как понять что мышцы сокращаются
Мышечное сокращение
Мы́шечное сокраще́ние — реакция мышечных клеток на воздействие нейромедиатора, реже гормона, проявляющаяся в уменьшении длины клетки. Эта жизненно важная функция организма, связанная с оборонительными, дыхательными, пищевыми, половыми, выделительными и другими физиологическими процессами.
Все виды произвольных движений — ходьба, мимика, движения глазных яблок, глотание, дыхание и т. п. осуществляются за счёт скелетных мышц. Непроизвольные движения (кроме сокращения сердца) — перистальтика желудка и кишечника, изменение тонуса кровеносных сосудов, поддержание тонуса мочевого пузыря — обусловлены сокращением гладкой мускулатуры. Работа сердца обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры.
Содержание
Введение
Основой всех типов мышечного сокращения служит взаимодействие актина и миозина. В скелетных мышцах за сокращение отвечают миофибриллы (примерно две трети сухого веса мышц). Миофибриллы — структуры толщиной 1 — 2 мкм, состоящие из саркомеров — структур длиной около 2,5 мкм, состоящих из актиновых и миозиновых (тонких и толстых) филаментов и Z-дисков, соединённых с актиновыми филаментами. Сокращение происходит при увеличении концентрации в цитоплазме ионов Ca 2+ в результате скольжения миозиновых филаментов относительно актиновых. Источником энергии сокращения служит АТФ. КПД мышечной клетки около 50 %.
Скольжение миозина относительно актина
Головки миозина расщепляют АТФ и за счет высвобождающейся энергии меняют конформацию, скользя по актиновым филаментам. Цикл можно разделить на 4 стадии:
Далее цикл повторяется до уменьшения концентрации ионов Ca 2+ или исчерпании запаса АТФ (в результате смерти клетки). Скорость скольжения миозина по актину ≈15 мкм/сек. В миозиновом филаменте много (около 500) молекул миозина и, следовательно, при сокращении цикл повторяется сотнями головок сразу, что и приводит к быстрому и сильному сокращению. Следует заметить, что миозиин ведёт себя как фермент — актин-зависимая АТФаза. Так как каждое повторение цикла связано с гидролизом АТФ, а следовательно, с положительным изменением свободной энергии, то процесс однонаправленный. Миозин движется по актину только в сторону плюс-конца.
Источник энергии для сокращения
Для сокращения мышцы используется энергия гидролиза АТФ, но мышечная клетка имеет крайне эффективную систему регенерации запаса АТФ, так что в расслабленной и работающей мышце содержание АТФ примерно равно. Фермент фосфокреатинкиназа катализирует реакцию между АДФ и креатинфосфатом, продукты которой — АТФ и креатин. Креатинфосфат содержит больше запасённой энергии, чем АТФ. Благодаря этому механизму при вспышке активности в мышечной клетке падает содержание именно креатинфосфата, а количество универсального источника энергии — АТФ — не изменяется. Механизмы регенерации запаса АТФ могут различаться в зависимости от парциального давления кислорода в окружающих тканях (см. Анаэробные организмы).
Механизм регуляции
В основном в регуляции мышечной активности участвуют нейроны, но есть случаи, когда сокращением гладкой мускулатуры управляют и гормоны (например, адреналин и окситоцин). Сигнал о сокращении можно разделить на несколько этапов:
От клеточной мембраны до саркоплазматического ретикулума
От выделения ионов Ca 2+ до сокращения миофибрилл
Для того, чтобы контролировать сокращение, к актиновому филаменту прикрепляется белок тропомиозин и комплекс из трёх белков — тропонин (субъединицы этого комплекса называются тропонинами T,I и C). Тропонин C — близкий гомолог другого белка, кальмодулина. Через каждые семь субъединиц актина расположен только один тропониновый комплекс. Связь актина с тропонином I перемещает тропомиозин в положение, мешающее связи миозина с актином. Тропонин C связывается с четырьмя ионами Ca 2+ и ослабляет действие тропонина I на актин, и тропомиозин занимает положение, не препятствующее связи актина с миозином.
Мышечно-тонический синдром
Специалисты реабилитационного центра “Лаборатория движения” помогут в восстановлении функций опорно-двигательного аппарата
Самым частым проявлением дегенеративных патологий позвоночника является мышечно тонический синдром. Длительное и стойкое напряжение мышц, отвечающих за поддержание стабильности позвоночных сегментов, приводит к формированию болезненных «триггерных точек». И только комплексное лечение, направленное на оптимизацию различных звеньев двигательной системы, позволяет существенно облегчить состояние пациента.
Рассказывает специалист ЦМРТ
Дата публикации: 29 Июня 2021 года
Дата проверки: 30 Ноября 2021 года
Содержание статьи
Причины мышечно-тонических болевых синдромов
Чрезмерные статические нагрузки и микротравмирование позвоночных структур влечет за собой рефлекторное напряжение мышц, ограничение их подвижности и формирование неоптимального двигательного стереотипа. Основной причиной мышечно-тонического синдрома являются дегенеративно-дистрофические заболевания позвоночника (остеохондроз, межпозвонковые грыжи) и нарушения осанки, связанные с врожденными аномалиями развития и деформацией спинного хребта.
Спровоцировать болезненный мышечный спазм может:
Под воздействием провоцирующих факторов в мышцах происходят биохимические процессы с выделением медиаторов воспаления, вызывающих рефлекторное сокращение мышц.
Симптомы мышечно-тонического синдрома
Основным признаком миотонического синдрома являются глубокие ноющие вертеброгенные боли. Болезненные спазмы, сопровождающиеся уплотнением и отечностью одной или нескольких мышц, существенно ограничивают подвижность. Из-за взаимодействия с нервными рецепторами развивается стойкая болезненность. Та, в свою очередь, усиливает сокращение мышц и замыкает порочный круг: спазм – отек – боль – спазм.
Мышечно-тонический синдром пояснично-крестцового отдела чаще всего становится следствием тяжелых физических нагрузок. Напряжение грушевидной мышцы может повлечь за собой боль в области ягодицы, тазобедренного сустава. В случае сдавливания седалищного нерва возможно онемение одной из конечностей.
Мышечно-тонический синдром шейного отдела проявляется цервикальными болями, болевыми ощущениями в шее, усиливающимися при разгибании и поворотах головы, гиперстезией 4-го и 5-го пальцев руки.
Для мышечно-тонического синдрома грудного отдела характерна болезненность между лопаток и по ходу ребер. Иногда может наблюдаться ощущение жжения и сдавленности в груди, имитирующих проявления сердечных проблем.
Классификация мышечно-тонических синдромов
Существует несколько разновидностей мышечно-тонических болевых синдромов. Они классифицируются в зависимости от локализации:
Помимо вышеперечисленных, патологическим изменениям нередко подвергается трапециевидная, широчайшая грудная, квадратная мышца поясницы, подниматель лопатки. Болевой синдром может быть первичным (охватывающим только спазмированные ткани) и вторичным, локализованным вне зоны повреждения.
Диагностика
Комплекс диагностических мероприятий включает:
Самым информативным, безопасным и безболезненным методом нейровизуализации признана магнитно-резонансная томография. Она дает максимально точную оценку состоянию позвоночника и спинного мозга, позволяет выявить протрузии и межпозвонковые грыжи, определить их размеры и локализацию.
Мышечные судороги
Мышечные судороги это непроизвольное и насильственное сокращение мышцы, без периода её расслабления. Когда используются мышцы, которыми можно управлять произвольно, например, мышцы рук или ног, они поочередно сокращаются и расслабляются, по мере выполнения определенных движений в конечностях. Мышцы, которые поддерживают голову, шею и туловище, работают синхронно и поддерживают положение тела. Мышца (или даже несколько волокон мышцы) может находиться непроизвольно в состоянии спазма. Если спазм сильный и устойчивый, то это приводит к появлению судорог. Мышечные судороги часто визуализируются или пальпируются в области заинтересованной мышцы.
Мышечные судороги могут длиться от нескольких секунд до четверти часа, а иногда и дольше. Не редкость также повторение судорог до того периода, пока не произойдет расслабление мышцы. Судорожные сокращения могут охватывать часть мышцы, всю мышцу, или несколько мышц, которые обычно сокращаются одновременно при выполнении движений, например, при сгибании нескольких пальцев кисти. В некоторых случаях, судороги могут быть одновременно в мышцах-антагонистах, ответственных за движения в противоположных направлениях. Мышечные судороги широко распространены. Почти все люди (по некоторым исследованиям около 95% людей) испытывали судороги в какой-то момент жизни. Мышечные судороги характерны для взрослых и, по мере старения, проявляются чаще, но, тем не менее, судороги могут встречаться и у детей. В любой мышце (скелетной), в которой выполняются произвольные движения, могут быть судороги. Судороги конечностей, ног и стоп, и особенно икроножной мышцы, встречаются очень часто.
Типы и причины мышечных судорог
Судороги скелетных мышц можно разделить на четыре основных типа. К ним относятся «истинные» судороги, тетанические судороги, контрактуры и дистонические судороги. Судороги классифицируются в соответствии с причинами судорог и мышечных групп, которые они затрагивают.
Типы мышечных судорог
Истинные судороги. Истинные судороги охватывают часть, или всю мышцу, или группу мышц, которые обычно функционируют вместе, например, мышцы участвующие в сгибании нескольких смежных пальцев. Большинство исследователей сходятся во мнении, что истинные судороги вызваны повышенной возбудимостью нервов, которые стимулируют сокращения мышцы. Они в подавляющем большинстве являются наиболее распространенным типом судорог скелетных мышц. Истинные судороги могут возникать в различных обстоятельствах.
Травмы: Стойкие мышечные спазмы могут возникнуть в качестве защитного механизма после травмы, например, при переломе кости. В этом случае, как правило, спазм позволяет минимизировать движение и стабилизировать зону травмы. Травма только мышцы также может привести к спазму мышцы.
Активная деятельность: истинные судороги, как правило, связаны с активной нагрузкой мышц и мышечной усталостью (при занятиях спортом или при непривычной деятельности). Такие судороги могут возникнуть как в процессе деятельности, так и после, иногда много часов спустя. Кроме того, мышечная усталость от сидения или лежания в течение длительного периода времени в неловком положение или при любых повторяющихся движениях также может вызвать судороги. Пожилые люди больше подвержены риску появления судорог при выполнении энергичной или напряженной физической деятельности.
Судороги покоя: судороги в покое очень распространены, особенно у пожилых людей, но могут возникнуть в любом возрасте, в том числе в детском. Судороги покоя часто происходят в ночное время. Ночные судороги хоть и не угрожают жизни, но могут быть болезненными, нарушать сон, они могут часто повторяются (то есть, много раз за ночь, и / или много ночей в неделю). Фактическая причина ночных судорог неизвестна. Иногда такие судороги инициируются движением, которое сокращает мышцы. Примером может быть вытягивание стопы в постели, что приводит к укорочению икроножной мышцы, где чаще всего бывают судороги.
Обезвоживание: Спорт и другие энергичные физические нагрузки могут привести к чрезмерной потере жидкости с потом. При таком виде дегидратации увеличивается вероятность истинных судорог. Такие судороги, чаще всего, возникают в теплую погоду и могут быть ранним признаком теплового удара. Хроническая дегидратация вследствие приема диуретиков и слабое потребление жидкости может аналогично приводить к судорогам, особенно у пожилых людей. Судороги также могут быть связаны с недостатком натрия.
Перераспределение жидкостей в организме: истинные судороги могут также отмечаться при состояниях, когда возникает необычное распределение жидкости в организме. В качестве примера можно привести цирроз печени, при котором происходит накопление жидкости в брюшной полости (асцит). Точно так же, судороги являются относительно частым осложнением быстрых изменений биологических жидкостей, которые происходят во время диализа при почечной недостаточности.
Низкий уровень электролитов в крови (кальция, магния): низкие уровни в крови кальция или магния напрямую увеличивают возбудимость нервных окончаний иннервирующих мышцы. Это может быть предрасполагающим фактором для спонтанных истинных судорог, с которыми сталкиваются многие пожилые люди, а также такие судороги нередко отмечаются у беременных женщин. Низкие уровни кальция и магния часто встречаются у беременных женщин, особенно если эти минералы не поступают в достаточном количестве с пищей. Судороги наблюдаются в любых обстоятельствах, которые снижают доступность кальция или магния в жидкостях организма, например после приема диуретиков, гипервентиляции, чрезмерной рвоте, недостатке кальция и / или магния в рационе, недостаточное усвоение кальция из-за дефицита витамина D, снижение функции паращитовидных желез.
Низкий уровень калия: низкий уровень калия в крови иногда вызывает мышечные судороги, хотя для гипокалиемии более характера мышечная слабость.
Тетания
При тетании происходит активизация всех нервных клеток в организме, которые затем стимулируют сокращение мышц. При этом типе судорожные сокращения возникают по всему телу. Название тетания возникло от судорог, которые возникают при воздействии столбнячного токсина на нервы. Однако это название такого вида судорог в настоящее время широко применяется для обозначения мышечных судорог при других состояниях, таких как низкие уровни в крови кальция и магния. Низкий уровень кальция и магния повышает активность нервной ткани не специфически, что может привести к появлению тетанических судорог. Часто такие судороги сопровождаются признаками гиперактивности других нервных функций в дополнение к мышечной гиперстимуляции. Например, низкое содержание кальция в крови не только вызывает спазм мышц рук и запястья, но он также может быть причиной появления ощущений онемения и покалывание вокруг рта и других областях тела.
Иногда, тетанические судороги неотличимы от истинных судорог. Дополнительные изменения чувствительности или других нервных функций могут быть незаметны, так как боль при судороге может маскировать другие симптомы
Контрактуры
Контрактуры возникают, когда мышцы не могут расслабиться на еще более длительный период, чем при основных видах мышечных судорог. Постоянные спазмы обусловлены истощением аденозинтрифосфата (АТФ)- энергетического внутриклеточного субстрата клетки. Это предотвращает релаксацию мышечных волокон. Нервы неактивны при этом типе мышечных судорог.
Дистонические судороги
Другие виды судорог
Некоторые судороги обусловлены рядом нервных и мышечных заболеваний. Например, это такие заболевания, как боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига), сопровождающийся слабостью и атрофией мышц; радикулопатии при дегенеративных заболеваниях позвоночника (грыжа, протрузия диска, остеофиты), когда компрессия корешка сопровождается болью, нарушением чувствительности и иногда судорогами. Также судороги могут быть при поражении периферических нервов, например, диабетической невропатии.
Крампи. Этот вид судорог, как правило, описывает судороги в икроножной мышце, и связывают их появление с перенапряжением мышцы и наличием дегенеративных изменений в позвоночнике (остеохондроз поясничного отдела позвоночника, люмбоишалгия). Кроме того, крампи возможны при нарушениях сосудистого кровообращения в нижних конечностях (при облитерирующем эндартериите или посттромбофлебитическом синдроме). Также причиной крампи могут быть различные биохимические нарушения в трехглавой мышце голени.
Многие лекарства могут вызвать судороги. Сильнодействующие мочегонные, такие как фуросемид или энергичное удаление жидкости из организма, даже с помощью менее мощных диуретиков, может индуцировать судороги, так как происходит обезвоживание и потеря натрия. Одновременно диуретики часто вызывают потерю калия, кальция и магния, которые также могут вызвать появление судорог.
Лекарства, такие как донепезил (Aricept), которые используются для лечения болезни Альцгеймера) и неостигмин (простигмин), используемые для миастения, асралоксифен (Эвиста) используется для профилактики остеопороза у женщин в постменопаузе – могут быть причиной судорог. Толкапон (Tasmar), который используется для лечения болезни Паркинсона, оказалось, вызывает мышечные судороги, по крайней мере, у 10% больных. Истинные судороги были зарегистрированы при приеме нифедипина и наркотиков Тербуталина (Brethine) и альбутерола (Proventil, Ventolin). Некоторые лекарства, применяемые для снижения уровня холестерина, такие как ловастатин (Mevacor), также могут привести к судорогам.
Судороги иногда отмечаются у зависимых лиц во время прекращения приема седативных препаратов.
Недостаток некоторых витаминов также может прямо или косвенно привести к мышечным судорогам. К ним относятся недостатки тиамина (В1), пантотеновой кислоты (В5) и пиридоксина (B6). Точная роль дефицита этих витаминов в возникновении судорог неизвестна.
Плохое кровообращение в ногах приводит к дефициту кислорода в мышечной ткани и может вызвать сильную боль в мышцах (перемежающаяся хромота), которая возникает при ходьбе. Это обычно происходит в икроножных мышцах. Но боль при сосудистых нарушениях в таких случаях обусловлена не собственно мышечной судорогой. Эта боль в большей степени может быть связана с накоплением молочной кислоты и других химических веществ в мышечной ткани. Судороги в икроножных мышцах также могут быть связаны с нарушением оттока крови при варикозной болезни и, как правило, судороги в икроножных мышцах возникают в ночные часы.
Симптомы и диагностика мышечных судорог
Характерно, что судорога часто довольно болезненна. Как правило, пациенту приходится прекращать деятельность и срочно принимать меры для облегчения судорог; человек не в состоянии использовать пораженную судорогой мышцу во время судорожного эпизода. Тяжелые судороги могут сопровождаться болезненностью и отеком, которые могут иногда сохраняться до нескольких дней после того, как судорога исчезла. В момент судороги затронутые мышцы будут выпирать, на ощупь будут твердыми и болезненными при пальпации.
Диагностика судорог обычно не представляет трудностей, но выяснение причин может потребовать как тщательного сбора истории болезни, так инструментальных и лабораторных методов обследования.
Лечение
Большинство судорог могут быть прерваны с помощью растяжения мышцы. Для многих судорог ног и стоп это растяжение часто может быть достигнуто путем вставания и ходьбы. При судорогах икроножных мышц возможно сгибание лодыжки с помощью руки, лежа в постели с вытянутой прямо ногой. При писчем спазме нажатие рукой на стенку с пальцами вниз позволит растянуть сгибатели пальцев.
Также можно провести аккуратный массаж мышцы, что позволяет расслабить спазмированную мышцу. Если судорога связана с потерей жидкости, как это часто бывает при активной физической нагрузке, необходима регидратация и восстановление уровня электролитов.
Мышечные релаксанты могут быть использованы в краткосрочной перспективе в определенных ситуациях, для того чтобы позволить мышцам расслабиться при травмах или других состояниях (например радикулопатии). К этим препаратам относятся Циклобензаприн (Flexeril), Орфенадрин (NORFLEX) и баклофен (Lioresal).
В последние годы стали успешно использоваться инъекции терапевтических доз токсина ботулизма (Ботокс) при некоторых дистонических мышечных расстройствах, которые локализованы в ограниченной группе мышц. Хороший ответ может длиться несколько месяцев и более, и инъекции могут быть повторены.
Лечение судорог, которые связаны с конкретными заболеваниями, как правило, фокусируется на лечении основного заболевания.
В тех случаях, когда судороги серьезные, частые, продолжительные, плохо поддаются лечению или не связаны с очевидной причиной, то в таких случаях требуется как дополнительное обследование, так и более интенсивное лечение.
Профилактика судорог
Для того, чтобы предотвратить возможное появление судорог, необходимо полноценное питание с достаточным количеством жидкости и электролитов, особенно при интенсивной физической нагрузке или во время беременности.
Ночные судороги и другие судороги покоя часто можно предотвратить с помощью регулярных упражнений на растяжку, особенно если они выполняются перед сном.
Также хорошим средством профилактики судорог является прием препаратов магния и кальция, но требуется осторожность их назначения при наличии почечной недостаточности. При наличии гиповитаминоза необходим прием витаминов группы В, витамина Д,Е.
Если пациент принимает диуретики, то необходим обязательный прием препаратов калия.
В последнее время, единственным средством, которое широко используется для профилактики, а иногда и для лечения судорог, является хинин. Хинин использовался в течение многих лет при лечении малярии. Действие хинина обусловлено уменьшением возбудимости мышц. Однако хинин обладает рядом серьезных побочных действий, которые ограничивают его назначение всем группам пациентов (тошнота, рвота, головные боли, нарушения ритма сердца, нарушение слуха и т.д.).
Использование материалов допускается при указании активной гиперссылки на постоянную страницу статьи.
Механизм мышечного сокращения
Содержание
Нервно-мышечная реакция на силовую тренировку [ править | править код ]
Источник: «Программы тренировок», научное изд.
Автор: профессор, доктор наук Тудор Бомпа, 2016 г.
Структура мышц [ править | править код ]
Помимо этого, способность мышцы сокращаться и прилагать силу зависит конкретно от ее вида, площади поперечного сечения, а также длины и количества волокон внутри мышцы. Число волокон определяется генетикой, и на него невозможно повлиять с помощью тренировок; однако тренировки в состоянии изменить другие переменные. Например, число и толщина миозиновых нитей увеличивается посредством упорных тренировок с максимальной силовой нагрузкой. Увеличение толщины мышечных нитей увеличивает размер мышцы и силу сокращений.
Разные двигательные единицы реагируют на разные нагрузки при тренировках. Например, выполнение жима лежа с 60% повторного максимума задействует определенную совокупность двигательных единиц, тогда как более крупные двигательные единицы ожидают более высокой нагрузки. Поскольку последовательное задействование двигательных единиц зависит от нагрузки, необходимо разрабатывать специальные программы, чтобы активизировать и адаптировать основные группы двигательных единиц и мышечных волокон, играющих доминирующую роль в избранном виде спорта. К примеру, в тренировках для спринта на короткую дистанцию и легкоатлетических дисциплин (таких как толкание ядра) следует использовать тяжелые нагрузки, чтобы способствовать развитию силы, необходимой для оптимизации скорости и взрывных действий.
Мышечные волокна выполняют разные биохимические (метаболические) функции; выражаясь конкретнее, одни лучше приспособлены с физиологической точки зрения к работе в анаэробных условиях, а другие лучше работают в аэробных условиях. Волокна, которые используют кислород для выработки энергии, называются аэробными, тип I, красными или медленными. Волокна, которым кислород не требуется, называются анаэробными, тип II, белыми или быстрыми. Быстрые мышечные волокна, в свою очередь, делятся на подтипы IIА и IIХ (иногда называемые IIВ, хотя у людей тип IIВ практически не встречается [1] ).
Медленные и быстрые волокна существуют примерно в равной пропорции. Однако в зависимости от их функций, в некоторых группах мышц (например, подколенные сухожилия, бицепсы) содержится больше быстрых волокон, тогда как в других (например, в камбаловидной мышце) содержится больше медленных волокон. В таблице 2.1 мы сравниваем характеристики быстрых и медленных волокон.
Сравнение быстрых и медленных волокон
Красные, тип I, аэробные
Белые, тип II, анаэробные
• Развивают долгие, продолжительные сокращения
• Применяются для развития выносливости
• Активизируются во время низко- и высокоинтенсивной деятельности
от 300 до 500 (или более) мышечных волокон
• Развивают короткие, сильные сокращения
• Применяются для развития скорости и силы
• Активизируются только во время высокоинтенсивной деятельности
Сокращение быстрой двигательной единицы более быстрое и мощное, чем сокращение медленной двигательной единицы. В результате пропорция быстрых волокон, как правило, выше в организме успешных спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, но они также быстрее утомляются. Спортсмены с более высоким скоплением медленных волокон, напротив, обычно преуспевают в видах спорта на выносливость, поскольку они могут выполнять нагрузки низкой интенсивности в течение более продолжительного времени.
В распределении типов мышечных волокон у спортсменов, занимающихся разными видами спорта, могут наблюдаться различия. Это иллюстрируют рис. 2 и 2.3, представляющие общий процент содержания быстрых и медленных мышечных волокон у спортсменов в избранных видах спорта. Например, существенная разница между спринтерами и марафонцами четко дает понять, что успех в некоторых видах спорта хотя бы частично определяется генетическим составом мышечных волокон спортсмена.
Механизм мышечных сокращений [ править | править код ]
Первичные мышцы в первую очередь отвечают за суставное действие, которое является частью объемного силового движения или технической способности. Например, во время флексии локтя (сгибание бицепса) первичной мышцей является двуглавая мышца, тогда как трехглавая мышца (трицепс) выступает в роли антагониста и должна быть расслаблена, чтобы обеспечить беспрепятственное действие. В дополнение к этому стабилизаторы, или фиксаторы (обычно это меньшие мышцы), сокращаются изометрически, чтобы закрепить кость так, чтобы у первичных мышц была прочная база, откуда начинать натяжение. Мышцы других конечностей также могут принимать в этом участие, выступая в роли стабилизаторов, позволяющих первичным мышцам выполнять необходимые движения. Например, когда дзюдоист тянет соперника на себя, удерживая его за дзюдоги, мышцы его спины, ног и живота сокращаются изометрически, чтобы обеспечить стабильное основание для действия локтевых сгибателей (бицепсов), плечевых разгибателей (задние дельты) и лопаточных аддукторов и депрессоров (трапециевидная мышца и широчайшая мышца спины).
Механика мышечных сокращений [ править | править код ]
Если мышцу стимулировать коротким электрическим импульсом, спустя небольшой латентный период происходит ее сокращение. Такое сокращение называется «одиночное сокращение мышцы». Одиночное мышечное сокращение длится около 10-50 мс, причем оно достигает максимальной силы через 5-30 мс.
Каждое отдельное мышечное волокно подчиняется закону «все или ничего», т. е. при силе раздражения выше порогового уровня происходит полное сокращение с максимальной для данного волокна силой, а ступенчатое повышение силы сокращения по мере увеличения силы раздражения невозможно. Поскольку смешанная мышца состоит из множества волокон с различным уровнем чувствительности к возбуждению, сокращение всей мышцы может быть ступенчатым в зависимости от силы раздражения, при этом при сильных раздражениях происходит активация глубжележащих мышечных волокон.
Механизм скольжения филаментов [ править | править код ]
Укорочение мышцы происходит за счет укорочения образующих ее саркомеров, которые, в свою очередь, укорачиваются за счет скольжения относительно друг друга актиновых и миозиновых филаментов (а не укорочения самих белков). Теория скольжения филаментов была предложена учеными Huxley и Hanson (Huxley, 1974; рис. 1). (В 1954 г. две группы исследователей — X. Хаксли с Дж. Хэнсон и А. Хаксли с Р. Нидергерке — сформулировали теорию, объясняющую мышечное сокращение скольжением нитей. Независимо друг от друга они обнаружили, что длина диска А оставалась постоянной в расслабленном и укороченном саркомере. Это позволило предположить, что есть два набора нитей — актиновые и миозиновые, причем одни входят в промежутки между другими, и при изменении длины саркомера эти нити каким-то образом скользят друг по другу. Сейчас эта гипотеза принята почти всеми.)
Актин и миозин — два сократительных белка, которые способны вступать в химическое взаимодействие, приводящее к изменению их взаимного расположения в мышечной клетке. При этом цепочка миозина прикрепляется к актиновой нити с помощью целого ряда особых «головок», каждая из которых сидит на длинной пружинистой «шее». Когда происходит сцепление между миозиновой головкой и актиновой нитью, конформация комплекса этих двух белков изменяется, миозиновые цепочки продвигаются между актиновыми нитями и мышца в целом укорачивается (сокращается). Однако, чтобы химическая связь между головкой миозина и активной нитью образовалась, необходимо подготовить этот процесс, поскольку в спокойном (расслабленном) состоянии мышцы активные зоны белка актина заняты другим белком — тропохмиозином, который не позволяет актину вступить во взаимодействие с миозином. Именно для того, чтобы убрать тропомиозиновый «чехол» с актиновой нити, требуется быстрое выливание ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума, что происходит в результате прохождения через мембрану мышечной клетки потенциала действия. Кальций изменяет конформацию молекулы тропомиозина, в результате чего активные зоны молекулы актина открываются для присоединения головок миозина. Само это присоединение осуществляется с помощью так называемых водородных мостиков, которые очень прочно связывают две белковые молекулы — актин и миозин — и способны в таком связанном виде находиться очень долго.
Для отсоединения миозиновой головки от актина необходимо затратить энергию аденозинтрифосфа-та (АТФ), при этом миозин выступает в роли АТФазы (фермента, расщепляющего АТФ). Расщепление АТФ на аденозиндифосфат (АДФ) и неорганический фосфат (Ф) высвобождает энергию, разрушает связь между актином и миозином и возвращает головку миозина в исходное положение. В дальнейшем между актином и миозином могут снова образовываться поперечные связи.
При отсутствии АТФ актин-миозиновые связи не разрушаются. Это и является причиной трупного окоченения (rigor mortis) после смерти, т. к. останавливается выработка АТФ в организме — АТФ предотвращает мышечную ригидность.
Даже при мышечных сокращениях без видимого укорочения (изометрические сокращения, см. выше) активируется цикл формирования поперечных связей, мышца потребляет АТФ и выделяет тепло. Головка миозина многократно присоединяется на одно и то же место связывания актина, и вся система миофиламентов остается неподвижной.
Внимание: Сократительные элементы мышц актин и миозин сами по себе не способны к укорочению. Мышечное укорочение является следствием взаимного скольжения миофиламентов относительно друг друга (механизм скольжения филаментов).
Как же образование поперечных связей (водородных мостиков) переходит в движение? Одиночный саркомер за один цикл укорачивается приблизительно на 5-10 нм, т.е. примерно на 1 % своей общей длины. За счет быстрого повторения цикла поперечных связей возможно укорочение на 0,4 мкм, или 20% своей длины. Поскольку каждая миофибрилла состоит из множества саркомеров и во всех них одновременно (но не синхронно) образуются поперечные связи, суммарно их работа приводит к видимому укорочению всей мышцы. Передача силы этого укорочения происходит через Z-линии миофибрилл, а также концы сухожилий, прикрепленных к костям, в результате чего и возникает движение в суставах, через которые мышцы реализуют перемещение в пространстве частей тела или продвижение всего тела.
Связь между длиной саркомера и силой мышечных сокращений [ править | править код ]
Наибольшую силу сокращений мышечные волокна развивают при длине 2-2,2 мкм. При сильном растяжении или укорочении саркомеров сила сокращений снижается (рис. 2). Эту зависимость можно объяснить механизмом скольжения филаментов: при указанной длине саркомеров наложение миозиновых и актиновых волокон оптимально; при большем укорочении миофиламенты перекрываются слишком сильно, а при растяжении наложение миофиламентов недостаточно для развития достаточной силы сокращений.
Скорость укорочения мышечных волокон [ править | править код ]
Скорость укорочения мышцы зависит от нагрузки на эту мышцу (закон Хилла, рис. 3). Она максимальна без нагрузки, а при максимальной нагрузке практически равна нулю, что соответствует изометрическому сокращению, при котором мышца развивает силу, не изменяя своей длины.
Влияние растяжения на силу сокращений: кривая растяжения в покое [ править | править код ]
Важным фактором, влияющим на силу сокращений, является величина растяжения мышцы. Тяга за конец мышцы и натяжение мышечных волокон называются пассивным растяжением. Мышца обладает эластическими свойствами, однако в отличие от стальной пружины зависимость напряжения от растяжения не линейна, а образует дугообразную кривую. С увеличением растяжения повышается и напряжение мышцы, но до определенного максимума. Кривая, описывающая эти взаимоотношения, называется кривой растяжения в покое.
Данный физиологический механизм объясняется эластическими элементами мышцы — эластичностью сарколеммы и соединительной ткани, располагающимися параллельно сократительным мышечным волокнам.
Также при растяжении изменяется и наложение друг на друга миофиламентов, однако это не оказывает влияния на кривую растяжения, т. к. в покое не образуются поперечные связи между актином и миозином. Предварительное растяжение (пассивное растяжение) суммируется с силой изометрических сокращений (активная сила сокращений).