Скелетные мышцы

Источник:
«Спортивная энциклопедия систем жизнеобеспечения».
Редактор: Жуков А.Д. Изд.: Юнеско, 2011 год.

Скелетные мышцы

Мустафа Поль Университет им. Ататюрка, Эрзурум, Турция

Осмо Хяннинен Университет Куопио, Финляндия

Скелетные мышцы состоят из медленных окислительных волокон, быстрых окислительно-гликолитических волокон и быстрых гликолитических волокон. Медленные окислительные волокна задействуются при малоинтенсивной, но требующей выносливости физической активности, например при марафонском беге. Быстрые окислительно-гликолитические волокна, способные на большее усилие, но и легче утомляющиеся, используются главным образом во время более кратковременных упражнений на выносливость большей интенсивности, таких как бег на 1 милю. Быстрые гликолитические волокна используются преимущественно в упражнениях с взрывной нагрузкой, таких как забег на 100 м. Тренировки на выносливость увеличивают число митохондрий в медленных окислительных и быстрых окислительно-гликолитических волокнах, а также капилляров вокруг них. С другой стороны, непродолжительная физическая нагрузка высокой интенсивности, например, поднятие тяжестей, затрагивает, в первую очередь, быстрые гликолитические волокна, что приводит к гипертрофии мышц. Энергия для кратковременной интенсивной физической нагрузки поставляется энергетической системой немедленного типа, включающей АТФ и креатинфосфат, и анаэробным гликолизом, тогда как энергия для физической нагрузки на выносливость обеспечивается, главным образом, окислительным фосфорилированием.

Частота сердечных сокращений и ударный объем сердца увеличиваются пропорционально интенсивности нагрузки, причем последний выравнивается раньше. Увеличение ударного объема сердца - результат увеличения сократительной способности желудочка и венозного возврата. Большая часть увеличившегося сердечного выброса поступает во время физической активности в работающие мышцы, сердце и кожу. Тренировка на выносливость увеличивает плотность капилляров в мышцах и ударный объем сердца, но снижает частоту сердечных сокращений без изменения сердечного выброса в состоянии покоя. Систолическое кровяное давление во время физической нагрузки увеличивается, при этом диастолическое давление либо остается без изменений, либо немного снижается. Во время физической нагрузки объем плазмы уменьшается вследствие увеличения капиллярной фильтрации, а сокращающиеся мышцы забирают из крови больше кислорода. Дыхательная система обеспечивает достаточную оксигенацию крови, даже при высокой нагрузке. Поэтому дыханием во время физической нагрузки управляют в основном нейрогенные механизмы. Способность переносить физическую нагрузку обычно ограничивается способностью сердца нагнетать кровь к мышцам. Однако дыхательные мышцы могут быть слабыми. Регулярные занятия аэробикой могут сделать жизнь более продолжительной и здоровой, сокращая вероятность сердечных приступов, инсульты, и снижая лишний вес благодаря своему благоприятному воздействию на метаболизм, кровообращение и липидный профиль крови.

При выполнении физических упражнений в функциях нашего организма происходит множество изменений. Они требуют взаимодействия практически всех систем тела, например:

• скелетные мышцы сокращаются и расслабляются, двигая телом или частями тела;

• сердечно-сосудистая и дыхательная системы взаимодействуют, обеспечивая клетки кислородом, а также удаляя С02;

• кожа помогает поддерживать температуру тела, рассеивая тепло;

• нервная система координирует движения;

• работа пищеварительной системы замедляется.

Функции многих из этих систем можно изучать во время физической нагрузки. Например, электрическая активность сердца легко регистрируется кардиотахометром, который многие спортсмены уже используют в своих индивидуальных тренировочных программах на выносливость. Во время тренировки также можно регистрировать электрическую активность отдельных мышц для последующего анализа, чтобы оценить эффективность программы (рис. 1).

Когда импульс, посланный нервной системой, стимулирует мышечное волокно, запускаются процессы сокращения. Они задействуют особые белки - актин и миозин 1 и энергетические системы, чтобы снабдить мышцу необходимым для сокращения топливом. Как видим, физическая активность 1 тренировка в это сложный процесс.

В целом, спортивные упражнения можно разделить на испытания на силу, скорость и выносливость. Примерами могут послужить толкание ядра, спринт на 400 м и марафонский бег, соответственно. Скелетные мышцы обладают тремя энергетическими системами, каждая из которых используется в этих трех типах физической активности:

• энергетическая система немедленного типа, включающая в себя АТФ и креатинфосфат (КрФ) - вместе они известны также как фосфагенная система - в цитозоле;

• анаэробный гликолиз в цитозоле;

Рис. 1. Измерение электрической активности четырехглавых мышц бедра спортсмена с помощью портативного электромиографа. Тренер прикрепляет поверхностные электроды перед тестовым забегом. Поверхностные электроды не причиняют боли и не мешают тренировке. Прибор сохраняет сигналы для последующего компьютерного анализа

• окислительное фосфорилирование в митохондриях.

В этой статье дан краткий обзор следующих проблем: функции скелетных мышц; типы мышечных волокон и их роль в тренировке; натренированность мышц, адаптация к физической активности и энергетические системы скелетных мышц; изменение функций сердечно-сосудистой системы, таких как частота сердечных сокращений, ударный объем сердца, распределение сердечного выброса, мышечный кровоток, кровяное давление, и самой крови во время физической нагрузки, регулирование дыхания, происходящие во время тренировки; и, наконец, утомление.

Если физическая активность снижается, скелетные мышцы постепенно уменьшаются в диаметре. Количество сократительных белков уменьшается (так называемая атрофия) из-за недостатка сокращений, что может стать результатом денервации, как при инсульте и параличе или долговременной неподвижности мышц (например, из-за травмы кости, хряща или сухожилия).

«Скользящие нити»

Скелетной мышцей обычно называют совокупность мышечных пучков, скрепленных соединительной тканью и обычно соединенных с костями пучками коллагеновых волокон -сухожилиями, - расположенными на каждом конце мышцы. Помимо последовательных упругих компонентов, таких как сухожилия, мышцы также содержат значительное количество параллельных упругих компонентов с сократительными элементами (т.е. мышечные волокна). Один из таких компонентов - титин. Эти упругие компоненты накапливают энергию, например, при беге, когда нога касается земли. Их роль увеличивается со скоростью и может дать 60-70%-ное повышение эффективности. Каждый мышечный пучок состоит из тысяч отдельных мышечных клеток или волокон. Диаметр каждого волокна колеблется от 10 до 100 мкм, а длина может достигать 20 см. Большая часть цитоплазмы волокна заполнена миофибриллами, которые тянутся от одного конца к другому. Число миофибрилл в волокне колеблется от несколько сотен до тысяч, в зависимости от диаметра волокна.

По длине каждая миофибрилла делится на саркомеры, представляющие собой функциональные единицы сократительной системы. Каждый саркомер содержит два типа нитей: толстые и тонкие. Толстые нити почти полностью состоят из сократительного белка миозина, в то время как тонкие нити содержат сократительный белок актин, так же как и два других белка - тропонин и тропомиозин, - которые играют важную роль в регуляции сокращения.

Чтобы поперечные мостики прикрепились к актину, нужно, чтобы молекулы тропомиозина сдвинулись из положения, в котором они блокируют актин. Это происходит, когда кальций связывается с определенными центрами связывания на тропонине. Концентрация ионов кальция в цитозоле определяет число поперечных мостиков, которые могут связываться с актином и прилагать силу к тонким нитям. Изменения в концентрации кальция в цитозоле управляются электрическими явлениями, происходящими в плазматической мембране.

Во время сокращения мышцы поперечные мостики, которые тянутся от поверхности толстых нитей, вступают в контакт с тонкими нитями и прилагают к ним силу. Актиновые нити скользят вдоль нитей миозина с помощью поперечно-мостиковых соединений между этими двумя нитями, так что длина саркомера становится меньше вследствие движения актина внутрь.

На глобулярных головках миозина есть активный ферментативный участок, который катализирует расщепление аденозинтрифосфата (АТФ), высвобождая, таким образом, химическую энергию, накопленную в АТФ, необходимую для движения поперечных мостиков. АТФ также необходим для того, чтобы закачать ионы Са+2 обратно в саркоплазматический ретикулум и разорвать тем самым связь между миозином и актином в конце сокращения.

Читайте также

Типы мышечных волокон