Что заставляет мышцы сокращаться?
Нервный импульс - волна возбуждения, идущая по нервному волокну и имеющая электрическую природу. Нервные клетки могут генерировать импульс и отдавать приказы - к примеру посылать в мышцы импульсы для сокращения. При этом скорость передачи этого импульса очень быстрая, это обеспечивает возможность молниеносно отдавать приказы любой части тела.
Как мозг управляет работой мышц?
Мозг может генерировать импульсы для управления нашими мышцами. В ответ на импульс, идущий от мозга по нервному волокну, мышечное волокно выдает вспышку сокращения. И все. Короткое, резкое сокращение и потом покой. Чтобы поддерживать постоянное напряжение мозг отправляет пулеметную очередь частых импульсов - тетанус. Тетанус - это единственный способ держать мышцы в напряжении длительное время.
Типы мышечных волокон
Выделяют два основных типа мышечных волокон – волокна I типа и волокна II типа (часто выделяют еще промежуточные типы волокон, которые при необходимости могут менять свои свойства).
Волокна I типа называют медленными мышечными волокнами (ММВ) или красными волокнами, волокна II типа — быстрыми мышечными волокнами (БМВ) или белыми волокнами.
Но стоит понимать, что сами слова «быстрые» и «медленные» имеют отношение к скорости, с которой мышечные волокна могут генерировать силу. ММВ сокращаются за 0,1 секунду, а БМВ за 0,05. Но это СОВСЕМ не значит, что скорость выполнения упражнения влияет на то, какие волокна будут включаться в работу. Именно поэтому термины БМВ и ММВ вносят сумятицу и непонимание самой сути работы мышечной системы.
Классификация на медленные и быстрые волокна основывается на активности АТФазы (фермент необходимый для мышечного сокращения). Чем выше активность, тем мощнее сокращение. У медленных волокон скорость АТФазы гораздо ниже, вот и все.
Так же волокна различаются по типу энергообеспечения: окислительные и гликолитические. Окислительные — означает, что они работают за счет окисления жирных кислот и глюкозы и для их работы необходим кислород, а гликолитические работают на анаэробном (без доступа кислорода) гликолизе.
Окислительные волокна более выносливы и наименее сильные, а гликолитические имеют крайне малую длительность работы (около минуты), но обладают наибольшей мощностью и силой сокращения.
Как мы контролируем мышечное усилие?
Существенный минус мышечного волокна - оно само по себе не может увеличивать или уменьшать усилие. Волокно имеет определенный уровень возбуждения, ниже которого оно никак не реагирует. А при достижении этого порога - резко и мощно выдает максимальное сокращение, как по спусковому крючку. Дальнейшее усиление сигнала не вызовет увеличения силы сокращения волокна. Так называемое правило "все или ничего".
Но как же так? Ведь мы можем сильнее или слабее напрягать наши мышцы...
Оказывается разное усилие в мышцах достигается именно количеством сокращающихся мышечных волокон. Нужно небольшое усилие - включается только небольшая часть волокон. Если нам нужно увеличить генерируемую силу - подключаем еще волокна. Чем больше волокон включаем - тем мощнее усилие. Этот механизм обеспечивает плавность в изменениях мышечных усилий называется рекрутизацией мышечных волокон.
Как происходит рекрутизация мышечных волокон?
Часть волокон рекрутизируются всегда первыми, а часть всегда последними. Осуществляется это за счет того, какая у волокон степень возбудимости - тот самый "спусковой крючок". У медленных мышечных волокон очень низкий порог возбудимости, соответственно они включается первыми и являются низкопороговыми. У быстрых мышечных волокон - наооборот, высокий порог возбудимости, они являются высокопороговыми мышечными волокнами.
Это создает четкую иерархию рекрутизации волокон, и нервной системе нет никакой необходимости контролировать этот процесс - это происходит автоматически.
Двигательные единицы
Вообще каждый двигательный нерв посылает импульс не в отдельное волокно, а через разветвления в целый пучок волокон. Система, состоящая из нервной клетки, нервного волокна и пучка иннервируемых им волокон называется двигательной единицей (ДЕ).
В состав одних ДЕ входят только низкопороговые медленные мышечные волокна и они называются низкопороговыми двигательными единицами (НПДЕ). В составе других только высокопороговые быстрые мышечные волокна и такие ДЕ называются высокопороговыми двигательными единицами (ВПДЕ).
Мышечные волокна, принадлежащие к одной двигательной единице, обычно распределены по большой площади поперечного сечения мышцы, обеспечивая равномерное напряжение. НПДЕ и ВПДЕ отличаются не только по степени возбудимости, но и по свойствам мышечных волокон из которых они состоят.
Какими особенностями обладают волокна НПДЕ?
НПДЕ включаются в работу чаще всего, ведь они активизируются всегда первыми, даже при малых мышечных усилиях. Поэтому медленные мышечные волокна, входящие в состав НПДЕ, отличаются высокой прочностью, препятствующей изнашиванию и разрушению при сокращении, а также низкой утомляемостью.
Низкая утомляемость этих волокон обеспечивается за счет большого количества митохондрий, высокой активности окислительных ферментов, а также хорошо развитой капиллярной сети, обеспечивающей достаточное количество кислорода. При этом волокна НПДЕ не способны генерировать высокий уровень мышечного усилия. Если нам нужно выдать мощное или быстрое усилие - то начинают включаться ВПДЕ.
Какими особенностями обладают волокна ВПДЕ?
Это своего рода резерв организма, который используется только при высокой интенсивности нагрузки. Быстрые мышечные волокна в ВПДЕ могут генерировать мощное усилие, но к сожалению кратковременное, и имеют небольшой запас прочности (сократительных элементов в таких волокнах много, а количество структурных элементов, обеспечивающих прочность мало). Химическая энергия очень быстро превращается в механическую, но при этом образуется огромное количество продуктов распада, которые не только блокируют дальнейшее сокращение на биохимическом уровне, но и закисляют внутреннюю среду волокна и ускоряют разрушение структурных элементов. В совокупности эти факторы влияют на предрасположенность этих волокон к значительному изнашиванию и деформациям при рекрутизации. Но не стоит переживать, это даже хорошо, как будет понятно потом.
Механизмы регуляции мышечного усилия
Как было уже упомянуто с включением большего числа двигательных единиц сокращение усиливается - происходит рекрутизация мышечных волокон. Этот механизм служит для более грубого и резкого изменения силы мышечных сокращений.
Тонкая регуляция осуществляется за счет изменения частоты сокращения отдельной ДЕ за счет изменений частоты нервных импульсов. Когда ДЕ включается в сокращение, вначале она сокращается обычно с частотой, равной 10-20 сокращений в секунду. Если необходимо увеличение силы, то активная двигательная единица увеличивает частоту своих сокращений до 40-50 в секунду. И уже после этого, при необходимости, включаются новые ДЕ.
Нормально частота сокращений отдельных двигательных единиц при сокращении мышцы не совпадает, а происходит асинхронно - подобно ударам дождевых капель в стекло окна. Это и обусловливает на практике гладкость мышечных сокращений.
Но иногда, если необходимо генерировать очень резкое и сильное мышечное усилие, импульсы к большинству или всем двигательным единицам могут дойти одновременно - этот механизм называют синхронизацией.
Внеочередная сила, получаемая при синхронизации, не может быть использована для продолжительного, поддерживающего сокращения.
Комментариев нет:
Отправить комментарий