Строение поперечнополосатого мышечного волокна. Мышечное волокно большая клетка диаметром 10-100 мкм и длиной в несколько сантиметров. Она состоит из оболочки, цитоплазмы, ядра, митохондрий и других внутриклеточных включений. В отличие от других клеток, мышечное волокно имеет много ядер. Кроме того, в мышечном волокне есть тонкие нити — миофибриллы, которые играют основную роль при сокращении и свойственны только мышечным волокнам.
Исчерченность мышечного волокна обусловлена тем, что каждая миофибрилла состоит из светлых и темных участков—дисков (рис, 38).
Посредине каждого светлого диска имеется темная плоская Z-мембрана, которая проходит через все миофибриллы мышечного волокна, разделяя его на саркомеры. Каждый саркомер состоит из расположенных параллельно миомеров — участков миофибрилл, ограниченных двумя Z-мембранами. Каждый миомер состоит из темного диска А и двух половинок дисков I по обе стороны от него. Посредине диска А расположена светлая полоска H. С помощью электронного микроскопа установлено, что миофибрилла построена из еще более тонких нитей — протофибрилл. Различают два вида протофибрилл: толстые — около 10 нм — и тонкие — 5 нм, Толстые протофибриллы состоят из белка миозина, тонкие — из белка актина. Диск I содержит лишь тонкие актиновые протофибриллы, H-полоска — только миозиновые нити. Темные части диска А по обе стороны от H-полоски состоят из обоих типов протофибрилл.
Механизм сокращения. Актин и миозин называют сократительными белками, но сами они не способны сокращаться. Сокращается только актомиозиновый комплекс за счет того, что нити миозина глубже заходят между нитями актина. Чем сильнее волокно или мышца растянуты, тем шире диск I и H-полоска и тем уже темные части диска А. Наоборот при сокращении темные участки диска А удлиняются, а диск I и H-полоска укорачиваются, длина диска А остается постоянной. Для сокращения мышцы и выполнения определенной работы необходима энергия. В мышцах используется химическая энергия питательных веществ, преимущественно глюкозы, Но химическая энергия глюкозы не идет непосредственно на выполнение механической работы. Эта энергия вследствие ряда биохимических, превращений, которые получили название гликолиза, накапливается в химических связях аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Сокращение миофибриллы, т. е. скольжение нитей миозина между актиновыми нитями, совершается за счет энергии, выделяемой при гидролизе АТФ. Ферментом, расщепляющим АТФ, является сам актомиозиновый комплекс, АТФазная активность которого проявляется только в присутствии ионов Са. Нервный импульс вызывает выброс Са из пузырьков саркоплазматической сети в пространство вокруг протофибрилл.
Во время сокращения мышцы не вся химическая энергия превращается в механическую — часть ее выделяется в виде тепла и расходуется на согревание организма. Поэтому, когда человек работает физически, ему становится жарко. Коэффициент полезного действия мышц составляет 20—40 % (большинство технических аппаратов, превращающих химическую энергию горючего в механическую работу, имеют значительно меньший КПД).
Виды сокращений мышцы. В ответ на кратковременное раздражение мышцы электрическим током возникает быстрое и кратковременное сокращение, которое проявляется во вздрагивании мышцы. Это одиночное сокращение, оно длится 0,05 — 0,1 с. За это время мышца не только сокращается, но и расслабляется. При серии раздражений в ответ на каждое из них возникает одиночное сокращение мышцы. При частоте раздражений более 10 раз в секунду мышца не успевает каждый раз расслабиться полностью и отдельные ее одиночные сокращения начинают сливаться. Когда частота раздражения достигает 50—100 в секунду, одиночные сокращения сливаются полностью и возникает тетаническое сокращение (тетанус), которое длится столько времени, сколько действует раздражение. Следовательно, тетаническое сокращение — результат суммации одиночных сокращений при высокой частоте раздражения. Большинство движений нашего тела обусловлено тетаническими сокращениями скелетных мышц.
В бодрствующем здоровом организме скелетные мышцы все время находятся в состоянии незначительного сокращения. Это тонус мышц, который, в частности, поддерживает позу нашего тела. Тонус обусловлен неодновременным сокращением небольших групп мышечных волокон, преимущественно красных мышц. Поскольку волокна при поддержании тонуса сокращаются по очереди, тонус мышц может длиться Достаточно долго (несколько часов) без возникновения утомления.
В скелетной мышце все волокна изолированы друг от друга и возбуждение не переходит с одного мышечного волокна на другое. В организме мышечные волокна получают возбуждение от нервных волокон.
Каждое мышечное волокно при возбуждении сокращается максимально. Сила сокращения всей мышцы зависит от того, сколько ее волокон в данный момент сокращается. Аксон, отходящий от двигательного нейрона в спинном мозге, иннервирует несколько десятков мышечных волокон. Такой комплекс — нейрон и все иннервируемые им мышечные волокна — называется моторной единицей. При возбуждении нейрона сокращаются все мышечные волокна этой единицы. Чем тоньше работа, выполняемая мышцей, тем из большего числа моторных единиц она состоит и тем меньше волокон в составе каждой моторной единицы. Так, в мышцах пальца моторные единицы содержат 10—20 мышечных волокон, а в некоторых мышцах спины — более 1000. Такие моторные единицы дают сильное, но недифференцированное сокращение.
Утомление мышц. При длительной работе мышц возникает утомление, которое выражается во временном снижении трудоспособности. Утомление развивается тем быстрее, чем больше нагрузка на мышцы и чаще их сокращения. При малой нагрузке и редком ритме сокращений утомление не развивается, но производительность труда низкая. Во время выполнения физической работы необходимо подобрать такой ритм и нагрузку, чтобы производительность работы была максимальной, а утомление развивалось наиболее поздно. Это положение впервые сформулировал И. М. Сеченов. Он также установил, что утомление проходит быстрее при переключении с одного вида работы на другой. Так, уставшая рука отдыхает /быстрее, если работают мышцы другой руки, усталость от умственного труда быстрее проходит во время физических упражнений. Такой отдых называется активным.
Утомление возникает вследствие процессов, которые происходят в нервных центрах. Скорость его развития зависит от состояния нервной системы. Поэтому при сильном нервном возбуждении, например во время спортивных соревнований или при борьбе за собственную жизнь, человек способен выдерживать такие большие физические нагрузки, которые в обычных условиях кажутся невозможными.
—Источник—
Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
