◈ 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?
Тваринам вигідно пересуватися на двох ногах у ситуаціях, коли потрібно спостерігати за небезпекою, швидко переміщатися по відкритій місцевості та коли необхідно вивільнити передні кінцівки для виконання різних маніпуляцій, як-от добування їжі або захист.
Чому предки людини, перейшовши до життя в умовах савани 7-6 млн років тому, почали використовувати саме такий спосіб руху?
Предки людини почали використовувати прямоходіння в савані з кількох причин. По-перше, це дозволяло краще бачити небезпеку навколо і швидше пересуватися. По-друге, такий спосіб руху звільнив передні кінцівки для трудової діяльності, наприклад, для добування їжі та використання примітивних знарядь для захисту.
◈ Робота в групі
Розгляньте приклади важелів в організмі людини та простих механізмів на малюнку. Опишіть їхню роботу за прикладом, який наведено в тексті параграфа.
В організмі людини та в простих механізмах діють важелі трьох типів.
Важіль першого типу (мал. 5.1а). Прикладом в організмі є рух голови. Тут точкою опори (Fulcrum) виступає суглоб між черепом та хребтом. Зусилля (Effort) створюють м’язи шиї, а навантаженням (Load) є вага передньої частини голови. Аналогічний простий механізм — це ножиці, де точка опори розташована між точками докладання зусилля та навантаження.
Важіль другого типу (мал. 5.1б). Прикладом є підйом тіла на пальцях ніг. Точка опори — це суглоби пальців стопи. Навантаження — це вага тіла, що діє на стопу. Зусилля прикладає литковий м’яз, піднімаючи п’яту. Схожим механізмом є тачка, де вантаж (навантаження) знаходиться між колесом (точкою опори) та ручками (точкою докладання зусилля).
Важіль третього типу (мал. 5.1в). Прикладом є згинання руки в ліктьовому суглобі. Точкою опори є ліктьовий суглоб. Двоголовий м’яз плеча (біцепс) прикріплюється до променевої кістки й створює зусилля, яке піднімає навантаження, наприклад, вагу передпліччя або предмета в руці. Подібним чином працює лопата, коли ми тримаємо її за кінець держака (точка опори), а зусилля прикладаємо іншою рукою до середини, щоб підняти землю (навантаження) на кінці.
◈ Завдання
Відкрийте зображення скелетів людини та шимпанзе. Порівняйте особливості будови їхніх скелетів
Вигини хребта
Хребет людини має чотири S-подібні вигини (шийний, грудний, поперековий та крижовий), які допомагають амортизувати навантаження під час ходьби та підтримувати рівновагу тіла. У шимпанзе хребет має лише один дугоподібний вигин, що характерно для тварин, які пересуваються на чотирьох кінцівках.
Розміри, форма, товщина та масивність кісток
- Тазові кістки: Таз людини широкий і короткий, схожий на чашу. Це забезпечує підтримку внутрішніх органів і є місцем кріплення потужних сідничних м’язів, необхідних для прямоходіння. Таз шимпанзе вузький і витягнутий у довжину.
- Стегнові та великогомілкові кістки: У людини стегнові кістки довші та масивніші, ніж у шимпанзе, і розташовані під кутом до колінних суглобів. Це дозволяє ногам бути ближче до центральної осі тіла, що покращує баланс. Великогомілкові кістки також товщі, щоб витримувати вагу тіла.
Форма та вигин стопи
Стопа людини має склепінчасту будову (поздовжнє і поперечне склепіння), яка діє як пружина, амортизуючи поштовхи під час ходьби. Великий палець не протиставлений іншим і допомагає відштовхуватися від землі. У шимпанзе стопа плоска, а великий палець відведений убік і нагадує палець на руці, що зручно для хапання за гілки.
Співвідношення довжини передніх і задніх кінцівок
У людини задні кінцівки (ноги) значно довші за передні (руки), що робить кроки довшими та ходьбу ефективнішою. У шимпанзе, навпаки, руки довші за ноги, що є пристосуванням до пересування по деревах (брахіації) та опори на суглоби пальців при ходьбі.
Будова кисті й пальців
Кисть людини пальці відносно короткі. У шимпанзе пальці довгі та вигнуті, що допомагає чіплятися за гілки, а великий палець короткий і менш рухливий.
Висновки про зміни в будові скелета людини та значення цих пристосувань для прямоходіння
Зміни в будові скелета людини є прямим наслідком переходу до прямоходіння. S-подібний хребет, чашоподібний таз, масивні кістки ніг, склепінчаста стопа та видовжені ноги — все це ключові пристосування, які забезпечують рівновагу, амортизацію та енергоефективність при ходьбі на двох ногах. Вивільнення передніх кінцівок від функції опори дозволило розвинути кисть, здатну до складної трудової діяльності, що стало важливим етапом в еволюції людини.
◈ Дослідження мікроскопічної будови м’язової тканини
1. Замалюйте будову (мал. 5.3) м’язового волокна та зробіть необхідні підписи.
На малюнку 5.3 зображено м’язове волокно посмугованої скелетної м’язової тканини. Воно має видовжену циліндричну форму та вкрите мембраною. Усередині волокна видно численні ядра та поздовжньо розташовані міофібрили. Міофібрили, своєю чергою складаються з тонших ниток — білків актину та міозину.
2. Налаштуйте мікроскоп, розгляньте будову посмугованої м’язової тканини на постійних препаратах або скористайтеся готовими зображеннями.
Для виконання завдання було використано готове зображення (мал. 5.3), надане в підручнику.
3. На препараті знайдіть м’язові волокна, ядра та поперечну смугастість.
На зображенні чітко видно основні елементи:
- М’язове волокно — основна структурна одиниця м’яза.
- Ядра — численні, розташовані під мембраною волокна.
- Поперечна смугастість — створюється завдяки впорядкованому розташуванню білків актину та міозину в міофібрилах.
4. У висновках зазначте назву складників м’язової тканини, їхню форму, кількість ядер, розташування цього типу тканини у вашому організмі.
Посмугована скелетна м’язова тканина складається з м’язових волокон. Ці волокна мають циліндричну форму і є багатоядерними структурами. Цей тип тканини утворює скелетні м’язи, такі як біцепси, трицепси, м’язи спини та ніг, які прикріплюються до кісток і відповідають за рухи тіла.
◈ Робота в групі
Використовуючи текст параграфа, мал. 5.5 і довідкову інформацію з мережі «Інтернет», створіть інфографіку «Різноманіття м’язів мого організму».
За формою:
- Веретеноподібний: двоголовий м’яз плеча (біцепс).
- Трикутний: дельтоподібний м’яз.
- Квадратний: квадратний м’яз попереку.
- Ромбоподібний: трапецієподібний м’яз.
- Стрічкоподібний: кравецький м’яз.
- Коловий: коловий м’яз рота.
За розміром:
- Довгий: кравецький м’яз.
- Короткий: м’язи кисті.
- Широкий: найширший м’яз спини.
За функцією:
- Згинач: двоголовий м’яз плеча (біцепс), який згинає руку.
- Розгинач: триголовий м’яз плеча (трицепс), що розгинає руку.
- Відвідний: дельтоподібний м’яз, що відводить руку вбік.
- Привідний: великий привідний м’яз стегна.
- Обертач: великий сідничний м’яз.
Які м’язи за функціями є антагоністами («антонімами») чи синергістами («синонімами»)?
М’язи, які виконують протилежні дії, називаються антагоністами. Наприклад, двоголовий м’яз плеча (біцепс) згинає руку в лікті, а триголовий (трицепс) її розгинає. Коли один працює, інший розслабляється.
М’язи, які діють разом для виконання одного руху, є синергістами. Вони допомагають один одному, як, наприклад, м’язи-згиначі кисті та пальців, що працюють узгоджено.
◈ Відкритий мікрофон
Які м’язи та чому особливо розвинені в людини як наслідок прямоходіння та вивільнення передніх кінцівок для праці?
У людини через прямоходіння особливо розвинулися м’язи, що протидіють силі тяжіння. Це насамперед м’язи-розгиначі нижніх кінцівок та тулуба. Серед них найпотужнішими є великий сідничний м’яз, чотириголовий м’яз стегна та литковий м’яз. Також добре розвинені м’язи спини та черевного преса, які підтримують вертикальне положення тіла. Вивільнення передніх кінцівок для праці сприяло розвитку м’язів кисті, що дозволило виконувати складні та точні рухи пальцями.
◈ 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.
Переклад слів:
- muscle — м’яз
- delts — дельти (дельтоподібний м’яз)
- pecs — грудні м’язи
- biceps — біцепс (двоголовий м’яз)
- triceps — трицепс (триголовий м’яз)
- quads — квадрицепс (чотириголовий м’яз стегна)
- calf / calves — литка / литки (литковий м’яз)
- glutes — сідниці (сідничні м’язи)
- abs — прес (м’язи живота)
- flex / bend — згинати
- unbend — розгинати
На малюнку 5.5 позначено такі м’язи з переліку:
- Delts: Дельтоподібний м’яз.
- Pecs: Великий грудний м’яз.
- Biceps: Двоголовий м’яз плеча (біцепс).
- Triceps: Триголовий м’яз плеча (трицепс).
- Quads: Чотириголовий м’яз стегна.
- Calf: Литковий м’яз.
- Glutes: Великий сідничний м’яз.
- Abs: Прямий м’яз живота та косий м’яз живота.
◈ 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.
Спочатку розрахуємо корисну роботу (А), яку виконала людина. Загальна кількість підйомів становить 3 підходи * 20 разів = 60 разів. Висота підйому h = 50 см = 0,5 м.
Корисна робота А = m * g * h * 60 = 8 кг * 9,8 м/с² * 0,5 м * 60 = 2352 Дж.
Оскільки коефіцієнт корисної дії (ККД) м’яза становить 60%, то загальна кількість витраченої енергії буде:
Загальна енергія = Корисна робота / ККД = 2352 Дж / 0,6 = 3920 Дж.
Таким чином, м’яз витрачає 3920 Дж енергії.
Решта 40% енергії, що становить 1568 Дж (3920 Дж – 2352 Дж), не йде на виконання механічної роботи, а розсіюється у вигляді тепла. Це тепло необхідне для підтримки температури тіла.
◈ 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.
Щоб зробити спортзали популярнішими, можна перетворити тренування на гру. Наприклад, створити мобільний додаток, де за кожне виконане завдання чи відвідане заняття нараховувалися б бали. Ці бали потім можна було б обміняти на знижку, безкоштовний протеїновий коктейль чи інший приз.
Також варто проводити незвичайні тематичні тренування, як-от «підготовка до зомбі-апокаліпсису» (тренування на витривалість) або «фітнес-вечірка» з музикою та світловими ефектами. Це зробить заняття веселішими й менш схожими на рутину.
Крім того, можна організовувати спільні заходи, що не пов’язані зі спортом: вечори настільних ігор, кіноперегляди чи майстер-класи зі здорового харчування. Це допоможе створити дружню спільноту, до якої людям захочеться повертатися. Можна також змінити систему оплати, дозволивши платити за кожне окреме відвідування замість купівлі дорогого абонемента на місяць.
Запитання і завдання
1. Як ви вважаєте, чому м’язів утричі більше ніж кісток?
М’язів утричі більше, ніж кісток, тому що для виконання різноманітних і точних рухів одна кістка часто приводиться в рух кількома м’язами. Наприклад, деякі м’язи відповідають за згинання кінцівки, а інші, м’язи-антагоністи, — за її розгинання. Така велика кількість м’язів забезпечує складну координацію рухів, як-от ходьба, біг та маніпуляції руками.
2. Які особливості опорно-рухового апарату людини з’явилися внаслідок прямоходіння?
Внаслідок прямоходіння в людини особливо розвинулися м’язи-розгиначі нижніх кінцівок і тулуба, які протидіють силі тяжіння. До найпотужніших із них належать великий сідничний, чотириголовий м’яз стегна та литковий м’яз. Також з’явилися S-подібні вигини хребта, склепінчаста стопа, а таз став ширшим і коротшим для кращої підтримки внутрішніх органів.
3. Чим скелетні м’язи відрізняються від тих, що розміщені у внутрішніх органах?
Скелетні м’язи складаються з посмугованої м’язової тканини і скорочуються за нашою волею, забезпечуючи рухи тіла. М’язи внутрішніх органів (наприклад, шлунка чи кишечника) утворені гладкою м’язовою тканиною, вони не мають поперечної смугастості та працюють автоматично, без нашого свідомого контролю.
4. Чи взаємопов’язані ріст м’язів та зміцнення кісток? Чому?
Так, ріст м’язів і зміцнення кісток тісно взаємопов’язані. Коли м’язи регулярно отримують навантаження і стають сильнішими, вони сильніше тягнуть за кістки в місцях свого прикріплення. Цей механічний вплив стимулює кісткову тканину, і вона стає щільнішою та міцнішою, щоб витримувати нові навантаження. Тому регулярна фізична активність є важливою для здоров’я всієї опорно-рухової системи.