Сократительная функция скелетных мышц

Сокращение скелетных мышц происходит в ответ на нервные импульсы, поступающие от иннервирующих мышцы нейронов, которые называют мотонейронами. Мотонейрон вместе со всеми мышечными волокнами, которые он иннервирует, называют нейромоторной, или двигательной единицей. В различных мышцах количество мышечных волокон в нейромоторной единице различно. Например, в мышцах, двигающих глазное яблоко, их 3–6, в пальцах руки – 10–25, а в икроножной мышце ног – до 7 тыс.

По функциональным свойствам двигательные единицы подразделяют на: 1) фазные нейромоторные единицы, участвующие в осуществлении быстрых движений; 2) тонические нейромоторные единицы, осуществляющие медленные реакции и обеспечивающие тонус мышц; 3) переходные нейромоторные единицы, которые могут функционировать и как фазные и как тонические. В фазные нейромоторные единицы входят главным образом белые мышечные волокна, которые содержат много миофибрилл, гликогена и ферментов, расщепляющих углеводы, но очень мало миоглобина. Миоглобин, или мышечный гемоглобин, не циркулирует с кровью, а постоянно находится в мышце, легко присоединяя и отдавая кислород. Тонические нейромоторные единицы включают в основном красные мышечные волокна, содержащие большое количество миоглобина и митохондрий.

Сокращение мышцы, при котором она развивает напряжение, но не изменяет своей длины, называется изометрическим (например, при удержании груза в одном положении). Изометрические сокращения наблюдаются при статических нагрузках. Чаще всего наблюдается смешанный тип сокращения, при котором изменяются напряжение и длина мышц.

В зависимости от частоты импульсов, поступающих от мотонейрона, мышечные волокна нейромоторной единицы могут работать в двух режимах – режиме одиночных сокращений и режиме тетанического сокращения. При низкой частоте раздражения мышцы или редкого поступления к ней нервных импульсов мышечные волокна после предыдущего сокращения успевают полностью расслабиться до следующего раздражения или прихода следующего импульса. В этом случае наблюдаются одиночные сокращения мышцы (рис. 11, А).

При бó льшей частоте поступающих импульсов мышца, не успев полностью расслабиться после предыдущего импульса, вновь сокращается на следующий импульс. В этом случае наблюдается зубчатый тетанус (рис. 11, Б).

Однако при чрезвычайно высокой частоте раздражения сокращения мышцы ослабевают и она перестает отвечать на раздражение, что получило название пессимум (рис. 11, Г).

Мышцы преобразуют химическую энергию в механическую работу или напряжение. Наибольшую работу мышца производит при средних нагрузках и средних скоростях сокращения (закон средних нагрузок).

Максимальная сила мышцы зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от толщины этих волокон. Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Анатомический (геометрический) поперечник мышцы – это площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине.

Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы. Физиологический поперечник мышцы – это площадь поперечного сечения мышцы, проведенного перпендикулярно ходу ее волокон. Увеличение поперечника мышцы происходит в результате мышечной тренировки и называется рабочей гипертрофией мышцы.

Сила сокращения мышцы зависит от: 1) количества всех волокон и числа сокращающихся волокон в данной мышце; 2) соотношения быстрых (белых) и медленных (красных) мышечных волокон (чем больше быстрых волокон в мышце, тем больше возможная ее сила сокращения); 3) поперечного сечения мышцы; 4) умеренного растяжения мышцы, которое увеличивает силу сокращения; 5) функционального состояния мышцы.