Свойства скелетных мышц

Сократимость - основное свойство мышц. Она характеризуется способностью мышцы укорачиваться или развивать мышечное напряжение.

Эта способность мышцы связана с особенностями ее строения и функциональными свойствами.

В скелетным мышцах выделяют два типа мышечных волокон: медленные (тонические) и быстрые (фазические). В некоторых мышцах находятся только быстрые или только медленные волокна, в других - и те и другие одновременно. Благодаря двум типам волокон организм может поддерживать позу и осуществлять движения.

Особенности тонических мышц следующие: в них много митохондрий, а источником энергии является кислородные (аэробные) процессы. В ответ на раздражение происходит медленное постепенное сокращение и далее медленное расслабление, в 100 раз более медленное, чем у быстрых волокон. Тонические мышцы могут длительно сокращаться, что обеспечивает поддержание позы. Располагаются тонические волокна в глубоких слоях мышц конечностей и туловища.

Фазические волокна характеризуются меньшим количеством митохондрий, поэтому основным источником энергии являются анаэробные (бескислородные) процессы. Эти волокна отвечают на раздражение быстрым сокращением,    но в них довольно быстро развивается утомление, а также кислородная задолженность. Фазические мышцы важны для обеспечения быстрых движений. Они располагаются ближе к поверхности тела.

Деятельность мышц регулируется центральной нервной системой (ЦНС). Нервные импульсы, возникающие в различных отделах ЦНС в конечном итоге попадают на двигательный нейрон передних рогов спинного мозга (мотонейрон). Причем один двигательный нейрон, как правило, иннервирует несколько мышечных волокон. Было выяснено, что в скелетных мышцах имеется около 250 млн. мышечных волокон, тогда как число мотонейронов в спинном мозге - 420 тыс. Мышцы разных отделов тела иннервируются разным числом нервных клеток. Так, в мышцах глазного яблока один мотонейрон иннервирует 3-6 мышечных волокон, тогда как в мышцах ног их число достигает 650. Таким образом, в зависимости от тонкости двигательных актов и их биологической значимости количество нейронов, иннервируюших мышцы, бывает различным. Группа мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном, получила название моторной единицы. Благодаря большому количеству моторных единиц можно объяснить плавность движений. Если бы нервные импульсы, подходящие к мышце, приводили бы к одновременному возбуждению всех мышечных волокон, то движения носили бы марионеточный, кукольный характер. Но этого не происходит, так как от различных двигательных нейронов импульсы к мышце подходят не одновременно, а несколько асинхронно. Это и способствует постепенному (градуальному) нарастанию сокращений и плавности движений нашего тела.

Движения человека, в основе которых лежат сокращения мышц, имеют рефлекторную природу. Сократительные механизмы мышечных волокон срабатывают под влиянием нервных импульсов, идущих от нервных центров. Деятельность последних, в свою очередь, определяется раздражениями, приходящими из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. Кроме того, в процессе самого движения мозг на основе обратных связей (через систему рецепторов, расположенных в самой мышце, ее сухожилиях, или в связках и суставах) постоянно получает сигналы о ходе его осуществления. Так образуется рефлекторное кольцо, представляющее собой непрерывный поток нервных импульсов, идущих от периферических рецепторов (проприорецепторов) в мозг, от него - в исполнительные органы (мышцы), сокращения которых регистрируются периферическими рецепторами, а оттуда снова поток нервных импульсов устремляется к нервным центрам.

Любой двигательный акт, будь то ходьба, бег, тонкие движения пальцев рук при письме или игре на фортепиано и т.д., связан с тонким и точным согласованием последовательности сокращений различных мышечных групп, их силы, и продолжительности. В регуляции любого движения принимают участие многие отделы ЦНС. В коре головного мозга в области передней центральной извилины находится зона двигательного анализатора. Кора осуществляет условно-рефлекторную регуляцию движений, т.е. тех движений, которые выработались у человека в процессе индивидуального опыта. Обучение новым формам движений возможно только при сохранности коры. Роль промежуточного мозга, его подкорковых ядер заключается в том, что они регулируют движения, ставшие в результате Многочисленных повторений автоматическими. Мозжечок принимает участие в регуляции безусловнорефлекторных движений. Между корой, мозжечком и подкорковыми ядрами существуют двусторонние связи. На уровне промежуточного, среднего, продолговатого и спинного мозга осуществляется рефлекторная регуляция тонуса мышц.

Возбудимость и лабильность мышц. В ответ на раздражение в мышце развивается процесс возбуждения. Эта способность, как было отмечено выше, называется возбудимостью. Уровень возбудимости мышцы является одним из важнейших показателей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппарата. Процесс возбуждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в мышечных волокнах, прежде всего перераспределением ионов К+ и Na+ между внутриклеточным и внеклеточным пространствами.

Деятельность мышц в значительной степени характеризуется ее лабильностью - скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения в возбудимой ткани. Мышечные волокна обладают значительно меньшей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, но большей, чем лабильность синапсов.

Уровни возбудимости и лабильности не являются постоянными и меняются при разных ситуациях. Так, небольшая физическая нагрузка (утренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки - понижают.

Тонус скелетных мышц. Даже в покое, вне работы, мышцы не полностью расслаблены, а находятся в состоянии некоторого устойчивого непроизвольного напряжения (тонуса). Это приводит к более быстрой реакции на раздражитель и более сильному сокращению. Внешним выражением тонуса является определенная степень упругости мышцы. Во время умственного и эмоционального напряжения тонус различных мышц может усиливаться, а во время глубокого сна он уменьшается.

Изотоническое и изометрическое сокращение мышц. Сокращение мыщцы может сопровождаться ее укорочением, но напряжение при этом остается постоянным. Такое сокращение называют изотоническим. Если мышца напрягается, но укорочения не происходит, то сокращение мышцы называют изометрическим (например, при попытке поднять неподъемный груз.

В  естественных условиях мышечные сокращения всегда носят смешанный характер и движения человека сопровождаются как изотоническими, так и изометрическими сокращениями мышц. Поэтому можно говорить лишь об относительном преобладании изотонического и изометрического режима мышечной деятельности.

В экспериментальных условиях для мышечного сокращения достаточно одного нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным, оно протекает очень быстро, за несколько десятков миллисекунд. В естественных условиях в организме к мышце посылается всегда серия импульсов. В результате она не успевает полностью расслабиться  после возбуждения, вызванного предыдущим импульсом, как новый импульс 1 вновь вызывает ее сокращение и т.д. Иначе говоря, одиночные сокращения 1 суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое называют тетаническим сокращением, или тетанусом. Амплитуда его может  быть в несколько раз больше величины максимального одиночного сокращения. Именно тетанус обеспечивает длительность и плавность мышечных сокращений, которые реализуются в естественных условиях нашей физической деятельности.