1. Строение и свойства мышечного волокна. Сила мышц. Работа мышц. Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма.

В организме человека и животных встречаются три типа мышечных тканей, отличающихся по своему гистологическому строению и функциональным свойствам. Это поперечнополосатые, или скелетные мышцы, гладкие мышцы и сердечная мышца. Поперечнополосатые мышцы расположены, как правило, между сочленяющимися костями, обладают высокой скоростью сокращения, быстро утомляются, иннервируются соматической нервной системой. Они служат человеку и животным преимущественно для движения конечностей и перемещения в пространстве. Скелетные мышцы способны развивать силу только при укорочении (т. е. тянуть, а не толкать), поэтому, чтобы сместить конечность, а затем вернуть ее в прежнее положение, необходимы, по меньшей мере, две мышцы или две группы мышц. Такие пары мышц называются антагонистами. Очень редко в движении участвует лишь одна пара мышц-антагонистов. Обычно каждое отдельное движение обеспечивается группами мышц, называемых синергистами. Способность к активному движению обеспечивает приспособление животных к меняющим­ся условиям окружающей среды и создает постоянное взаимодействие организма со средой. В основе специфических человеческих функций – речи и письма – также лежит деятельность поперечнополосатой мускулатуры. Скелетные мышцы состоят из групп мышечных пучков, которые покрыты перимизием. Каждый из пучков включает в себя мышечные волокна, покрытые оболочкой – сарколеммой. Между волокнами имеется соединительнотканная прослойка – эндомизий. Мышцу снаружи покрывает эпимизий. Мышечное волокно состоит из саркоплазмы (неспециализированная цитоплазма), киноплазмы (специализированная цитоплазма), клеточных образований и миофибрилл.

Миофибриллы – пучки тонких и толстых нитей, способных к сокращению, кото­рые построены из повторяющихся в продольном направлении блоков (саркомеров). Саркомер является функциональной единицей сократи­тельного аппарата скелетной мышцы. Миофибриллы в мышечном во­локне лежат таким образом, что расположение саркомеров в них сов­падает. Это создает картину поперечной исчерченности. Саркомеры в миофибрилле отделены друг от друга Z-пластинками, которые содержат белок a-актинин. В обоих направлениях от Z-пластинки отходят тонкие актиновые фил­ламенты (нити). В промежутках между ними располагаются более толстые миозиновые филламенты.

Актиновый филламент внешне напоминает две нитки бус, закрученные в двойную спираль, где каждая бусина – молекула белка актина. В углублениях актиновых спиралей на равном расстоянии друг от друга лежат молекулы белка тропонина, соединенные с нитевид­ными молекулами белка тропомиозина.

Миозиновые филламенты образованы повторяющимися молекулами белка миозина. Каждая молекула миозина имеет головку и хвост. Головка миозина может связываться с молекулой актина, образуя так называемый поперечный мостик.

Гладкие мышцы построены из волокон однородной структуры, которые располагаются слоями или могут быть собраны в компактную массу. Гладкие мышцы образуют стенки кровеносных сосудов и полых внутренних органов. Они обеспечивают наполнение и опорожнение соответствующих полостей и определяют величину просвета кровеносных сосудов.

Свойства мышечного волокна:

1. возбудимость – способность мышечного волокна переходить в состояние возбуждения при действии тех или иных раздражителей;

2. сократимость – способность мышцы изменять свою форму и развивать напряжение при действии на нее раздражителя;

3. растяжимость – способность мышц удлиняться при действии на них нагрузки;

4. эластичность – способность мышцы возвращаться в исходное положение после прекращения действия нагрузки;

5. пластичность – способность мышц сохранять приданную им форму;

6. раздражимость – способность мышцы реагировать на раз­дражение изменением обмена ве­ществ и энергии при поступлении нервного импульса;

7. проводимость – способность проводить возбуждение от одного миоцита к другому. Мышечное волокно проводит возбуждение изолированно, т. е. оно не переходит с одного волокна на другое через сарколемму.

Сила мышц. Сила мышцы оценивается весом груза, который она при максимальном возбуждении способна удерживать, не изменяя своей длины.

Она зависит от:

– от сократительной способности мышечных волокон;

– от количества мышечных волокон в мышце и количества двигательных единиц, участвующих в сокращении;

– от исходной длины мышцы;

– от условий взаимодействия мышцы с костями скелета.

Различают абсолютную и относительную силу мышц. Абсолютная сила определяется по максимальному грузу, который способна поднять мышца. Относительная сила мышцы определяется отношением абсолютной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику. Анатомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длины. Относительная сила, вычисленная для различных мышц позвоночных и беспозвоночных животных, выражается величиной одного порядка и равняется нескольким килограммам на 1 см². Так, например, абсолютная сила двуглавой мышцы человека равна 11,4, а икроножной – 5,9 кг/см².

У человека около 500 мышц, связанных со скелетом. Наиболее мощные мышцы размещаются на туловище: это мышцы спины – выпрямитель туловища, мышцы живота – брюшной пресс. Мышцы нижней конечности человека стали более сильными, поскольку, кроме участия в локомоции они обеспечивают поддержание вертикального положения тела. Мышцы верхних конечностей в процессе эволюции сделались более "ловкими", обес­печивающими выполнение быстрых и точных движений.

Работа мышц. Абсолютная сила мышц является одним из факторов рабо­тоспособности двигательного аппарата. Работа скелетной мышцы совершается за счет согласованного изменения тонуса (напряжения) и длины мышцы во время сокраще­ния.

Виды работы скелетной мышцы:

• динамическая преодолевающая работа совершается, когда мышца, сокращаясь, перемещает тело или его части в пространстве;

• статическая (удерживающая) работа выполняется, если благо­даря сокращению мышцы части тела сохраняются в определенном положении;

• динамическая уступающая работа совершается, если мышца функционирует, но при этом растягивается, так как совершаемого ею усилия недостаточно, чтобы переместить или удержать части тела.

Зависимость работы от величины груза выражается законом средних нагрузок: работа мышцы будет наи­большей при средних нагрузках. Кроме нагрузок, имеет значение и ритм работы. Максимальная работа будет выполнена при среднем ритме сокращения (закон средних скоро­стей).

Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма. Введенский установил, что наилучшая ответная реакция со стороны раздражаемой ткани будет наблюдаться тогда, когда действует раздражитель средней силы или средней частоты, т.к. каждый последующий импульс приходится на фазу экзальтации – это оптимум силы и частоты. При раздражении большой силы или частоты ответная реакция будет меньше или будет отсутствовать, т.к. последующие импульсы приходятся на рефракторный период – это пессимум силы и частоты.