Структурні та функціональні характеристики типів м'язових волокон

Визначення типу волокна. Характеристики м'язових волокон, тобто здатність повільно або швидко скорочуватися, визначаються у ранньому віці, вірогідно, у перші 5 років життя. Дослідження однояйцевих близнят показали, що склад м'язових волокон визначений генетичне і незначно змінюється від дитячого до середнього віку. Ці дослідження також показали, що в однояйцевих близнят склад волокон практично однаковий, тоді як профіль волокон у двояйцевих близнят відрізняється. Гени, котрі ми наслідуємо у наших батьків, визначають, які мотонейрони іннервують наші м'язові волокна. Після встановлення іннервації наші м'язові волокна диференціюються (стають спеціалізованими) залежно від типу нейрона, котрий їх стимулює. Однак з часом склад м'язових волокон може змінитися. У процесі старіння наші м'язи «втрачають» ШС волокна, що призводить до відносного збільшення відсоткового складу ПС волокон.

В огляді...

1. Більшість скелетних м'язів містять як ПС, так і ШС волокна.

2. Різні типи волокон мають різні АТФази. АТФаза ШС волокон діє швидше і скоріше постачає енергію для м'язового скорочення, ніж АТФаза ПС волокон.

3. ШС волокна характеризуються більш високорозвиненим саркоплазматичним ретикулумом, що забезпечує постачання кальцію, необхідного для м'язового скорочення.

4. Мотонейрони ШС рухових одиниць крупніші й іннервують більше волокон, ніж мотонейрони ПС рухових одиниць. Таким чином, ШС рухові одиниці мають більше скоротних волокон і можуть виробляти більшу силу, ніж ПС рухові одиниці.

5. Звичайно м'язи рук та ніг людини мають подібний склад волокон.

6. ПС волокна характеризуються високим рівнем аеробної витривалості і більше пристосовані до виконання тривалої роботи низької інтенсивності.

7. ШС волокна більше придатні до анаеробної діяльності. ШСа волокна використовуються під час навантажень «вибухового» типу. Функція ШСб волокон повністю не з'ясована, однак відомо, що вони нелегко залучаються до діяльності.

ЗАЛУЧЕННЯ (РЕКРУТУВАННЯ) М'ЯЗОВИХ ВОЛОКОН

Коли мотонейрон активує м'язове волокно, для виникнення реакції необхідна мінімальна величина стимулювання, що називається порогом. Якщо величина стимуляції нижча за цей поріг, то м'язового скорочення не відбувається. Якщо ж вона відповідає або перевищує поріг, то м'язове волокно максимально скорочується. Ця реакція реалізується за типом «усе або нічого». Оскільки усі м'язові волокна окремої рухової одиниці піддаються однаковій нервовій стимуляції, усі вони характеризуються максимальним скороченням у випадку перевищення порогу стимуляції. Таким чином, руховій одиниці також притаманна реакція типу «усе або нічого».

Величина сили має пряму залежність від кількості м'язових волокон, котрі активуються. Коли необхідна невелика сила, тоді стимулюється лише кілька волокон. Згадаймо, що ШС рухові одиниці містять більше м'язових волокон, ніж ПС. Дія скелетного м'яза включає вибіркове залучення ПС або ШС м'язових волокон залежно від потреб тієї діяльності, котрою передбачається зайнятися. На початку 70-х років XX ст. Голдник з колегами продемонстрували, що це вибіркове залучення визначається не швидкістю дії, а рівнем сили, котрий необхідний м'язу.

На рис. 1.10 показано взаємозв'язок між розвитком сили та залученням до роботи волокон ШСа, ШСб та ПС. Під час навантаження невеликої інтенсивності, наприклад при ходьбі, м'язову силу продукують в основному ПС волокна. При вищій інтенсивності навантаження, наприклад бігу підтюпцем, у продукування сили включаються ШС волокна типу «а». Насамкінець, при виконанні роботи, що потребує максимальної сили, наприклад бігу на спринтерські дистанції, активуються волокна типу ШСб.

Разом з тим навіть під час максимальних зусиль нервова система не залучає до роботи 100 % м'язових волокон. Незважаючи на ваше бажання докласти більшу за величиною силу, активується лише їх частина. Це запобігає ушкодженню ваших м’язів та сухожилків. Якщо б ви

змогли скоротити всі свої м'язові волокна одночасно, вироблена сила, вірогідно, розірвала б м'яз або його

сухожилок.

Під час тривалого (протягом кількох годин) навантаження ви повинні працювати у субмаксимальному темпі. Напруження м'язів при цьому відносно невелике й нервова система залучає до роботи саме ті м'язові волокна, котрі найбільш придатні для діяльності, що потребує витривалості: ПС та деякі ШС волокна типу «а». У процесі навантаження у цих волокнах вичерпуються запас основного «пального» (глікогену) і нервовій системі доводиться залучати більше ШСа волокон для підтримання м'язового напруження. Насамкінець, коли запаси «пального» у ПС та ШСа волокнах повністю вичерпаються, у роботу включаються ШСб волокна, забезпечуючи продовження вправи.

Це пояснює, чому стомленість під час марафону або бігу на 26,2 милі настає неначе поетапно. Або чому потрібне значне свідоме зусилля для підтримання певного темпу на фініші. Результатом свідомого зусилля є активація м'язових волокон, котрі важче залучаються до роботи. Ця інформація має велике практичне значення для нашого розуміння специфічних потреб тренувальної та змагальної діяльності. Більш детально це питання висвітлено у розділах 4 та 7.