Как работают мышцы

Основное свойство мышц, как известно, — это способность сокращаться (эта деятельность представляет собой цепочку сложных биохимических реакций, происходящих в человеческом организме).

Гладкие мышцы отвечает за нормальное функционирование внутренних органов (сердца, желудка, лёгких, мочевого пузыря и т. д.), поперечно-полосатые являются двигателями для костей скелета. Руководит всеми этими процессами нервная система.

Находящиеся в головном и спинном мозге волокна нервных клеток разветвляются и достигают всех мышц человеческого тела, которые тоже состоят из волокон. Количество возбуждаемых нервными волокнами мышечных может различаться — это может быть как 3–6, так и 120–160 волокон.

Как происходит мышечное сокращение

Мышечное сокращение происходит при получении «команды» для этого из мозга. Волокна мышечной ткани приходят в возбуждение благодаря как двигательным нервам, так и особому виду нервной деятельности организма, называемому трофикой (в переводе с греческого τροφή значит «питание»). Она отвечает за нервное управление обменными процессами в тканях, усвоение мышцами доставляемых с кровью полезных веществ, а также передачу сигнала возбуждения на мышцы от нервов.

После того, как по нерву от мозга к мышце приходит команда, её сокращение происходит спустя примерно 0,01 секунды. У холоднокровных животных сокращение мышц происходит медленнее, чем у теплокровных. В целом время сокращения мышечного волокна составляет около 0,04 секунды. Но ведь движения занимают больше времени, как это получается? Все очевидно — они состоят из серии сокращений, следующих одно за другим сплошным потоком. Эти сокращения и являются основными «кирпичиками» в небоскрёбе функционирования мускулатуры.

Для того чтобы совершать те или иные движения, необходимо поддерживать равновесие тела в пространстве. Это происходит в результате длительного напряжения и сокращения групп тех или иных мышц. Такая мышечная деятельность называется тонической. Любой из участвующих в сохранении устойчивого положения тела или в движении мускулов действует в «сотрудничестве» со всеми остальными мышцами тела, сокращаясь и расслабляясь в строго отведенную ему очередь.

Так каково же устройство мускулатуры, благодаря чему происходят сокращения и какое вещество заставляет мышцы сокращаться?

Все мышцы в зависимости от вида сокращения делятся на поперечно-полосатые и гладкие. Их отличие состоит в том, что работу первых человек может контролировать, в то время как вторые сокращаются непроизвольно (они выстилают стенки желудочно-кишечного тракта, кровеносных сосудов и ряда внутренних органов). Исключением из этого является лишь сердце — оно состоит из поперечно-полосатой мышечной ткани, но в то же время его сокращения происходят без вмешательства хозяина.

Поперечно-полосатая мускулатура получила свое название благодаря своему строению — под микроскопом можно разглядеть длинные полосы мышечных волокон с поперечными пересечениями. Волокна состоят из клеток удлинённой формы, достигающих у представителей вида Homo sapiens 5 см в длину и 5 микрон в ширину. Каждая из этих клеток защищена эластичной оболочкой, внутри которой находятся цитоплазма, ядро и основной механизм действия мышцы — миофибриллы. Изучить их строение стало возможным благодаря использованию мощного электронного микроскопа со 100000-кратным увеличением. Итак, каждая миофибрилла состоит из множества тонких и толстых нитей, расположенных в четком порядке — тонкие нити (миофиламенты) вытянуты по всей длине клетки между толстыми нитями (филаментами). Миофиламенты построены из белка под названием актин, филаменты — из белка миозина. Свойство этих двух белков таково, что они совместно могут синтезировать третий белок, называемый актомиозином. И вот уже он обладает способностью сокращаться.

Когда мускулы находятся в состоянии покоя, миофиламенты располагаются рядом с филаментами так, что только немного заходят друг за друга. Во время сокращения происходит смычка тонких нитей и можно наблюдать четкое чередование коротких толстых филаментов со сплошными длинными и тонкими миофиламентами. Если взглянуть на миофибриллы под электронным микроскопом, то можно будет заметить, что на толстых нитях имеются крохотные шипы, благодаря которым при сокращении они сцепляются с тонкими. Те, кто разбирается в механике, могут сравнить этот феномен с механизмом зубчатой передачи. Итак, механизм мышечного сокращения с точки зрения биохимии — это соединение двух белков и синтез третьего белка, способного сокращаться.

АТФ, или энергия для мышц

Как известно из закона сохранения энергии, ничего не появляется из ниоткуда. Человеческое тело — не исключение, так что даже самое незаметное движение требует определенных энергетических затрат.

Источниками энергии в организме служат опредёленные соединения фосфора, получающиеся в результате ряда химических реакций, самым важным из которых является аденозинтрифосфат (АТФ). Его молекула включает в себя три остатка фосфорной кислоты, два из которых связаны с остальной молекулой очень слабо. Когда эти непрочные связи разрываются при сложных химических реакциях, и высвобождается необходимая организму для поддержания жизнедеятельности энергия.

Таким образом, мускульное сокращение — это процесс, начинающийся с передачи нервом возбуждения на мышцу, после чего оно идёт по всей поверхности мускулов, и приводящий к химической реакции белка актомиозина с аденозинтрифосфатом. Синтез АТФ происходит в основном в клеточных структурах, называемых митохондриями. Именно они считаются генератором энергии в клетках.

После сокращения, как известно, идет период расслабления мышцы. Может показаться, что в это время не происходит никакой мускульной работы, но это не так. Исследования доказали, что в стадии расслабления мышцы восстанавливают запасы энергии и готовятся к предстоящей работе в виде повторных сокращений. Специалисты выдвигают гипотезу, что в расслаблении мышц участвует некое вещество, которое связывает актомиозин и не дает ему заниматься расщеплением АТФ и добычей из него энергии для работы волокон.

Как натренировать мышцы

С биохимической точки зрения, физические нагрузки являются причиной уменьшения амплитуды колебания ряда показателей (например, частота дыхания, обогащение крови кислородом, уровень в ней сахара и т. д.). Внутренние запасы организма начинают им расходоваться более экономно.

Параллельно с этими переменами, общими для всех, в то же самое время в организме протекают процессы, зависящие уже от вида нагрузок. Что это означает, можно рассмотреть на примерах. Если взять бегуна на спринтерские дистанции, то от его организма будет требоваться быстрая мобилизация максимально возможного количества энергии (скорейшего вступления АТФ в реакцию с актомиозином). Именно возможность протекания с нужной скоростью ряда биохимических процессов определяет, будет ли спринтер чемпионом или нет. Противоположностью ему является бегун-марафонец. При беге на длинные дистанции необходима высокая выносливость и длительные периоды напряжения мускулатуры, и тут уже нас больше интересуют другие биохимические показатели — каковы общие энергетические резервы организма, особенно соединения фосфора, дающие приток энергии, и как скоро эти запасы при необходимости восстанавливаются.

Даже если вы не занимаетесь спортом профессионально, но регулярно делаете хотя бы зарядку, то уже делаете свой организм более выносливым и повышаете количество содержащих фосфор веществ в тканях. В первую очередь имеется в виду, конечно же, АТФ.

Немаловажна в работе мышечной системы и роль её эндокринной коллеги. Посмотрите на подростка в период пубертата и вы заметите, что его внешний вид заметно изменяется. Это происходит потому, что под влиянием гормонального взрыва происходит ускоренный рост, в результате чего увеличивается и количество мышечной массы.

Проводимые в последнее время исследования также подтвердили, что мышечная выносливость и активность, а вместе с ними и трудоспособность, зависят в том числе и от качества употребляемой пищи, и от достаточного количества витаминов. Чтобы поддержать работу мускулатуры, стоит обратить внимание на витамины группы В, особенно на витамин В1 (тиамин). Он благотворно влияет на проведение нервных импульсов, нервно-мышечное возбуждение и помогает накапливать в организме фосфорные соединения, дающие энергию.


На сколько вопросов вы знаете ответ?

1. Почему птицы и млекопитающие покрыты перьями и шерстью, тогда как у змей и других пресмыкающихся ничего такого нет? Потому...

Нитроглицерин — Инструкция по применению

Нитроглицерин — синтетический сосудорасширяющий препарат для применения в кардиологии, относится к группе органических нитратов. НИТРОГЛИЦЕРИН Инструкция по применению Показания к...

Конский каштан

Конский каштан — широко распространённое дерево. КОНСКИЙ КАШТАН Конский каштан (Aesculus hippocastanum L.) — высокое мощное дерево. Цветки каштана белые,...

Клиническая смерть

Клиническая смерть — состояние, при котором после прекращения дыхания и сердцебиения ещё возможно восстановление жизненных функций организма. Это состояние длится...