ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ
Основные Свойства Мышц
Мышечной ткани присущи три физиологических свойства: возбудимость – способность на раздражение отвечать возбуждением, проводимость – способность проводить возбуждение, сократимость – способность сокращаться.
Если мышца, сокращаясь, укорачивается и может поднять груз, то такое сокращение называется изотоническим. Если при сокращении, в результате фиксации, длина мышцы не изменяется, то такое сокращение называется изометрическим.
Мышца сокращается только при определенной силе раздражения. Наименьшая сила раздражения, вызывающая самое слабое сокращение мышцы, называется пороговым раздражением. Раздражение меньшей силы, чем пороговое (оно не вызывает сокращения мышцы), называется подпороговым, а раздражение большей силы – надпороговым. Степень сокращения мышц до известного предела зависит от силы раздражения. Мышечные волокна, входящие в состав каждой мышцы, обладают разной степенью возбудимости: одни сокращаются в ответ на меньшую силу раздражения (высокая возбудимость), другие – в ответ на большую (низкая возбудимость). Поэтому увеличение силы раздражения выше пороговой до определенного предела будет сопровождаться повышением степени сокращения.
Виды Мышечных Сокращений
На одиночный нервный импульс мышечное волокно отвечает одиночным сокращением, в котором выделяют три фазы: скрытая (латентный период возбуждения), сокращения (период укорочения) и расслабления (период расслабления). Под латентным периодом понимают время от момента нанесения раздражения до начала ответа на него. У человека в режиме одиночных сокращений работает только сердечная мышца.
На серию одиночных раздражений мышца отвечает длительным сокращением – тетанусом, величина и форма которого зависит от силы и частоты раздражения. Различают зубчатый и гладкий тетанусы. Зубчатый тетанус возникает при действии раздражений небольшой частоты, когда каждое последующее раздражение попадает в фазу расслабления мышцы. При большей частоте раздражений, когда каждое последующее раздражение совпадает с фазой сокращения мышцы, развивается гладкий тетанус, при котором наблюдается длительное, не неколеблющееся, максимальное укорочение мышцы. Сокращение поперечнополосатых скелетных мышц в организме носит характер тетануса.
Мышечные волокна подразделяются на два вида – фазные и тонические. У фазных волокон период одиночного сокращения короткий, а у тонических волокон – длительный. Тонические волокна предназначены для выполнения статических нагрузок. Они осуществляют второй вид мышечной деятельности – мышечный тонус, благодаря которому все мышцы постоянно находятся в состоянии сокращения, обеспечивая определенное положение тела в пространстве, противодействуя силе земного притяжения. Фазные волокна делятся на белые (быстрые) и красные (медленные). Белые волокна быстро сокращаются, но и быстро утомляются. Красные волокна сокращаются и утомляются медленно. У человека все мышцы смешанные.
Механизм Мышечных Сокращений
В организме скелетные мышцы возбуждаются импульсами, приходящими к ним по двигательным нервам от мотонейронов центральной нервной системы. Аксоны двигательных нейронов центральной нервной системы, подходящие к мышце, разветвляются на множество ветвей, каждая из которых заканчивается двигательными бляшками на мышечных волокнах. Каждый мотонейрон обеспечивает иннервацию от нескольких десятков до нескольких тысяч мышечных волокон, образуя моторную (двигательную) единицу, в которой все волокна сокращаются одновременно.
В результате раздражения мышечного волокна, в нем происходит повышение проницаемости канальцев саркоплазматической сети (СПР), представленной системой сильно извитых тончайших трубочек, образованных выпячиванием плазматической мембраны, которые подходят к миофибриллам и сообщают их с поверхностью мышечного волокна. Стенка СПР, как и мембрана любой клетки, состоит из трех слоев: двойного слоя фосфолипидов, покрытых снаружи слоем мукополисахаридов и внутреннего – белкового слоя. Через поры вещества могут проникать внутрь канальцев и выходить из них. В результате повышения проницаемости канальцев СПР для ионов Са2+, они устремляются в саркоплазму мышечного волокна и активируют миозин, который, являясь ферментом, отщепляет молекулу фосфорной кислоты от АТФ, что ведет к освобождению энергии, необходимой для сокращения мышцы. При сокращении мышцы, согласно теории «зубчатого колеса», происходит скольжение протофибрилл, при этом тонкие нити актина втягиваются в промежутки между толстыми миозина, и мышца укорачивается. Кальциевый насос, как только закончилось возбуждение, понижает концентрацию ионов Са2+ в саркоплазме и миофибриллы расслабляются.
Работа мышц
Работа – необходимое условие существования мышц. Работа бывает статическая и динамическая.
Статическая работа – активная фиксация органов относительно друг друга и придание определенного положения телу, при этом мышца развивает напряжение без изменения длины.
Динамическая работа – смещение одних органов относительно других и перемещение тела в пространстве, при этом мышца изменяет длину и толщину.
Сила Мышц
Величина работы зависит от силы мышц и их длины. Сила мышц прямо пропорционально зависит от поперечного сечения всех мышечных волокон данной мышцы, т.е. от ее толщины.
Проявление силы мышцы зависит от ряда факторов: анатомических, механических, физиологических и психологических (при поперечном сечении мышцы 1см3 мышца способна поднять груз 10кг).
Мышцы, прикрепляясь к костям, приводят их в движение, действуя на них, как рычаги.
Рычаг (в механике) – твердое тело, имеющее точку опоры, около которой оно может вращаться под влиянием противодействующих сил. У человека роль рычага играет кость или группа костей, а сила тяги мышц и сила сопротивления (сила тяжести части тела) – противодействующие силы. В биомеханике выделяют рычаги первого и второго рода.
Рычаг первого рода (рычаг равновесия) – двуплечный, точка опоры в котором расположена между точками приложения силы мышечного сокращения и точкой сопротивления. К рычагам первого рода относят: череп, опирающийся на позвоночник и таз, опирающийся на головки бедренных костей.
Рычаг второго рода, одноплечный, бывает двух видов: рычаг силы и рычаг скорости. Рычаг силы имеет плечо приложения мышечной силы длиннее плеча сопротивления, например стопа, точкой опоры которой служат головки плюсневых костей, точкой приложения мышечной силы – пяточная кость, а точкой сопротивления (тяжесть тела) приходится на голеностопный сустав. Рычаг силы характеризуется выигрышем в силе и проигрышем в скорости. Рычаг скорости имеет плечо приложения мышечной силы короче, чем плечо сопротивления, например предплечье, сгибающееся в локтевом суставе. При этом происходит выигрыш в скорости и проигрыш в силе.