение оценки удара для этой группы усреднялось вместе. Точки данных для групп мышц были взвешены в соответствии с количеством мышц в этой группе с целью линейной подгонки.Подгонка была произведена с использованием функции MATLAB, fitlm.m, с параметром «Robust», установленным на «on». Устойчивая регрессия - это метод регрессии, разработанный для того, чтобы быть менее чувствительным к выбросам в данных, в котором выбросы имеют пониженный вес в регрессионной модели.

Таблица 4

Данные восстановления после травм мышц.

Мышцы Недели восстановления Источник
Трицепс плеча 4 Бейтман (1962)
Широчайшая мышца спины 12 Nagda (2011)
Двуглавая мышца плеча 12 Zafra (2009)
Голеностопный сустав 2 McC14 Torg (1982)
Клещи 0 Beachy (2004)
Плечо 2 Bateman (1962)
Nagh 12 (2011) Nag.
Бедро 12 Niemuth (2005)
Глаз / веко 1,4 Leivo (2015)
Колено 8 Колено 8 8 Fleisig (2012)
Запястье / кисть 1.4 Логан (2004)

Данные площади соматотопической репрезентации

Мы вычислили корреляцию между отклонением оценки воздействия и площадью соматотопической репрезентации, относящейся к определенной группе мышц. Ареалы представительства были собраны из двух отдельных источников [38,39]. Тома и соответствующие ссылки перечислены в. В обоих исследованиях испытуемых просили многократно артикулировать сустав, и регистрировались объемы областей первичной моторной коры, которые подверглись наибольшему изменению в BOLD-сигнале.Затем мы рассчитали коэффициент корреляции между объемами коры и средним воздействием всех мышц, связанных с этим суставом, как определено в таблицах Hosford Muscle. Мы обнаружили значительную линейную корреляцию между двумя показателями с помощью функции MATLAB, fitlm.m, с параметром «Robust», установленным на «on».

Таблица 5

Размеры и источники объема соматотопической репрезентации первичной моторной коры.

Мышцы Объем (мм 3 ) Артикул
Большой палец 1,390 Indovina (2000)
Индекс
Средний 650 Indovina (2000)
Рука 5,566 Alkadhi (2002)
Пальцы 2,972 2,972 901 Alkadhi (2002)
Elbow 2,267 Alkadhi (2002)

Результаты

Структура опорно-двигательного аппарата человека

Для исследования структурных взаимосвязей опорно-двигательного аппарата человека мы использовали подход.Основываясь на последних достижениях сетевой науки [5], мы исследовали опорно-двигательный аппарат как сеть, в которой кости (сетевые узлы) соединены друг с другом мышцами (сетевые гиперребра). Гиперребро - это объект, соединяющий несколько узлов; мышцы соединяют несколько костей через точки начала и вставки. Степень гиперребра k равна количеству узлов, которые оно соединяет; таким образом, степень мышцы - это количество костей, с которыми она контактирует. Например, трапеция - это гиперребро высокой степени, которое связывает 25 костей лопатки и позвоночника; и наоборот, приводящий большой палец представляет собой гиперребро низкой степени, которое связывает 7 костей руки ().Набор гиперребер (мышц) с общими узлами (костями) называется гиперграфом: граф H = (V, E) с N узлами и M гиперребрами, где V = {v 1 , ..., v N } - это набор узлов, а E = {e 1 , ..., e M } - набор гиперребер.

Структура гиперграфа.

(a) Слева: анатомический рисунок трапеции. Справа: преобразование трапеции в гиперребро (красный; степень k = 25), соединяющее 25 узлов (костей) на голове, плече и позвоночнике.(б) Приводящая мышца большого пальца, соединяющая 7 костей руки. (в) Пространственная проекция распределения степеней гиперребер на тело человека. Гиперребра высокой степени сконцентрированы в основном в ядре. (d) Скелетно-мышечная сеть отображается в виде двудольной матрицы (1 = соединена, в противном случае 0). (e) Распределение степени гиперребра для гиперграфа опорно-двигательного аппарата, которое значительно отличается от ожидаемого в случайном гиперграфе. Данные доступны для (e) в DOI : 10.5281 / zenodo.1069104.

Представление опорно-двигательного аппарата человека в виде гиперграфа позволяет количественно оценить его структуру (). Мы заметили, что распределение степени гиперребер является тяжелым: большинство мышц связывают 2 кости, а несколько мышц связывают многие кости (). Наклон распределения степеней существенно отличается от случайных сетей (двухвыборочный критерий Колмогорова-Смирнова, KS = 0,37, p <0,0001, см. Материалы и методы) [5], что свидетельствует о наличии мышц неожиданно низкой и высокий градус ().

Функция опорно-двигательного аппарата человека

Чтобы исследовать функциональную роль мышц в опорно-двигательном аппарате, мы использовали упрощенную модель опорно-двигательного аппарата и исследовали, может ли эта модель генерировать полезные клинические корреляты. Мы реализовали физическую модель, в которой кости образуют основной каркас тела, а мышцы скрепляют эту структуру. Каждый узел (кость) представлен как масса, пространственное расположение и движение которой физически ограничены гиперребрами (мышцами), с которыми он связан.В частности, кости - это точки, расположенные в их центре масс, заимствованные из текстов по анатомии [19], а мышцы - это пружины (затухающие гармонические осцилляторы), соединяющие эти точки [40,41]; для гиперребра степени k мы создали k (k - 1) / 2 пружин, соединяющих k узлов. То есть для мышцы, соединяющей k костей, мы разместили пружины так, чтобы каждая из k мышц имела прямое пружинное соединение с каждой из других k - 1 костей.

Затем мы взволновали каждую из 270 мышц тела и вычислили их оценку воздействия в сети (см. Материалы и методы и).Когда мышца физически смещается, она вызывает волнообразное смещение других мышц по всей сети. Оценка удара мышцы - это среднее смещение всех костей (и косвенно мышц) в результате его первоначального смещения. Мы наблюдали значительную положительную корреляцию между степенью мышц и оценкой воздействия (F (1,268) = 23,3, R 2 = 0,45, p <0,00001;), предполагая, что структура гиперребер определяет функциональную роль мышц в опорно-двигательной сети.Мышцы с большим количеством точек прикрепления и начала имеют большее влияние на опорно-двигательную систему при возмущении, чем мышцы с небольшим количеством точек прикрепления и начала [42]. Мы можем получить более подробное представление о результатах этого анализа, подробно изучив взаимосвязь между оценкой воздействия и статистическими показателями топологии сети. На рис. S11 мы показываем, что функция сети, измеренная с помощью оценки воздействия, значительно коррелировала со средней длиной кратчайшего пути.Хотя сетевая статистика статична по своей природе, их функциональная интерпретация обеспечивается пертурбативным моделированием динамики системы.

Исследование опорно-двигательного аппарата.

(a) Оценка удара, построенная как функция степени гиперребра для модели нулевого гиперграфа и наблюдаемого гиперграфа опорно-двигательного аппарата. (b) Отклонение оценки воздействия коррелирует со временем восстановления мышц после травмы мышц или групп мышц (F (1,12) = 37,3, R 2 = 0,757, p <0.0001). Заштрихованные области указывают 95% доверительный интервал, а точки данных масштабируются в соответствии с количеством включенных мышц. График пронумерован следующим образом: трицепс (1), большой палец (2), широчайшая мышца спины (3), двуглавая мышца плеча (4), лодыжка (5), шея (6), челюсть (7), плечо (8). ), большая круглая (9), бедра (10), глазные мышцы (11), колено (12), локоть (13), запястье / кисть (14). Данные доступны в DOI : 10.5281 / zenodo.1069104.

В качестве руководства для интерпретации важно отметить, что оценка воздействия, хотя и существенно коррелирует со степенью мускулатуры, не полностью с ее помощью ().Вместо этого, структура локальной сети, окружающей мышцу, также играет важную роль в ее функциональном воздействии и способности восстанавливаться. Чтобы лучше количественно оценить влияние этой структуры локальной сети, мы спросили, существуют ли мышцы, которые имеют значительно более высокие или значительно более низкие оценки воздействия, чем ожидалось в нулевой сети. Мы определили положительное (отрицательное) отклонение оценки воздействия, которое измеряет степень, в которой мышцы более (менее) воздействуют, чем ожидалось в сетевой нулевой модели (см. Материалы и методы).В результате этого расчета был получен показатель, который выражает влияние конкретной мышцы по сравнению с мышцами с идентичной степенью гиперребер в нулевой модели. Другими словами, этот показатель учитывает сложность конкретной мышцы ().

Является ли эта математическая модель клинически актуальной? Отвечает ли тело по-разному на травмы мышц с более высокой оценкой удара, чем на мышцы с более низкой оценкой удара? Чтобы ответить на этот вопрос, мы оценили потенциальную взаимосвязь между воздействием на мышцы и временем восстановления после травмы.В частности, мы собрали данные о спортивных травмах и времени между первоначальной травмой и возвращением в спорт. Мы отметили, что время восстановления сильно коррелировало с отклонениями оценки удара отдельной мышцы или группы мышц (F (1,12) = 37,3, R 2 = 0,757, p <0,0001;), что позволяет предположить, что наши Математическая модель предлагает полезный клинический биомаркер реакции сети на повреждение. Мы отмечаем, что важно учитывать тот факт, что восстановление может быть медленнее у человека, которому требуются максимальные усилия в спортивном спорте, по сравнению с человеком, который стремится только функционировать в повседневной жизни.Поэтому, чтобы обобщить наши результаты на всю популяцию, мы также изучили данные о времени восстановления, полученные от не спортсменов, и представляем эти дополнительные результаты во вспомогательной информации (текст S6).

Наконец, чтобы получить интуитивное представление о том, как очаговая травма может вызывать отдаленные эффекты, потенциально замедляющие восстановление, мы рассчитали влияние мышц голеностопного сустава и определили, какие другие мышцы были затронуты сильнее всего. То есть для каждой отдельной мышцы голеностопного сустава мы рассчитали воздействие на каждую из оставшихся 264 мышц, не относящихся к голеностопному суставу, а затем усреднили его по всем мышцам голеностопного сустава.Из 264 мышц, не связанных с голеностопным суставом, единственная мышца, на которую больше всего воздействует нарушение мышц голеностопного сустава, - это двуглавая мышца бедра, а второй по величине - латеральная широкая мышца колена. Кроме того, мышца бедра, на которую больше всего влияет нарушение, - это камбаловидная мышца.

Контроль опорно-двигательного аппарата человека

Какова взаимосвязь между функциональным воздействием мышцы на тело и нейронной архитектурой, которая влияет на контроль? Здесь мы исследуем взаимосвязь между опорно-двигательной системой и первичной моторной корой.Мы исследовали область карты коры головного мозга, посвященную мышцам с низким или высоким воздействием, опираясь на анатомию моторной полосы, представленной в моторном гомункуле [43] (), грубое одномерное представление тела в головном мозге [44 ]. Мы заметили, что области гомункула по-разному контролируют мышцы с положительной и отрицательной оценкой отклонения воздействия (). Более того, мы обнаружили, что области гомункула, контролирующие только положительно (отрицательно) отклоняющиеся мышцы, как правило, располагаются медиально (латерально) на моторной полосе, что предполагает наличие топологической организации ожидаемого воздействия мышцы на нервную ткань.Чтобы исследовать эту закономерность более глубоко, для каждой области гомункула мы рассчитали коэффициент отклонения как процент мышц, которые положительно отклонились от ожидаемой оценки воздействия (т. Е. Значение 1 для бровей, глаз, лица и значение 0 для колена , бедро, плечо; см.). Мы обнаружили, что коэффициент отклонения достоверно коррелировал с топологическим положением на моторной полосе (F (1,19) = 21,3, R 2 = 0,52, p <0,001;).

Зондирование опорно-двигательного аппарата.

(a) Гомункул первичной моторной коры, построенный Пенфилдом.(b) Коэффициент отклонения значительно коррелирует с гомункулярной топологией (F (1,19) = 21,3, R 2 = 0,52, p <0,001), уменьшаясь от медиального (область 0) к латеральному (область 22). (c) Отклонение оценки воздействия значительно коррелирует с объемом активации моторной полосы (F (1,5) = 14,4, R 2 = 0,743, p = 0,012). Точки данных имеют размер в соответствии с количеством мышц, необходимых для конкретного движения. График пронумерован следующим образом: большой палец (1), указательный палец (2), средний палец (3), рука (4), все пальцы (5), запястье (6), локоть (7).(d) Корреляция между пространственным упорядочением категорий гомункулов Пенфилда и линейной мышечной координатой из многомерного масштабного анализа (F (1,268) = 316, R 2 = 0,54, p <0,0001). Данные доступны в DOI : 10.5281 / zenodo.1069104.

В качестве более строгой проверки этой взаимосвязи между воздействием мышцы на сеть и нейронной архитектурой мы сопоставили данные о физических объемах функциональной активации на основе МРТ на моторной полосе, которые предназначены для отдельных движений (например,g., сгибание пальцев или моргание глаз). Объемы активации определяются как вокселы, которые активируются (определяемые сигналом, зависящим от уровня кислорода в крови) во время движения [38,39]. Важно отметить, что мы обнаружили, что объем функциональной активации независимо предсказывает отклонение оценки удара мышц (, F (1,5) = 14,4, p = 0,012, R 2 = 0,743), что согласуется с интуицией, что мозг посвятите больше места в сером веществе контролю над мышцами, которые более эффективны, чем ожидалось в нулевой модели.Опять же, отклонение от удара - это показатель, который учитывает степень гиперреберности конкретной мышцы и относится к удару мышц с идентичной степенью гиперребер в нулевой модели. Таким образом, ударное отклонение измеряет топологию локальной сети, а не просто непосредственные соединения рассматриваемой мышцы.

В качестве последнего теста этой взаимосвязи мы спросили, оптимально ли сопоставлена ​​стратегия нервного контроля, воплощенная в моторной полоске, с группами мышц. Мы построили мышечно-ориентированный граф, соединив две мышцы, если они касаются одной и той же кости (, слева).Мы наблюдали наличие групп мышц, плотно связанных друг с другом, имеющих общие кости. Мы извлекли эти группы, используя метод кластеризации, разработанный для сетей [45,46], который обеспечивает разделение мышц на сообщества на основе данных (справа). Чтобы сравнить структуру сообщества, присутствующую в мышечной сети, с архитектурой системы нейронного контроля, мы рассмотрели каждую из 22 категорий моторного гомункула [18] как отдельное нейронное сообщество и сравнили эти присвоения сообществу, основанные на мозге, с заданиями сообщества. полученный из управляемого данными раздела мышечной сети.Используя коэффициент Рэнда [47], мы обнаружили, что распределение сообществ как для гомункула, так и для мышечной сети было статистически сходным (z Rand > 10), что указывает на соответствие между модульной организацией опорно-двигательного аппарата и структурой гомункула. Например, трицепс плеча и двуглавая мышца плеча принадлежат к одной гомункулярной категории, и мы обнаружили, что они также принадлежат к одному и тому же сообществу топологических мышечных сетей.

Затем, поскольку гомункулус имеет линейную топологическую организацию, мы спросили, был ли порядок сообществ внутри гомункула () подобен управляемому данными упорядочению групп мышц в теле, как определено с помощью MDS [48].Из сети, ориентированной на мышцы (), мы получили матрицу расстояний, которая кодирует наименьшее количество костей, которые необходимо пройти, чтобы перейти от одной мышцы к другой. MDS этой матрицы расстояний выявил одномерные линейные координаты для каждой мышцы, так что топологически близкие мышцы были близко друг к другу, а топологически далекие мышцы были далеко друг от друга. Мы заметили, что линейная координата каждой мышцы значительно коррелирует с ее категорией гомункула (, F (1,268) = 316, p <0.0001, R 2 = 0,54), что указывает на эффективное отображение между нейронным представлением мышечной системы и сетевой топологией мышечной системы в теле.

Наши результаты демонстрируют соответствие между топологией гомункула и упорядочением мышц на основе данных, полученным с учетом топологических расстояний между ними. Этот результат можно интерпретировать одним из двух способов: одна разумная гипотеза состоит в том, что, поскольку большинство соединений в опорно-двигательной сети являются короткодействующими, открытие в основном обусловлено связями ближнего действия.Вторая разумная гипотеза состоит в том, что, хотя соединения ближнего действия являются наиболее распространенными, соединения дальнего действия образуют важные внутримодульные связи, которые помогают определять организацию сети. Чтобы выбрать между этими двумя гипотезами, мы рассмотрели два варианта нашего эксперимента MDS: один включает только соединения, длина которых меньше средней длины соединения, а другой - только соединения, длина которых превышает среднюю длину соединения. Мы обнаружили, что упорядочение на основе данных, полученное только из коротких и только длинных соединений, привело к значительным корреляциям с гомункулярной топологией (F (1,268) = 24.9, R 2 = 0,085, p <0,0001 и F (1,268) = 5, R 2 = 0,018, p = 0,026 соответственно). Примечательно, что включение как длинных, так и коротких соединений приводит к более сильной корреляции с гомункулярной топологией, чем рассмотрение любого из них независимо, что предполагает зависимость от соединений любой длины. В будущем было бы интересно проверить степень изменения этой межсетевой карты у людей с двигательными нарушениями или изменениями после инсульта.

Обсуждение

Структура опорно-двигательного аппарата человека

Представляя сложную взаимосвязь опорно-двигательного аппарата как сеть костей (представленных узлами) и мышц (представленных гиперребрами), мы получили ценную информацию об организации человеческого тела. тело. Изучение анатомических сетей с использованием аналогичных методов становится все более распространенным в области эволюционной биологии и биологии развития [10]. Однако этот подход обычно применялся только к отдельным частям тела, включая руку [49], голову [11] и позвоночник [12], тем самым предлагая понимание того, как развивалась эта часть организма [50, 51].Более того, даже после моделирования всей мускулатуры тела [13] и нервно-мышечно-скелетной системы [14] в более общем плане некоторые количественные утверждения могут остаться неуловимыми, в значительной степени из-за отсутствия математического языка, на котором можно было бы обсуждать сложность взаимосвязи. узоры. В этом исследовании мы предлагаем явное и экономное представление всей опорно-двигательной системы в виде графа узлов и ребер, и это представление позволило нам точно охарактеризовать сеть в целом.

При моделировании системы как сети важно начать последующее исследование с характеристики нескольких ключевых архитектурных свойств. Одним из наиболее фундаментальных показателей структуры сети является ее распределение по степеням [52], которое описывает неоднородность подключения узла к его соседям таким образом, который может дать представление о том, как формировалась система [7]. Мы заметили, что степень распределения опорно-двигательного аппарата значительно отличается от ожидаемого в нулевом графе (), показывая меньше узлов высокой степени и переизбыток узлов низкой степени.Несоответствие между графами реальной и нулевой модели согласуется с тем фактом, что опорно-двигательная система человека развивается в контексте физических и функциональных ограничений, которые вместе определяют ее явно неслучайную архитектуру [53]. Распределение степеней этой сети показывает пик примерно на второй степени, за которым следует относительно тяжелый хвост узлов высокой степени. Последняя особенность обычно наблюдается во многих типах реальных сетей [54], чьи концентраторы могут быть дорогостоящими в разработке, обслуживании и использовании [55,56], но играют критическую роль в устойчивости системы, обеспечивая быстрое реагирование [55], буферизация изменчивости окружающей среды [57] и содействие выживанию и воспроизводству [58].Первая особенность - пик распределения - согласуется с интуицией, что большинство мышц опорно-двигательного аппарата соединяются только с двумя костями, главным образом для функции простого сгибания или разгибания в суставе. Напротив, есть только несколько мышц, которые требуют высокой степени для поддержки очень сложных движений, таких как поддержание выравнивания и угла позвоночника за счет одновременного управления движением многих костей. Эти ожидаемые результаты обеспечивают важную проверку модели, а также предлагают полезную визуализацию опорно-двигательного аппарата.

Скелетно-мышечная сеть характеризуется особенно интересным свойством, которое отличает ее от нескольких других реальных сетей: тем фактом, что она встроена в трехмерное пространство [59]. Это свойство не наблюдается в семантических сетях [60] или World Wide Web [61], которые кодируют отношения между словами, концепциями или документами в некоторой абстрактной (и, скорее всего, неевклидовой) геометрии. Напротив, опорно-двигательная система представляет собой объем с узлами, имеющими определенные координаты, и краями, представляющими физически протяженные ткани.Чтобы лучше понять физическую природу опорно-двигательного аппарата, мы исследовали анатомическое расположение мышц с разной степенью (). Мы заметили, что мышечные центры расположены преимущественно в торсе, обеспечивая плотную структурную взаимосвязь, которая может стабилизировать ядро ​​тела и предотвратить травмы [62]. В частности, мышцы высокой степени группируются вокруг средней линии тела, рядом с позвоночником, вокруг таза и плечевого пояса, что согласуется с представлением о том, что для маневренности и устойчивости этих областей требуется совокупность мышц с различной геометрией и свойствами тканей [63 ].Действительно, мышцы в этих местах должны поддерживать не только сгибание и разгибание, но также отведение, приведение и внутреннее и внешнее вращение.

Важно отметить, что в костно-мышечной системе у разных людей существуют значительные различия, и не все анатомические атласы согласуются с наиболее репрезентативным набором точек вставки и происхождения. Представленные здесь результаты отражают то, как опорно-двигательная система была представлена ​​в тексте, из которого она была построена [19], и поэтому обеспечивают только одно возможное сетевое представление опорно-двигательной системы.Чтобы оценить надежность наших результатов при разумных вариациях конфигурации опорно-двигательного аппарата, мы создали вторую опорно-двигательную сеть из альтернативного атласа [64]. Используя этот второй атлас, мы наблюдали последовательные результаты и сообщаем об этом дополнительном анализе в S3 Text.

Также важно отметить, что мы сопоставили первый атлас [19] в скелетно-мышечный граф, состоящий как из костных, так и из некостных узлов. Этот выбор уравнивает структурные роли костей и определенных сухожилий и связок, что, по общему признанию, является упрощением биологии.Одним из оправданий такого упрощения является то, что некостные структуры часто служат важными точками прикрепления мышц (то есть подошвенной фасцией стопы). Таким образом, разумно разделить опорно-двигательную сеть на две категории мышц и структур, которые служат точками прикрепления мышц, как мы это сделали здесь. Тем не менее, эта вторая категория довольно разнородна по составу, и в будущей работе можно было бы также рассмотреть возможность построения многослойного графа с отдельным слоем, учитывающим каждый тип структуры мышечного прикрепления.Чтобы подтвердить, что наши результаты и интерпретации не претерпевают значительных изменений из-за наличия точек прикрепления некостных мышц, мы удалили такие точки в альтернативном атласе и отметили, что наши основные результаты все еще остаются в силе (см. Текст S3).

Функция опорно-двигательного аппарата человека

Чтобы лучше понять функциональную роль отдельной мышцы во взаимосвязанной опорно-двигательной системе, мы реализовали основанную на физике модель свойств импульсного отклика сети, кодируя кости как точечные массы и мышцы как пружины [65].Примечательно, что эта очень упрощенная модель опорно-двигательного аппарата способна идентифицировать важные функциональные особенности. Хотя мышцы высокой степени также имели тенденцию иметь большое влияние на реакцию сети (), было несколько заметных отклонений от этой тенденции ().

Мышца, оказывающая наименьшее воздействие по сравнению с ожидаемой, - это orbicularis oculi, мышца, используемая для управления движением века. Эта мышца небольшая и относительно изолированная в теле, берут начало и прикрепляются к костям черепа.Мышцы лица в целом образуют плотное и изолированное сообщество, с немногими связями, выходящими за пределы этого сообщества. Эти факторы, вероятно, способствуют слабому воздействию этой мышцы, и аналогичный аргумент может быть сделан в отношении оставшихся двух мышц с меньшим воздействием, чем ожидалось, которые также являются мышцами лица.

Мышцы с большей нагрузкой, чем ожидалось, более многочисленны, но почти полностью расположены в верхней конечности или поясе верхней конечности. Длинный лучевой разгибатель запястья, anconeus, brachioradialis и brachialis мышцы являются собственными мышцами руки, последние три действуют в локтевом суставе.Все эти мышцы могут иметь более сильное воздействие, чем ожидалось в нулевой модели, потому что они могут прямо или косвенно влиять на движение многих костей запястья и кисти. Наблюдаемое сильное воздействие этих мышц может быть результатом того факта, что они контролируют движение конечности, а на конце конечности находится множество костей, движение которых напрямую зависит от этих мышц. Остальные ударные мышцы, за исключением грушевидной мышцы, прикрепляют верхнюю конечность к осевому скелету.Этими мышцами являются коракобрахиальная, подостная, надостная, подлопаточная, малая круглая, большая круглая и большая грудная мышцы. Эти мышцы, как и предыдущие четыре, обладают тем свойством, что они контролируют движение всей конечности, что, вероятно, способствует их влиянию. В отличие от предыдущей группы, эти мышцы также соединяются с осевым скелетом, что также может усиливать их воздействие. Многие из этих мышц берут свое начало на костях плечевого пояса и могут влиять на все другие мышцы плечевого пояса и, возможно, на все кости, связанные с этими мышцами.Такая же динамика, вероятно, существует в нижней конечности, что отражается наличием грушевидной мышцы тазового пояса. Подробное обсуждение того, как структура локальной сети и конфигурация мышц могут взаимодействовать с отклонением от удара, представлено в S7 Text. В дополнение к нашей работе, представленной во вспомогательной информации, дальнейшее понимание свойств этих выбросов может быть получено путем проведения экспериментов по тщательному изучению костей, на которые сильнее всего воздействует каждая из этих мышц.

Хотя сетевое представление системы может дать базовую физическую интуицию благодаря своей скупости и простоте, оно также остается безразличным ко многим деталям архитектуры и функций системы. Извечный вопрос, могут ли эти базовые модели сложных систем обеспечить точные прогнозы реальных результатов. Мы рассмотрели этот вопрос, изучив взаимосвязь между оценкой удара мышцы и количеством времени, которое требуется человеку для восстановления после травмы.Мы количественно оценили время восстановления, суммируя (i) время восстановления после первичной инвалидности, вызванной первоначальным мышечным повреждением, и (ii) время восстановления после любых вторичных нарушений, вызванных изменением использования других мышц в сети из-за первоначального травма мышц [66]. Мы обнаружили, что отклонение от ожидаемой оценки воздействия в нулевой сети значительно коррелировало со временем восстановления (), подтверждая представление о том, что очаговая травма может иметь длительные воздействия на тело из-за изначально взаимосвязанной природы опорно-двигательного аппарата.

Действительно, известно, что мышечные изменения в одной части тела влияют на другие группы мышц. Например, укрепление мышц бедра может привести к улучшению функции колена после замены коленного сустава [67]. Изменение мышечной функции в голеностопном суставе после растяжения связок может вызвать изменение функции мышц бедра [68,69], результат, воспроизведенный нашей моделью (которая показала, что двуглавая мышца бедра и большая мышца бедра пострадали от травмы лодыжки), а повреждение мышц конечностей может приводят к вторичному повреждению диафрагмы [70].Наша модель предлагает математически принципиальный способ предсказать, какие мышцы с большей вероятностью будут иметь такое вторичное влияние на более крупную опорно-двигательную систему, а какие мышцы подвержены риску вторичного повреждения, учитывая первичное повреждение в определенном участке мышцы. В будущем было бы интересно проверить, могут ли эти прогнозы повлиять на полезные корректировки клинических вмешательств, явно принимая во внимание риск вторичного повреждения определенных мышц. Ранее профилактика вторичных мышечных травм в основном сводилась к криотерапии [71,72] и еще не была мотивирована такой механистической моделью.Наконец, важно задать себе важный вопрос: насколько эта конфигурация опорно-двигательного аппарата является эволюционно выгодной и как эволюционное давление могло оптимизировать воздействие на мышцы. Интуитивно можно было ожидать, что эволюционное давление снижает мышечную нагрузку, возможно, за счет увеличения мышечной избыточности. Тщательное исследование эволюционных преимуществ топологии костно-мышечной сети было бы интересной темой для будущей работы.

Контроль опорно-двигательного аппарата человека

Учитывая сложность опорно-двигательного аппарата и его критическую роль в выживании человека, естественно задавать вопросы о том, как эта сеть управляется человеческим мозгом.Действительно, изучение моторного контроля имеет долгую и яркую историю [73], которая дала важную информацию о том, как мозг может успешно и точно совершать произвольные движения, несмотря на такие проблемы, как избыточность, шум [74], задержки сенсорной обратной связи. [75], неопределенность окружающей среды [76], нервно-мышечная нелинейность [77] и нестационарность [78]. Здесь мы взяли отличный, но дополняющий подход и спросили, как топология скелетно-мышечной сети может быть отображена на топологии моторной полосы в коре головного мозга.Мы начали с того, что отметили, что ударное отклонение мышцы положительно коррелирует с размером коркового объема, предназначенного для его контроля (). Одна интерпретация этой взаимосвязи состоит в том, что те мышцы, которые своими непосредственными связями оказывают большее влияние, чем ожидалось в нулевой модели, имеют тенденцию контролировать более сложные движения и, следовательно, требуют большего количества нейронов для управления этими движениями [79]. Вторая интерпретация основана на эволюционном аргументе о том, что мышцы с большей нагрузкой нуждаются в большей избыточности в их системах управления [80], и эта избыточность принимает форму большей корковой области.

Не говоря уже о локальных объемах коры [81], можно также захотеть понять, в какой степени крупномасштабная организация опорно-двигательной сети отражает организацию контролирующей ее моторной полосы. Основываясь на недавнем применении методов выявления сообществ к изучению анатомии черепа [11,82,83], мы сообщили о модульной организации мышечной сети: группы мышц, в которых мышцы одной группы с большей вероятностью соединяются с одной. кроме мышц других групп.Что еще более интересно, мы наблюдали, что мышечные сообщества очень похожи на известную группу мышц моторной полосы (справа): мышцы, которые имеют тенденцию соединяться с теми же костями, что и друг друга, также имеют тенденцию контролироваться той же частью моторной полосы. Более того, естественное линейное упорядочение мышечных сообществ - такое, что сообщества располагаются близко друг к другу на линии, если они имеют общие сетевые соединения - имитирует порядок контроля в моторной полосе (). Эти результаты дополняют важную предыдущую работу, предполагающую, что одномерная организация моторной полоски связана как со структурной, так и функциональной организацией скелетно-мышечной сети [84,85].Фактически, результаты более конкретно предлагают определение оптимального сетевого управления на уровне сети: согласованность линейной карты от сообществ опорно-двигательного аппарата до сообществ моторных полос.

Наконец, мы исследовали физическое расположение кортикального контроля ударных мышц. Мы заметили, что мышцы с большим воздействием, чем ожидалось, при нулевом графике, как правило, контролируются средними точками на моторной полосе, в то время как мышцы с меньшим воздействием, чем ожидалось, обычно контролируются боковыми точками на моторной полосе ().Эта пространственная специфика указывает на то, что организация моторной полосы ограничивается физическим расположением тела, а также аспектами функционирования мышц. Предыдущие исследования изучали общее временное соответствие между корковой активностью и мышечной активностью во время движения [86], но мало что известно о топологическом соответствии.

Методологические соображения

Построение гиперграфа на основе опорно-двигательного аппарата человека требует допущений и упрощений, которые влияют на гибкость текущей модели.Наиболее заметным является разделение системы на две категории: мышцы и кости. Эти категории не содержат дополнительной информации и, следовательно, не учитывают особенности внутренней архитектуры мышцы или кости. Это упрощение вводит несколько ограничений для пертурбативной модели, включая возможность моделирования функциональной архитектуры сложных мышц или мышц, обладающих способностью независимо сокращать подмножество волокон. Например, двуглавая двуглавая мышца плеча берет начало как на лопатке, так и на супрагленоидном бугорке, и можно сокращать волокна одной головки отдельно от волокон другой головки.Дальнейшая работа может расширить нашу структуру моделирования, чтобы представить эту сложную функциональную архитектуру. Более того, немышечные структуры мягких тканей, важные для опорно-двигательного аппарата, не могут быть четко учтены. Эти структуры, включая сухожилия и связки, могут быть либо (1) закодированы как кости, как в основной текстовой сети, либо (2) исключены из сети, как в приложении; ни один из вариантов не является полностью анатомически точным.

В случае костей модель не может учесть взаимодействия кость-кость (суставы).Большинство мышц действуют на суставы, и исключение суставов затемняет специфическую функцию мышц. То есть модель учитывает тот факт, что мышцы перемещают кости, но не то, как они движутся или в каком направлении. В пертурбативном моделировании отсутствие ограничений на суставы позволяет размещать кости под неестественными углами относительно соседних костей. Кроме того, кости моделируются как точечные массы, которые в пертурбативном моделировании могут позволить костям проходить траектории, связанные с прохождением через пространство, которое на самом деле занято другой костью.Дальнейшая работа может расширить нашу структуру моделирования, чтобы учесть эти дополнительные биофизические ограничения.

Аналитические данные, полученные с помощью этой модели, являются результатом входных данных. Поскольку индивидуальные вариации существуют в опорно-двигательном аппарате, они также существуют и в мышечных воздействиях. Мы попытались использовать два набора входных данных, чтобы оправдать наши основные выводы, но эти результаты не могут быть обобщены на все здоровые конфигурации опорно-двигательного аппарата. В частности, степень мышц, подверженная индивидуальным изменениям, может повлиять на воздействие этой мышцы.Каким образом нормативные индивидуальные вариации в степени мышечной массы связаны с вариациями прогнозируемого воздействия на мышцы, является важным вопросом, который, тем не менее, выходит за рамки настоящего исследования.

Наконец, опорно-двигательный аппарат человека представляет собой сложную и плотно взаимосвязанную сеть. Ни мышцы, ни кости не функционируют как независимые образования. Таким образом, трудно отделить функцию отдельной мышцы от воздействия окружающих мышц. Независимость мышц может быть частично устранена путем выбора соответствующей нулевой модели, и наши результаты остаются в силе при различных вариантах выбора.Тем не менее, при интерпретации этих результатов следует учитывать представление о том, что мышцы - и факторы воздействия - не являются действительно независимыми.

Вспомогательная информация

S1 Текст
Альтернативные нулевые модели.

Этот текстовый файл подробно описывает построение альтернативных нулевых моделей.

(DOCX)

S2 Текст
Разрешение обнаружения сообщества.

Этот файл содержит описание выбора параметра разрешения обнаружения сообщества.

(DOCX)

S3 Текст
Альтернативная опорно-двигательная сеть.

Этот файл содержит описание альтернативной опорно-двигательной сети.

(DOCX)

S4 Текст
Динамика костей в результате мышечного пертурбации.

(DOCX)

S5 Текст
Учет веса костей и силы мышц.

(DOCX)

S6 Текст
Анализ восстановления мышц не спортсменов.

(DOCX)

S7 Text
Структура локальной сети и влияние отклонения.

(DOCX)

S1 Таблица
Мышцы с большей или меньшей нагрузкой, чем ожидалось в произвольно перекомпонованных гиперграфах.

Эта нулевая модель потребовала случайной перестройки мускулов внутри гиперграфа с сохранением степени. Мышцы на левой стороне оказывают меньшее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения ниже среднего, что указывает на то, что они лежат за пределами 95% доверительного интервала распределения. Мышцы с правой стороны оказывают большее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие больше единицы.96 стандартных отклонений выше среднего в порядке от наибольшего до наименьшего. В этой таблице показаны мышцы, которые имели наибольшую положительную и наибольшую отрицательную разницу в воздействии, по сравнению с контрольными группами подобранной степени.

(XLSX)

S2 Таблица
Категории гомункулов, мышцы-члены которых либо все оказывают большее влияние, чем ожидалось, либо все оказывают меньшее влияние, чем ожидалось, по сравнению со случайно перестроенными гиперграфами.

Эта нулевая модель потребовала случайной перестройки мускулов внутри гиперграфа с сохранением степени.Категории слева полностью состоят из мышц с меньшим воздействием, чем ожидалось, по сравнению с контрольными группами с подобранной степенью. Категории справа полностью состоят из мышц, оказывающих большее воздействие, чем ожидалось, по сравнению с контрольными группами с подобранной степенью.

(XLSX)

S3 Таблица
Мышцы с большей или меньшей степенью воздействия, чем ожидалось в гиперграфах, случайным образом перепрограммированы в пределах их категории гомункулов.

Эта нулевая модель потребовала случайной перестройки мускулов в пределах их категории гомункула с сохранением степени.Мышцы на левой стороне оказывают меньшее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения ниже среднего, что указывает на то, что они лежат за пределами 95% доверительного интервала распределения. Мышцы на правой стороне оказывают большее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гипреберья: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения превышает среднее значение, в порядке от наибольшего к наименьшему. В этой таблице показаны мышцы, которые имели наибольшую положительную и наибольшую отрицательную разницу в воздействии, по сравнению с контрольными группами подобранной степени.

(XLSX)

S4 Таблица
Категории гомункулов, мышцы-члены которых либо все оказывают большее влияние, чем ожидалось, либо все оказывают меньшее влияние, чем ожидалось, по сравнению с гиперграфами, случайно перестроенными в пределах их категории гомункулов.

Эта нулевая модель потребовала случайной перестройки мускулов в пределах их категории гомункула с сохранением степени. Категории слева полностью состоят из мышц с меньшим воздействием, чем ожидалось, по сравнению с контрольными группами с подобранной степенью.Категории справа полностью состоят из мышц, оказывающих большее воздействие, чем ожидалось, по сравнению с контрольными группами с подобранной степенью.

(XLSX)

S5 Таблица
Мышцы с большей или меньшей нагрузкой, чем ожидалось в случайном гиперграфе.

Эта нулевая модель требовала случайного назначения связей между костями и мышцами, сохраняя только общий уровень, а не индивидуальный уровень мышц. Мышцы на левой стороне оказывают меньшее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие больше 1.96 стандартных отклонений ниже среднего, что указывает на то, что они лежат за пределами 95% доверительного интервала распределения. Мышцы на правой стороне оказывают большее воздействие, чем ожидалось, учитывая степень их гиперреберности: их воздействие более чем на 1,96 стандартного отклонения превышает среднее значение и упорядочено от наибольшего к наименьшему.

(XLSX)

S6 Таблица
Объемы мышц подсети голени.

Здесь мы включаем название мышцы (столбец 1), объем мышцы (в см 3 ; столбец 2) и ссылку, из которой была взята оценка.

(XLSX)

S7 Таблица
Масса костей подсети ноги.

Здесь мы включаем название кости (столбец 1), массу кости (в граммах; столбец 2) и ссылку, из которой была взята оценка.

(XLSX)

S8 Таблица
Присвоенные категории гомункулов и основанное на данных распределение мышц в сообществе.

Также доступно по адресу DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(XLSX)

S9 Таблица
Гиперграф мышц и костей из таблиц Hosford Muscle [18], используемых в основном тексте.

Также доступно по адресу DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(XLSX)

S10 Таблица
Гиперграф мышц и костей из атласа Гранта [64], использованный в дополнительном тексте.

Также доступно по адресу DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(XLSX)

S1 Рис.
Обнаружение сообщества с различными параметрами разрешения.

На этом рисунке показано, как выбор параметра разрешения во время обнаружения сообществ изменит количество и размер обнаруженных сообществ.С увеличением параметра разрешения размер отдельных сообществ уменьшается, а количество сообществ увеличивается. (a-d) Обнаружение сообщества для сети, ориентированной на мышцы, с использованием значений γ, равных 1, 2, 8 и 16 соответственно. Окончательная структура сообщества для каждого γ представляет собой согласованное разделение 100 отдельных прогонов алгоритма обнаружения сообщества.

(EPS)

S2 Рис.
Обнаружение сообщества с разными параметрами разрешения.

Этот рисунок иллюстрирует стабильность при выбранном параметре настройки γ = 4.3. Здесь мы исследуем разбиения, созданные из близких параметров разрешения γ = 4,2 и γ = 4,4. Визуально кажется, что все три раздела имеют похожую структуру. Два соседних раздела также математически схожи: z-оценка коэффициента Рэнда [47] z Rand (γ = 4,2, γ = 4,3) = 105, z Rand (γ = 4,3, γ = 4,4) = 110 и z Rand (γ = 4,2, γ = 4,4) = 105. Окончательная структура сообщества для каждого γ представляет собой согласованное разделение 100 отдельных прогонов алгоритма обнаружения сообщества.

(EPS)

S3 Рис.
Визуальное сравнение нулевых моделей.

Этот рисунок иллюстрирует различия в нулевых двудольных графах. (A) Исходный непереставленный двудольный граф мышца-кость. (B) Случайный нулевой двудольный граф. (C) Случайно перестроенный двудольный граф. (D) Случайно перестроенный внутри сообщества двудольный граф, используемый в основном тексте, который переставляет топологию локально, сохраняя при этом глобальную топологию.

(EPS)

S4 Рис.
Основные результаты как функция нулевой модели.

Здесь мы показываем результаты с использованием модели случайного гиперграфа или модели гиперграфа с измененной связью (перестановкой), которая не поддерживает локальные связи. (A) Оценка удара, построенная как функция степени гиперребра для случайных гиперграфов и наблюдаемого гиперграфа опорно-двигательного аппарата. (B) Оценка удара, нанесенная на график как функция степени гиперребра для переставленных гиперграфов и наблюдаемого гиперграфа опорно-двигательного аппарата. (C) Коэффициент отклонения достоверно коррелирует с категорией гомункула (F (1,19) = 6.67, p = 0,018, R 2 = 0,26), уменьшаясь от медиального (область 0) к латеральному (область 22) с использованием случайной нулевой модели гиперграфа. (D) Коэффициент отклонения достоверно коррелирует с гомункулярной категорией (F (1,19) = 6,86, p = 0,017, R 2 = 0,26), уменьшаясь от медиального (область 0) к латеральному (область 22) с использованием пермутированного нулевая модель гиперграфа. (E) Отклонение оценки воздействия значимо коррелирует с площадью активации моторной полосы (F (1,5) = 13,4, p = 0,014, R 2 = 0.72) с использованием случайной нулевой модели гиперграфа. Точки данных имеют размер в соответствии с количеством мышц, необходимых для конкретного движения. (F) Отклонение оценки воздействия значимо коррелирует с площадью активации моторной полосы (F (1,5) = 13,7, p = 0,022, R 2 = 0,73) с использованием пермутированной нулевой модели гиперграфа. Точки данных имеют размер в соответствии с количеством мышц, необходимых для конкретного движения. (G) Отклонение оценки воздействия коррелирует со временем восстановления мышц после травмы мышц или групп мышц (F (1,11) = 64.5, p = 6,3 × 10 −6 , R 2 = 0,85), используя случайную нулевую модель гиперграфа. Точки данных масштабируются в соответствии с количеством задействованных мышц. (H) Отклонение оценки воздействия коррелирует со временем восстановления мышц после травмы мышц или групп мышц (F (1,11) = 70,5, p <0,0001, R 2 = 0,86), что больше, чем ожидалось при перестановке - основанная на нулевой модели гиперграфа. Точки данных масштабируются в соответствии с количеством задействованных мышц. Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(EPS)

S5 Рис.
Топология сети и гомункул.

Линейные координаты мышц, определенные с использованием многомерного масштабирования без пороговой обработки с помощью взвешенной матрицы расстояний (рассчитанной с использованием distance_wei.m, включенного в Brain Connectivity Toolbox, https://sites.google.com/site/bctnet/). Без пороговой обработки также существует значимая корреляция между линейной координатой мышцы и площадью гомункула (F (1,268) = 303, p <0.0001, рэнд 2 = 0,53). Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(EPS)

S6 Рис.
Исследование функции опорно-двигательного аппарата для альтернативной сети.

(a) Оценка удара, построенная как функция степени гиперребра для модели нулевого гиперграфа и наблюдаемого гиперграфа опорно-двигательного аппарата. (b) Отклонение оценки воздействия коррелирует со временем восстановления мышц после травмы мышц или групп мышц (F (1,12) = 40,2, p <0,0001, R 2 = 0.77). Заштрихованные области указывают 95% доверительных интервалов, а точки данных масштабируются в соответствии с количеством задействованных мышц. Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S7 Рис.
Проверка опорно-двигательного аппарата для альтернативной сети.

(a) Коэффициент отклонения достоверно коррелирует с гомункулярной топологией (F (1,18) = 8,88, R 2 = 0,33, p = 0,0080), уменьшаясь от медиального (область 0) к латеральному (область 22). регионы. (b) Отклонение оценки воздействия достоверно коррелирует с площадью активации моторной полосы (F (1,5) = 23.4, R 2 = 0,82, p = 0,005). Точки данных имеют размер в соответствии с количеством мышц, необходимых для конкретного движения. Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S8 Рис.
Динамика возмущения двуглавой мышцы плеча.

На этом рисунке показано движение ключицы, а также костей пальца руки и ноги в ответ на возмущение двуглавой мышцы плеча. Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S9 Рис.
Сравнение моделей с утяжелением костей и силой мышц и без них.

Воздействие на мышцы ног рассчитывалось с добавлением и без добавления анатомических значений массы кости и объема мышц. Было обнаружено, что эти воздействия значительно коррелировали друг с другом (F (1,25) = 6,83, R 2 = 0,0214, p = 0,015), что позволяет предположить, что по крайней мере в некоторых частях тела наше упрощенное сетевое представление обеспечивает разумное приближение для более биофизически точных сетевых представлений. Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S10 Рис.
Исследование опорно-двигательного аппарата у не спортсменов.

Время восстановления было собрано для травм различных мышц не спортсменов. Мы наблюдали значительную корреляцию между временем восстановления мышц и отклонением от удара (F (1,14) = 5,02, R 2 = 0,264, p = 0,041). Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S11 Рис.
Соответствие топологии сети и функции системы.

Топология сети, в частности средняя длина кратчайшего пути, значительно отрицательно коррелирует с оценкой воздействия, оцененной на основе пертурбативного моделирования динамики системы (F (1,268) = 65,1, R 2 = -0,4422, p <0,0001). Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S12 Рис.
Связь между мышечно-скелетными вариациями и мышечным воздействием через две скелетно-мышечные сети.

Здесь мы сравниваем процентное изменение оценки и степени воздействия для каждой мышцы между опорно-двигательной сетью, указанной в основном тексте, и сообщенной в дополнительном тексте.Мы наблюдаем, что на оценку удара мышц больше влияют большие изменения степени, чем меньшие изменения степени (F (1,268) = 5,76, R = 0,1450, p = 0,017). Данные доступны в DOI: 10.5281 / zenodo.1069104.

(PNG)

S13 Рис.
Альтернативный пертурбативный подход.

Чтобы установить меру воздействия на гиперреберь мышцы, объекты были перемещены в четвертое пространственное измерение, чтобы избежать произвольного выбора в трех измерениях. Альтернативным подходом было бы возмущать каждую мышцу в каждом из трех ортогональных направлений, каждый раз вычисляя воздействие и вычисляя векторную сумму этих трех результатов.Чтобы ответить на вопрос о том, как эти два подхода сравниваются, мы провели этот эксперимент на двудольной матрице мышцы-кости, чтобы создать два вектора 270 × 1, один из которых кодировал оценки воздействия посредством смещения в четвертом измерении, а другой - векторную сумму три ортогональных смещения. Два вектора значимо коррелировали друг с другом (F (1,268) = 1590, R 2 = 0,856, p <0,0001).

(PNG)

11 функций мышечной системы: схемы, факты и структура

Поделиться на Pinterest На мышцы приходится около 40 процентов веса человека, при этом самая большая мышца в теле - это большая ягодичная мышца ягодиц.

Мышечная система включает более 600 мышц, которые работают вместе, чтобы обеспечить полноценное функционирование тела.

В теле есть 3 типа мышц:

Скелетная мышца

Скелетные мышцы - единственные мышцы, которыми можно сознательно управлять. Они прикреплены к костям, и сокращение мышц вызывает движение этих костей.

Любое сознательное действие человека предполагает задействование скелетных мышц. Примеры таких действий включают бег, жевание и письмо.

Гладкая мышца

Гладкая мышца выстилает внутреннюю часть кровеносных сосудов и органов, таких как желудок, и также известна как висцеральная мышца.

Это самый слабый тип мышц, но он играет важную роль в перемещении пищи по пищеварительному тракту и поддержании кровообращения по кровеносным сосудам.

Гладкие мышцы действуют непроизвольно и не могут контролироваться сознательно.

Сердечная мышца

Сердечная мышца, расположенная только в сердце, перекачивает кровь по всему телу.Сердечная мышца стимулирует собственные сокращения, которые формируют наше сердцебиение. Сигналы нервной системы контролируют скорость сокращения. Этот тип мышц сильный и действует непроизвольно.

Основные функции мышечной системы следующие:

1. Подвижность

Основная функция мышечной системы - обеспечивать движение. Когда мышцы сокращаются, они способствуют грубому и тонкому движению.

Грубое движение относится к большим, скоординированным движениям и включает:

Тонкое движение включает в себя более мелкие движения, например:

  • письмо
  • разговор
  • выражение лица

За этот тип действий обычно отвечают меньшие скелетные мышцы. .

Большая часть мышечных движений тела находится под сознательным контролем. Однако некоторые движения рефлексивны, например, отдергивание руки от источника тепла.

2. Стабильность

Мышечные сухожилия растягиваются над суставами и способствуют стабильности суставов. Мышечные сухожилия в коленном и плечевом суставах имеют решающее значение для стабилизации.

Основные мышцы - это мышцы живота, спины и таза, они также стабилизируют тело и помогают при выполнении таких задач, как поднятие тяжестей.

3. Осанка

Скелетные мышцы помогают удерживать тело в правильном положении, когда кто-то сидит или стоит. Это называется позой.

Хорошая осанка зависит от сильных гибких мышц. Жесткие, слабые или напряженные мышцы способствуют неправильной осанке и неправильному расположению тела.

Длительная плохая осанка приводит к болям в суставах и мышцах плеч, спины, шеи и других мест.

4. Кровообращение

Сердце - это мышца, которая перекачивает кровь по всему телу.Движение сердца находится вне пределов сознательного контроля, и оно автоматически сокращается при стимуляции электрическими сигналами.

Гладкие мышцы артерий и вен играют дополнительную роль в кровообращении по всему телу. Эти мышцы поддерживают кровяное давление и кровообращение в случае кровопотери или обезвоживания.

Они расширяются, чтобы увеличить кровоток во время интенсивных упражнений, когда организму требуется больше кислорода.

5. Дыхание

Дыхание задействует диафрагму.

Диафрагма - это куполообразная мышца, расположенная ниже легких. Когда диафрагма сжимается, она толкается вниз, в результате чего грудная полость становится больше. Затем легкие наполняются воздухом. Когда мышца диафрагмы расслабляется, она выталкивает воздух из легких.

Когда кто-то хочет дышать глубже, ему требуется помощь других мышц, в том числе мышц живота, спины и шеи.

6. Пищеварение

Поделиться на PinterestМышечная система позволяет перемещаться внутри тела, например, во время пищеварения или мочеиспускания.

Гладкие мышцы желудочно-кишечного тракта или желудочно-кишечного тракта контролируют пищеварение. Желудочно-кишечный тракт простирается ото рта до ануса.

Пища движется через пищеварительную систему волнообразным движением, которое называется перистальтикой. Мышцы стенок полых органов сокращаются и расслабляются, вызывая это движение, которое выталкивает пищу через пищевод в желудок.

Верхняя мышца желудка расслабляется, позволяя пище проникнуть, в то время как нижние мышцы смешивают частицы пищи с желудочной кислотой и ферментами.

Переваренная пища перемещается из желудка в кишечник по перистальтике. Отсюда сокращается больше мышц, чтобы вывести пищу из организма в виде стула.

7. Мочеиспускание

Мочевыделительная система включает как гладкие, так и скелетные мышцы, в том числе:

  • мочевой пузырь
  • почки
  • половой член или влагалище
  • простата
  • мочеточники
  • мочеиспускательный канал

мышцы и уретры должны работать вместе, чтобы удерживать и выводить мочу из мочевого пузыря.

Проблемы с мочеиспусканием, такие как плохой контроль мочевого пузыря или задержка мочи, вызваны повреждением нервов, передающих сигналы мышцам.

8. Роды

Гладкие мышцы матки расширяются и сокращаются во время родов. Эти движения проталкивают ребенка через влагалище. Кроме того, мышцы тазового дна помогают направлять голову ребенка по родовым путям.

9. Зрение

Шесть скелетных мышц вокруг глаза контролируют его движения. Эти мышцы работают быстро и точно и позволяют глазу:

  • поддерживать стабильное изображение
  • сканировать окружающее пространство
  • отслеживать движущиеся объекты

Если кто-то испытывает повреждение глазных мышц, это может ухудшить зрение.

10. Защита органов

Мышцы туловища защищают внутренние органы спереди, по бокам и сзади тела. Кости позвоночника и ребра обеспечивают дополнительную защиту.

Мышцы также защищают кости и органы, поглощая удары и уменьшая трение в суставах.

11. Регулировка температуры

Поддержание нормальной температуры тела - важная функция мышечной системы. Почти 85 процентов тепла, которое человек производит в своем теле, происходит от сокращения мышц.

Когда температура тела падает ниже оптимального уровня, скелетные мышцы увеличивают свою активность, выделяя тепло. Дрожь - один из примеров этого механизма. Мышцы в кровеносных сосудах также сокращаются, чтобы поддерживать тепло тела.

Температуру тела можно вернуть в нормальный диапазон за счет расслабления гладких мышц кровеносных сосудов. Это действие увеличивает кровоток и высвобождает избыточное тепло через кожу.

Структура и функция скелетных мышц - Musculoskeletal Genetics

Мышечная система отвечает за движение человеческого тела, позу, движение веществ внутри тела и за выделение тепла телом.Существует около 700 известных и названных мышц, и, кроме того, мышечная ткань также находится внутри сердца, органов пищеварения и кровеносных сосудов.

В организме человека есть 3 основных типа мышц:

По материалам http://sciencehumanbodytribute.weebly.com/muscular-system.html

Скелетная мышца - это произвольная мышца, что означает, что мы можем активно контролировать ее функцию. Он прикреплен к кости и образует отдельный орган из мышечной ткани, кровеносных сосудов, сухожилий и нервов, который покрывает наши кости и позволяет двигаться.

Скелетные мышцы часто существуют парами, при этом одна мышца является основным двигателем, а другая действует как антагонист. Например, когда вы сгибаете руку, ваши бицепсы сокращаются, а трицепсы расслаблены. Когда ваша рука возвращается в вытянутое положение, сокращаются трицепсы, а бицепсы расслабляются.

Скелетная мышца - удивительная ткань со сложной структурой. Он состоит из удлиненных многоядерных клеток, называемых миоцитами (или миофибрами).Мышечные клетки могут иметь длину от 1 мм до 30 см. Самая длинная мышечная клетка в нашем теле находится в портняжной мышце и имеет длину 30 см (почти 12 дюймов!).

С сайта biology-forums.com

Под микроскопом отдельные мышечные клетки кажутся полосатыми (см. Изображение ниже). Это связано с высокоорганизованной структурой мышечных волокон, где a ctin и миозиновые миофиламенты сложены и перекрываются в регулярных повторяющихся массивах, образуя саркомеры.Нити актина и миозина скользят друг относительно друга и отвечают за сокращение мышц.

Чтобы увидеть, как мышцы сокращаются и работают, посмотрите видео здесь .

Энергия для мышечной функции поступает из внутриклеточных органелл, называемых митохондриями . Митохондрии - это электростанции каждой клетки нашего тела, отвечающие за доставку энергии, необходимой клеткам для их функционирования.

Мышцы иннервируются мотонейронами .Моторный нейрон и окруженные им мышечные волокна образуют двигательную единицу . Размер двигательных единиц варьируется в организме в зависимости от функции мышцы. Для тонких движений (глаз) на нейрон приходится меньше мышечных волокон, что позволяет совершать точные движения. Мышцы, требующие большой силы, имеют много мышечных волокон на единицу. Тело может контролировать силу, решая, сколько двигательных единиц оно активирует для данной функции.

Из http://www.rtmsd.org

В нашем теле есть два типа скелетных мышц, которые различаются по функциям.Медленно сокращающиеся мышечные волокна лучше подходят для тренировок на выносливость и могут работать долгое время, не уставая. Быстро сокращающиеся мышцы хороши для быстрых движений, поскольку они быстро сокращаются, но быстро устают и потребляют много энергии.

Большинство наших мышц состоит из смеси медленных и быстро сокращающихся мышечных волокон. Однако мышцы, участвующие в поддержании осанки, содержат в основном медленно сокращающиеся мышечные волокна, а мышцы, отвечающие за движения глаз, состоят из быстро сокращающихся мышечных волокон.

И, чтобы немного повеселиться, вот прекрасная песня, описывающая все мышцы ног:

11,5 Скелетно-мышечная система - Концепции биологии - 1-е канадское издание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Обсудить осевую и аппендикулярную части скелетной системы
  • Объясните роль суставов в движении скелета
  • Объясните роль мышц в движении =

Мышечная и скелетная системы поддерживают тело и позволяют двигаться.Кости скелета защищают внутренние органы тела и выдерживают вес тела. Мышцы мышечной системы сокращаются и растягивают кости, позволяя выполнять самые разнообразные движения, такие как стояние, ходьба, бег и хватание предметов.

Травма или заболевание опорно-двигательного аппарата могут быть очень изнурительными. Наиболее распространенные в мире заболевания опорно-двигательного аппарата вызваны недоеданием, которое может отрицательно сказаться на развитии и поддержании костей и мышц.Другие заболевания поражают суставы, например, артрит, который может затруднять движение, а в запущенных случаях полностью нарушать подвижность.

Прогресс в области дизайна протезов привел к разработке искусственных суставов, наиболее распространенной из которых является операция по замене суставов на бедрах и коленях. Также доступны заменяющие суставы для плеч, локтей и пальцев.

Человеческий скелет - это эндоскелет взрослого человека, состоящий из 206 костей. Эндоскелет развивается внутри тела, а не снаружи, как экзоскелет насекомых.Скелет выполняет пять основных функций: обеспечение поддержки тела, хранение минералов и липидов, выработка клеток крови, защита внутренних органов и обеспечение движения. Скелетная система позвоночных подразделяется на осевой скелет (который состоит из черепа, позвоночника и грудной клетки) и аппендикулярный скелет (который состоит из костей конечностей, грудного или плечевого пояса и тазового пояса).

Концепция в действии


Исследуйте человеческий скелет, просмотрев следующее видео с помощью цифрового трехмерного моделирования.

Осевой скелет образует центральную ось тела и включает кости черепа, косточки среднего уха, подъязычную кость горла, позвоночник и грудную клетку (грудную клетку) (рис. 11.25).

Рис. 11.25 Осевой скелет, показанный синим цветом, состоит из костей черепа, косточек среднего уха, подъязычной кости, позвоночника и грудной клетки. Аппендикулярный скелет, показанный красным, состоит из костей грудных конечностей, грудного пояса, тазовой конечности и тазового пояса.(кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Кости черепа поддерживают структуры лица и защищают мозг. Череп состоит из костей черепа и лицевых костей. Кости черепа образуют полость черепа, которая охватывает головной мозг и служит местом прикрепления мышц головы и шеи. У взрослого они плотно соединены соединительной тканью, и прилегающие кости не двигаются.

Слуховые косточки среднего уха передают звуки из воздуха в виде колебаний в заполненную жидкостью улитку.Слуховые косточки состоят из двух костей молоточка (молотка), двух костей наковальни (наковальни) и двух стремени (стремени), по одной с каждой стороны. Кости лица служат полостями для органов чувств (глаз, рта и носа) и служат точками крепления лицевых мышц.

Подъязычная кость лежит ниже нижней челюсти в передней части шеи. Он действует как подвижная основа для языка и соединяется с мышцами челюсти, гортани и языка. Нижняя челюсть образует сустав с основанием черепа. Нижняя челюсть контролирует открытие рта и, следовательно, дыхательные пути и кишечник.

Позвоночный столб, или позвоночник, окружает и защищает спинной мозг, поддерживает голову и действует как точка крепления ребер и мышц спины и шеи. Он состоит из 26 костей: 24 позвонков, крестца и копчика. В теле каждого позвонка в центре имеется большое отверстие, через которое спинной мозг проходит до уровня первого поясничного позвонка. Ниже этого уровня отверстие содержит спинномозговые нервы, которые выходят между позвонками. На каждой стороне отверстия есть выемки, через которые спинномозговые нервы могут выходить из спинного мозга для обслуживания различных областей тела.Позвоночный столб у взрослых составляет примерно 70 см (28 дюймов) и изогнут, что видно сбоку.

Межпозвоночные диски, состоящие из фиброзного хряща, лежат между соседними позвонками от второго шейного позвонка до крестца. Каждый диск помогает сформировать слегка подвижный сустав и действует как амортизатор, поглощающий удары от движений, таких как ходьба или бег.

Грудная клетка, также известная как грудная клетка, состоит из ребер, грудины, грудных позвонков и реберных хрящей.Грудная клетка охватывает и защищает органы грудной полости, включая сердце и легкие. Он также обеспечивает опору для плечевых поясов и верхних конечностей и служит точкой крепления диафрагмы, мышц спины, груди, шеи и плеч. Изменения объема грудной клетки позволяют дышать. Грудина или грудина - это длинная плоская кость, расположенная в передней части грудной клетки. Как и череп, он состоит из многих костей эмбриона, которые срастаются у взрослого человека. Ребра представляют собой 12 пар длинных изогнутых костей, которые прикрепляются к грудным позвонкам и изгибаются к передней части тела, образуя грудную клетку.Реберные хрящи соединяют передние концы большинства ребер с грудиной.

Аппендикулярный скелет состоит из костей верхних и нижних конечностей. Он также включает грудной или плечевой пояс, который прикрепляет верхние конечности к телу, и тазовый пояс, который прикрепляет нижние конечности к телу (рис. 11.25).

Кости грудного пояса передают силу, создаваемую мышцами, действующими на верхнюю конечность, на грудную клетку. Он состоит из ключиц (или ключиц) спереди и лопаток (или лопаток) сзади.

Верхняя конечность содержит кости руки (от плеча до локтя), предплечья и кисти. Плечевая кость - самая большая и длинная кость верхней конечности. Он образует сустав с плечом и предплечьем в локтевом суставе. Предплечье простирается от локтя до запястья и состоит из двух костей. Рука включает кости запястья, ладони и кости пальцев.

Тазовый пояс прикрепляется к нижним конечностям осевого скелета. Поскольку тазовый пояс отвечает за вес тела и передвижение, он надежно прикреплен к осевому скелету прочными связками.Он также имеет глубокие лунки с прочными связками, которые надежно прикрепляются к бедренной кости. Тазовый пояс в основном состоит из двух больших тазобедренных костей. Тазобедренные кости соединяются в передней части тела в суставе, называемом лобковым симфизом, и с костями крестца в задней части тела.

Нижняя конечность состоит из бедра, голени и стопы. Кости нижних конечностей толще и прочнее, чем кости верхних конечностей, чтобы выдерживать весь вес тела и силы передвижения.Бедренная кость или бедренная кость - самая длинная, тяжелая и крепкая кость в теле. Бедро и таз образуют тазобедренный сустав. На другом конце бедренная кость вместе с большеберцовой костью и коленной чашечкой образуют коленный сустав.

Точка, в которой встречаются две или более костей, называется суставом или сочленением. Суставы отвечают за движение, такое как движение конечностей, и стабильность, например стабильность, присущую костям черепа.

Есть два способа классифицировать суставы: по их структуре или по их функции.Структурная классификация делит суставы на фиброзные, хрящевые и синовиальные суставы в зависимости от материала, из которого состоит сустав, а также наличия или отсутствия полости в суставе. Кости фиброзных суставов скрепляются волокнистой соединительной тканью. Между костями нет полости или пространства, поэтому большинство фиброзных суставов вообще не двигаются или способны к незначительным движениям. Суставы между костями черепа и между зубами и костью их лунок являются примерами фиброзных суставов (Рисунок 11.26 a ).

Хрящевые суставы - это суставы, в которых кости соединены хрящами (рис. 11.26 b ). Пример можно найти в суставах между позвонками, так называемых «дисках» позвоночника. Хрящевые суставы позволяют очень мало двигаться.

Синовиальные суставы - единственные суставы, у которых есть пространство между соседними костями (рис. 11.26 c ). Это пространство называется суставной полостью и заполнено жидкостью. Жидкость смазывает сустав, уменьшая трение между костями и обеспечивая большее движение.Концы костей покрыты хрящом, а весь сустав окружен капсулой. Синовиальные суставы способны к наибольшему движению из всех типов суставов. Колени, локти и плечи являются примерами синовиальных суставов.

Рис. 11.26 (а) Швы - это фиброзные суставы, обнаруживаемые только в черепе. (б) Хрящевые суставы - это кости, соединенные хрящом, например, между позвонками. (c) Синовиальные суставы - единственные суставы, которые имеют пространство или «синовиальную полость» в суставе.

Широкий диапазон движений, допускаемый синовиальными суставами, обеспечивает различные типы движений.Угловые движения возникают при изменении угла между костями сустава. Сгибание или сгибание происходит при уменьшении угла между костями. Подъем предплечья вверх в локтевом суставе - это пример сгибания. Разгибание противоположно сгибанию, поскольку угол между костями сустава увеличивается. Вращательное движение - это движение кости, когда она вращается вокруг своей продольной оси. Движение головы, как если бы вы говорили «нет», - это пример вращения.

Ревматолог

Ревматологи - это врачи, специализирующиеся на диагностике и лечении заболеваний суставов, мышц и костей.Они диагностируют и лечат такие заболевания, как артрит, нарушения опорно-двигательного аппарата, остеопороз, а также аутоиммунные заболевания, такие как анкилозирующий спондилит, хроническое воспалительное заболевание позвоночника и ревматоидный артрит.

Ревматоидный артрит (РА) - это воспалительное заболевание, которое в первую очередь поражает синовиальные суставы рук, ног и шейный отдел позвоночника. Пораженные суставы опухают, становятся жесткими и болезненными. Хотя известно, что РА является аутоиммунным заболеванием, при котором иммунная система организма по ошибке атакует здоровые ткани, точная причина РА остается неизвестной.Иммунные клетки из крови попадают в суставы и суставную капсулу, вызывая разрушение хряща и отек суставной оболочки. Из-за разрушения хряща кости трутся друг о друга, вызывая боль. РА чаще встречается у женщин, чем у мужчин, и возраст начала обычно составляет от 40 до 50 лет.

Ревматологи могут диагностировать РА на основании таких симптомов, как воспаление и боль в суставах, рентгеновских снимков и МРТ, а также анализов крови. Артрография - это вид медицинской визуализации суставов с использованием контрастного вещества, такого как краситель, непрозрачный для рентгеновских лучей.Это позволяет визуализировать структуры мягких тканей суставов, такие как хрящи, сухожилия и связки. Артрограмма отличается от обычного рентгена тем, что помимо костей сустава показывает поверхность мягких тканей, выстилающих сустав. Артрограмма позволяет выявить ранние дегенеративные изменения суставного хряща до того, как будут затронуты кости.

В настоящее время нет лекарства от РА; однако у ревматологов есть несколько вариантов лечения. Процедуры делятся на те, которые уменьшают симптомы болезни, и те, которые уменьшают повреждение костей и хрящей, вызванное заболеванием.Ранние стадии можно лечить остальными пораженными суставами с помощью трости или суставных шин, которые минимизируют воспаление. Когда воспаление уменьшилось, можно использовать упражнения для укрепления мышц, окружающих сустав, и для поддержания гибкости суставов. Если поражение суставов более обширное, можно использовать лекарства для облегчения боли и уменьшения воспаления. Противовоспалительные препараты, которые можно использовать, включают аспирин, местные обезболивающие и инъекции кортикостероидов. Операция может потребоваться в случаях тяжелого повреждения сустава.В настоящее время врачи используют лекарства, которые уменьшают повреждение костей и хрящей, вызванное заболеванием, чтобы замедлить его развитие. Эти препараты разнообразны по своим механизмам, но все они действуют, чтобы уменьшить влияние аутоиммунного ответа, например, путем ингибирования воспалительного ответа или уменьшения количества Т-лимфоцитов, клетки иммунной системы.

Мышцы позволяют совершать движения, такие как ходьба, а также облегчают такие процессы организма, как дыхание и пищеварение. Тело состоит из трех типов мышечной ткани: скелетных мышц, сердечных мышц и гладких мышц (Рисунок 11.27).

Рис. 11.27 Тело состоит из трех типов мышечной ткани: скелетной мышцы, гладкой мышцы и сердечной мышцы. Обратите внимание, что клетки скелетных мышц длинные и цилиндрические, они имеют несколько ядер, а маленькие темные ядра выдвинуты к периферии клетки. Гладкомышечные клетки короткие, суженные на каждом конце и имеют только одно ядро ​​каждое. Клетки сердечной мышцы тоже имеют цилиндрическую форму, но короткие. Цитоплазма может ветвиться, и у них есть одно или два ядра в центре клетки.(кредит: модификация работы NCI, NIH; данные шкалы от Мэтта Рассела)

Ткань скелетных мышц образует скелетные мышцы, которые прикрепляются к костям, а иногда и к коже, и контролируют передвижение и любое другое движение, которое можно сознательно контролировать. Скелетную мышцу также называют произвольной мышцей, поскольку ею можно намеренно управлять. При просмотре под микроскопом ткань скелетных мышц имеет полосатый или полосатый вид. Этот вид является результатом расположения белков внутри клетки, ответственных за сокращение.Клетки скелетной мускулатуры длинные и сужающиеся, с множеством ядер на периферии каждой клетки.

Гладкая мышечная ткань встречается в стенках полых органов, таких как кишечник, желудок и мочевой пузырь, а также вокруг проходов, например, в дыхательных путях и кровеносных сосудах. Гладкая мышца не имеет бороздок, не находится под произвольным контролем и называется непроизвольной мышцей. Гладкомышечные клетки имеют одно ядро.

Ткань сердечной мышцы находится только в сердце.Сокращения сердечной мышечной ткани перекачивают кровь по всему телу и поддерживают кровяное давление. Как и скелетная мышца, сердечная мышца имеет поперечно-полосатую форму, но в отличие от скелетных мышц, сердечная мышца не может контролироваться сознательно и называется непроизвольной мышцей. Клетки сердечной мышечной ткани связаны друг с другом вставными дисками и обычно имеют только одно ядро ​​на клетку.

Каждое волокно скелетных мышц представляет собой клетку скелетных мышц. Внутри каждого мышечного волокна находятся миофибриллы, длинные цилиндрические структуры, расположенные параллельно мышечному волокну.Миофибриллы проходят по всей длине мышечного волокна. Они прикрепляются к плазматической мембране, называемой сарколеммой, на своих концах, так что по мере укорачивания миофибрилл сокращается вся мышечная клетка (рис. 11.28).

Рис. 11.28 Волокно скелетных мышц окружено плазматической мембраной, называемой сарколеммой, с цитоплазмой, называемой саркоплазмой. Мышечное волокно состоит из множества фибрилл, упакованных в упорядоченные единицы. Упорядоченное расположение белков в каждой единице, показанное красными и синими линиями, придает клетке полосатый вид.

Поперечно-полосатый вид ткани скелетных мышц является результатом повторяющихся полос белков актина и миозина, которые встречаются по длине миофибрилл.

Миофибриллы состоят из более мелких структур, называемых миофиламентами. Существует два основных типа миофиламентов: толстые нити и тонкие нити. Толстые нити состоят из белкового миозина. Основным компонентом тонких филаментов является белок актин.

Толстые и тонкие волокна чередуются друг с другом в структуре, называемой саркомером.Саркомер - это единица сокращения мышечной клетки. Сокращение стимулируется электрохимическим сигналом нервной клетки, связанной с мышечным волокном. Чтобы мышечная клетка сократилась, саркомер должен укорачиваться. Однако толстые и тонкие нити не укорачиваются. Вместо этого они скользят друг по другу, заставляя саркомер укорачиваться, а нити остаются той же длины. Скольжение достигается, когда молекулярное расширение миозина, называемое головкой миозина, временно связывается с актиновой нитью рядом с ней и, изменяя конформацию, изгибается, таща две нити в противоположных направлениях.Затем миозиновая головка высвобождает актиновую нить, расслабляется, а затем повторяет процесс, таща две нити друг за другом. Комбинированная активность многих участков связывания и повторяющиеся движения внутри саркомера заставляют его сокращаться. Скоординированные сокращения многих саркомеров в миофибрилле приводят к сокращению всей мышечной клетки и, в конечном итоге, самой мышцы. Движение головки миозина требует АТФ, который обеспечивает энергию для сокращения.

Концепция в действии


Просмотрите эту анимацию, чтобы увидеть, как организованы мышечные волокна.

Модель сжатия скользящей нити

Чтобы мышечная клетка сократилась, саркомер должен укорачиваться. Однако толстые и тонкие нити - компоненты саркомеров - не укорачиваются. Вместо этого они скользят друг по другу, заставляя саркомер укорачиваться, а нити остаются той же длины. Теория мышечного сокращения скользящей нити была разработана с учетом различий, наблюдаемых в названных полосах на саркомере при разной степени сокращения и расслабления мышц.Механизм сокращения - это связывание миозина с актином, образуя поперечные мостики, которые генерируют движение филаментов (рис. 11.29).

Рисунок 11.29.
Когда (а) саркомер (б) сокращается, линии Z сдвигаются ближе друг к другу, а полоса I становится меньше. Полоса А остается той же ширины, и при полном сокращении тонкие нити перекрываются.

Когда саркомер укорачивается, некоторые области укорачиваются, тогда как другие остаются той же длины. Саркомер определяется как расстояние между двумя последовательными Z-дисками или Z-линиями; когда мышца сокращается, расстояние между Z-дисками уменьшается.Зона H - центральная область зоны A - содержит только толстые волокна и укорачивается при сокращении. Полоса I содержит только тонкие нити и также укорачивается. Полоса А не укорачивается - она ​​остается той же длины, - но полосы А разных саркомеров сближаются во время сокращения и в конечном итоге исчезают. Тонкие нити тянутся толстыми нитями к центру саркомера, пока Z-диски не приблизятся к толстым нитям. Зона перекрытия, в которой тонкие волокна и толстые волокна занимают одну и ту же площадь, увеличивается по мере продвижения тонких волокон внутрь.

АТФ и сокращение мышц

Движение сокращения мышц происходит, когда миозиновые головки связываются с актином и тянут актин внутрь. Это действие требует энергии, которую обеспечивает АТФ. Миозин связывается с актином в сайте связывания на глобулярном белке актина. Миозин имеет еще один сайт связывания АТФ, в котором ферментативная активность гидролизует АТФ до АДФ, высвобождая молекулу неорганического фосфата и энергию.

Связывание АТФ заставляет миозин высвобождать актин, позволяя актину и миозину отделяться друг от друга.После этого вновь связанный АТФ превращается в АДФ и неорганический фосфат, P i . Фермент в сайте связывания миозина называется АТФаза. Энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ, изменяет угол наклона миозиновой головки в «взведенное» положение. Головка миозина тогда находится в положении для дальнейшего движения, обладая потенциальной энергией, но ADP и P i все еще прикреплены. Если сайты связывания актина закрыты и недоступны, миозин останется в высокоэнергетической конфигурации с гидролизованным АТФ, но все еще присоединенным.

Если сайты связывания актина открыты, образуется поперечный мостик; то есть головка миозина охватывает расстояние между молекулами актина и миозина. Затем высвобождается P и , позволяя миозину расходовать накопленную энергию в качестве конформационного изменения. Головка миозина движется к линии М, увлекая за собой актин. Когда актин вытягивается, волокна перемещаются примерно на 10 нм в сторону M-линии. Это движение называется рабочим ходом, так как это шаг, на котором создается сила.Когда актин тянется к линии M, саркомер укорачивается, а мышца сокращается.

Когда миозиновая головка «взведена», она содержит энергию и находится в высокоэнергетической конфигурации. Эта энергия расходуется, когда миозиновая головка движется во время силового удара; в конце силового удара миозиновая головка находится в низкоэнергетическом положении. После силового удара ADP высвобождается; однако образовавшийся поперечный мостик все еще на месте, а актин и миозин связаны вместе. Затем АТФ может присоединяться к миозину, что позволяет возобновить цикл поперечного моста, и может произойти дальнейшее сокращение мышц (Рисунок 11.30).

Концепция в действии


Посмотрите это видео, в котором объясняется, как сигнализируется сокращение мышцы.

Скелет человека - это эндоскелет, состоящий из осевого и аппендикулярного скелета. Осевой скелет состоит из костей черепа, косточек уха, подъязычной кости, позвоночника и грудной клетки. Череп состоит из восьми черепных костей и 14 лицевых костей. Шесть костей составляют косточки среднего уха, а подъязычная кость расположена на шее под нижней челюстью.Позвоночный столб состоит из 26 костей, окружает и защищает спинной мозг. Грудная клетка состоит из грудины, ребер, грудных позвонков и реберных хрящей. Аппендикулярный скелет состоит из верхних и нижних конечностей. Грудной пояс состоит из ключиц и лопаток. Верхняя конечность состоит из 30 костей руки, предплечья и кисти. Тазовый пояс прикрепляет нижние конечности к осевому каркасу. Нижняя конечность включает кости бедра, голени и стопы.

Структурная классификация суставов делит их на фиброзные, хрящевые и синовиальные суставы. Кости фиброзных суставов скрепляются волокнистой соединительной тканью. Хрящевые суставы - это суставы, в которых кости соединены хрящом. Синовиальные суставы - это суставы, у которых есть пространство между соседними костями. Движение синовиальных суставов бывает угловым и вращательным. Угловые движения возникают при изменении угла между костями сустава. Вращательное движение - это движение кости, когда она вращается вокруг своей продольной оси.

Тело состоит из трех типов мышечной ткани: скелетных мышц, сердечных мышц и гладких мышц. Мышцы состоят из отдельных клеток, называемых мышечными волокнами. Мышечные волокна состоят из миофиламентов, состоящих из белков актина и миозина, расположенных в единицах, называемых саркомерами. Сокращение мышцы происходит за счет комбинированного действия волокон миозина и актина, скользящих друг мимо друга, когда миозиновые головки связываются с волокном актина, изгибаются, разъединяются, а затем повторяют процесс.

Глоссарий

аппендикулярный скелет: скелет, состоящий из костей верхних конечностей, которые служат для захвата предметов и манипулирования ими, и нижних конечностей, которые позволяют передвижение.

слуховые косточки: (также кости среднего уха) кости, которые преобразуют звуки из воздуха в вибрации в заполненной жидкостью улитке

осевой скелет: скелет, который образует центральную ось тела и включает кости черепа, косточки среднего уха, подъязычную кость горла, позвоночный столб и грудную клетку (грудную клетку)

ткань сердечной мышцы: мышечная ткань, обнаруженная только в сердце; сердечные сокращения перекачивают кровь по всему телу и поддерживают кровяное давление

хрящевой сустав: сустав, в котором кости соединены хрящом

фиброзный сустав: сустав, скрепленный волокнистой соединительной тканью

подъязычная кость: кость, которая находится ниже нижней челюсти в передней части шеи

сустав: точка, в которой две или более костей встречаются

миофибриллы: длинные цилиндрические структуры, расположенные параллельно мышечным волокнам

миофиламент: небольшие структуры, из которых состоят миофибриллы

грудной пояс: кости, передающие силу, создаваемую верхними конечностями, на осевой скелет

тазовый пояс: кости, передающие силу, создаваемую нижними конечностями, на осевой скелет

сарколемма: плазматическая мембрана волокна скелетных мышц

саркомер: функциональная единица скелетной мускулатуры

Ткань скелетных мышц: образует скелетные мышцы, которые прикрепляются к костям и контролируют передвижение и любое движение, которое можно сознательно контролировать

череп: кость, которая поддерживает структуры лица и защищает мозг

гладкая мышечная ткань: мышца, которая находится в стенках полых органов, таких как кишечник, желудок и мочевой пузырь, а также вокруг проходов, таких как дыхательные пути и кровеносные сосуды

синовиальных суставов: единственных суставов, у которых есть пространство между соседними костями

грудная клетка: (также грудная клетка) скелет грудной клетки, состоящий из ребер, грудных позвонков, грудины и реберных хрящей

позвоночник: (также позвоночник) столб, который окружает и защищает спинной мозг, поддерживает голову и действует как точка крепления для ребер и мышц спины и шеи

12.2 Введение в мышечную систему - Биология человека

Создано CK-12 Foundation / Адаптировано Кристин Миллер

Рисунок 12.2.1 Наталья Заболотная, Олимпиада-2012.

Приводит ли слово мускул к мысли о хорошо развитой мускулатуре штангиста, как у женщины на рис. 12.2.1? Ее зовут Наталья Заболотная, она российская олимпийская чемпионка. Мышцы, которые используются для подъема тяжестей, легко ощутить и увидеть, но это не единственные мышцы в человеческом теле.Многие мышцы находятся глубоко внутри тела, где они образуют стенки внутренних органов и других структур. Вы можете сгибать бицепсы по своему желанию, но вы не можете контролировать внутренние мышцы, как эти. Хорошо, что эти внутренние мышцы работают без каких-либо сознательных усилий с вашей стороны, потому что движение этих мышц необходимо для выживания. Мышцы - это органы мышечной системы.

Мышечная система состоит из всех мышц тела. Наибольший процент мышц в мышечной системе составляют скелетные мышцы, прикрепленные к костям и обеспечивающие произвольные движения тела (показано на рисунке 12.2.2). В теле человека почти 650 скелетных мышц, многие из которых показаны на рис. 12.2.2. Помимо скелетных мышц, мышечная система также включает сердечную мышцу, которая составляет стенки сердца, и гладкие мышцы, которые контролируют движения в других внутренних органах и структурах.

Рис. 12.2.2 Многие скелетные мышцы в мышечной системе человека показаны на этом рисунке человеческого тела.

Структура и функция мышц

Мышцы - это органы, состоящие в основном из мышечных клеток, которые также называются мышечных волокон, (в основном в скелетных и сердечных мышцах) или миоцитов, (в основном в гладких мышцах).Мышечные клетки - это длинные тонкие клетки, которые выполняют функцию сокращения. Они содержат белковые нити, которые скользят друг по другу, используя энергию АТФ. Скользящие нити увеличивают напряжение в мышечных клетках или укорачивают их длину, вызывая сокращение. Сокращения мышц ответственны практически за всех движений тела, как изнутри, так и снаружи.

Скелетные мышцы прикрепляются к костям скелета. Когда эти мышцы сокращаются, они двигают тело.Они позволяют нам использовать наши конечности по-разному, от ходьбы до поворота колес телеги. Скелетные мышцы также поддерживают осанку и помогают нам сохранять равновесие.

Гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов сокращаются, вызывая сужение сосудов, что может помочь сохранить тепло тела. Расслабление этих мышц вызывает расширение сосудов, что может помочь телу терять тепло. В органах пищеварительной системы гладкие мышцы проталкивают пищу через желудочно-кишечный тракт, последовательно сокращаясь, образуя волну мышечных сокращений, называемую перистальтикой . Подумайте о том, как распылять зубную пасту через тюбик, последовательно прикладывая давление от дна тюбика к верху, и вы получите хорошее представление о том, как пища перемещается мышцами через пищеварительную систему. Перистальтика гладких мышц также перемещает мочу по мочевыводящим путям.

Ткань сердечной мышцы находится только в стенках сердца. Когда сердечная мышца сокращается, это заставляет сердце биться. Насосное действие бьющегося сердца поддерживает кровоток в сердечно-сосудистой системе.

Мышцы могут увеличиваться, или гипертрофируются. Обычно это происходит из-за повышенного употребления, хотя гормональные и другие факторы также могут иметь значение. Например, повышение уровня тестостерона у мужчин в период полового созревания вызывает значительное увеличение размера мышц. Физические упражнения, включающие весовые нагрузки или тренировки с отягощениями, могут увеличить размер скелетных мышц практически у всех. Упражнения (например, бег), которые увеличивают частоту сердечных сокращений, также могут увеличивать размер и силу сердечной мышцы.Размер мышцы, в свою очередь, является основным фактором, определяющим мышечную силу, которую можно измерить силой, которую может приложить мышца.

Мышцы также могут уменьшаться в размере или атрофироваться , что может происходить из-за недостатка физической активности или от голода. Люди, находящиеся в неподвижном состоянии на любой срок - например, из-за перелома кости или хирургического вмешательства, - относительно быстро теряют мышечную массу. Люди в концентрационных лагерях или лагерях голода могут быть настолько истощены, что теряют большую часть своей мышечной массы, становясь почти буквально «кожей и костями».«Астронавты на Международной космической станции также могут потерять значительную мышечную массу из-за невесомости в космосе (см. Рис. 12.2.3).

Рис. 12.2.3 Для астронавтов важно выполнять упражнения на борту Международной космической станции, чтобы помочь противостоять потере мышечной массы, которая происходит из-за их невесомости без земной гравитации.

Многие заболевания, включая рак и СПИД, часто связаны с атрофией мышц. Атрофия мышц также бывает с возрастом. По мере взросления люди постепенно снижают способность поддерживать массу скелетных мышц, известную как саркопения . Точная причина саркопении неизвестна, но одна из возможных причин - снижение чувствительности к факторам роста, которые необходимы для поддержания мышечной массы. Поскольку размер мышц определяет силу, атрофия мышц вызывает соответствующее снижение мышечной силы.

И при гипертрофии, и при атрофии количество мышечных волокон не изменяется. Что меняется, так это размер мышечных волокон. При гипертрофии мышц отдельные волокна становятся шире. При атрофии мышц волокна становятся более узкими.

Мышцы не могут сокращаться сами по себе. Для сокращения скелетным мышцам требуется стимуляция двигательных нейронов. Точка, где моторный нейрон прикрепляется к мышце, называется нервно-мышечным соединением , . Допустим, вы решили поднять руку в классе. Ваш мозг посылает электрические сообщения через моторные нейроны к вашей руке и плечу. Моторные нейроны, в свою очередь, стимулируют сокращение мышечных волокон руки и плеча, заставляя руку подниматься.

Непроизвольные сокращения гладких и сердечных мышц также управляются электрическими импульсами, но в случае этих мышц импульсы исходят от вегетативной нервной системы (гладкие мышцы) или специализированных клеток сердца (сердечная мышца).Гормоны и некоторые другие факторы также влияют на непроизвольные сокращения сердечных и гладких мышц. Например, гормон борьбы или бегства адреналин увеличивает скорость сокращения сердечной мышцы, тем самым ускоряя сердцебиение.

Мышцы не могут двигать телом самостоятельно. Им нужна скелетная система, чтобы действовать. Эти две системы вместе часто называют опорно-двигательной системой . Скелетные мышцы прикреплены к скелету с помощью жестких соединительных тканей, называемых сухожилиями .Многие скелетные мышцы прикреплены к концам костей, которые встречаются в суставе. Мышцы охватывают сустав и соединяют кости. Когда мышцы сокращаются, они тянут кости, заставляя их двигаться. Скелетная система представляет собой систему рычагов, которые позволяют телу двигаться. Мышечная система обеспечивает силу, которая перемещает рычаги.

  • Мышечная система состоит из всех мышц тела. Существует три типа мышц: скелетная мышца (которая прикреплена к костям и обеспечивает произвольные движения тела), сердечная мышца (которая составляет стенки сердца и заставляет его биться) и гладкие мышцы (которые находятся в стенках сердца). внутренние органы и другие внутренние структуры и контролирует их движения).
  • Мышцы - это органы, состоящие в основном из мышечных клеток, которые также можно назвать мышечными волокнами или миоцитами. Мышечные клетки специализируются на функции сокращения, которое происходит, когда белковые нити внутри клеток скользят друг по другу, используя энергию АТФ.
  • Мышцы могут увеличиваться в размерах или гипертрофироваться. Обычно это происходит в результате более частого использования (физических упражнений), хотя гормональные и другие факторы также могут иметь значение. Мышцы также могут уменьшаться в размерах или атрофироваться. Это может произойти из-за неиспользования, голодания, некоторых болезней или старения.И при гипертрофии, и при атрофии изменяется размер, но не количество мышечных волокон. Размер мышц - главный фактор, определяющий мышечную силу.
  • Скелетным мышцам для сокращения нужен стимул мотонейронов, а для движения тела им нужна скелетная система. Непроизвольные сокращения сердечных и гладких мышц контролируются специальными клетками сердца, нервами вегетативной нервной системы, гормонами или другими факторами.
  1. Что такое мышечная система?
  2. Опишите мышечные клетки и их функции.
  3. Укажите три типа мышечной ткани и укажите, где находится каждый из них.
  4. Определите мышечную гипертрофию и мышечную атрофию.
  5. Каковы возможные причины гипертрофии мышц?
  6. Назовите три причины возможной атрофии мышц.
  7. Как изменяются мышцы, когда они увеличиваются или уменьшаются в размерах?
  8. Как изменение размера мышц влияет на силу?
  9. Объясните, почему космонавты могут легко терять мышечную массу в космосе.
  10. Опишите, как соотносятся друг с другом термины мышечные клетки , мышечные волокна и миоциты .
  11. Назовите две системы в теле, которые работают вместе с мышечной системой для выполнения движений.
  12. Опишите один из способов, которым мышечная система участвует в регулировании температуры тела.

Как работает ваша мышечная система - Эмма Брайс, TED-Ed, 2017.

Медицинская 3D-анимация - Перистальтика толстой кишки / кишечника || ABP ©, AnimatedBiomedical, 2013.

Мышцы имеют значение: д-р Брендан Иган на TEDxUCD, TEDx Talks, 2014 г.

Атрибуции

Рисунок 12.2.1

Natalia_Zabolotnaya_2012b Саймона Q на Wikimedia Commons используется под лицензией CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en).


Рисунок 12.2.2

Bougle_whole2_, ретушированный Бугле, Жюльеном из Национальной медицинской библиотеки (NLM) на Wikimedia Commons, находится в открытом доступе (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).

Рисунок 12.2,3

Daniel_Tani_iss016e027910, снимки НАСА / Международной космической станции на Викискладе находится в общественном достоянии (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).

Список литературы

AnimatedBiomedical. (2013, 30 января). 3D Медицинская анимация - Перистальтика толстой кишки / кишечника || ABP ©. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=Ujr0UAbyPS4&feature=youtu.be

Бугле, Ж. (1899). Le corps humain en grandeur naturelle: planches coloriées et superposées, avec texte explicatif.J. B. Baillière et fils. В Исторические анатомии в Интернете . http://www.nlm.nih.gov/exhibition/historicalanatomies/bougle_home.html

TED-Ed. (2017, 26 октября). Как работает ваша мышечная система - Эмма Брайс. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=VVL-8zr2hk4&feature=youtu.be

TEDx Talks. (2014, 27 июня). Мышцы имеют значение: доктор Брендан Иган из TEDxUCD. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=LkXwfTsqQgQ&feature=youtu.be

авторов Википедии.(2020, 15 июня). Наталья Заболотная. В Википедия. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Natalya_Zabolotnaya&oldid=962630409

Объяснение мышечной системы за 6 минут

Наша основная концепция здесь, на CTEskills.com, - предоставить вам необходимую информацию в ясной, краткой и точной форме. Это действительно отражено в одном из наших последних видео.

Мышечная система за 6 минут.

Мышечная система действительно очень сложна, как и все системы организма, но с помощью этого короткого видео вы должны хотя бы иметь общее представление о том, из чего состоит мышечная система, ее свойства и функции.

Для более глубокого изучения мышечной системы ищите будущие видеоролики CTE, в которых мы будем освещать такие темы, как 14 основных групп мышц, а также распространенные заболевания и состояния, характерные для мышечной системы.

Мышечная система - обзор

Мышечная система состоит из более 600 мышц. Хотя в этом обзорном видео мы не будем рассматривать все 600 с лишним отдельных мышц, мы будем обсуждать…

  • основные функции мышечной системы,
  • 5 типов мышечных движений
  • и как все это вместе составляет мышечную систему.

Основная цель мышечной системы - обеспечить движение тела. Мышцы получают способность перемещать тело через нервную систему.

Основные свойства мышечной системы

Мышечная система имеет 5 основных свойств

    1. Возбудимый или раздражительный: Мышцы возбудимы или раздражительны. Это означает, что они способны получать стимуляцию и реагировать на стимуляцию нервов.
    2. Контрактируемые: Контрактируемые. После стимуляции они могут сокращаться или сокращаться.
    3. Extensible: Растяжимость означает, что мышца может быть растянута без повреждения путем приложения силы.
    4. Эластичность: Обладая эластичностью, мышца может возвращаться к своей исходной форме покоя и длине после растяжения или сокращения.
    5. Приспособляемость: Мышечная система приспосабливаема в том смысле, что ее можно изменять в зависимости от того, как она используется.Например, мышца увеличится или подвергнется гипертрофии при увеличении нагрузки; но, с другой стороны, он может атрофироваться или исчезнуть, если его лишить работы.

Типы мышечных движений

Теперь давайте посмотрим на 5 типов мышечных движений.

  1. Приведение ... это перемещение части тела к средней линии тела.
  2. Похищение … отводит часть тела от тела.
  3. Сгибание … Сгибание означает сгибание сустава для уменьшения угла между двумя костями или двумя частями тела.
  4. Разгибание … разгибание - это выпрямление и разгибание сустава для увеличения угла между двумя костями или частями тела.
  5. Вращение … и, наконец, вращение включает перемещение части тела вокруг оси.

3 типа мышц

Мышечная система делится на три основных типа.Каждый из этих типов можно перемещать одним из двух способов. либо добровольно, либо непроизвольно.

  1. Сердечная мышца - Сердечная мышца - непроизвольная мышца; это означает, что он действует без какого-либо сознательного контроля.
  2. Висцеральные или гладкие мышцы также считаются непроизвольными - эти мышцы находятся в органах или системах органов, таких как пищеварительная или дыхательная система.
  3. Третий тип мышц - это Скелетная мышца . Это то, о чем мы обычно думаем, когда говорим о мышцах.Эти мышцы прикрепляются к скелету и дают скелету возможность двигаться. Скелетные мышцы классифицируются как произвольные. Это потому, что мы должны сделать сознательное усилие или принять решение, чтобы заставить их двигаться.

Опорные конструкции

Хотя мышцы, очевидно, составляют мышечную систему, все же есть некоторые поддерживающие структуры, на которые мы должны обратить внимание, которые также являются необходимой частью системы. Сухожилия и фасции являются важными поддерживающими структурами для скелетных мышц.

Проще говоря, сухожилия - это то, что прикрепляет мышцу к кости. Фасции соединяют мышцы с другими мышцами. Сухожилия и фасции работают вместе с мышцами, что создает мышечную систему, необходимую для движения.

Нервная система

Хотя технически это не часть одной и той же системы, нервная система внутренне связана с мышечной системой тела. Это важно для произвольных скелетных мышц.

Если связь нервной системы со скелетными мышцами прервана, скелетные мышцы не смогут производить движения для тела.Тело сейчас парализовано. Это называется квадриплегией. Единственный орган, который напрямую не зависит от нервной системы, - это сердечная мышца.

ЗАПИСЬ:

В человеческом теле более 600 сотен мускулов.

Мышечная система имеет 5 основных свойств.

  1. Возбудимый или раздражительный
  2. Контрактный
  3. Расширяемый
  4. Эластичность
  5. Адаптивность

Есть 5 типов движений мышц.

Есть 3 типа мышц; добровольное и недобровольное

  • Сердечная мышца - непроизвольная
  • Висцеральные или гладкие мышцы - непроизвольные
  • Скелетная мышца - произвольная

Опорные конструкции

Сухожилия и фасции являются важными поддерживающими структурами для скелетных мышц.

Нервная система неразрывно связана с мышечной системой тела.Это необходимо для произвольных скелетных мышц…

TRIVIA ВОПРОС: Как вы думаете, почему ваша походка меняется в состоянии алкогольного опьянения? Пьяные люди при ходьбе шатаются. Это почему? Влияет ли алкоголь на произвольные мышцы или нервную систему?

Закрытие

Теперь можно еще многое обсудить о мышечной системе, но это все, что мы пойдем в этом вводном видео. После просмотра этого видео вы должны хотя бы иметь общее представление о том, из чего состоит мышечная система, ее свойства и функции.

Для более глубокого изучения мышечной системы ищите будущие видеоролики CTE, в которых мы будем освещать такие темы, как 14 основных групп мышц, а также такие темы, как распространенные заболевания и состояния, характерные для мышечной системы.

.

Комментировать

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *