Свойства скелетных мышц

Сократимость- основное свойство мышц. Она характеризуется спо­собностью мышцы укорачиваться или развивать мышечное напряжение.

Эта способность мышцы связана с особенностями ее строения и функцио­нальными свойствами.

В скелетным мышцах выделяют два типа мышечных волокон: медленные(тонические) и быстрые(фазические). В некоторых мышцах на­ходятся только быстрые или только медленные волокна, в других - и те и другие одновременно. Благодаря двум типам волокон организм может под­держивать позу и осуществлять движения.

Особенности тонических мышцследующие: в них много митохондрий, а источником энергии является кислородные (аэробные) процессы. В ответ на раздражение происходит медленное постепенное сокращение и далее медленное расслабление,в 100 раз более медленное, чем у быстрых во­локон. Тонические мышцы могут длительно сокращаться,что обеспечивает поддержание позы.Располагаются тонические волокна в глубоких слоях мышц конечностей и туловища.

Фазические волокна характеризуются меньшим количеством митохондрий, поэтому основным источником энергии являются анаэробные (бескислородные) процессы. Эти волокна отвечают на раздражение быстрым сокращением, но в них довольно быстро развивается утомление,а также кислородная задолженность. Фазические мышцы важны для обеспечения бы­стрых движений.Они располагаются ближе к поверхности тела.

Деятельность мышц регулируется центральной нервной системой (ЦНС).Нервные импульсы, возникающие в различных отделах ЦНС в конеч­ном итоге попадают на двигательный нейрон передних рогов спинного мозга (мотонейрон). Причем один двигательный нейрон,как правило, иннервирует несколько мышечных волокон.Было выяснено, что в скелетных мышцах имеется около 250 млн. мышечных волокон, тогда как число мото­нейронов в спинном мозге - 420 тыс. Мышцы разных отделов тела иннервируются разным числом нервных клеток.Так, в мышцах глазного яблока один мотонейрон иннервирует 3-6 мышечных волокон, тогда как в мышцах ног их число достигает 650. Таким образом, в зависимости от тонкости двига­тельных актов и их биологической значимости количество нейронов, иннервируюших мышцы, бывает различным. Группа мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном, получила название моторной единицы.Благодаря большому количеству моторных единиц можно объяснить плав­ность движений. Если бы нервные импульсы, подходящие к мышце, приво­дили бы к одновременному возбуждению всех мышечных волокон, то движе­ния носили бы марионеточный, кукольный характер. Но этого не происходит, так как от различных двигательных нейронов импульсы к мышце подходят не одновременно, а несколько асинхронно. Это и способствует постепенному (градуальному) нарастанию сокращений и плавности движений нашего те­ла.

Движения человека,в основе которых лежат сокращения мышц, име­ют рефлекторную природу.Сократительные механизмы мышечных волокон срабатывают под влиянием нервных импульсов, идущих от нервных центров. Деятельность последних, в свою очередь, определяется раздражениями, при­ходящими из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. Кроме того, в процессе самого движения мозг на основе обратных связей (че­рез систему рецепторов, расположенных в самой мышце, ее сухожилиях, или в связках и суставах) постоянно получает сигналы о ходе его осуществления. Так образуется рефлекторное кольцо,представляющее собой непрерывный поток нервных импульсов, идущих от периферических рецепторов (проприорецепторов) в мозг, от него - в исполнительные органы (мышцы), сокращения которых регистрируются периферическими рецепторами, а оттуда снова по­ток нервных импульсов устремляется к нервным центрам.

Любой двигательный акт,будь то ходьба, бег, тонкие движения паль­цев рук при письме или игре на фортепиано и т.д., связан с тонким и точным согласованием последовательности сокращений различныхмы­шечных групп, их силы,и продолжительности.В регуляции любого движения принимают участие многие отделы ЦНС. В коре головногомозга в области передней центральной извилины находится зона двигательного ана­лизатора. Кора осуществляет условно-рефлекторную регуляцию движений, т.е. тех движений, которые выработались у человека в процессе индивиду­ального опыта. Обучение новым формам движений возможно только при со­хранности коры. Роль промежуточного мозга,его подкорковых ядер заклю­чается в том, что они регулируют движения, ставшие в результате Многочис­ленных повторений автоматическими. Мозжечокпринимает участие в регу­ляции безусловнорефлекторных движений. Между корой, мозжечком и подкорковыми ядрами существуют двусторонние связи.На уровне про­межуточного, среднего, продолговатого и спинного мозга осуществляется рефлекторная регуляция тонуса мышц.

Возбудимость и лабильность мышц.В ответ на раздражение в мышце развивается процесс возбуждения. Эта способность, как было отмечено выше, называется возбудимостью. Уровень возбудимости мышцыявляется одним из важнейших показателей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппарата. Процесс возбуждения мышцы сопровож­дается изменением обмена веществ в мышечных волокнах, прежде всего пе­рераспределением ионов К+ и Na+ между внутриклеточным и внеклеточным пространствами.

Деятельность мышц в значительной степени характеризуется ее ла­бильностью - скоростью или длительностью протекания процесса возбужде­ния в возбудимой ткани. Мышечные волокна обладают значительно мень­шей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, но большей, чем ла­бильность синапсов.

Уровни возбудимости и лабильности не являются постоянными и ме­няются при разных ситуациях. Так, небольшая физическая нагрузка (утренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки - понижают.

Тонус скелетных мышц.Даже в покое, вне работы, мышцы не полно­стью расслаблены, а находятся в состоянии некоторого устойчивого непроиз­вольного напряжения (тонуса). Это приводит к более быстрой реакции на раздражитель и более сильному сокращению. Внешним выражением тонуса является определенная степень упругости мышцы.Во время умственного и эмоционального напряжения тонус различных мышц может усиливаться, а во время глубокого сна он уменьшается.

Изотоническое и изометрическое сокращение мышц.Сокращение мыщцы может сопровождаться ее укорочением, но напряжение при этом остается постоянным. Такое сокращение называют изотоническим.Если мышца напрягается, но укорочения не происходит, то сокращение мышцы называют изометрическим(например, при попытке поднять неподъемный груз.

В естественных условиях мышечные сокращения всегданосят смешанный характер и движения человека сопровождаются как изотоническими, так и изометрическими сокращениями мышц. Поэтому можно говорить лишь об относительном преобладании изотонического и изометрического режима мышечной деятельности.

В экспериментальных условиях для мышечного сокращения доста­точно одного нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным,оно протекает очень быстро, за несколько десятков миллисекунд. В естественных условиях в организме к мышце посылается всегда серия импульсов.В результате она не успевает полностью расслабиться после возбуждения, вызванного предыдущим импульсом, как новый импульс 1 вновь вызывает ее сокращение и т.д. Иначе говоря, одиночные сокращения 1 суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое называют тетаническим сокращением,или тетанусом.Амплитуда его может быть в несколько раз больше величины максимального одиночного сокращения. Именно тетанус обеспечивает длительность и плавность мышечных сокращений,которые реализуются в естественных условиях нашей физической деятельности.

Работа и сила мышц

Величина сокращения мышцыпри определенной силе раздражения зависит как от ее строения,так и физиологического состояниямышечных волокон:

1. Длинные мышцысокращаются на большую величину, чем корот­кие.

2. Сила мышцызависит от количества мышечных волокон в ней: чем
больше количество сокращающихся волокон, тем больше развивае­мая мышцей сила сокращения. Поэтому мышцы с перистым строением (содержащие большее количество мышечных волокон) способны развивать большую силу, чем мышцы с продольно распо­ложенными волокнами.

3. Умеренное растяжение мышцыувеличивает ее сокращение. Но, при сильном растяжении сокращение мышцы ослабляется. По­следнее связано с тем, что нити актина утрачивают связи с нитями миозина (не перекрываются) и сократительный аппарат волокна не способен развить активную силу.

Рабочая гипертрофия мышц и атрофия.При систематической работе мышцы увеличивается масса мышечной ткани. Это явление называется рабочей гипертрофией мышечной ткани.В ее основе лежит увеличение массы цитоплазмы, митохондрий и числа миофибрилл, что приводит к увеличению диаметра мышечных волокон. В них ускоряются процессы биосинтеза нуклеиновых кислот, белков, АТФ, гликогена. В результате сила и скорость сокращения мышц возрастают. При отсутствии нагрузок на мышечную систему, в случаях длительного пребывания больного в постели, при переломах, возникает противоположное состояние - атрофия (гипотрофия) мышц.