Система гамма в нормальной жизни

Роль системы гамма в работе опорно-двигательного аппарата и положения тела будет легче понять, если мы начнем с описания того, что происходит, когда стимулируется мышца, которая выдерживает нагрузку. Стимуляция вызывает короткое сокращение мышцы и, как мы упоминали выше, веретено будет расслабляться во время фазы укорачивания мышцы, что вызовет уменьшение или даже прекращение разрядки веретена. На рисунке три (М и F) изображены эти явления. Также на этой схеме можно увидеть одновременное варьирование частоты разрядки сухожильных рецепторов (Т); она отражает напряжение, развиваемое мышцей во время сокращения. Информация, идущая из этих двух источников постоянно поддерживает ЦНС в курсе изменений отношения напряжение/длина, или иными словами, изменений отношения нагрузка/движение.

Если веретено не посылает сигналов, очевидно, что ЦНС лишается важной информации. Это является незначительной утратой, если речь идет о коротком сокращении, как на рис. 3. Однако, если мышца должна выполнить очень хорошо контролируемые движения в положении укорачивания, как, например, бицепс руки, когда локоть находится в полной флексии, тогда отсутствие информации может быть очень серьезным. В действительности, может произойти серьезное нарушение в течение укорачивания мышцы, поскольку чувствительность веретена к изменениям длины будет прогрессивно уменьшаться по мере расслабления веретена.

Какой способ использует ЦНС, чтобы обеспечить, чтобы веретено продолжало посылать сигналы на протяжении всего времени пока мышца изменяет длину? Именно здесь основную роль играют волокна гамма.

Рис. 3.Активность веретена (F) и сухожильных рецепторов (рецептор Гольджи) (Т) во время короткого мышечного сокращения (М).

Благодаря системе гамма, ЦНС имеет возможность контролировать степень укорачивания или напряжения веретена через сокращение внутриверетенных волокон. Кажется, что когда мышца укорачивается, реагируя на импульсы "альфа", параллельные "потоки" импульсов посылаются к этой мышце через нейроны гамма, чтобы внутриверетенные волокна сокращались. Это внутриверетенное сокращение, в момент, когда внешневеретенная мышца укорачивается, препятствует расслаблению веретена, которое, следовательно, сможет продолжать информировать ЦНС об изменениях длины внешневеретенной мышцы. Я наоборот, внешневеретенные волокна могут расслабляться, когда расслабляются внешневеретенные мышечные волокна, и они удлиняются под руководством волокон альфа. Однако благодаря этому же механизму ЦНС сохраняет возможность изменять чувствительность веретена в зависимости от природы выполняемых движений и других критериев. Активность гамма и отсюда чувствительность системы, предвидя некоторое движение, могут даже быть подготовлены к заданному уровню. Контролируя активность гамма, ЦНС может устанавливать границы – максимально допустимое растяжение для мышцы и степень укорачивания, когда веретено будет лишено своих функций и его разрядка вновь обретет свой уровень покоя. Эта регулировка, повторная регулировка и предварительная регулировка длины внутриверетенного волокна через нейроны гамма может рассматриваться как "автоматическая система контроля" механизма регуляции длины для каждой мышцы. Чувствительность системы постоянно регулируется в зависимости от движений и положений, производимых произвольно или рефлекторно. Например, когда теннисист находится на задней части корта и готовится быстро ударить по мячу, активность гамма уменьшается (слабая чувствительность), обеспечивая, таким образом, мышце значительные изменения длины. С другой стороны, если игрок находится у сетки и пытается отбить мяч движением малой амплитуды своей ракетки, активность гамма увеличивается (повышенная чувствительность), чтобы ограничить через рефлекторный путь амплитуду изменений длины мышц руки. То же самое происходит, когда скрипач использует всю длину своего смычка для пассажа легато, а затем использует лишь один его сантиметр для пассажа стаккато; или игрок в гольф, который старается послать мяч на очень большое расстояние, а затем пытается загнать его в лунку очень коротким ударом.

Естественно, эти регулировки сами по себе постоянно изменяются в ходе каждого движения. Активность волокон гамма будет на заданном уровне для каждой мышцы, участвующей в движении, и будет изменяться в зависимости от момента для каждой из этих мышц.

Верхние центры, которые обычно контролируют чувствительность системы в ходе нормальных произвольных действий, тем не менее, могут нарушаться и регулировать чувствительность веретена не правильно, нарушая, таким образом, мышечную активность. При состояниях напряжения и беспокойства или при угрожающих ситуациях (или ощущаемых таковыми) активность гамма может быть слишком повышена для того, чтобы движение было эффективным и правильно контролируемым. В этих условиях мышцы напряжены, ригидны, сопротивляются к изменениям длины. Тогда говорят, что человек "нервозен" и "спастичен". Он имеет тенденцию делать прерывистые движения. Его "сухожильные" рефлексы пропорционально увеличиваются. У таких людей активность гамма такая высокая, и следовательно веретена находятся в таком напряжении, что мышцы человека сопротивляются любому растяжению, что объясняет прерывистые движения. Гренжер очень хорошо продемонстрировал, как неправильное опережение выполненного мышечного усилия, например, приподнимания предмета, может чрезмерно поднять уровень активности гамма с известными нам болезненными последствиями. В его знаменитой статье изложены очень подробные объяснения происхождения болей в позвоночнике и механизмы манипулятивных жестов, которые могут их облегчить.