Біологія. 8 клас. Тагліна
§ 5. Особливості руху людини. Будова та функції м'язової системи
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
Деякі тварини постійно пересуваються на двох кінцівках, а людиноподібні мавпи лише час від часу використовують такий спосіб руху.
У яких ситуаціях тваринам вигідне двоноге пересування? Чому предки людини, перейшовши до життя в умовах савани 7-6 млн років тому, почали використовувати саме такий спосіб руху?
Особливості руху людини
Рух — одна з основних властивостей живого. Це динамічний процес переміщення тіла в просторі відносно інших тіл або частин тіла одна відносно іншої. Рух забезпечує ходіння, біг, стрибки, підйом вантажів та інші активності людини.
Особливістю рухів людини є прямоходіння, яке ще має назву біпедія. Предки людей, які жили 6-7 млн років тому в Африканській савані, уже пересувалися на двох кінцівках.
Існує кілька гіпотез, що пояснюють розвиток прямоходіння в предків людини, зокрема: перехід до життя в саванах (необхідність спостереження за небезпекою навколо та швидке пересування); балансування й економія енергії під час бігу відкритими просторами; вивільнення передніх кінцівок для праці, тобто виконання різних маніпуляцій (добування їжі, використання примітивних знарядь, наприклад, палиць і каміння для захисту).
Існують певні морфологічні ознаки, притаманні лише людині чи викопним видам предків людей. До цих ознак належать прямоходіння (біпедія), вільна кисть руки з протиставленим великим пальцем, що здатна до трудової діяльності, і відносно великий високорозвинений мозок.
Біпедія (з латини «бі» — два, «пед» — нога) — спосіб локомоції на двох ногах.
Проєкт «Створення та використання штучних кісток, суглобів та біонічних протезів»
rnk.com.ua/110454
Біомеханіка рухів людини
Скелетна система людини побудована, як система важелів різних типів. Пригадайте, що таке важіль і де його використовують.
Кістки-важелі скелета приводять у рух м’язи. На мал. 5.1 (с. 26) наведені приклади різних важелів опорно-рухової системи людини порівняно з простими механізмами. Наприклад, двоголовий м’яз плеча бере початок від лопатки — кістки, що є точкою опори й залишається нерухомою під час згинання передпліччя. Він прикріплюється до променевої кістки-важеля й приводить її в рух відносно точки опори та плечової кістки (мал. 5.1в). Аналогічно функціонує лопата, коли ми тримаємо її за верхній кінець, а прикладаємо зусилля до середини ручки лопати. У цьому випадку змінюється лише напрямок дії сили. Залежно від позиції точки опори, ми можемо виграти або в силі (опора — нижче середини), або у швидкості (опора — вище середини).
Робота в групі
Розгляньте приклади важелів в організмі людини та простих механізмів на мал 5.1а і 5.1б.
Опишіть їхню роботу за прикладом 5.1в, який наведено в тексті параграфа. За можливості, створіть модель важеля. Презентуйте свої напрацювання в класі.
Мал. 5.1. Різновиди важелів в опорно-руховій системі людини та простих механізмах: а — важелі першого типу; б — важелі другого типу; в — важелі третього типу
Завдання
Відкрийте зображення скелетів людини та шимпанзе.
Порівняйте особливості будови їхніх скелетів за такими характеристиками:
— вигини хребта;
— розміри, форма, товщина та масивність кісток: тазових, стегнових, великогомілкових;
— форма та вигин стопи;
— співвідношення довжини передніх і задніх кінцівок;
— будова кисті й пальців.
Зробіть висновки про зміни в будові скелета людини та значення цих пристосувань для прямоходіння.
Скелет людини
rnk.com.ua/107967
Скелет шимпанзе
rnk.com.ua/107968
Будова скелетних м'язів
В опорно-руховій системі дорослої людини розрізняють понад 600 м’язів. Кожен із них — це окремий орган, утворений посмугованою скелетною м’язовою та сполучною тканинами (мал. 5.2). Скелетна м’язова тканина складається з м’язових волокон — багатоядерних «клітин» циліндричної форми (мал. 5.3). Усередині м’язових волокон розміщені міофібрили — комплекси білків, що забезпечують скорочення. Головними скоротливими білками є актин і міозин. Для скорочення міофібрил, а отже, і м’язів, необхідні катіони Кальцію та енергія молекул АТФ.
Мал. 5.2. Будова скелетного м'яза
Дослідження мікроскопічної будови м'язової тканини
- 1. Замалюйте будову (мал. 5.3) м'язового волокна та зробіть необхідні підписи.
- 2. Налаштуйте мікроскоп, розгляньте будову посмугованої м'язової тканини на постійних препаратах або скористайтеся готовими зображеннями.
- 3. На препараті знайдіть м'язові волокна, ядра та поперечну смугастість.
- 4. У висновках зазначте назву складників м'язової тканини, їхню форму, кількість ядер, розташування цього типу тканини у вашому організмі.
М’язові волокна «склеюються» за допомогою прошарків сполучної тканини в пучки. Пучки м’язових волокон об’єднуються сполучною тканиною щораз у дедалі більші групи. Зовні м’яз вкритий плівкою зі сполучної тканини — фасцією, що відмежовує його від інших м’язів і дає змогу скорочуватися незалежно.
Мал. 5.3. Будова м'язового волокна посмугованої скелетної м'язової тканини
Прикріплення м'язів
М’язи прикріплюються до кісток, уплітаючись у них волокнами сполучної тканини або за допомогою сухожилля — щільного тяжу сполучної тканини. Сухожилля, яким м’яз бере початок від кістки-опори, — це головка м’яза. А те сухожилля, яким він прикріплюється до іншої кістки-важеля, — хвіст м’яза. Частина м’яза, що скорочується завдяки м’язовій тканині, називається черевце (мал. 5.4).
Мал. 5.4. Будова двоголового м'яза плеча
Групи скелетних м'язів
М’язи об’єднують у групи за їхнім розташуванням, особливостями будови та функцій (мал. 5.5). Серед м’язів голови та шиї розрізняють мімічні м’язи, що формують міміку для вираження емоцій. Жувальні м’язи кріпляться до нижньої щелепи, здійснюючи жувальні рухи.
Робота в групі
Використовуючи текст параграфа, мал. 5.5 і довідкову інформацію з мережі «Інтернет», створіть інфографіку «Різноманіття м'язів мого організму». Наведіть по одному прикладу м'яза, який за формою є: веретеноподібним, трикутним, квадратним, ромбоподібним, стрічкоподібним чи коловим; за розміром: довгим, коротким або широким; за функцією: згиначем, розгиначем, відвідним, привідним або обертачем.
Які м'язи за функціями є антагоністами («антонімами») чи синергістами («синонімами»)?
До м’язів тулуба належать м’язи грудної клітки та діафрагма (головний дихальний м’яз); м’язи спини та м’язи черевного преса (утримування внутрішніх органів, повороти).
До м’язів верхніх кінцівок належать дельтоподібний м’яз (відведення руки вбік); двоголовий м’яз плеча (згинання плеча й передпліччя в ліктьовому суглобі); триголовий м’яз плеча (розгинання плеча й передпліччя в ліктьовому суглобі); м’язи передпліччя (згиначі й розгиначі кисті та пальців); м’язи кисті (рухи пальців).
Серед м’язів нижніх кінцівок найпотужнішими є м’язи, що розгинають нижню кінцівку в суглобах. Вони протидіють силі тяжіння: великий сідничний м’яз, чотириголовий м’яз стегна (розгинання гомілки в колінному суглобі) та литковий м’яз (підйом стопи вгору «навшпиньки» зі згинанням у гомілковостопному суглобі). До згиначів належить, наприклад, двоголовий м’яз стегна (згинання гомілки в колінному суглобі). М’язи стопи здійснюють рухи пальців стопи.
Відкритий мікрофон
Які м'язи та чому особливо розвинені в людини як наслідок прямоходіння та вивільнення передніх кінцівок для праці?
Мал. 5.5. Основні м'язи людини
Індивідуальна робота
Перекладіть з англійської мови слова: muscle, delts, pecs, biceps, triceps, quads, calf / calves, glutes, abs; flex / bend / unbend. Знайдіть названі м'язи на мал. 5.5.
Особливості роботи м'язів
Скорочення м’язів потребує енергії, яка витрачається на виконання ними роботи, а решта — розсіюється у вигляді тепла. Постачальниками енергії для скорочення м’язів є молекули АТФ. Вони утворюються під час клітинного дихання в мітохондріях. Однак запасів кисню в м’язах і швидкості його надходження з крові вистачає лише на кілька хвилин інтенсивного навантаження. Після зниження рівня кисню м’язи отримують енергію шляхом молочнокислого бродіння глюкози з утворенням молочної кислоти. Так забезпечується тривала робота м’язів за умов нестачі кисню.
Сила м’яза — це максимальне напруження, яке він може розвинути. Вона залежить від кількості міофібрил (білків) і м’язових волокон, що припадають на поперечний переріз м’яза. Виміряти силу м’яза можна за допомогою динамометра або за максимальною масою вантажу, яку він здатен зрушити з місця.
М’язи характеризуються різною швидкістю скорочення — повільні або швидкі; витривалістю, яка залежить від тренованості м’язів і нервових центрів; і тонусом — станом постійного невеликого напруження м’яза, що змінюється залежно від рівня фізичної активності.
М’язи можуть працювати в різному режимі скорочення (мал. 5.6). Якщо м’яз перебуває в постійно напруженому стані, то це статична робота. Якщо ж скорочення м’яза чергуються з його розслабленням, то це динамічна робота.
Мал. 5.6. Різни види роботи м'язів
Дослідження
1. Візьміть два однакові предмети вагою до 3 кг (наприклад, гантелі) у дві руки. Однією рукою підніміть предмет і утримуйте його на висоті своїх плечей, а другий — опускайте та підіймайте, згинаючи руку в ліктьовому суглобі.
2. За допомогою телефону виміряйте час, коли швидше настає втома м'язів.
3. Порівняйте результати кількох учнів та учениць. Дайте відповіді на запитання: «Який вид роботи виконують м'язи кожної руки?», «Який із них більш утомливий?», «Як різниться швидкість настання втоми в різних учнів та учениць і як це можна пояснити?».
Після припинення роботи, що спричинила втому м’язів, відбувається їхнє відновлення та оновлення скоротливих білків — актину й міозину. Якщо м’язи впродовж щонайменше кількох тижнів постійно навантажуються динамічною роботою до розвитку втоми, то кількість міофібрил (білків) у м’язових волокнах збільшується. Вони стають товщими, тож зростають об’єм і маса м’язів.
Правила тренування м’язів
• Обов’язкова розминка.
• Оптимальне індивідуальне навантаження.
• Правильна техніка виконання кожної вправи.
• Чергування вправ на різні групи м’язів.
• Поступове збільшення навантаження, його тривалості та кількості повторень.
• Збалансоване харчування, що містить достатню кількість білків (протеїнів) та інших поживних речовин.
Завдання
Під час виконання вправи людина піднімає гантель масою 8 кг на висоту 50 см. Цю дію вона повторює в три підходи по 20 разів кожен.
Яку кількість енергії для цього витрачає м'яз, якщо його коефіцієнт корисної дії становить 60 %? На що витрачається решта 40 % енергії?
Для розрахунку роботи м'язів можна скористатися формулою роботи А = mgh.
Відкритий мікрофон
Попри стрімку популяризацію здорового способу життя, частина спортивних залів у світі стають неприбутковими. Запропонуйте креативну ідею / ідеї залучення нових клієнтів до спортзалів та зміну моделі їхньої роботи на більш привабливу.
Опорні точки
М'язи приводять у рух частини тіла одна відносно іншої. Вони переважно складаються з посмугованої м'язової тканини, що містить м'язові волокна з міофібрилами. У міофібрилах є скоротливі білки — актин та міозин. Особливістю рухів людини є прямоходіння й розвиток м'язів нижніх кінцівок та тулуба, що протидіють силі тяжіння і є розгиначами. Для нормального розвитку опорно-рухової системи необхідні регулярні фізична активність та збалансоване харчування.
Запитання і завдання
- 1. У складі скелета людини понад 200 кісток, а м’язів — більше ніж 600. Як ви вважаєте, чому м’язів утричі більше ніж кісток?
- 2. Які особливості опорно-рухового апарату людини з’явилися внаслідок прямоходіння?
- 3. Чим скелетні м’язи відрізняються від тих, що розміщені у внутрішніх органах?
- 4. Чи взаємопов’язані ріст м’язів та зміцнення кісток? Чому?
