Клеточным компонентом скелетных мышц является мышечное волокно, названное так из-за вытянутой формы. Макроскопически наши мышцы собраны в пучки, обернутые в соединительно-тканную фасцию. Фасция сходится на концах мышц, образуя сухожилия, которые и прикрепляют мышцы к костям.
Мышечное волокно
У тонких и длинных клеток волокна ядра смещены к краю клеточной мембраны, или сарколеммы. Благодаря этому остается больше места для сократительных элементов, расположенных внутри клетки. Каждое мышечное волокно содержит более мелкие нити волокон — миофибриллы. Эти белковые пучки цилиндрической формы располагаются параллельно друг другу, благодаря чему скелетная мышца под микроскопом кажется заштрихованной. Внутри каждого волокна располагаются тысячи длинноцепочечных белков (миофиламентов), составляющих работающую мышечную единицу. Миофиламенты считаются эффекторными сократительными единицами, потому что они накладываются друг на друга, как сцепленные в замок пальцы. Это позволяет клетке укорачиваться, из-за чего мышца сокращается. Существует два типа миофиламентов: актин и миозин. Их собирательное название — актомиозин.
Так устроена скелетная мышца.
Фасция
Каждая мышца состоит из пучков мышечных волокон, выстланных слоем фасции — плотной соединительной ткани. Она покрывает как саму мышцу, позволяя ей двигаться обособленно, так и внутримышечные волокна. Фасция пронизана нервами и кровеносными сосудами, что делает ее неотъемлемой частью мышечной деятельности. В скелетных мышцах выделяют три слоя фасции: эпимизий (покрывает всю мышцу), перимизий (покрывает пучки мышечных волокон) и эндомизий (покрывает мышечные волокна).
Сухожилия
Сухожилия, или жилы, — это прочные и неэластичные фасциальные тяжи на концах мышцы, позволяющие выполнять оптимальные сократительные движения. Один конец сухожилия прикрепляется к брюшку мышцы, а другой — к нужной кости. Часто мышцы передают часть своей работы сухожилиям, особенно в ограниченных участках тела с множеством суставов. Например, мышцы тыльной стороны ладоней расположены выше запястий, а все действия кисти выполняют сухожилия. Вот несколько главных сухожилий.
Сухожилие стремечка (ухо) — прикрепляет самую короткую мышцу (стременную) к самой маленькой кости (стремечку) в среднем ухе.
Сухожильные хорды (сердце), более известные как сухожильные нити, — помогают фиксировать клапаны сердца.
Бедренное сухожилие (нога) — хорошо чувствуется в задней части колена.
Ахиллово сухожилие (стопа) — самое сильное, прочное и крупное сухожилие. Соединяет икроножную мышцу с пяточной костью.
Красноту мышцам придает миоглобин — богатый железом белок, близкий родственник гемоглобина. Железо в миоглобине связывается с кислородом, который окрашивает мышцу в определенный цвет и позволяет мышечным волокнам дольше удерживать кислород. Кроме того, мышечные клетки пронизывают густая сеть кровеносных капилляров и митохондрии (богатые железом органеллы, компенсирующие большой расход энергии).
Нервно-мышечные синапсы
Мышечные движения обычно воспринимаются как нечто автоматическое, однако в действительности они состоят из серии сложных и высокоточных действий. Сначала мозг генерирует электрический нервный импульс, или потенциал действия, который проводится по двигательной коре. Далее импульс проходит через спинной мозг в двигательные нервы (они разветвляются на двигательные нейроны) и стимулирует отдельные участки мышечных волокон — нейромышечные синапсы, или концевые пластины.
Нервно-мышечное соединение — это участок, в котором встречаются две разные структуры: двигательный нейрон (нервная клетка, создающая путь для проведения импульса от мозга к мышце) и другая мышечная клетка. Каждое мышечное волокно иннервируется одним двигательным нейроном. По сути, нервно-мышечное соединение — это синапс. Передача импульсов осуществляется мгновенно за счет диффузии химического вещества, или нейромедиатора.
Соматические рефлексы созданы для того, чтобы защищать нас от потенциально опасных взаимодействий. Они характеризуются движениями скелетных мышц, которые начинаются вне мозга. Это автоматические непроизвольные движения, возникающие в ответ на внешний стимул. Соматические рефлексы обходят мозг, поэтому они происходят почти мгновенно. Это возможно благодаря нервному пути (рефлекторной дуге), образованному двумя или тремя типами нейронов: чувствительным, двигательным и иногда вставочным (он передает импульсы между нейронами).
Моносинаптическая рефлекторная дуга.
Это простейший тип рефлекторной дуги, образованный чувствительным и двигательным нейронами. Пример: коленный рефлекс, который возникает при легком ударе по сухожилию четырехглавой мышцы бедра (чуть ниже колена). Удар растягивает сухожилие, тензорецепторы мышцы это улавливают. Они генерируют импульс, который передается по чувствительному нейрону в двигательный нейрон спинного мозга. Затем импульс передается из двигательного нейрона в мышцу, и нога сгибается. Этот рефлекс связан с удержанием равновесия.
Полисинаптическая рефлекторная дуга.
Этот тип рефлекторной дуги включает чувствительный, вставочный и двигательный нейрон. Примером может служить сгибательный рефлекс, возникающий, когда раздражитель вызывает болевые ощущения в пальце. Сенсорные рецепторы на коже улавливают боль. Они генерируют импульс, который передается через чувствительный нейрон во вставочный нейрон спинного мозга, где соединяется с двигательным нейроном. Активизируются двигательные нервы, а затем импульс передается в мышцу через нейроны и рука сгибается (отдергивается).
Полисинаптическая рефлекторная дуга соединяет чувствительные и двигательные нейроны с помощью одного или нескольких вставочных нейронов. Такая дуга позволяет быстро реагировать на внезапные изменения.
Как только электрический импульс достигает синапса, высвобождается ацетилхолин. Он связывается с белковыми рецепторами на мембране мышечного волокна, или сарколеммы, из-за чего она возбуждается (деполяризуется), а электрический импульс проходит через мембрану. Это способствует высвобождению кальция в клетке. Под действием кальция микрофиламенты начинают скользить друг по другу и переплетаются, приводя к сокращению мышцы.
В нервно-мышечном синапсе импульсы передаются от двигательного нейрона в мышечное волокно.
Один двигательный нейрон образует множество синапсов по всей длине мышечных волокон, благодаря чему пучок мышечных волокон сокращается как единая двигательная структура. Чтобы мышцы не пребывали в состоянии сокращения постоянно, ацетилхолин вырабатывает фермент ацетилхолинэстеразу, которая расслабляет мышцы.
Мышечное сокращение
У наших мышц одна работа — сокращаться. Одна мышца может отодвигать кость, а при работе в команде мышцы способны возвращать кость в исходное положение. Для этого используются пары мышц-агонистов и мышц-антагонистов. Чтобы выполнить обратное действие, сокращенная мышца расслабляется, а расслабленная мышца — сокращается. Благодаря этому сгибаются и разгибаются суставы.
Сгибание сустава — это медицинское название сгибательного действия, приводящего к уменьшению угла между двумя костями сустава. Например, когда вы сгибаете руку, бицепс сокращается, а трицепс расслабляется. Разгибание сустава равнозначно его выпрямлению, это увеличение угла между костями. Мышцы, которые разгибают сустав, — это мышцы-разгибатели, а мышцы, которые сгибают сустав, — это мышцы-сгибатели.
Типы сокращения
Если вы попытаетесь поднять предмет, не соизмеримый с силовыми возможностями мышцы, то она начнет сокращаться «изометрически»: при увеличении давления на мышцу ее длина останется неизменной. При «изотонических» сокращениях (т. е. при поднятии соизмеримого веса) напряжение в мышце останется постоянным, а длина мышцы изменится. Для мышц характерно остаточное напряжение в состоянии покоя (тонус мышц), которое возникает из-за сокращения двигательных единиц, находящихся в стадии расслабления, что обеспечивает стабильное положение костей и суставов.
Когда трицепс сокращается, бицепс расслабляется.
Энергия для сокращения
В состоянии покоя мышечное волокно может укорачиваться (сокращаться) до половины своей длины. Но для перемещения нитей актомиозина мышечному волокну требуется много энергии, которую оно может получать аэробно (с участием кислорода) или анаэробно (без кислорода).
Аэробное дыхание происходит в митохондриях и использует кислород для распада глюкозы и жирных кислот. В результате реакции выделяются углекислый газ и энергия в виде АТФ. Побочным продуктом этой реакции является выделение тепла. Именно поэтому при интенсивных тренировках нам становится жарко.
Анаэробное дыхание происходит в жидком содержимом цитоплазмы (цитозоли), и в результате выделяется молочная кислота. Эта кислота препятствует сокращению мышц, что приводит к их истощению и жжению.
Чтобы избавиться от молочной кислоты, человек начинает часто и глубоко дышать, компенсируя нехватку кислорода, который затем превращает молочную кислоту в глюкозу.
По своей способности вырабатывать энергию (аэробно или анаэробно) мышечные волокна делятся на два типа. 1-й тип волокон очень медленно утомляется и чаще встречается у бегунов на длинные дистанции. Волокна 2-го типа характерны для спринтеров — они проявляются короткими всплесками высокоинтенсивной активности. Эти волокна быстрее утомляются и используют анаэробное дыхание, поскольку должны вырабатывать энергию быстрее, чем получают кислород от организма.
Тренировка мышц
Арнольд Шварценеггер очень метко сказал: «Для меня мышцы — это такая же тема для разговора, как и некто, гуляющий с гепардом по 42-й улице». Если у вас есть мышцы — покажите их. К сожалению, все мы знаем, что не каждому дано стать культуристом, а рельефность мышц зависит от тренировок и наследственности.
Скелетные мышцы — это особый тип ткани. Можно даже сказать, что спортсмены в некоторой степени склонны к мазохизму, ведь определенная боль лишь улучшает качество мускулатуры. Немецкий философ XIX века Фридрих Ницше придумал гениальную фразу: «То, что нас не убивает, делает нас сильнее». И это особенно актуально для наших мышц.
«Отцом современного бодибилдинга» считают немецкого циркового атлета Евгения Сандова. Этот силач, родившийся в 1867 году, первым в мире придумал соревнование по бодибилдингу.
Мышечная сила — это количество силы, которую мышцы прилагают при одном максимальном усилии. Тренировка с различными уровнями сопротивления повышает мышечную силу за счет увеличения размера и количества отдельных мышечных волокон. Это происходит, потому что повторное сокращение мышц приводит к разрыву мышечных волокон. А наше тело автоматически реагирует на это, пытаясь восстановить их с помощью сателлитных клеток (мышечных стволовых клеток) во внеклеточном матриксе мышечных волокон.
Представляем наших претендентов.
Тонические (постуральные) мышцы.
К ним относятся мышцы спины (мышца, выпрямляющая позвоночник), бедра (четырехглавая мышца бедра) и ягодиц (большая ягодичная мышца). Все они поддерживают суставы или кости, на которые действует гравитация. Это длинные и сильные мышцы, выполняющие большой объем работы. Самая крупная из них — большая ягодичная мышца.
Сердечная мышца (миокард).
Самая трудолюбивая мышца: она постоянно бьется и никогда не останавливается. Эта непроизвольная мышца является главной основой для стенок сердца (см. стр. 111).
Жевательные мышцы.
Эти парные мышцы (по одной на каждой стороне лица) плотно сжимают челюсть. Жевательная мышца соединяет нижнюю челюсть со скулой.
Так кто же победит? Трудно сказать, ведь мышечную силу можно измерять по-разному. К тому же она зависит от питания, наследственности и уровня физической активности каждого человека.
В числе прочего, лицевые мышцы позволяют нам выражать эмоции.
Полноценный отдых способствует высвобождению гормонов, необходимых для восстановления мышц и создания новых волокон, что в итоге укрепляет мышцы. Тренировка сердечно-сосудистой системы, наоборот, увеличивает мышечную силу за счет укрепления уже существующих сердечных волокон, а не роста новых.