Основная характеристика мышечной системы человека

Основная характеристика мышечной системы

Активная часть опорно-двигательной системы человека формируется при помощи скелетных мышц. Благодаря сокращению этих мышц тело и отдельные его части перемещаются.

Возраст и тренировки способствуют изменению не числа волокон скелетных мышц человека, а их толщины. Количество мышц остается постоянным — примерно 600 (а это больше половины массы тела).

Мышечная система человека представляет собой 3 отдельные группы мышц, выделенных в соответствии с определенными частями тела:

1. Мышцы головы.
2. Мышцы туловища.
3. Мышцы конечностей.

Основные типы мышц человека

С анатомической точки зрения все мышцы делят на поперечнополосатые и гладкие. С функциональной позиции выделяют также сердечную мышцу.

Сердечную мышцу формируют поперечнополосатые мышечные волокна, которые за счет нексусов (специальные связи) переплетаются друг с другом.

Если говорить о функциях мышц, то в соответствии с этим параметром выделяют три вида мышечной ткани со своими специфическими отличиями.

Отличительные характеристики волокон скелетной мышечной ткани — вытянутость, цилиндрическая форма и отсутствие ветвления. В каждом волокне очень много ядер. Так же для волокон характерна поперечная исчерченность. Все это позволяет волокнам быстро сокращаться под воздействием импульсов коры больших полушарий, поступающих по соматическим нервам.

Особенности строения скелетных мышц

Поперечнополосатая мышечная ткань — основа скелетных мышц.

Каждая мышца имеет активную сократительную часть (брюшко или мышечное тело) и пассивную несократительную (сухожилие).

Собранные в пучки мышечные волокна составляют мышечное тело. Между собой волокна связаны при помощи соединительной ткани — она имеет вид тонкой сетки.

Снаружи мышцу покрывает плотная соединительная оболочка. Сухожилия сформированы из плотной соединительной ткани: ее коллагеновые волокна проникают в мышечное тело, а другим концом крепятся к холмистостям костей.

Скелетные мышцы по своей форме встречаются:

• короткие. Они располагаются между отдельными позвонками и ребрами;
• длинные. Основное место их размещения — конечности. У них может быть несколько головок, которые крепятся на разных костях, а также в разных местах одной кости (есть две, три и четыре головы);
• широкие. В большинстве случаев размещаются на туловище и отличаются формой пластов различной толщины.

Двигательная нервно-мышечная единица

Двигательная нервно-мышечная единица — совокупность мотонейрона спинного мозга и миофибрилл, иннервированных им.

Скорость сокращения и устойчивость к усталости определяют медленные (S — от Slow) и быстрые (F — от Fast) двигательные единицы. Они так же делятся на стойкие к усталости (FR) и быстроутомляющиеся (FF).

Особенности строения поперечнополосатого мышечного волокна

Мышечное волокно является основной (самой малой) функциональной единицей мышцы.

Волокна покрыты плазматической мембраной и находятся в тонкой трубке соединительной ткани (эндомизиуме).

Вокруг пучков волокон находится плазматическая мембрана: в таком виде они помещаются в тоненькую трубочку соединительной ткани — это эндомизиум.

Сама мышца находится в чехле из соединительной ткани или эпимизиуме.

Для большинства скелетных мышц не характерно прикрепление обоих концов к сухожилиям.

Почти все мышечные волокна укладываются параллельно друг другу. По этой причине сила сокращения мышцы равна сумме усилий, развитых отдельными волокнами.

Мышечное волокна представляет собой многочисленные миофибриллы — в них выделяются отдельные нити. Последние состоят из сократительных белков:

• миозина;
• актина;
• тропомиозина;
• тропонина.

Интересно, что в длину зрелые мышечные волокна могут быть как сами мышцы: диаметр их варьируется от 10 до 100 мкм.

Все волокна состоят из миофибрилл: белковых структур, погруженных в цитоплазму. Помимо прочего, цитоплазма содержит митохондрии, саркоплазматический ретикулум, систему поперечных трубочек, зерна гликогена. Световой микроскоп помогает обнаружить характерную исчерченность, под которой понимают чередование светлых и темных полос: это свойственно всем миофибриллам.

По этой причине другое название скелетной мышцы — поперечнополосатая.

Характеристика быстрых и медленных мышц

Почти всегда мышечное волокно имеет контакт с одним нервным окончанием — физическим. Это объясняется тем, что на единичный нервный импульс волокно отвечает физическим единичным сокращением.

У млекопитающих мышцы разделены на быстрые и медленные. В мышцах больше быстрых волокон — они отвечают за быстрые движения. Медленные волокна в основном находятся в мышцах, ответственных за поддержание позы.

Специфика структуры миофибрилл

Мышечное волокно включает множество цилиндрических белковых элементов — это миофибриллы.

Свойственная волокну в общем поперечная исчерченность связана с упорядоченной структурой миофибрилл: в продольном и поперечном направлении. Такая упорядоченность — следствие особенностей размещения белковых элементов мышцы (толстых и тонких нитей). Диаметр толстых нитей — 11 нм, а тонких — 5 нм.

Схема:

Если посмотреть на схему расположения тонких и толстых нитей, то на поперечном разрезе можно обнаружить образованную ими гексагональную решетку, а на продольном — структуру, которая регулярно повторяется и состоит из перекрывающихся или не перекрывающихся участков.

При рассмотрении миофибриллы вдоль можно обнаружить, что светлые и темные полосы чередуются. Это обусловлено различной светопроницаемостью участков с толстыми и тонкими нитями.

Также на схеме видна структурная организация тонких и толстых нитей, обусловленная этим поперечная исчерченность (ее можно увидеть под световым микроскопом).

Самые заметные — А-полосы и более светлые I-полосы: они регулярно чередуются вдоль миофибриллы. В I-полосе располагается темная Z-линия, а в А-полосе — светлая область, Н-зона. Последнюю делит на две половины более темная М-линия (она окружена светлым участком или L-зоной, которая не всегда заметна).

Толстую нить составляет белок миозин, а тонкую другие белки вроде актина, тропонина и тропомиозина.

В результате того, что тонкие и толстые нити расположены в области их взаимного перекрытия, каждую толстую нить окружают 6 тонких, а каждую тонкую — 3 толстых. Соответственно, тонких нитей в два раза больше.

Особенности механизма сокращения мышечного волокна

По-другому этот механизм еще называют теорией скользящих нитей. Суть теории в следующем: при мышечном сокращении тонкие и толстые нити взаимно перемещаются. Происходит уменьшение длины саркомера — длина нитей остается той же.

Скольжение осуществляется за счет реакций между выступами миозиновых нитей и активных участков тонких нитей. Сначала выступ прикрепляется к актиновой нити, после чего тянет ее, провоцируя скольжение. Далее он отпускает нить и перемещается вдоль тонкой нити к другой точке прикрепления.

Главные механические изменения проходят параллельно с конкретной последовательностью биохимических процессов:

• на первом этапе происходит размыкание поперечного мостика между миозином и актином. Это возможно благодаря действия АТФ, с которой связывается миозин. АМ+ФТФ → А+М*АТФ. В этой формуле А — актин, а М — миозин;
• далее происходит расщепление АТФ на АДФ и Ф. Одновременно происходит изменение конфигурации миозином (субфрагментом S1) — это изменение предшествует его присоединению к тонкой нити. Продукты распада АТФ продолжают быть связанными с миозином;
• после этого происходит присоединение поперечного мостика миозина к новому мономеру актина;
• в результате третьего этапа продукты гидролиза АТФ отщепляются, выделяется энергия, которая используется для «рабочего хода» — поворота S1 и линейного перемещения актина.

Сила мышц

Для определения силы мышцы ориентируются на максимальный груз, который она может поднять, и максимальное напряжение, развиваемое при условиях изометрического сокращения.

Нужно различать:

• показатели максимальной силы;
• показатели относительной анатомической силы;
• показатели абсолютной силы;
• показатели максимальной произвольной силы.

Важное условие — участие всех двигательных мышечных единиц и их работа в тетаническом режиме: одно продолжительное мышечное сокращение без расслабления как результат частого повторяемого ее раздражения.

Сокращение мышцы происходит при длине покоя — это длина, при которой мышца способна развить максимальное напряжение. Произвольное напряжение мышцы не позволяет достичь таких условий. По этой причине максимальную силу определяют при электрическом раздражении нерва, иннервирующего мышцу.

Максимальная сила мышцы относится к теоретическому понятию и описывает потенциальные силовые возможности мышцы.

Максимальная произвольная сила — сила, развиваемая мышцей в случае максимального произвольного сокращения.

Этим показателем описывается фактическая сила мышцы, развиваемая при нормальных условиях — степень реализации потенциальных возможностей мышцы (максимальной силы).

Силовой дефицит — разница между двумя этими показателями.

Большинство мышц может развивать существенное напряжение, так как имеют относительно большую площадь сечения.

Силу мышцы определяет величина поперечного сечения мышцы, ее исходная длина, возраст, функциональное состояние, температура и прочие показатели.

Статическая и динамическая работа мышц

Работа мышц может быть:

• статической. Удерживание груза, поддержание позы — изометрический режим сокращения;
• динамической. Перемещение груза и движение костей в суставах.

Как определяется динамическая работа при подъеме груза массой m? Умножением силы тяготения, которая действует на тело, на высоту подъема h или величину укорочения мышцы.

Формула выглядит так: A = Ph = mgh.

Путем умножения силы на время выполнения работы определяется статическая работы мышцы.

Формула: A = Pt.

Когда масса поднимаемого груза увеличивается (до определенной границы), то работа мышцы возрастает. Если масса груза очень большая, то высота подъема практически незаметна: в таком случае работы мышцы не меняется или даже уменьшается.

Мышца выполняет максимальную работу при средней нагрузке — закон средних нагрузок.

Количество участвующих в работе мышц, динамика их сокращения и расслабления, сила и длительность мышечной работы характеризуют физическую работу.

Графическую запись выполняемой работы можно получить при помощи определенной методики — эргографии. Прибор для записи получил название эргограф, а непосредственно запись — эргограмма.

Мышечная усталость

Усталость мышцы наступает как результат развития процесса усталости (отказа от работы) в двигательных нервных центрах ЦНС, нервно-мышечном синапсе и в мышце — в результате скопления продуктов обмена и недостатка кислорода.

В результате усталости может наступить неконтролируемое непрерывное сокращение мышцы или контрактура мышцы. Это происходит из-за истощения АТФ в саркоплазме — расслабление мышечных волокон становится невозможным.

Эффект Сеченова представляет собой ускоренное восстановление трудоспособности усталых мышц в ходе активного отдыха. Из этого следует, что активный отдых и кратковременные перерывы в работе имеют преимущества над пассивным отдыхом.

Гиподинамия

Во всех таких случаях нагрузка на мышцы существенно сокращается. При длительном нахождении в таких условиях в мышцах происходят атрофические изменения (атрофия как результат неиспользования), возникает общая физическая детренированность, детренированность сердечно-сосудистой системы, изменения солевого баланса, кровеносной системы, иммунной системы, а также деминерализация костей и пр.

Гипокинезия или уменьшенная подвижность нередко используется как синоним гиподинамии, однако это не совсем верно.