Скелетные мышцы - это поперечнополосатые мышцы, преобразуют химическую энергию в механическую и тепловую. Скелетная мышца состоит из пучков вытянутых в длину клеток – мышечных волокон, обладающих тремя свойствами: возбудимостью, проводимостью и сократимостью. Отличительной чертой мышечных клеток от клеток, не обладающим свойством сократимости, является наличие саркоплазматического ретикулума.
Для их сокращения необходима энергия. Она связана с АТФ в мышцах, которая обеспечивает работу цикла определенных реакций. Их можно представить себе в виде следующей цепочки: раздражение, возникновение потенциала действия, освобождение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума, его диффузия к миофибриллам, взаимодействие (скольжение) актиновых и миозиновых нитей, приводящих к укорочению миофибриллы, активация кальциевого насоса, снижение концентрации ионов кальция, расслабление миофибриллы.
Различают режимы и типы мышечных сокращений. Один из режимов работы скелетной мышцы называется одиночным мышечным сокращением (ОМС). Оно возникает при действии на мышцу одиночного стимула. При ОМС выделяют фазу укорочения (или напряжения), она у наиболее быстро сокращающихся волокон (например, глазных мышц) составляет 7-10 мс, а у медленных волокон камбаловидной мышцы – 50-100 мс. Вторая фаза ОМС – это фаза расслабления (или удлинения) мышцы. Эта фаза продолжается примерно в два раза дольше, чем фаза сокращения.
После нескольких импульсов, последующие ответы мышечных волокон не изменяют достигнутого напряжения, а лишь поддерживают его. Такой режим сокращения называется гладкий тетанус
В тех же случаях, когда промежутки между последовательными импульсами мотонейрона меньше времени полного цикла ОМС, но больше длительности фазы напряжения, сила сокращения колеблется. Этот режим сокращения называется зубчатым тетанусом.
Типы мышечного сокращения:
изотонический - это сокращение мышцы, при котором ее волокна укорачиваются при постоянной внешней нагрузке (в реальных условиях такой практически отсутствует ),
изотермический – это тип активации мышцы, при котором она развивает напряжение без изменения своей длины, что лежит в основе статической работы;
ауксотонический - это режим, в котором мышцы развивают напряжение и укорачиваются, такие сокращения характерны при ходьбе, беге, плавании.
Мышцы обладают определенной силой. Сила мышцы – это наибольшая величина груза, который она может поднять. Существует понятие абсолютной мышечной силы – это максимальный груз, который мышца поднимает на 1 см поперечного физиологического сечения. Например, у жевательной мышцы она составляет – 10,0 кг/ см2. Кроме того, есть понятие относительной мышечной силы. Это способность мышцы к подъему груза на единицу анатомического сечения мышцы (измеряется в кг / см2).
Коэффициент полезного действия (КПД) всех мышц человека равен 15-25 %, у тренированных он выше – 35 %. Существует закон средних нагрузок, при котором мышца длительно работает при средних нагрузках в оптимальном (среднем) ритме сокращения. При длительных физических нагрузках развивается рабочая гипертрофия мышц. Происходит увеличение массы мускулатуры, увеличение массы каждого мышечного волокна. При гиподинамии наступает атрофия мышц. При длительном режиме работы мышц наступает усталость – субъективное состояние, а затем развивается утомление.
Причины утомления: накопление в мышечной ткани метаболитов (молочной, пировиноградной и других кислот, ионов, угнетающих потенциал действия), истощение энергетических запасов мышц (гликогена, АТФ), нарушение в результате напряжения мышечного кровообращения, изменение работоспособности нервных центров. Работоспособность быстро восстанавливается при активном отдыхе, когда происходит смена вида деятельности или смена работающих органов.
В работе мышц могут быть два состояния: динамическое – происходит перемещение груза и движение костей, суставов и статическое - мышечные волокна развивают напряжение, но почти не укорачиваются (удержание груза). Статическая работа более утомительна, чем динамическая.
Гладкие мышцы. Находятся в стенках внутренних органов и кровеносных сосудов. Эти мышцы могут осуществлять относительно медленные движения и длительные тонические сокращения. Первые – обеспечивают перемещение содержимого полых органов (желудка, кишок, мочевого пузыря), вторые – препятствуют выходу содержимого желчного пузыря, мочевого пузыря (т.е. выражены эти сокращения в сфинктерах).
По своим функциональным особенностям гладкие мышцы подразделяются на мышцы, обладающие и не обладающие спонтанной активностью. Гладкие мышцы, обладающие спонтанной активностью, способны сокращаться и при отсутствии воздействий (ритмические сокращения мышц кишечника). Спонтанная активность гладкомышечных волокон связана с их растяжением, вызывающим деполяризацию мембраны мышечного волокна и возникновением серии распространяющихся потенциалов действия. Гладкие мышцы, не обладающие спонтанной активностью сокращаются под влиянием импульсов, поступающих от вегетативной нервной системы (мышечные клетки артерий, семенных протоков, радужки).
Сердечная мышца. В своей работе сердечная мышца отличается рядом особенностей в сравнении со скелетной и гладкой мускулатурой. К основным свойствам работы сердечной мышцы относят: автоматию, возбудимость, проводимость и сократимость
Автоматия сердечной мышцы – это способность к самовозбуждению под влиянием импульсов, возникающих в самом органе. Ее природа до конца не выяснена, но есть данные о том, что она связана с функцией атипичных мышечных клеток пейсмекеров, заложенных в узлах сердца. Главным центром автоматии сердца является синусный узел. Биопотенциал синусного узла имеет такие особенности, которые заключаются в том, что фаза реполяризации не заканчивается восстановлением мембранного потенциала, а переходит во вторичную (диастолическую) деполяризацию, которая, достигая величины порогового потенциала, вызывает появление нового потенциала действия. Автоматией обладают все элементы проводящей системы сердца (атриовентрикулярный узел, волокна Пуркинье). Она убывает, по мере продвижения импульса, от основания сердца, к его верхушке (от венозного конца сердца к его артериальному концу). Это явление получило название закона (правила, градиента) Гаскелла.
Возбудимость сердечной мышцы имеет также свои особенности. В ответ на пороговые раздражители сердечная мышца сокращается с максимальной силой, т.е. сила сокращения сердца не зависит от силы раздражения. Сократительный миокард обладает возбудимостью, но он не обладает автоматией. В период диастолы мембранный потенциал покоя этих клеток стабилен, и его величина выше, чем в клетках водителей ритма (80-90 мВ). Потенциал действия в этих клетках возникает под влиянием возбуждения клеток водителей ритма. Оно достигает кардиомиоцитов, вызывая деполяризацию их мембран.
Во время фазы относительной рефрактерности сверхпороговые раздражители могут вызвать возбуждение сердечной мышцы, и в ответ наступает внеочередное ее сокращение – экстрасистола.
Особенностью сократимости сердечной мышцы является также и то, что она подчиняется закону Франка-Старлинга. Чем сильнее растянуто сердце во время диастолы, тем оно сильнее сокращается во время систолы. Кроме того, работа сердечной мышцы подчиняется закону «все» или «ничего».
Проводимость – это способность сердечной мышцы проводить возбуждение, как по волокнам рабочего миокарда, так и проводящей системы. Скорость проведения волны возбуждения в сердце такова: по мышечным сократительным волокнам предсердий до 0,0-1,0 м/с, в артиовентрикулярном узле – 0,02-0,05 м/с, в пучке Гиса – 1,0-1,5 м/с и в волокнах Пуркинье – 3,0-4,0 м/с. Медленное проведение возбуждения в атриовентрикулярном узле называют атриовентрикулярной задержкой. Она равна 0,04-0,06 с.