Мышцы

Мышцы. Существует три типа различных мышц в теле человека.
Первый тип — скелетные, или произвольно сокращающиеся, мышцы. Вместе с костями и сухожилиями они отвечают за все формы произвольных движений человека, таких как восхождение по лестнице, а также они вовлечены в непроизвольные реакции, известные как рефлексы.

Второй тип — гладкие мышцы (названные так потому, что так выглядят под микроскопом гладкими), которые заняты в непроизвольных движениях внутренних органов, таких как кишки и мочевой пузырь.

Третий тип — сердечная мышца, из которой состоит основная часть сердца. Произвольно сокращающиеся мышцы называются также полосатыми мышцами, потому что расположение волокон, которые их образуют, придает им полосатый рисунок под микроскопом. Они действуют путем укорачивания в длину; процесс этот называется сокращением мышц. Они могут произвести внезапные, взрывные сокращения, которые приводят человека к прыжкам вверх, и могут держать постоянное сокращение, например, чтобы придать телу определенную позу. Произвольно сокращающиеся мышцы распределены по всему телу, составляя очень большую часть его веса — до 25 процентов, даже у новорожденного ребенка. Они отчасти похожи на шнуры, прикрепленные к различным точкам скелета, и контролируют движения различных костей от самых малых, таких как стремянная мышца, которая работает на стремени (слуховой косточке), мельчайшей косточке во внутреннем ухе, до мощной большой ягодичной мышцы, которая образует ягодицы и контролирует тазобедренный сустав.

В гладких, или непроизвольно сокращающихся, мышцах, каждое волокно представляет собой длинную веретенообразную клетку. Гладкая мышца не находится под контролем сознания человека, но отвечает за мышечные сокращения, необходимые для таких процессов, как пищеварение, где ритмические сжимания кишок (перистальтика) двигают пинту. Эти сокращения кишок вызываются сокращениями гладких мышц. Сердечная мышца имеет структуру, подобную произвольно сокращающимся мышцам, но ее волокна короче и толще и образуют плотную сетку.

Структура мыщц

Произвольно сокращающаяся мышца по виду похожа на группу параллельных волокнистых пучков, собранных вместе. Самыми малыми из этих волокон — и основными рабочими единицами мышцы — являются нити актина и миозина, такие тонкие, что их можно рассмотреть только с помощью электронного микроскопа. Они состоят из белка, и их иногда называют сократительными белками. Мышца укорачивается, когда нити миозина и актина притягиваются друг к другу по длине.

Эти нити собираются в пучки, называемые миофибриллами. Между ними находятся отложения мышечного топлива в виде гликогена (углевод, широко известный как крахмал) и нормальные фабрики энергии клетки, то есть митохондрии, где кислород и пища-топливо сжигаются, чтобы произвести энергию.

Миофибриллы далее собираются в пучки, называемые мышечными волокнами. Это настоящие мышечные клетки с ядром у наружного края. К каждой клетке подходит нервное волокно, которое приводит ее, когда необходимо, в действие. Мышечные волокна сами группируются в пучки, окутанные оболочкой из соединительной ткани подобно тому, как покрыты изоляцией медные проволоки электрокабеля. Малая мышца может состоять только из нескольких пучков волокон, в то время как большие мощные мышцы, такие как большая ягодичная мышца, состоят из сотен таких пучков.

Мышца помещается в покрытие из волокнистой ткани. Покрытие имеет толстое центральное брюшко и две суживающиеся к концу ленты, или сухожилия, каждое из которых прикреплено к кости. Структура гладкой мышцы не отличается упорядоченным расположением нитей и волокон, складывающихся в сложный геометрический рисунок; эта мышца состоит из свободно расположенных веретенообразных клеток, хотя ее сокращение также зависит от действия миозиновых и актиновых нитей.
Структура сердечной мышцы однако при рассмотрении под микроскопом такая же, как и у произвольно сокращающейся мышцы, кроме одного отличия: волокна образуют рисунок крест-накрест.

Как работают мышцы

Скелетные, а также произвольно сокращающиеся мышцы приводятся в действие двигательными нервами спинного мозга — пучком нервных волокон, который выходит из головного мозга через канал в позвоночном столбе. Эти двигательные нервы разделяются на несколько нитей в том месте, где они входят в мышцу, или ин-нервируют ее. Затем каждая нить вступает в контакт с какой-либо мышечной клеткой. Электрический импульс движется по нерву от головного мозга и, достигая кончика нерва, способствует выделению мельчайшего количества химического вещества ацетилхолина из внутриклеточных гранул, где оно содержится. Ацетилхолин пересекает короткое расстояние между нервным окончанием и мышцей и оседает на особых участках мышечной ткани, называемых рецепторами. Как только в рецепторе оказьгвается ацетилхолин, мышца сокращается и остается в таком состоянии все время, пока химическое вещество находится в контакте с рецептором. Для того, чтобы обеспечить расслабление мышцы, в дело вступает фермент, нейтрализующий ацетилхолин.

Самые простые рефлекторные движения происходят в результате прямого возбуждения двигательных нервов сигналами, поступающими в спинной мозг от сенсорных рецепторов— нервов, улавливающих внешние раздражения. Например, в случае так называемого «коленного рефлекса» легкий удар по ноге под надколенной чашечкой воспринимается рецепторами внутри одного из сухожилий, проходящих через коленный сустав. Эти рецепторы посылают сигналы в спинной мозг, который, в свою очередь, возбуждает двигательные нервы, идущие от спинного мозга к мышцам бедра. В результате мышца бедра быстро сокращается, и нижняя часть ноги резко дергается вверх. Осознанные движения произвольно сокращающихся мышц наоборот происходят под воздействием сигналов, посылаемых из головного мозга по спинному мозгу. Некоторые из этих сигналов служат для возбуждения определенных двигательных нервов, а другие — для их успокоения, так что вырабатывается модель, по которой некоторые мышцы будут сокращаться, а другие — расслабляться.

Деятельность белков (миозина и актина) в момент мышечного сокращения представляет собой сложный процесс, в котором химические соединения между ними постоянно образуются и распадаются. Для этого нужна энергия, образующаяся при сгорании кислорода и пищи в митохондриях; эта энергия собирается и передается в качестве соединения под названием АТФ (аденозинтрифосфатоза), очень богатого высокоэнергетическим фосфатом. Процесс сокращения мышцы начинается выбросом кальция (одного из самых распространенных в организме элементов) в клетки мышцы по целой сети мелких трубочек, расположенных между миофибриллами и называемых микроканальцами.

В любой момент несколько клеток в мышце будут сокращаться, придавая определенную степень напряженности, или тонус. Когда сократится достаточное количество мышечных волокон, вся мышца укорачивается, уменьшая расстояние между точками ее прикрепления, и тогда две или более кости начинают двигаться по отношению к другим.

Отдельные мышцы обладают способностью только укорачивать, но не удлинять расстояние между двумя точками прикрепления — они могут стягивать, но не разгибать. Для движения в противоположном направлении должна быть возбуждена другая мышца. Например, двуглавая мышца плеча может сгибать локоть, но выпрямление руки производится другой мышцей — трехглавой мышцей нижней стороны плеча. Мышцы типа бицепсов и трицепсов называются мышцами-антагонистами: они «работают друг против друга».

Гладкие мышцы также снабжены двигательными нервами. Однако вместо одного двигательного нерва, раздражающего одну мышечную клетку, раздражение распространяется волной на несколько клеток. Такое волнообразное действие помогает, например, в продвижении пищи в кишечнике. Сокращение сердечной мышцы вызывается не двигательными нервами, а импульсами, исходящими от пульсирующей ткани внутри сердца. Эти импульсы возникают приблизительно 72 раза в минуту7, заставляя сердце сокращаться и выталкивать кровь.