15.3. Одиночное и тетаническое сокращение. Электромиограмма.

При единичном надпороговом раздражении двигательного нерва и самой мышцы возбуждение мышечного волокна сопровождается одиночным сокращением, которое состоит из 3 фаз: скрытого латентного периода, фазы сокращения и фазы расслабления. Во время скрытого периода происходит электромеханическое сопряжение.

Если интервалы между нервными импульсами короче, чем длительность одиночного сокращения, то возникает суперпозиция – наложение механических эффектов мышечного волокна друг на друга и наблюдается сложная форма сокращения – тетанус.

Различают 2 формы тетануса:

• зубчатый тетанус возникает при более редком раздражении, когда каждый следующий нервный импульс попадает в фазу расслабления отдельных одиночных сокращений

• сплошной (гладкий) возникает при более частом раздражении, когда каждый следующий импульс попадает в фазу сокращения.

Поэтому между частотой импульсов и амплитудой сокращения волокон ДЕ существует соотношение:

• при небольшой частоте (5-8 импульсов в 1 с) возникают одиночные сокращения;

• при 15-20 импульсов в 1 с – зубчатый тетанус;

• при 21-60 импульсов в 1 с – гладкий.

Одиночное сокращение более слабое и менее утомительное. Тетанус обеспечивает в несколько раз более мощное, хотя и кратковременное сокращение мышечного волокна. Сокращение целой мышцы зависит от формы сокращения отдельных ДЕ и их координации во времени:

• При длительной, но не интенсивной работе (бег на длинные дистанции) отдельные ДЕ сокращаются попеременно, утомление при этом развивается медленно, так как, работая по очереди, ДЕ в промежутках между активацией успевают восстанавливаться.

• При мощном кратковременном усилии (поднятие штанги) требуется одновременное возбуждение всех ДЕ.

Кривая записи электрической активности мышц называется электромиограмма. При длительной работе регистрируются потенциалы действия отдельных ДЕ, при значительных напряжениях потенциалы действия многих ДЕ суммируются.

4. Морфофункциональные основы мышечной силы

Сила мышцы зависит от многих факторов:

• От количества и свойств мышечных волокон в мышце, особенно от площади ее поперечного сечения.

• От исходной длины мышцы, так как от длины зависит возможное количество мостиков между актином и миозином. При присоединении-рассоединении мостика расходуется одна молекула АТФ на один мостик, значит, чем больше мостиков, тем выше скорость расщепления АТФ и больше развиваемая сила.

• От характера нервных импульсов.

• От механических условий действия мышцы на кости скелета.

• Сила мышцы является суммой силы отдельных ее мышечных волокон, например, одно одиночное мышечное волокно икроножной мышцы развивает напряжение 100-200 мг. Так как одна ДЕ содержит 2000 мышечных волокон и развивает напряжение 200-400 г, то вся мышца содержит 1000 ДЕ и развивает напряжение 200-400 кг.

Состав (композиция) мышечных волокон также влияет на силу мышцы. Белые мышечные волокна обеспечивают быструю двигательную активность, а красные способствуют длительному поддержанию сокращения.

Различают 3 типа волокон – медленные неутомляемые 1 типа, быстрые неутомляемые (промежуточные) – тип 2а, быстрые утомляемые – тип 2Б. Медленные волокна 1 типа (SO) – выносливые, неутомляемые и легко возбудимые, с богатым кровоснабжением, большим количеством митохондрий и использованием окислительных процессов энергообразования (аэробные). Их в среднем 50%, но они не обладают достаточной силой, чаще используются при статической работе.

Быстрые утомляемые волокна 2б типа используют анаэробные гликолитические процессы энергообразования, они менее возбудимы, включаются при больших нагрузках и обеспечивают быстрые и мощные сокращения мышц, но быстро утомляются. Их около 31%.

Волокна промежуточного типа 2а – быстрые неутомляемые, окислительные, их около 18%.

Для разных мышц характерно различное соотношение различных типов волокон. Даже состав волокон в одной и той же мышце имеет огромные индивидуальные различия, зависящие от врожденных особенностей человека. К моменту рождения его мышцы содержат только медленные волокна. В ходе онтогенеза под влиянием нервной регуляции устанавливается индивидуальное соотношение мышечных волокон разного типа. По мере старения число быстрых волокон снижается и уменьшается мышечная сила.

В процессе тренировки количество тех или других мышечных волокон не изменяется, растет только толщина отдельных волокон (гипертрофия). Если тренировочный процесс направлен на развитие силы, то растет объем быстрых волокон.

Характер нервных импульсов изменяет силу сокращения мышц тремя способами:

• Увеличивается число активных ДЕ, причем сначала вовлекаются медленные и более возбудимые ДЕ, затем высокопороговые быстрые.

• Увеличивается частота нервных импульсов – в результате наблюдается переход от слабых одиночных сокращений к сильным тетаническим.

• Происходит увеличение синхронизации ДЕ: растет сила сокращения целой мышцы за счет одновременной тяги всех активных волокон.

Между силой и скоростью сокращения мышцы существует соотношение в виде гиперболы, открытое А.Хиллом чем выше сила, тем меньше скорость, чем выше скорость, тем меньше сила. Наибольшую скорость развивает мышца, работающая без нагрузки. В норме ДЕ работают асинхронно, а при утомлении синхронно, поэтому и появляется дрожь (тремор утомления) за счет синхронизации сокращения-расслабления.