Зависимость мышечного сокращения от частоты нервных импульсов

Сила и скорость мышечного сокращения пропорциональны также частоте потенциалов действия, распространяющихся к мышце по аксону мотонейрона - это ещё один механизм регуляции, который называется частотным кодированием. Потенциал действия в нерве или мышце длится приблизительно 1-3 мс, а самое короткое сокращение, состоящее из укорочения и расслабления, продолжается примерно 10-100 мс (Рис 8.5). Таким сокращением мышца отвечает на единичный потенциал действия - это сокращение называется одиночным.

Если частота возбуждающих мышцу нервных импульсов станет расти, она не успеет полностью расслабиться к моменту действия очередного потенциала действия и сила её сокращения будет увеличиваться. Такой режим сокращения получил название зубчатого тетануса. С ещё большим увеличением частоты стимуляции формируется плато: в это время мышца совсем не расслабляется, а сокращение делается максимальным - этот режим называется гладким тетанусом. Серия следующих друг за другом потенциалов действия приводит к значительному повышению внутриклеточной концентрации кальция, поэтому сократительный ответ и становится сильнее и продолжительнее.

Частота поступающих к мышцам потенциалов действия варьирует в небольших пределах. Например, при произвольных сокращениях потенциалы действия в мотонейронах появляются с частотой приблизительно в 8 Гц, в редких случаях она может превысить 25 Гц. С нарастанием частоты поступающих к мышце потенциалов действия сила её сокращения увеличивается.

Режимы мышечных сокращений

Взаимодействие человека с окружающей средой невозможно представить без сокращений его мышц. Вполне определённо высказывался по этому поводу И. М. Сеченов: "Всё бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению - мышечному движению. Смеётся ли ребёнок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создаёт ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге - везде окончательным фактом является мышечное движение".

Скелетные мышцы прикрепляются к костям и при своём сокращении изменяют положение какого-либо сустава. Мышцы, производящие движение в одном направлении, называются агонистами или синергистами, а обеспечивающие движение в противоположном направлении - антагонистами. Например, все мышцы, сокращение которых приводит к сгибанию конечности в суставе, будут синергистами, а мышцы, обеспечивающие разгибание, являются для них антагонистами.

При сокращении мышцы в ней могут изменяться два параметра: длина и мышечное напряжение. В зависимости от того, какое из этих изменений преобладает, различают два режима мышечных сокращений: изотонический и изометрический. В изотоническом режиме мышцы работают, перемещая какой-либо постоянный груз, как это происходит, например, при сгибании руки в локтевом суставе. В ней может находиться какой-нибудь предмет, хотя это и не обязательно, поскольку и сама рука является "грузом". Так как груз постоянен, постоянно и мышечное напряжение (изотонично), тогда как длина мышцы изменяется (в приведённом примере уменьшается длина сгибателей).

В качестве примера работы мышц в изометрическом режиме можно рассмотреть попытку поднять, например, ведро с водой, Для того, чтобы оторвать его от пола, мышцы должны наращивать напряжение, длина же их остаётся постоянной (изометричной) до тех пор, пока не изменится угловое положение сустава. После того, как груз придёт в движение, мышцы переходят в изотонический режим работы. Если зафиксировано постоянное угловое положение сустава (поэтому длина мышц не изменяется) и происходит мышечное сокращение (для того, например, чтобы поднять или сдвинуть тяжёлый неподвижный предмет или удерживать какой-нибудь груз), то режим работы является изометрическим.

Если при сокращении длина мышцы уменьшается в связи с увеличением развиваемой силы, такой режим называют ауксотоническим. Он является переходным между изотоническим и изометрическим режимами, поскольку включает две существующие фазы сокращения - динамическую и статическую.