Кто обладает наибольшая электропроводность тканей человека нервная или мышечная

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ — количественная характеристика способности живых объектов (тканей) проводить электрический ток. Электропроводность обратно пропорциональна величине электрического сопротивления системы.

Измерение электропроводимости биологических систем используют для получения информации о функциональном состоянии биол, тканей, для выявления воспалительных процессов, изменения проницаемости клеточных мембран и стенок сосудов при патологии или действии на организм физических, химических и других факторов (см. Проницаемость). Измерение электропроводимости биологических систем лежит в основе многих методов оценки кровенаполнения сосудов органов и тканей (см. Реография).

При подаче разности потенциалов (U) через объект течет электрический ток силой (I), величина которой пропорциональна электропроводности (G): I=GU. Величина электропроводности зависит от количества свободных электрических зарядов и их подвижности. Чем больше количество зарядов и их подвижность, тем больше электропроводность. В клетке основными свободными зарядами являются ионы калия и органические анноны, а снаружи клетки, в межклеточных пространствах и тканевых жидкостях — ионы натрия и хлора. В биологических жидкостях (кровь, спинномозговая жидкость, моча и т. д.) электропроводность пропорциональна содержанию в них свободных ионов. Связанные заряды (ионогенные группы белков, липидов, углеводов), перемещение которых ограничено, и крупные ионы с малой подвижностью не оказывают существенного влияния на величину электропроводимости биологических систем.

Электропроводность или сопротивление клеток, тканей, органов и целых организмов измеряют при пропускании через них постоянного или переменного синусоидальной формы тока, частота которого может изменяться от долей герца до 10 10 гц. При измерениях на переменном токе с круговой частотой ω (ω = 2πf, где f — частота в гц) общее сопротивление системы, или импеданс (см.), зависит от наличия границ раздела в системе, на которых может происходить накопление зарядов — поляризация (см.). Свойства границ раздела (в биологическом объекте это главным образом различные мембраны) могут быть описаны, если ввести понятие емкости С, сопротивление которой Хс (реактивное сопротивление в отличие от R — активного сопротивления) зависит от частоты, на которой производится измерение: Xс = 1/(ωC).

Общее сопротивление (Z) равно сумме сопротивлений реактивного Хc и активного R, если R и С соединены последовательно; при параллельном соединении R и С общее сопротивление рассчитывается по формуле:

Для измерения электрических характеристик биол. объекта применяют металлические или угольные электроды (см.), которые прикладывают к объекту с помощью жидкостного контакта — тонкого слоя хорошо проводящей жидкости, чаще всего — физиологического раствора. В ряде случаев, напр. при измерении электропроводности цитоплазматических мембран, один из электродов вводится внутрь клетки, а другой подводится к клетке снаружи (см. Микроэлектродный метод исследования). При измерении электропроводимости биологических систем на постоянном и переменном токах низкой частоты важно учитывать величину поляризации электродов, поскольку за счет электродной поляризации истинные электрические параметры биол, объекта могут значительно отличаться от измеренных. Величина поляризации электродов определяется плотностью тока, которая зависит от приложенной к системе разности потенциалов, сопротивления системы, площади измерительных электродов. Чем больше площадь электродов, тем меньше плотность тока и тем меньше искажения, вносимые в измерения электродами. Поэтому для уменьшения плотности тока используют электроды с большой эффективной поверхностью, в частности платиновые электроды, покрытые платиновой чернью (их губчатое покрытие увеличивает эффективную поверхность электродов в 100 — 1000 раз). Возможно применение и так называемых неполяризующихся электродов (например, каломельных, хлорсеребряных).

Для облегчения интерпретации получаемых результатов биологическую систему (ткани, суспензии клеток) часто представляют в виде модели — электрической схемы, состоящей из набора активных сопротивлений и емкостей, являющихся как бы эквивалентами биологических структур клеток или тканей, участвующих в проведении электрического тока.

Измерение электропроводимости биологических систем на постоянном токе из-за высокой степени поляризации мембран и электродов крайне затруднено. На низких частотах переменного тока большая часть тока протекает по межклеточным промежуткам. При увеличении частоты электрического тока реактивное сопротивление емкости падает, поляризационные явления уменьшаются. Зависимость сопротивления и емкости объекта от частоты получила название дисперсии (см.). На высоких частотах общее сопротивление системы зависит только от активных сопротивлений межклеточных пространств и цитоплазмы.

В медицине и биологии электропроводимость биологических систем чаще всего исследуют в области так называемой β-дисперсии, которая наблюдается в диапазоне частот 10 2 —10 8 гц и определяется поляризацией границ раздела и неоднородностью структуры объекта. Измерения электропроводимости биологических систем показали, что по мере повышения частоты электропроводность возрастает, достигая предельной величины. При переживании и отмирании ткани возрастает электропроводимость биологических систем на низких частотах. Это связано с тем, что при отмирании ткани растет проницаемость мембран для ионов, и они уже не являются границей, на которой может происходить поляризация. Основываясь на способности живой ткани к поляризации, Б. Н. Тарусов предложил в качестве критерия оценки жизнеспособности ткани использовать коэффициент К, численно равный отношению Rн/Rв где Rн и Rв — сопротивления ткани, измеренные соответственно на низкой и высокой частотах; при отмирании ткани он стремится к единице. Выбор частот для расчета К определяется диапазоном β-дисперсии: низкой частоте соответствует частота начала β-дисперсии, высокой — частота, при которой электропроводимость биологических систем достигает максимальной величины. Например, для мышечной ткани — это 10 3 и 10 6 гц, клеток крови и жировой ткани — 10 4 и 10 7 гц, кожи — 10 2 и 10 4 гц и т. д. На высоких частотах, когда активное и общее сопротивления не зависят от частоты, возможно исследование относительных изменений числа ионов в биол. системе, связанных с нарушением водно-солевого обмена.

Сопоставляя Данные, полученные при измерении на низких и высоких частотах, можно вычислить объем и ионную проводимость межклеточных пространств и цитоплазмы клеток, проницаемость мембран для ионов, емкостные характеристики мембраны. Если измерения проводятся в системе, где межклеточные пространства занимают достаточно большой объем (более 20—30%), например при измерениях электропроводности крови, то для вычисления параметров дисперсной фазы (эритроцитов) используют специальные формулы. Частоты, на которых наблюдается дисперсия, зависят от величины клеток и объема межклеточных пространств. Так, дисперсия электропроводимости биологических систем для клеток крови начинается на частотах порядка нескольких десятков килогерц, для мышечной ткани — несколько килогерц, жировой — сотен килогерц. При исследовании электрических характеристик плазматических мембран клеток дисперсия обнаруживается на частотах порядка нескольких десятков герц. Электрические характеристики тканей и органов на низких частотах зависят от неоднородности расположения клеток и межклеточных пространств и соотношения их объемов. Этот факт используется в реографии и реоэнцефалографии (см.) при исследовании изменений кровенаполнения ткани и эластических свойств стенок сосудов. Измерение электропроводимости биологических систем на низких частотах позволяет оценить изменения объема межклеточных пространств, в частности при развитии воспаления (см.). Так, на первых стадиях воспалительного процесса структура клеток изменяется незначительно, и импеданс клеток сохраняет свою величину. По мере набухания клеток и уменьшения объема межклеточных пространств происходит увеличение общего сопротивления системы. На более поздних стадиях развития воспаления импеданс системы уменьшается за счет возрастания проницаемости мембран для различных ионов.

Библиогр.: Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине, М., 1973; Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, с. 186, М., 1968; Гречин В. Б. и Боровикова В. Н. Медленные неэлектрические процессы в оценке функционального состояния мозга человека, с. 22, Л, 1982; Гуревич М. И. и др. Импедансная реоплетизмография, Киев, 1982; Егоров Ю. В. и Кузнецова Г. Д. Мозг как объемный проводник, М., 1976; Слынько П. П. Основы низкочастотной кондуктометрии в биологии, М., 1972; Хассет Дж. Введение в психофизиологию, пер. с англ., с. 53, М., 1981; Электроника и кибернетика в биологии и медицине, пер. с англ., под ред. П. К. Анохина, с. 71, М., 1963; Schwan Н. P. Electrical properties of tissue and cell suspensions, Advanc, biol. med. Phys., v. 5, p. 147, 1957.

Электропроводность — способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (электронов, ионов и др.). Электропроводность (L) является величиной, обратной электрическому сопротивлению (R).
При подаче на объект разности потенциалов (U) через него потечет электрический ток силой (I), величина которой пропорциональна электропроводности (L):
I = L • U или I = U / R.
Величина электропроводности зависит от количества электрических зарядов и их подвижности. Чем больше количество зарядов и их подвижность, тем больше электропроводность.
Вещества по отношению к постоянному току делят на проводники и диэлектрики. Проводники электрические — вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц. Они делятся на электронные (металлы), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение как электронов, так и ионов (например, плазма). Диэлектрики — твердые, жидкие и газообразные вещества, очень плохо проводящие электрический ток. Удельное сопротивление постоянному току у них составляет 108-1017 Ом • см. Особое место занимают полупроводники — вещества, электропроводность которых при обычных условиях весьма низка, но она резко возрастает с температурой. На их электропроводность влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, поток быстрых частиц и др.
Электропроводность живых тканей определяется концентрацией ионов и их подвижностью, которые весьма неодинаковы в различных тканях, в связи с чем биологические объекты обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков.
В межклеточной жидкости с максимальным содержанием ионов удельная электропроводность достаточно высока и составляет 1 См • м-1. Напротив, в цитозоле, содержащем органеллы и крупные белковые молекулы, она понижается до 0,003 См • м-1. Удельная электропроводность плазмолеммы и внутриклеточных мембран еще ниже (1-3) • 10-5 См • м-1. Удельная электропроводность целых органов и тканей существенно меньше, чем составляющих их сред. Ее наибольшие величины (0,6-2,0 См • м-1) имеют жидкие среды организма (кровь, лимфа, желчь, моча, спинно-мозговая жидкость), а также мышечная ткань (0,2 См • м-1). Напротив, удельная электропроводность костной, жировой, нервной ткани, а в особенности грубоволокнистой соединительной ткани и зубной эмали чрезвычайно низкая (10-3-10-6 См • м-1). Электропроводность кожи зависит от толщины состояния дериватов и содержания воды. Сухая кожа является плохим проводником электрического тока, тогда как влажная хорошо проводит его. В связи с тем, что постоянный ток распространяется по пути наименьшего сопротивления, то состояние электропроводности тканей и тесно с ней связанная поляризация существенно сказываются на происходящих в организме изменениях при гальванизации (см.), лекарственном электрофорезе (см. Электрофорез лекарственных веществ) и других электротерапевтических методах.
Значительно более сложный характер носит электропроводность клеток и тканей для переменного тока. Так как биологические объекты обладают как проводимостью, так и емкостью, то они будут характеризоваться как активным, так и реактивным сопротивлением, в сумме составляющими импеданс объекта. Импеданс биологической ткани зависит от частоты тока: при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается. Частотно-зависимый характер емкостного сопротивления является одной из причин зависимости импеданса биологических объектов от частоты тока, т.е. дисперсии импеданса. Изменение импеданса с частотой обусловлено также зависимостью поляризации от периода действия переменного тока. Если время, в течение которого электрическое поле направлено в одну сторону, больше времени релаксации какого-либо вида поляризации, то поляризация достигает своего максимального значения и вещество будет характеризоваться постоянными значениями диэлектрической проницаемости и проводимости. До тех пор, пока полупериод переменного тока больше времени релаксации, эффективная диэлектрическая проницаемость и проводимость объекта не будут изменяться с частотой. Если же при увеличении частоты полупериод переменного тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает уменьшаться с частотой, а проводимость возрастать. При значительном увеличении частоты данный вид поляризации практически будет отсутствовать, а диэлектрическая проницаемость и проводимость снова станут постоянными величинами.
При изучении частотных зависимостей сопротивления и емкости биологических объектов было обнаружено три области дисперсии: ?, ? и ?. ?-Дисперсия занимает область низких частот, примерно до 1 кГц. Ее объясняют поверхностной поляризацией клеток. По мере увеличения частоты переменного тока эффект поверхностной поляризации уменьшается, что проявляется как уменьшение диэлектрической проницаемости и сопротивления ткани. B-Дисперсия занимает более широкую область частот: 103-107 Гц. В прошлом для объяснения дисперсии диэлектрической проницаемости и сопротивления в данной области обращались к теориям дипольной и макроструктурной поляризации. В настоящее время для объяснения ?-дисперсии развивается электрохимическая (электролитическая) теория поляризации биологических объектов. Ценность данного подхода состоит в том, что он позволяет учитывать при описании электрических свойств биологических тканей клеточную проницаемость и наличие ионных потоков через мембрану.
Y-Дисперсия диэлектрической проницаемости и проводимости наблюдается на частотах выше 1000 МГц. Уменьшение диэлектрической проницаемости в данном диапазоне обусловлено ослаблением эффектов поляризации, вызываемой диполями воды.
Общая картина частотной зависимости электрических параметров сохраняется для всех тканей. Некоторые индивидуальные особенности ее определяются размерами и формой клеток, величиной их проницаемости, соотношением между объемом клеток и межклеточных пространств, концентрацией свободных ионов в клетках, содержанием свободной воды и др. Изменение состояния клеток и тканей, их возбуждение, изменение интенсивности метаболизма и других функций клеток приводит к изменению электропроводности биологических систем. В этой связи изменение электропроводности используют для получения информации о функциональном состоянии биологических тканей, для выявления воспалительных процессов, изменения проницаемости клеточных мембран и стенок сосудов при патологии или действии на организм различных факторов, для оценки кровенаполнения сосудов органов и тканей и др.
Дисперсия электрических свойств тканей, обусловленная состоянием заряженных частиц, играет важную роль в действии на организм лечебных физических факторов, в особенности переменных токов, электромагнитных полей и их составляющих. Они определяют их проникающую способность, селективность и механизмы поглощения энергии факторов, первичные механизмы их действия на организм.

Вопросы электробезопасности медицинской аппаратуры

В электрической сети действие на организм или органы оказывает электрический ток, то есть заряд, протекающий через биологический объект в единицу времени.

Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электродами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Электросопротивление можно смоделировать электрической цепью, представленной на рис. 23.1, состоящей из резисторов и конденсаторов, отображающих омические (R) и емкостные (С) свойства биологических тканей.

Рис. Эквивалентная электрическая схема тела между двумя касаниями (электродами)

Максимальные токи, которые возникнут при контакте с бытовой электросетью с напряжением 220 В, будут равны: 2,2 мА (сухая кожа), 146 мА ( мокрая кожа).

Ток 1 мА при прохождении через тело будет едва заметен, но ток 146 мА будет смертелен даже при кратковременном воздействии.

Сопротивление кожи R_Kсущественно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность, наличие раневого повреждения). Кроме того, на разных участках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление. Поэтому, учитывая изменчивость сопротивления кожи, принимают R_K = 0. Ток, протекающий через тело, рассчитывают по формуле

I = U/R_BH =U/1000 Ом.

При действии электрического тока на человека может иметь место электротравма. Наиболее чувствительными к электрическому току частями организма являются мозг, грудные мышцы и нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце. Поэтому последствия электротравмы зависят от того, какая часть тела оказалась включенной в электрическую цепь. Очень опасно, если электрический ток идет через сердце. Опасно и действие тока на кожу лица, где слабо развит роговой слой, обеспечивающий высокое сопротивление кожных покровов. Низким сопротивлением обладают слизистые оболочки.

Удельная электропроводность высокая (0,6-2,0 Ом –1 м –1 )	Удельная электропроводность низкая (10 –3 -10 –6 Ом –1 м –1 )
Кровь, лимфа, желчь, спинномозговая жидкость, моча, мышечная ткань, ткань головного мозга	Ткань костная, жировая, нервная, грубоволокнистая соединительная, зубная эмаль

Характер электротравмы зависит и от силы тока. Так, при включении в цепь обеих рук с органами грудной клетки, расположенными между ними, происходит следующее:

ток 10 мА вызывает сокращение мышц обеих рук;

ток 20 мА вызывает расстройства дыхания, связанные с те-таническим сокращением дыхательных мышц;

ток 80 мА вызывает нарушение сердечной деятельности;

ток 100-400 мА вызывает необратимые расстройства в функционировании возбудимых тканей сердца (одна из причин гибели при электротравме).

Все нормальные функции организма человека обусловлены электрическими взаимодействиями. Работа мышц, в том числе дыхание и удары сердца, контролируются электрическими токами. Информация, получаемая различными органами чувств, передаётся в мозг с помощью электрических сигналов. Хотя электрические токи участвуют в функционировании организма, токи от внешних источников при прохождении через органы могут вызвать их повреждения или даже смерть человека.

Биологическим объектам присущи такие электрические свойства, как сопротивление и емкость. Ткани организма человека обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков. Наличие свободных ионов в клетках и тканях обуславливает проводимость этих объектов. Диэлектрические свойства и величина диэлектрической проницаемости определяются структурными компонентами и явлениями поляризации.

Биологические ткани обладают омическим (активным) сопротивлением благодаря наличию в них свободных ионов. Наличие омического сопротивления в тканях подтверждается нагревом ткани при прохождении через неё постоянного тока.

Биологическая ткань обладает электрической емкостью: мембрана клетки по своим электрическим свойствам является диэлектриком, внутри клетки у мембраны скапливаются отрицательные заряды, снаружи положительные заряды. Разноименные заряды, разделенные диэлектриком, представляют конденсатор.

Обладая емкостью, биоткань обладает емкостным сопротивлением:
.

где,
- частота тока,
– емкость.

Вышеуказанными свойствами обладают токопроводящие ткани и жидкости в составе организма. К ним относятся: нервная ткань, влажная кожа, мозговая ткань, ликвор, кровь и т.д.

В состав организма входят и токонепроводящие ткани – диэлектрики. К диэлектрикам в составе организма относятся: сухая кожа, жировая ткань, кость без надкостницы, сухожилия, роговица глаза, ногти, обезжиренный волос

Основной характеристикой диэлектрика является диэлектрическая проницаемость вещества
,которая определяется отношением напряженности электрического поля в данной среде к напряженности поля в вакууме:

где
– напряженность электрического поля в веществе и в вакууме.

Электропроводность
– это величина, обратная омическому сопротивлению
:

Представим таблицу электропроводностей ряда тканей.

Вид ткани	Электропроводность (сименс)
Ликвор Кровь Мыщцы Внутренние органы Нервная ткань Сухожилие Кость	0,018 0,006 0,005 0,002-0,003 0,0007 10 -4 10 -9

Электропроводность тканей и органов зависит от их функционального состояния, и следовательно может быть использована как диагностической показатель.

5.2. Электропроводность клеток и тканей при постоянном токе. Поляризация и её виды .

Известно, что сопротивление является коэффициентом пропорциональности между током и разностью потенциалов:

- закон Ома.

Однако для живых тканей было установлено, что сила тока после наложения разности потенциалов непрерывно уменьшается. Представим изменение этого тока во времени графически:

Поляризацией называется процесс перемещения связанных зарядов под действием электрического поля и образованием вследствие этого электродвижущей силы, направленной против внешнего поля.

При прохождении тока через биологическую систему в ней возникает ЭДС поляризации, которая уменьшает приложенную к объекту эффективную ЭДС, что и приводит к уменьшению тока.

Объясним это на рисунке:

Движущийся ион создаёт дополнительное электрическое поле (на рисунке показано пунктиром) которое направлено в сторону, противоположную внешнему полю.

- закон Ома для живой ткани

где,
– ЭДС поляризации, как функция времени.

Возникновение ЭДС поляризации, главным образом связано с способностью живых клеток накапливать заряды при прохождении через них электрического тока, т.е. с их емкостным свойствами.

Рассмотрим виды поляризации, которые (в той или иной степени) присущи биологическим объектам. Временем релаксации поляризации называется время возникновения поляризации после мгновенного наложения электрического поля.

Поскольку в структуру живых тканей входят электролиты, то при прохождении тока через ткань в определенной степени проявляются общие законы прохождения тока через электролиты. Однако биологические ткани содержат и элементы, обладающие выраженными свойствами диэлектриков — клеточные мембраны, которые играют большую роль в формировании механизмов прохождения тока через живую ткань. Если в электролитах под действием приложенной разности потенциалов возникает направленное движение ионов — электрический ток, то в диэлектриках в этом случае возникают явления поляризации — процессы смещения связанных электрических зарядов и образование из-за этого собственного электрического поля, напряженность которого направлена против внешнего поля. Виды поляризации могут быть различными.

Дипольная (ориентационная) поляризация состоит в том, что под действием внешнего поля отдельные полярные молекулы веществ ориентируются в соответствии с направлением этого поля. В растворах веществ, молекулы которых обладают большим дипольным моментом, дипольная поляризация вызывает внутри диэлектрика значительное уменьшение напряженности внешнего электрического поля. Так, для воды диэлектрическая проницаемость е = 81.

Для биологических объектов весьма существенна макро- структурная поляризация. Она обусловлена тем, что электролиты, содержащиеся в структурных элементах клетки, окружены мембранами. Электрическое поле вызывает перемещение ионов электролита внутри отдельного проводящего слоя, а прохождение ионов через окружающую мембрану затруднено из-за ее низкой проводимости. Таким образом, в структуре ткани возникают образования с установившимся разделением электрических зарядов, которые обладают гигантским (по сравнению с отдельными молекулами) дипольным моментом. Суммарное электрическое поле этих образований направлено против внешнего поля, чем и объясняется высокое значение диэлектрической проницаемости тканей, измеренной в постоянном электрическом поле.

Упрощенно механизм прохождения постоянного тока через ткань представлен на рис. 13.2. Основной тканевый ток определяется движением ионов в тканевой жидкости под действием приложенной разности потенциалов. Внутри клеточных структур происходит разделение зарядов и возникает разность потенциалов противоположного направления (электродвижущая сила поляризации), обусловливающая внутритканевый поляризационный ток. Это приводит к снижению электропроводимости тканей в целом по сравнению с тканевыми электролитами. Следует подчеркнуть, что макро- структурная поляризация, сильно влияющая на электропроводимость тканей, происходит не только на цитоплазматической мембране, но и на отдельных клеточных структурах, имеющих собственные мембраны.

Электрические свойства тканей и органов сильно различаются. Значения удельного сопротивления (р) и удельной

Рис. 13.2. Движение ионов в тканевой жидкости и цитоплазме: I — основной ток; Т — внутритканевый поляризационный ток электропроводимости (у) для некоторых тканей и жидкостей приведены в табл. 13.1.

Каждый, кто посвятил себя занятиям спорта, иногда задумывался о том, что же происходит с мышцами, когда они получают нагрузку. В общих чертах вроде все понятно – под действием нервных клеток(импульсов) мышцы сокращаются и растягиваются, а в результате этих действия они либо приобретают мышечную мощь, либо мышечную выносливость или вовсе взрывную силу. Чем больше железа поднимешь, тем больше мышечная мощь, чем больше бегаешь(аэробика), в медленном темпе, тем больше мышечная выносливость, чем больше бегаешь или поднимаешь тяжести во взрывном стиле, тем больше взрывная сила и так далее… Но ведь хочется копнуть немного глубже и понять, что же на самом деле происходит с мышцами человека во время интенсивных и не интенсивных нагрузок. Поэтому, чтобы это все понять, нам нужно разобрать какие бывают виды и типы мышечных волокон и за что каждый из них отвечает.

Виды мышечных волокон: Белые и красные.

Каждый, кто знаком с разделкой мяса видел, что в разных частях туши мясо или мышцы довольно сильно отличаются между собой(цвет, размер). И это касается любого позвоночного животного, но и человека тоже, так как в строении мышц мы мало чем отличаемся от животных. Особенно наглядно видна разница мышц у курицы. Вспомните, как выглядит мясо на грудки(филе) и на ногах у этой птицы. На спине оно белое, а на ногах имеет красноватый оттенок. Значит: существуют как минимум два вида мышечной ткани. Их так и решили называть: белые мышечные волокна и красные мышечные волокна. Таким образом, мы пришли к выводу, что в нашем организме есть мышцы, состоящие, как минимум, из двух типов мышечных волокон. Поэтому надо отдать должное ученым, которые посвятили себя изучению мышечных волокон. И вот что им удалось выяснить…

Назначение мышечных волокон.

Естественно возникает вопрос, а в чем еще есть разница между мышечными волокнами белого и красного цвета? Во время проведения многочисленных опытов было замечено, что красные волокна сокращаются медленнее, а белые быстрее. Поэтому мышцы, состоящие из красных волокон стали называть медленными, а состоящие из белых волокон быстрыми мышцами. Теперь понемногу начинает проясняться картина, но зачем все это нужно нашему телу?

Наверное, природе не удалось изобрести универсальную мышцу, и она решила сделать два основных типа мышц, но с узкой направленностью действия: быстрые(белые) мышечные волокна и медленные(красные) мышечные волокна.

Типы мышечных волокон: Быстрые(белые) мышечные волокна.

В тех случаях, когда требуется выполнить большую работу и очень быстро — в дело включаются мышцы с белыми волокнами. Потому что они могут быстро сокращаться и давать огромную взрывную силу и мощь, например, профессиональные спринтеры, которые менее чем за 10 секунд пробегают стометровку… Но долго они в таком режиме работать(сокращаться) не могут, так как:

Во-первых – энергетические запасы не вечны и их хватает буквально на пару минут интенсивной работы.

Во — вторых — для восстановления энергетических запасов в мышцах — нужно время(от 2 до 5 минут), чтобы восстановить запасы молекул АТФ(основная энергетическая единица в живом теле) и креатин фосфата(о нем вы узнаете чуть ниже). Теперь вы начинаете понимать, почему тяжелоатлеты отдыхают 1-2 минуты между подходами.

Энергетическая система быстрых волокон, практически, направлена на анаэробный гликолиз(без кислородный). Почему практически? Да потому что существует два подтипа быстрых волокон: 2А и 2В. 2А – это переходный тип волокон, которые быстро сокращаются, имеют большую силу и используют в качестве энергии как аэробный гликолиз(с участием кислорода: окисление углеводов и жиров), так и анаэробный гликолиз(без участия кислорода). 2В – это уже чистые быстрые волокна, которые ОЧЕНЬ быстро сокращаются, имеют огромную взрывную силу и мощь, а так же для восполнения их энергии требуется анаэробный гликолиз(без кислородный).

типы мышечных волокон, виды мышечных волокон

Виды мышечных волокон: Медленные(красные) мышечные волокна.

А вот когда необходимо выполнить очень большой объем работы, но не так быстро, на протяжении длительного промежутка времени, то за дело берутся медленные волокна. Потому что они более выносливые, так как используют аэробный гликолиз(с участием кислорода), но не обладают такой силой, мощью и скоростью, как быстрые мышечные волокна. Например, медленные волокна необходимы марафонцам, для которых нужна очень хорошая выносливость.

Однако если раньше все было понятно, то теперь без специальных терминов не обойтись.

Типы мышечных волокон: Азы и термины.

Чтобы понять, как происходит работа каждой мышцы с белыми(быстрыми) волокнами или с красными(медленными), нам придется заглянуть в каждую из них. Понятно, что без пополнения энергии ни один механизм работать не будет. Это же касается и биологического механизма, то есть живого существа. Поэтому чтобы мышца могла сократиться и выполнить работу ей надо будет где-то взять энергию.

Красные волокна имеют не случайно такой цвет. Так как они имеют огромное количество миоглобина и огромную сеть очень тонких сосудов или их еще называют капиллярами. Через капилляры к волокнам поступает с кровью кислород. А миоглобин непосредственно уже транспортирует этот кислород внутрь самого волокна к митохондриям(химическим станциям), где и происходит процесс окисления жира с выделением энергии для работы мышцы. Поэтому, чем больше кислорода поступает в кровь, тем дольше работают медленные волокна, при условии, что нагрузка будет мало интенсивной.

Миоглобин – это пигментный белок, красного цвета, который хранит, а после и доставляет кислород внутрь мышечного волокна к митохондриям.

Митохондрия – это органоид, функция которого заключается в синтезе молекулы АТФ(основная энергетическая единица).

Белые волокна, имеют такой цвет из-за малого количества миоглобина и капилляров в них. Энергетика белых волокон подтипа 2А(выше уже говорилось о них) — направлена как на анаэробный гликолиз(без кислорода), так и на аэробный гликолиз — окисление(с участием кислорода). А вот белые волокна подтипа 2В - получают энергию только из анаэробного гликолиза(без участия кислорода). Напомню, что в красных и белых волокнах процессы синтеза энергии происходят непосредственно в митохондриях.

Типы мышечных волокон: Все о работе красных волокон

Считается(считалось), что красные волокна(ММВ), в отличии от белых волокон(БМВ), имеют очень низкую гипертрофию, но на самом деле это не так. Удивлены? Все потому что на протяжении большого промежутка времени ученые думали, что ММВ, практически не подвержены гипертрофии. Но недавние опыты подтвердили обратное, когда взяли пробу мышечной ткани у профессиональных бодибилдеров, которые тренируют как медленные(с помощью пампинга – вид тренировки), так и быстрые волокна(прогрессирующие отягощения). Но ММВ могут хорошо расти лишь при определенных условиях, однако, это уже другая объемная тема.

Красные(медленно сокращающиеся) волокна устроены так, что они могут получать молекулы АТФ только из реакции окисления(с участием кислорода) жиров или углеводов(глюкозы). Поэтому медленные волокна могут тренироваться только тогда, когда в организме будет достаточное количество кислород. Чаще всего, хорошее поступление кислорода к мышцам осуществляется лишь при нагрузки не более 20-25% от вашего максимума и в медленном темпе(малая интенсивность). Максимальная нагрузка – это нагрузка, с которой вы сможете выполнить то или иное упражнение не более чем 1-2 раза(повтора). Например, вы жмете штангу 100 килограмм всего 1-2 раза – 100 кг это и будет ваш максимальный вес(нагрузка). Значит, если вы будите жать 20-25 кг в медленном темпе, то такая нагрузка будет выполняться за счет медленных мышечных волокон(ММВ).

Таким образом, красные волокна тренируются(работают) лишь при нагрузках с низкой интенсивностью, на протяжении длительного промежутка времени. Что помогает циркулировать кислороду по кровотоку. Например, это могут быть легкие пробежки, поднятие небольших тяжестей, быстрая ходьба, езда на велосипеде, плавание и многое другое.

Как только вы увеличите нагрузку — в работу включатся быстрые волокна подтипа — 2А или по-другому — переходные волокна, но, а если нагрузку увеличите еще больше, то тогда в работу включатся уже быстрые волокна подтипа — 2В. В этом случае начнется иная тренировка, о которой я расскажу немного позже.

В клетках медленносокращающихся волокон(ММВ) находится пигментный белок — миоглобин(о котором я говорил чуть выше). Его задача накопить как можно больше кислорода, чтобы потом в нужное время начать отдавать его митохондриям для получения энергии. Это происходит всякий раз, когда во время работы ММВ по какой-то причине не хватает кислорода.

Вот примерная схема энергообеспечения ММВ:

1. Во время продолжительной и слабоинтенсивной нагрузки, в течение десятков минут, в клетках красных волокон протекают реакции окисления триглицеридов(жиров). Но чтобы эта реакция могла продолжаться, нужен кислород…

2. Кислород доставляется в клетку при помощи капилляров(гемоглобина). Но, а если кислорода поступает мало через кровоток(капилляры), то в дело вступает миоглобин, который начинает отдавать хранящийся в нем кислород. Таким образом, в результате реакций окисления — клетки ММВ получают энергию( молекулы АТФ).

3. И еще, источник триглицерида жирные кислоты образуются из подкожного или внутреннего жира. Поэтому вот почему красное мясо считается более жирным, чем белое.

В итоге: если ваша работа не требует от вас взрывного характера(скорости) и нагрузки более 20-25% от максимума, то в таком случае, ваш организм(красные волокна) может выполнять нагрузку очень долго. Так как красные мышечных волокон используют аэробный гликолиз(с участием кислорода) для получения энергии, который дает очень много энергии(в 19 раз больше), в отличии от анаэробного гликолиза.

Типы мышечных волокон: Все о работе белых волокон.

И так, про красные волокна мы узнали практически все. Теперь попробуем разобраться, как же работают белые волокна. Белые волокна содержат небольшое количество миоглобина и капилляров. Поэтому они выглядят значительно светлее. Для наглядности, вспомните курицу. Ее грудка выглядит белой, а мясо на ногах красным.

Белые волокна сокращаются по сравнению с красными в два раза быстрее. Удивительно и то, что они и силу развивают в 10 раз больше, чем мышцы с красными волокнами. Но у них есть существенный недостаток. Имея такие прекрасные характеристики, белые волокна быстро устают.

Усталость в них накапливается из-за того, что они используют совершенно другой принцип получения энергии. Кроме того, как вы уже знаете, белые волокна имеют два подтипа волокон, хотя по цвету их трудно различить.

- Виды мышечных волокон: Первый подтип — 2В, который использует для получения энергии — анаэробный гликолиз, процесс без участия кислорода. Данные волокна работают как маленькие аккумуляторы. Так как после физической нагрузки, когда вся энергия истратилась(ее хватает не более чем на 2 минуты), происходит ее возобновление(заряд), но данное восстановление протекает лишь во время отдыха, на протяжении 1-2 минут.

Источником энергии у белых волокон служит гликоген(вырабатывается при расщеплении и переработки глюкозы) и креатин фосфат(организм его получает из белковой пищи: мясо, рыба, яйца, творог и спортивные добавки). В результате физических действий — гликоген, расщепляясь, дает глюкозу, а глюкоза энергию(АТФ) и молочную кислоту. Что касается креатин фосфата, то он восстанавливает запасы АТФ обратно в мышечных волокнах, то есть получается такой круговорот…

- Типы мышечных волокно: Второй подтип — 2А, который может до определенного состояния работать без кислорода(анаэробный гликолиз), а затем переключиться и еще какое-то время выполнять работу, но уже используя кислород(аэробный гликолиз) и наоборот. Назначение этих волокон, как вы уже поняли, заключается в том, что они переходят от красных к белым волокнам и от белых к красным, все зависит от выполняемой нагрузки.

Упрощенно можно представить работу подтипа 2А примерно так:

Вначале начинают выполнять работу красные(медленные) волокна, используя аэробный гликолиз.

Когда нагрузка превышает 25% от максимальной, тогда в работу уже вступают в белые промежуточные волокна(2А).

Но если нагрузка растет еще больше, то промежуточные волокна(2А) — передают эстафету уже волокнам подтипа 2В.

Здесь я представил работу мышечной системы несколько упрощенно… На самом деле все обстоит гораздо сложнее. И представлять, что медленные и равномерные движения будут выполняться только за счет медленных волокон, а скоростные движения за счет быстрых, не совсем правильно. Например, включить в работу быстрые мышечные волокна можно, лишь усложнив технику упражнения, поэтому работа тех или иных мышечных волокон будет зависеть от приложенной силы, скорости и техники.

Система настолько хорошо отлажена, что человек даже не подозревает, какие мышцы у него задействованы в данный момент. Например, во время силового упражнения, как правило, все типы волокон, начинают сокращаться примерно одновременно. Но чтобы полностью выполнить сокращение, медленным красным волокнам понадобится, от 90 до 140 мл/сек. В то же время быстрые волокна успеют полностью сократиться всего за время, от 40 до 90 мл/сек.

А вот и таблица, которая поможет вам наглядно понять, все, то, о чем я писал:

Виды мышечных волокон, типы мышечных волокон

Типы мышечных волокон:Как определить, каких волокон больше?

Если говорить о среднем человеке, то у него примерно медленных волокон будет от 40 до 45%, а остальные 55 — 60% будут занимать быстрые волокна. В общем, такой подход оправдан, но в разных частях тела эти соотношения могут сильно отличаться. Все зависит от того, какую работу человек делает чаще всего или какому виду спорта отдает предпочтение. К слову сказать, у бегуна на длинные дистанции мышцы на ногах почти все состоят из красных, медленно сокращающихся волокон(ММВ). А у штангистов и бегунов на короткие дистанции мышцы на ногах почти на 80-90% могут состоять из быстро сокращающихся волокон(БМВ).

Каких типов волокон будет больше или меньше — будет зависеть от генетики и тренируемых качеств. Однако многочисленные исследования показали, просто так, не переходят из одного типа в другой. Поэтому чтобы это происходило, требуется развивать определенные физические навыки(тренироваться).

Виды мышечных волокон: От полученных знаний к практике – небольшие советы.

Чтобы получить красивое тело с хорошо проработанными мышцами надо тренировать все типы мышечных волокон, что и делают, некоторые, профессиональные бодибилдеры. Однако, добиться максимального результата во всех физических качеств(скорость, сила, выносливость и так далее) – невозможно, так как организм подстраивает свои энергетические системы под определенное тренируемое качество. Поэтому не возможно одновременно добиться максимальной силы и выносливости.

Теперь становится понятным, почему надо на тренировках, направленных на максимальную мощь(тяжелая атлетика) и взрывную силу(спринт), выкладываться максимально в промежутке от 10 до 60 секунд. Так как гликогена и креатин фосфата хватает только на 2 минуты. А после, необходим отдых 1-2 минуты на восполнения энергии в БМВ, иначе в работу вступят ММВ или боль будет такой сильной из-за молочной кислоты, что вы и сами прекратите работу.

И так, чтобы заработали красные волокна необходима нагрузка не более 25% от вашей максимальной, но в низкоинтенсивном темпе. Низкоинтенсивная нагрузка очень хорошо определяется по частоте пульса(ЧСС), который должен составлять 60-70% от вашего максимума. Рассчитать пульс можно так: возраст минус 220 и от полученного числа найти 60-70%, это и будет ваш диапазон.

Кто хочет похудеть — очень хорошо тренировать красных волокна, так как они отлично сжигает жиры. Но не забывайте нагрузка должна быть низкоинтенсивная и продолжительная, более 40 минут.

Типы мышечных волокон:Существенное замечание

Подходит к концу мой рассказ о том, какие типы и виды мышечных волокон находятся в нашем теле. Теперь вы имеете полное представление, как те или иные тренировки влияют на мышечные волокна, и как вы сами можете на них влиять. Мне лишь осталось сделать одно и очень важное замечание, чтобы помочь начинающим и опытным спортсменам тренироваться еще эффективнее.

- Не гонитесь за большими весами. Есть много разных упражнений, которые помогают добиваться нужного эффекта только лишь тем, что требуют для их выполнения определенного положения тела или позы(техника упражнения). Поэтому не пытайтесь поднять больше вес, а пытайтесь усложнить саму технику, тем самым прочувствовать рабочие мышцы и прокачать их еще больше.

Занимайтесь спортом, питайтесь правильно и становитесь лучше – успехов Вам.