Основы физиологии человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА И ТУРИЗМА

Контрольная работа

По физиологии

Выполнила

студентка 3 курса

3 группы ИЗДО

Федянина Г.В.

Москва - 2011

1. Роль программирования и обратных связей в управлении движениями. Схема управления движениями Н. Бернштейна

В двигательной деятельности человека выделяют произвольные движения -- сознательно управляемые целенаправленные действия и непроизвольные движения, происходящие без контроля со стороны сознания и представляющие собой либо безусловные реакции, либо автоматизированные двигательные навыки. В основе управления произвольными движениями лежит их программирование и контроль их выполнения.

Программирование -- составление программы двигательных действий для достижения поставленных целей. Эти программы содержат набор двигательных актов и определяют последовательность их включения. Программированию всегда предшествует постановка цели -- предварительное моделирование мозгом будущего результата, которого следует достичь. Деятельность человека всегда протекает в определенных условиях, поэтому он вынужден соотносить поставленную цель с существующими условиями. Для этого он исследует исходную ситуацию или собирает информацию об обстановке, в которой предстоит добиться задуманного результата. Только после того, как человек сопоставит цель с условиями, в которых она должна быть достигнута, он переходит к формированию программы действий. В процессе формирования программы действий, достижение цели может быть разбито на промежуточные этапы, определены конкретные способы и тактические приемы действий, предметы окружающего мира, которые могут быть использованы в качестве средств, орудий, инвентаря на определенном этапе. Если для достижения поставленной цели важны траектория, скорость, темп, сила движения, то в программу закладываются и эти характеристики.

Таким образом, созданная программа двигательных действий является идеальной моделью, на которую человек ориентируется при достижении задуманного результата.

Подробная программа действий позволяет человеку представлять промежуточные результаты, и, если возможно, осуществлять контроль уже по ходу выполнения движения. Контрольный механизм состоит из:

а) получения информации о результатах отдельных двигательных операций по обратным каналам связи;

б) их сопоставления с промежуточными результатами, заложенными в программе;

в) в случае отклонения -- последующей коррекции в соответствии с данной программой. Если отклонения не произошло, то организм переходит к следующему этапу программы.

Таким образом, роль программирования и обратных связей заключается в возможности постоянного сравнения информации о результатах выполняемого действия, получаемой с помощью обратной связи, с параметрами данного действия, заложенными в программе, и в случае необходимости -- последующей их коррекции.

Все произвольные движения можно разделить на две группы: движения, скорость выполнения которых позволяет вносить коррекции в ходе их выполнения и кратковременные движения, текущая коррекция которых невозможна. В зависимости от этого выделяются два физиологических механизма управления произвольным движением: 1) рефлекторное кольцевое управление и 2) программное управление по механизму центральных команд (Солодков А.С. Сологуб Е.Б. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная. Учебник. Изд. 2-е, - М.: Олимпия Пресс, 2005, с. 65-66).

Рефлекторное кольцевое регулирование позволяет корректировать движение по ходу его выполнения. Такой механизм управления возможен при выполнении различных движений, не требующих высокой скорости их выполнения. С его помощью также корректируются положения тела. При невысокой скорости движения нервные центры успевают получать информацию о состоянии мышц и результатах их действий по различным афферентным путям (от проприорецепторов, зрительных, слуховых, вестибулярных и др. рецепторов) и вносить поправки в моторные команды. Из-за возможности корректировать движение по ходу его выполнения данный механизм регулирования называют кольцевым (замкнутой системой).

Программное управление по механизму центральных команд -- контроль за выполнением кратковременных движений (прыжков, бросков, ударов, метаний), когда организм не успевает обработать и использовать информацию, получаемую по афферентным каналам. Из-за невозможности внести коррективы в движение во время его выполнения, здесь наиболее важно предварительное программирование. Вся программа должна быть готова еще до начала двигательного акта, причем программирование движения должно отличаться большой точностью. При настрое на запрограммированное кратковременное движение активность во многих мышцах, участвующих в нём, возникает еще до начала движения. Если движение, во время выполнения, имеет какие-либо отклонения от заданных параметров, то возможность его коррекции существует лишь только при повторном его выполнении. Управление такими движениями осуществляется по так называемой открытой петле, потому как в данном механизме отсутствует замкнутое кольцо регуляции.

Схема управления движениями Н. Бернштейна.

Схема управления движениями, предложенная Н. Берштейном, показывает, из каких блоков состоит структура управления движением, какова роль каждого из них в этом процессе. Рассмотрим их по порядку.

Формирование образа движения, его цели и составление подробной программы осуществляется программирующими отделами. Данные процессы происходят в ассоциативной передне-лобной области коры, при участии мозжечка (латеральной области его коры) и базальных ядер (полосатое тело и бледное ядро).

Информация из программирующих отделов поступает через таламус в управляющие отделы, находящиеся в моторной и премоторной области коры.

Далее через исполнительные центры спинного мозга по мотонейронам сигнал поступает к рабочему органу -- мышцам, которые выполняют движения.

Находящиеся в мышцах проприорецепторы, а также рецепторы анализаторов по афферентным каналам передают информацию в ЦНС о параметрах и промежуточных (конечных) результатах совершаемого (совершенного) движения. Данный процесс в управлении движением называется обратной афферентацией.

По афферентным каналам информация поступает в аппарат сравнения, который находится в лобных долях, подкорковых ядрах (хвостатые тела) и других образованиях. Туда же поступают сигналы и из программирующего отдела. В данном аппарате сличается заданная программа с реальными результатами её выполнения. Если при сравнении выявляются отклонения движения от заданных параметров, то в аппарате сравнения возникают импульсы рассогласования. В соответствии с этими импульсами в управляющий отдел вносятся необходимые сенсорные коррекции. Если импульсов рассогласования не возникает, то сенсорные коррекции в управляющий отдел не поступают, и он даёт команду на выполнение следующего этапа программы.

Наличие обратных связей в схеме управления движением, а также возможности его коррекции позволяет сохранять запрограммированные параметры движения, его целенаправленность, несмотря на изменение условий его осуществления.

2. Механизм проведения возбуждения по нервам. Факторы, влияющие на скорость проведения возбуждения. Виды синаптических контактов, влияние различных медиаторов на постсинаптическую мембрану

Мембрана нервной клетки поляризована. В состоянии покоя она имеет положительный заряд на внешней стороне и отрицательный заряд на внутренней. Разность потенциалов зарядов на внешней и внутренней сторонах мембраны составляет примерно минус 70 милливольт (- 70 мВ). Такое состояние мембраны называется потенциалом покоя. Мембрана состоит из двойного слоя липидов. Через определенные отрезки липидный слой мембраны насквозь пронизывают белковые молекулы. Внутри белковых молекул имеются особые поры или ионные каналы. Через эти каналы могут проходить различные ионы (калий, натрий, хлор).

Раздражение нервной клетки порождает увеличение проницаемости мембраны для ионов натрия -- открывание натриевых каналов. По данным каналам положительно заряженные ионы натрия начинают проникать внутрь нейрона. В результате на внутренней стороне мембраны снижается электроотрицательность. Следовательно, уменьшается разность потенциалов между внешней и внутренней стороной мембраны, т.е. происходит её деполяризация.

Если раздражение нервной клетки было невелико (т.е. не достигло порога возбудимости), то открывается только малая часть натриевых каналов и происходит незначительное проникновение натрия внутрь клетки.

Если раздражение нервной клетки достигло порога возбудимости, то открывается значительная часть натриевых каналов. При этом происходит лавинообразное вхождение ионов натрия внутрь клетки. В результате внутренняя сторона мембраны на участке возбуждения оказывается заряженной положительно, а внешняя -- отрицательно. Происходит значительная деполяризация мембраны - не менее 20 мВ. При этом разность потенциалов зарядов на внешней и внутренней сторонах мембраны снижается примерно до минус 50 мВ. Такой уровень деполяризации мембраны называется потенциалом действия.

Исходя из вышесказанного, можно заметить, что воздействие раздражения на нерв действует по принципу "Всё -- или -- Ничего". Если величина раздражение ниже порога возбудимости (подпороговое раздражение), то потенциал действия не возникает. Если же раздражение нервной клетки достигло порога возбудимости (надпороговое раздражение), то возникает возбуждение и распространение нервного импульса.

Высокая натриевая проницаемость очень кратковременна. Она длится всего 1-2 миллисекунды, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины медленно нараставшая при возбуждении проницаемость для ионов калия. Положительно заряженные ионы калия по калиевым каналам устремляются наружу. В результате возникает резкое падение потенциала действия, восстанавливается поляризация мембраны. Однако, несмотря на восстановление поляризации, нейрон содержит избыток ионов натрия и испытывает дефицит в ионах калия. Поэтому окончательное восстановление потенциала покоя продолжается еще некоторое время. В этой стадии натрий-калиевый насос обеспечивает "откачку" избытка ионов натрия наружу и "закачку" потерянных ионов калия внутрь мембраны. В результате происходит полное восстановление исходного состояния -- потенциала покоя.

Потенциалы действия имеют способность распространяться вдоль по нервным волокнам. В нервном волокне потенциал действия является очень сильным раздражителем для соседних участков волокна. Амплитуда потенциала действия в 5 - 6 раз превышает пороговую величину деполяризации. Это обеспечивает высокую скорость и надежность проведения импульса.

Как уже было сказано, на возбужденном участке мембраны внешняя сторона оказывается заряженной отрицательно, а внутренняя - положительно. Соседние невозбужденные участки мембраны имеет обратное соотношение зарядов. В результате между двумя соседними участками возникают местные токи. Таким образом, возбуждение охватывает соседний участок -- на нем развивается деполяризация мембраны, увеличивается её ионная проницаемость, появляется потенциал действия. В исходной же зоне возбуждения восстанавливается потенциал покоя. Следовательно, с помощью местных токов происходит распространение возбуждения на соседние участки, т.е. проведение нервного импульса. По мере проведения амплитуда потенциала действия не уменьшается, т.е. возбуждение не затухает даже при большой длине нерва.

Волна возбуждения не может распространиться на соседний участок, через который она уже прошла. Мембрана на этом участке полностью теряет возбудимость, т.е. никакое раздражение в этот период не может вызвать развитие потенциала действия. Состояние полной невозбудимости называется абсолютной рефрактерностью. Свойство рефрактерности обеспечивает одностороннее проведение импульса. Вслед за периодом абсолютной рефрактерности следует период относительной рефрактерности, когда участок мембраны способен отвечать возбуждением (развитием потенциала действия) только на очень сильные раздражения. Постепенно возбудимость восстанавливается до нормального уровня.

Факторы, влияющие на скорость проведения возбуждения.

На скорость проведения возбуждения влияет наличие или отсутствие на нервном волокне миелиновой изолирующей оболочки. Мякотные волокна покрыты миелиновой изолирующей оболочкой. Ионные токи в них могут проходить только в областях перехватов Ранвье, где данная оболочка отсутствует. При проведении нервного импульса возбуждение возникает только в этих областях. Такое проведение импульса получило название сальтаторного. В безмякотных волокнах миелиновая оболочка отсутствует, и возбуждение охватывает последовательно каждый соседний участок нерва. Соответственно, скорость проведения нервного импульса будет выше в нервных волокнах с миелиновой оболочкой. На скорость проведения нервного импульса влияет также толщина нервного волокна. Более толстые нервные волокна проводят возбуждение с большей скоростью: у них расстояние между перехватами Ранвье больше и длиннее скачки. Наибольшую скорость проведения имеют двигательные и проприоцептивные нервные волокна.

Виды синаптических контактов, влияние различных медиаторов на постсинаптическую мембрану.

Взаимодействие нейронов между собой происходит через специальные образования -- синапсы. Многочисленные окончания аксона могут контактировать с аксонами других нейронов (аксоно-аксональный синапс), с их дендритами (аксонодендритический синапс), или с телом клетки (аксоносоматический синапс). Синаптический контакт между двумя дендритами называется дендродендритическим, между аксоном мотонейрона и волокном скелетной мышцы -- нервно-мышечным синапсом. Чем больше синапсов на нервной клетке, тем больше она воспринимает различных раздражений и, следовательно, шире сфера влияний на её деятельность и возможность участия в разнообразных реакциях организма. Особенно много синапсов в высших отделах нервной системы и именно у нейронов с наиболее сложными функциями.

В зависимости от характера воздействия на постсинаптическую мембрану различают возбуждающие и тормозящие синапсы.

В возбуждающих синапсах медиатор (например, ацетилхолин) высвобождается из пузырьков в синаптическую щель и взаимодействует с холинорецепторами постсинаптической мембраны, вызывая вхождение ионов натрия в клетку. При этом регистрируется кратковременное (около 1 мс) колебание мембранного потенциала в сторону деполяризации или возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Для возбуждения нейрона необходимо, чтобы ВПСП достиг порогового уровня. Для этого величина деполяризационного сдвига мембранного потенциала должна составлять не менее 10 мВ. Действие медиатора очень кратковременно (1-2 мс), после чего он расщепляется на неэффективные компоненты (например, ацетилхолин расщепляется ферментом холинэстеразой на холин и уксусную кислоту) или поглощается обратно пресинаптическими окончаниями (например, норадреналин).

В тормозящих синапсах медиаторы (например, гамма-аминомаслянная кислота - ГАМК), воздействуя на постсинаптическую мембрану, вызывает усиление выхода ионов калия из клетки и увеличение поляризации мембраны. При этом регистрируется кратковременное колебание мембранного потенциала в сторону гиперполяризации -- тормозящий постсинаптический потенциал (ТПСП). В результате нервная клетка оказываться заторможенной. Возбудить ее труднее, чем в исходном состоянии. Для этого понадобиться более сильное раздражение, чтобы достичь критического уровня деполяризации.

Разные медиаторы по-разному воздействуют на постсинаптическую мембрану. К возбуждающим медиаторам относятся ацетилхолин, адреналин, норадреналин, дофамин и др. К тормозящим медиаторам можно отнести, например, ГАМК, серотонин, глицин.

3. Строение и функции моторной (двигательной) сенсорной системы. Проприорецепторы скелетных мышц, их роль в управлении движениями

Двигательная сенсорная система служит для анализа состояния двигательного аппарата -- его движения и положения. Информация о степени сокращения скелетных мышц, натяжении сухожилий, изменении суставных углов необходима для регуляции двигательных актов и поз.

Двигательная сенсорная система состоит из следующих 3-х отделов;

1) периферический отдел, представленный проприорецепторами, расположенных в мышцах, сухожилиях и суставных сумках;

2) проводниковый отдел, который начинается афферентными нейронами, тела которых расположены в спинномозговых узлах. Один их отросток связан с рецепторами, другой входит в спинной мозг и передает проприоцептивные импульсы ко вторым нейронам в продолговатый мозг (часть путей от проприорецепторов направляется в кору мозжечка), а далее к третьим нейронам -- релейным ядрам таламуса (в промежуточный мозг);

3)корковый отдел находится в передней центральной извилине коры больших полушарий.

К проприорецепторам относятся мышечные веретена, сухожильные органы (органы Гольджи) и суставные рецепторы (рецепторы суставной капсулы и суставных связок). Все эти рецепторы представляют собой механорецепторы, специфическим раздражителем которых является их растяжение.

Рассмотрим более подробно проприорецепторы скелетных мышц.

Мышечные веретена прикрепляются к мышечным волокнам параллельно -- один конец к сухожилию, а другой к волокну. Каждое веретено покрыто капсулой из соединительной ткани, которая в центральной части расширяется и образует ядерную сумку. Внутри веретена содержится несколько (от 2 до 14) тонких внутриверетенных или так называемых интрафузальных мышечных волокон. Эти волокна в 2--3 раза тоньше обычных волокон скелетных мышц (экстрафузальных).

Интрафузальные волокна подразделяются на два типа: 1) длинные, толстые, с ядрами в ядерной сумке, которые связаны с наиболее толстыми и быстропроводящими афферентными нервными волокнами - они информируют о динамическом компоненте движения (скорости растяжения мышцы) и 2) короткие, тонкие, с ядрами, вытянутыми в цепочку, информирующие о статическом компоненте (удерживаемой в данный момент длине мышцы). Окончания афферентных нервных волокон намотаны на интрафузальные волокна рецептора. При растяжении скелетной мышцы происходит растяжение и мышечных рецепторов, которое деформирует окончания нервных волокон и вызывает появление в них нервных импульсов. При сокращении мышц (сближении концов веретен) возбуждение в мышечных веретенах не возникает. Частота проприоцептивной импульсации возрастает с увеличением растяжения мышцы, а также при увеличении скорости её растяжения. Тем самым мышечные веретена информируют нервные центры о длине мышцы и скорости её растяжения. Вследствие малой адаптации импульсация от мышечных веретен продолжается в течение всего периода поддержания растянутого состояния, что обеспечивает постоянную осведомленность центров о длине мышцы.

Чем более тонкие и координированные движения осуществляют мышцы, тем больше в них мышечных веретён: у человека в глубоких мышцах шеи, связывающих позвоночник с головой, среднее их число составляет 63, а в мышцах бедра и таза -- 5 веретён на 1 г массы мышцы.

ЦНС может тонко регулировать чувствительность проприорецепторов. Разряды мелких гамма-мотонейронов спинного мозга вызывают сокращение интрафузальных мышечных волокон по обе стороны от ядерной сумки веретена. В результате средняя несократимая часть мышечного веретена растягивается, и деформация отходящего отсюда нервного волокна вызывает повышение его возбудимости. При той же длине скелетной мышцы в нервные центры при этом будет поступать большее число афферентных импульсов. Это позволяет, во-первых, выделять проприоцептивную импульсацию на фоне другой афферентной информации и, во-вторых, увеличивать точность анализа состояния мышц. Повышение чувствительности веретен происходит во время движения и даже в предстартовом состоянии. Гамма-регуляция является основным способом настройки чувствительности мышечных веретен. В силу низкой возбудимости гамма-мотонейронов их активность в состоянии покоя выражена слабо, и активируется при произвольных движениях и вестибулярных реакциях. Чувствительность проприорецепторов повышается также при умеренных раздражениях симпатических волокон и выделении небольших доз адреналина.

Сухожильные органы расположены в месте перехода мышечных волокон в сухожилия. Сухожильные рецепторы (окончания нервных волокон) оплетают тонкие сухожильные волокна, окруженные капсулой. В отличие от мышечных веретен сухожильные органы расположены последовательно по отношению к мышечным волокнам (а в ряде случаев крепятся последовательно к мышечным веретенам). Благодаря такому расположению растяжение механорецепторов происходит при напряжении мышцы. Таким образом, в отличие от мышечных веретён, сухожильные рецепторы информируют нервные центры о степени напряжения мышц и скорости его развития.

Суставные рецепторы информируют о положении отдельных частей тела в пространстве и относительно друг друга. Эти рецепторы представляют собой свободные нервные окончания или окончания, заключенные в специальную капсулу. Их растяжение при изменении суставного угла вызывает импульсацию в афферентных волокнах. Одни суставные рецепторы посылают информацию о величине суставного угла, т.е. о положении сустава. Их импульсация продолжается в течение всего периода сохранения данного угла. Она тем большей частоты, чем больше сдвиг угла. Другие суставные рецепторы возбуждаются только в момент движения в суставе, т.е. посылают информацию о скорости движения. Частота их импульсации возрастает с увеличением скорости изменения суставного угла.

Сигнал, идущие от рецепторов мышечных веретен, сухожильных органов, суставных сумок и тактильных рецепторов кожи, называют кинестетическими, т.е. информирующими о движении тела. Их участие в произвольной регуляции движений различно. Сигналы от суставных рецепторов вызывают заметную реакцию в коре больших полушарий и хорошо осознаются. Благодаря им человек лучше воспринимает различия при движениях в суставах, чем различия в степени напряжения мышц при статических положениях или поддержании веса. Сигналы от других проприорецепторов, поступающие преимущественно в мозжечок, обеспечивают бессознательную регуляцию, подсознательный контроль движения и поз.

Литература

возбуждение нерв синаптический сенсорный

1. Физиология мышечной деятельности: Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Я. М. Коца. -- М.: Физкультура и спорт, 1982.

2. Солодков А. С., Сологуб Е. Б. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная: Учебник. Изд. 2-е, испр. и доп. -- М.: Олимпия Пресс, 2005.

3. Дж. Уилмор, Д. Костилл. Физиология спорта и двигательной активности. Учебник. -- Киев: Олимпийская литература, 1997.

Размещено на Allbest.ru