Движение. Биофизика

Разбор темы

Скелет человека

Скелет взрослого — около 206 костей. Отделы: скелет головы (череп: мозговой и лицевой), туловища (позвоночник — 33–34 позвонка в шейном, грудном, поясничном, крестцовом и копчиковом отделах; грудная клетка — 12 пар рёбер и грудина), поясов и свободных конечностей.

Состав кости: органические вещества (белок оссеин — упругость) и минеральные (соли кальция — твёрдость). У детей больше органики — кости гибкие, у пожилых больше минеральных веществ — кости хрупкие.

Рост кости в длину идёт за счёт хрящевых пластинок роста, в толщину — за счёт надкостницы. В губчатом веществе — красный костный мозг (кроветворение).

Соединения костей: неподвижные (швы черепа), полуподвижные (позвонки через межпозвоночные диски), подвижные (суставы).

Изгибы позвоночника (шейный и поясничный лордоз, грудной и крестцовый кифоз) смягчают толчки при ходьбе — признак прямохождения.

Мышцы

Скелетная (поперечнополосатая) ткань: многоядерные волокна, сокращается быстро и произвольно.

Сердечная (поперечнополосатая) ткань: клетки соединены вставочными дисками, работает непроизвольно и не утомляется, обладает автоматией.

Гладкая ткань: веретеновидные одноядерные клетки в стенках внутренних органов и сосудов, сокращается медленно и непроизвольно.

Мышцы работают парами-антагонистами: сгибатель (двуглавая мышца плеча — бицепс) и разгибатель (трёхглавая — трицепс).

Утомление связано с накоплением молочной кислоты и нехваткой O₂; тренировка увеличивает массу и выносливость мышц.

Механизм мышечного сокращения

Нервный импульс приходит к мышечному волокну через нервно-мышечный синапс.

Из саркоплазматического ретикулума выходят ионы Ca²⁺.

Головки миозина цепляются за актин и, расходуя АТФ, тянут актиновые нити к центру саркомера — нити скользят друг относительно друга (теория скользящих нитей). Саркомер укорачивается, длина самих нитей не меняется.

Когда Ca²⁺ закачивается обратно, мышца расслабляется. После смерти АТФ нет, головки миозина не отсоединяются — трупное окоченение.

Рычаги в организме

Кость — рычаг, сустав — точка опоры, мышца прикладывает силу.

Предплечье при сгибании — рычаг скорости: бицепс крепится близко к локтю (короткое плечо), поэтому мышце нужна сила в несколько раз больше веса груза, зато кисть движется быстро и с большим размахом.

Стопа при подъёме на носки — рычаг силы.

Движение одноклеточных и растений

Амёба — амёбоидное движение ложноножками; инфузория-туфелька — ресничками; эвглена, хламидомонада и сперматозоиды — жгутиками.

Растения в основном неподвижны, но двигают органы. Фототропизм: стебель изгибается к свету, потому что ауксин скапливается на затенённой стороне и стимулирует там рост клеток. Геотропизм: корень растёт вниз (положительный), стебель — вверх (отрицательный).

Настии: закрытие листьев мимозы при прикосновении (сейсмонастия), раскрытие цветков днём и закрытие ночью (фотонастия).

Биофизика

Биоэлектричество: снаружи клетки больше Na⁺, внутри — K⁺; натрий-калиевый насос поддерживает потенциал покоя ≈ −70 мВ. При возбуждении Na⁺ входит в клетку и возникает потенциал действия — нервный импульс. На этом основаны ЭКГ и ЭЭГ.

Давление: кровяное давление создаётся работой сердца; измеряется тонометром (метод Короткова), норма 120/80 мм рт. ст.

Оптика глаза: хрусталик — собирающая линза, на сетчатке получается уменьшенное перевёрнутое изображение. Близорукость (изображение перед сетчаткой) исправляют рассеивающими линзами, дальнозоркость — собирающими. Аккомодация — изменение кривизны хрусталика.

Звук: человек слышит 16–20 000 Гц; ниже — инфразвук, выше — ультразвук (УЗИ, эхолокация летучих мышей и дельфинов).

Состав кости и соединения костей 8 класс

Состав: ~30 % органических веществ, ~60 % минеральных, остальное вода. Опыт: кость в кислоте становится гибкой (ушли минеральные соли), прокалённая — хрупкой (сгорела органика).

Соединения: неподвижные (швы черепа), полуподвижные (позвонки — через хрящевые диски), подвижные — суставы (суставная сумка, хрящ, синовиальная жидкость).

Виды мышечной ткани 8 класс

Поперечнополосатая скелетная — быстрая, произвольная. Сердечная — поперечнополосатая, но непроизвольная, клетки соединены вставочными дисками. Гладкая — медленная, непроизвольная, стенки органов и сосудов.

Медленные (красные) волокна — много митохондрий и миоглобина, выносливость (марафон); быстрые (белые) — сила и скорость, быстро утомляются (спринт).

Осанка и плоскостопие 8 класс

Нарушения осанки: сколиоз (боковое искривление), кифоз, лордоз. Причины — неправильная поза за партой, тяжёлый рюкзак на одном плече, слабые мышцы спины.

Плоскостопие — уплощение свода стопы: свод теряет амортизацию. Профилактика — удобная обувь, ходьба босиком по неровной поверхности, упражнения.

Фотопериодизм и движения растений 7 класс

Фотопериодизм — реакция на длину дня: растения длинного дня цветут летом (пшеница, редис), короткого дня — осенью (хризантема).

Тропизмы — ростовые движения в сторону раздражителя (фототропизм, геотропизм); настии — движения независимо от направления (закрывание цветков на ночь).

Строение кости и виды суставов 8 класс

Трубчатая кость (плечевая, бедренная) состоит из тела — диафиза — и двух головок — эпифизов. Диафиз построен из плотного (компактного) вещества, внутри него — костномозговая полость с жёлтым костным мозгом (жировая ткань). Эпифизы заполнены губчатым веществом с красным костным мозгом и покрыты суставным хрящом. Снаружи кость покрыта надкостницей — плёнкой с сосудами и нервами, клетки которой обеспечивают рост кости в толщину и срастание при переломе. Кроме трубчатых, бывают плоские (лопатка, кости свода черепа), короткие (кости запястья) и смешанные (позвонки) кости.

Под микроскопом компактное вещество состоит из остеонов: вокруг центрального канала с сосудами и нервами концентрически лежат костные пластинки, а между ними в полостях — костные клетки. Губчатое вещество образовано костными перекладинами, расположенными по линиям нагрузки, — кость получается лёгкой, но прочной.

Суставы различают по форме суставных поверхностей и числу осей движения. Шаровидные — движения во всех направлениях (плечевой, тазобедренный); эллипсоидный — две оси (лучезапястный); седловидный — две оси (запястно-пястный сустав большого пальца, позволяющий противопоставлять его остальным); блоковидные — одна ось, сгибание и разгибание (межфаланговые, плечелоктевой); цилиндрический — вращение (сустав между первым и вторым шейными позвонками). Повреждения: растяжение связок, вывих (смещение костей в суставе), перелом; первая помощь — обездвижить конечность шиной, захватив два соседних сустава.

Органы движения животных 7 класс

Способ движения зависит от среды обитания. Дождевой червь ползает за счёт кожно-мускульного мешка: кольцевые и продольные мышцы сокращаются попеременно, давят на жидкость полости тела (гидроскелет), а щетинки цепляются за почву. Улитка скользит на мускулистой ноге, кальмар и осьминог движутся реактивно, выталкивая воду. У членистоногих наружный хитиновый скелет и членистые конечности, мышцы крепятся к скелету изнутри; насекомые — единственные беспозвоночные, способные летать.

У позвоночных скелет внутренний, мышцы крепятся к костям. Рыбы плавают, изгибая тело и хвост, а плавники служат рулями и стабилизаторами; земноводные прыгают на длинных задних конечностях и плавают; пресмыкающиеся ползают. У птиц передние конечности превратились в крылья, на грудине есть киль для крепления мощных грудных мышц, кости полые. Млекопитающие ходят, бегают, прыгают, летают (летучие мыши) и плавают (киты); их конечности расположены под телом.

Группы мышц и гиподинамия 8 класс

Скелетная мышца состоит из брюшка — пучков мышечных волокон, покрытых соединительнотканной оболочкой (фасцией), — и сухожилий, которыми она крепится к костям. Мышечное волокно — длинная многоядерная клетка, заполненная миофибриллами. В теле человека более 600 мышц.

Группы мышц: головы — жевательные (двигают нижнюю челюсть) и мимические (крепятся к коже, создают выражение лица); шеи; туловища — грудные, межрёберные, диафрагма, мышцы живота и спины, удерживающие позвоночник; верхних конечностей — дельтовидная (поднимает руку), двуглавая и трёхглавая мышцы плеча; нижних конечностей — ягодичные, четырёхглавая мышца бедра (разгибает голень), икроножная (поднимает пятку при ходьбе). Самая крупная мышца — большая ягодичная: она удерживает тело в вертикальном положении.

Гиподинамия — недостаток движения. Её последствия: мышцы слабеют и уменьшаются, кости теряют кальций, ухудшаются работа сердца и обмен веществ, появляются лишний вес, нарушения осанки и плоскостопие. Работа мышц бывает динамической (тело или груз перемещаются: ходьба, подъём гантели) и статической (поза удерживается: стояние, удержание груза); статическая работа утомляет быстрее.

Работа и утомление мышц: опыты И. М. Сеченова 9 класс

Механическая работа мышцы: $A=F\cdot h$ — сила (Н) на высоту подъёма груза (м), где сила тяжести груза F = m · g. Максимальную силу мышц кисти измеряют динамометром, выносливость — числом повторений или временем удержания груза до утомления. Опыты с эргографом (поднятие груза пальцем в заданном ритме) показали: наибольшая работа выполняется при средней нагрузке и среднем ритме, а слишком тяжёлый груз или слишком частый ритм быстро вызывают утомление.

Утомление — временное снижение работоспособности. Оно связано не только с накоплением молочной кислоты и нехваткой АТФ в мышце, но и с утомлением нервных центров. И. М. Сеченов установил, что утомлённая правая рука восстанавливается быстрее, если в перерыве работает левая рука, чем при полном покое, — это активный отдых. Поэтому умственную работу полезно чередовать с физкультминутками.

Саркомер: диски и зоны 10 класс

Миофибрилла под микроскопом исчерчена: тёмные диски A (анизотропные) чередуются со светлыми дисками I (изотропными). Длина диска A равна длине толстых миозиновых нитей; по его краям они перекрываются с тонкими актиновыми, а в центре диска A — светлая зона H, где есть только миозин, посередине которой — линия M. Диск I содержит только актин и разделён пополам линией Z, к которой крепятся актиновые нити. Саркомер — участок от одной линии Z до соседней.

При сокращении нити скользят: линии Z сближаются, диски I и зона H укорачиваются (при сильном сокращении зона H исчезает), а длина диска A не меняется, потому что не меняется длина миозиновых нитей. В покое места связывания на актине закрыты белком тропомиозином. Пришедшие ионы Ca²⁺ соединяются с белком тропонином, тот сдвигает тропомиозин, и головки миозина присоединяются к актину; каждый «гребок» головки расходует одну молекулу АТФ.