Работа поперечнополосатых мышц - МЫШЦЫ: ДВИГАЮСЬ - ЗНАЧИТ ЖИВУ

На работу мышц тратится большое количество АТФ - вещества, распад которого приводит к выделению значительного количества энергии. Вот почему содержание этого вещества в мышцах заметно выше, чем в клетках большинства органов. Скелетные мышцы способны развивать значительное усилие. Так, одно мышечное волокно, сокращаясь, способно поднять груз весом до 200 мг. Считается, что во всех мышцах человека содержится около 30 млн волокон. Таким образом, все мышцы человека, сократись они одновременно, способны создать усилие в 30 т! Однако это чисто теоретический расчет, так как все мышцы не могут сократиться одновременно ни при каких обстоятельствах. Но и в обычных условиях работы мышцы тренированных людей способны развивать фантастические усилия. Например, атлет-супертяжеловес смог выжать на спине штангу весом 2844 кг - без малого 3 т! Если же человек находится в состоянии сильного возбуждения, то его физические возможности достигают невероятного уровня. Во время землетрясения в Японии, мать вытащила ребенка из-под завала, приподняв голыми руками бетонную плиту, которую потом смогли сдвинуть только подъемным краном.

Как же усилить свои мышцы? Во-первых, под влиянием постоянных тренировок мышечные клетки постепенно увеличиваются в размерах. Это происходит за счет усиленного синтеза новых молекул сократительных белков - актина и миозина. Чем крупнее мышечная клетка, тем большее усилие она способна развивать, а значит, мышцы становятся сильнее. Во-вторых, необходимо тренировать нервные центры, управляющие мышцами для того, чтобы эти центры смогли одновременно вовлекать в работу большее число мышечных клеток. Этот процесс называется синхронной активацией мышц. Таким образом, для того, чтобы стать сильнее, нужно не только тренировать мышцы, но и улучшать управление их работой центральной нервной системой.

Но мышцы не могут сокращаться бесконечно. Чем чаще сокращается какая-либо мышца и чем выше на нее нагрузка, тем быстрее развивается ее утомление. Утомлениемназывают временное снижение работоспособности мышц. Причины утомления заключаются в том, что при работе в мышце накапливаются продукты обмена, препятствующие ее нормальному сокращению: молочная кислота, фосфорная кислота, калий и др. Кроме того, при длительной работе происходит утомление в тех отделах мозга, которые управляют движениями. Однако при кратковременном прекращении работы, т. е. отдыхе, работоспособность мышц быстро восстанавливается, так как кровь удаляет из мышцы вредные продукты обмена. У тренированных людей это происходит очень быстро, а у людей с нетренированными мышцами кровоток слабее, продукты обмена выносятся медленно. Таких людей после физической работы долго мучают боли в мышцах.

Мышечные судороги часто наблюдаются у совершенно здоровых людей, особенно при нехватке в организме кальция и при высоких физических нагрузках. Судороги - внезапное болезненное сокращение одной или нескольких мышц. Иногда судороги возникают во сне, и, хотя они не опасны, но внезапная сильная боль (например, в икроножной мышце) может напугать ребенка. А именно в период полового созревания, когда ребенок особенно интенсивно растет, мышцы растягиваются и создают условия для судорог.

Человеку легче ходить, чем долгое время стоять без движения (конечно, исключая людей с больными суставами ног и спины), так как при ходьбе нагрузка распределяется на множество различных мышц довольно равномерно. Если же человек вынужден долго стоять на месте, то работают одни и те же мышцы, которые, естественно, утомляются, и возникают болевые ощущения, отеки. Проблемы такого рода чаще всего появляются у продавцов, парикмахеров, преподавателей.

Надо сказать, что утомлению подвержены и нервные центры, управляющие мышечными движениями. Причем утомляются они даже быстрее, чем сами мышцы. Проделали следующий опыт. Студентам подвешивали на палец руки груз и подсчитывали, сколько раз они смогут согнуть палец, поднимая этот груз до полного утомления. Через несколько дней, когда мышцы хорошо отдохнули, несчастных студентов заставили в течение шести часов сдавать зачеты. В это время студенты, естественно, никаких грузов не поднимали, но когда после сдачи зачетов им на палец подвесили тот же грузик, попросили сокращать мышцы, поднимая его, то выяснилось, что утомление развивается очень быстро. Уставший мозг не смог эффективно управлять самой элементарной работой мышц.

Многие люди, засыпая после длительного, тяжелого дня, испытывают довольно сильные подергивания в мышцах ног и туловища. Иногда спросонья им даже кажется, что они проваливаются в пропасть... Неврологи считают, что на это явление не стоит обращать внимание, так как оно связано всего-навсего с изменением напряжения мышц при переходе от активной деятельности ко сну. Хорошо быть неврологом, все-то они могут объяснить, но очень уж ощущения неприятные.

Коэффициент полезного действия мышц не очень высок и значительная часть затраченной энергии уходит на тепло. И это совсем не так плохо. Ведь нам надо поддерживать постоянную температуру тела - около 37 °С. А где тепло-то взять? Вот мышцы нас им и обеспечивают. Вспомните, когда нам холодно, мы начинаем подпрыгивать, хлопать себя руками и т. п. Таким образом, мы заставляем мышцы интенсивно сокращаться, а значит, вырабатывать и больше тепла.

В естественных условиях мышца сокращается рефлекторно под действием импульсов, приходящих из центральной нервной системы. Примером сгибательных рефлексов может служить коленный рефлекс (рис. 3.6). Рецепторы этого простейшего двигательного рефлекса лежат в сухожилии мышц, и когда невропатолог ударяет молоточком по сухожилию, рецептор растяжения возбуждается и посылает нервные импульсы в спинной мозг. Рецептор представляет собой окончание аксона чувствительного (афферентного) нейрона. Тела этих нейронов находятся в специальных узлах, расположенных вдоль спинного мозга. По аксону чувствительного нейрона возбуждение (сигнал о том, что сухожилие растянуто) достигает двигательного (эфферентного) нейрона, или мотонейрона. Тела мотонейронов расположены в передних рогах спинного мозга. Мотонейрон возбуждается, и по его аксону возбуждение достигает ноги, тогда мышца возбуждается и сокращается. Аксон мотонейрона ветвится в мышце и образует нервно-мышечные окончания (синапсы) на нескольких мышечных волокнах (см. рис. 3.2).

Рис. 3.6. Схема коленного рефлекса: 1 — спинной мозг; 2 - синапс внутри спинного мозга; 3 - тело чувствительного нейрона; 4 - двигательный нейрон; 5 - возбуждение рецептора; 6 - рецептор растяжения; 7 - концевая пластинка двигательного нерва в мышце; 8 - чувствительный (сенсорный) нейрон

Мотонейрон и те мышечные волокна, которыми он управляет, называются двигательной единицей. В глазных мышцах, где требуются очень тонкие движения, один мотонейрон управляет всего 2-5 мышечными волокнами, т. е. двигательная единица очень маленькая. В мышцах пальцев руки в двигательной единице содержится 10-20 мышечных волокон. В икроножной мышце, которая не должна совершать очень тонких движений, двигательная единица включает до тысячи волокон.

Характер сокращения мышцы зависит от того, с какой частотой поступают к мышечным волокнам импульсы по аксонам мотонейронов. Если сокращение нужно лишь для поддержания позы, то частота поступающих импульсов равна 5-20 импульсов в секунду, если же необходимо достичь резкого, сильного и длительного сокращения, то эта частота составляет приблизительно 50 импульсов в секунду.