Типы волокон скелетных мышц

1. Медленные оксидативные волокна(тип I) - низкая активность миозиновой АТФазы и высокая окислительная способность (рис. 24 А).

2. Быстрые оксидативные волокна(тип IIа) - высокая активность миозиновой АТФазы и высокая окислительная способность (рис. 24 Б).

3. Быстрые гликолитические волокна(тип IIб) - высокая активность миозиновой АТФазы и высокая гликолитическая способность (рис. 24 В).

Отметим, что не обнаружен четвертый теоретически возможный вариант - медленные гликолитические волокна.

Что такое БОГВ, MOB и БГВ?

Это гистохимические профили, соответствующие быстрым окислительно-гликоли-тическим (БОГВ), медленным окислительным (MOB) и быстрым гликолитическим (БГВ) волокнам скелетной мышцы.

Рис. 24. Типы волокон скелетных мышц. Скорость развития утомления в волокнах скелетных мышц трех типов.

Рассмотренные три типа мышечных волокон характеризуются разной устойчивостью к утомлению. На рис. 24 каждая вертикальная линия соответствует сократительному ответу на короткое тетаническое раздражение. Сократительные ответы в период между 9-й и 60-й мин пропущены

Быстрые гликолитические волокна утомляются через короткое время, тогда как медленные оксидативные волокна очень выносливы, что позволяет им длительно поддерживать сократительную активность практически при постоянном уровне напряжения. Быстрые оксидативные волокна занимают промежуточное место по способности противостоять развитию утомления.

Таблица 3.Характеристики трех типов волокон скелетных мышц

Характеристики трех типов волокон скелетных мышц обобщены в табл. 3.

В некоторых волокнах много митохондрий и, следовательно, обеспечивается высокий уровень окислительного фосфорилирования; это оксидативные волокна.Количество образующейся в них АТФ зависит от снабжения мышцы кровью, с которой поступают молекулы кислорода, и богатых энергией соединений. Волокна этого типа окружены многочисленными капиллярами. Кроме того, в них присутствует связывающий кислород белок - миоглобин,который увеличивает скорость диффузии кислорода, а также выполняет функцию кратковременного кислородного депо в мышечной ткани. Благодаря значительному содержанию миоглобина оксидативные волокна окрашены в темно-красный цвет; их часто называют красными мышечными волокнами.

В гликолитических волокнах,наоборот, мало митохондрий, но высокое содержание ферментов гликолиза и большие запасы гликогена. Эти волокна окружены относительно небольшим числом капилляров, и миоглобина в их ткани немного, что соответствует ограниченному использованию кислорода. Вследствие недостатка миоглобина гликолитические волокна выглядят светлыми и получили название белых мышечных волокон.

Быстрые и медленные мышечные волокна содержат изоферменты миозина, расщепляющие АТФ с разной максимальной скоростью, чему соответствует различная максимальная скорость рабочего цикла поперечных мостиков и, следовательно, разная максимальная скорость укорочения волокна. Высокая АТФазная активность миозина свойственна быстрым волокнам,более низкая АТФазная активность - медленным волокнам.Хотя в быстрых волокнах скорость рабочего цикла примерно в 4 раза выше, чем в медленных, поперечные мостики обоих типов генерируют одинаковую силу.

Волокна варьируют не только по своим биохимическим особенностям, но и по размерам: у гликолитических волокон диаметр существенно больше, чем у оксидативных. Это сказывается на величине развиваемого ими напряжения. Что касается числа толстых и тонких филаментов на единицу площади поперечного сечения, то оно примерно одинаково для всех типов скелетных мышечных волокон. Таким образом, чем больше диаметр волокна, тем большее число параллельно задействованных толстых и тонких филаментов участвует в генерировании силы, и тем больше максимальное напряжение мышечного волокна. Отсюда следует, что гликолитическое волокно, которое имеет больший диаметр, развивает в среднем более значительное напряжение, по сравнению с напряжением оксидативного волокна.

Влияет ли тип мышечного волокна на его работу?

Точно это неизвестно. Сравнительное обследование лучших спортсменов говорит о том, что состав мышечных волокон у людей, занимающихся разными видами спорта, различается. Например, у спринтеров от 55 до 75\% от общего числа мышечных волокон относится к быстрым, тогда как у бегунов на длинные дистанции от 60 до 90\% составляют медленные волокна. Хотя это отличие предполагает, что для успехов в определенном виде спорта имеет значение тип мышечных волокон, исследования показали, что состав волокон у людей, занимающихся одним и тем же видом спорта, сильно различается. Очевидно, что состав волокон является лишь одним компонентом успеха, и нельзя игнорировать сложное физиологическое взаимодействие других систем и роль тренировок, типа личности и психологической составляющей.

6.5 Каким образом сокращение скелетной мышцы приводит к движению?

Рис. 25. Мышцы и кости действуют как система рычагов.

А - Мышцы-антагонисты, осуществляющие сгибание и разгибание предплечья.

Опорно-двигательный аппарат действует как система рычагов.

Сокращающаяся мышца передает усилие костям через сухожилия. Если усилие достаточно, то при укорочении мышцы кости перемещаются. При сокращении мышца развивает только тянущее усилие, так что кости, к которым она прикреплена, по мере ее укорочения подтягиваются друг к другу. При этом может происходить сгибаниеконечности в суставе (флексия) или разгибание(экстензия) - выпрямление конечности (рис. 25 А). В этих противоположно направленных движениях должны участвовать, по крайней мере, две разные мышцы - сгибатель и разгибатель. Мышечные группы, осуществляющие движения сустава в противоположных направлениях, называют антагонистами.Как показано на рис. 25 А, при сокращении двуглавой мышцы плеча (m. biceps) рука сгибается в локтевом суставе, тогда как сокращение мышцы-антагониста - трехглавой мышцы плеча (m. triceps) заставляет руку разгибаться. Обе мышцы создают при сокращении только тянущее усилие по отношению к предплечью.

Рис. 25. Мышцы и кости действуют как система рычагов.

Б - Сокращение икроножной мышцы приводит к сгибанию нижней конечности, когда четырехглавая мышца бедра расслаблена, или к разгибанию, когда последняя сокращается, не позволяя коленному суставу сгибаться.

Группы мышц-антагонистов необходимы не только для сгибания и разгибания, но и для движения конечностей в стороны или для вращения. Некоторые мышцы при сокращении могут создавать два типа движения в зависимости от сократительной активности других мышц, действующих на ту же конечность. Например, при сокращении икроножной мышцы (m. gastrocnemius) нога сгибается в колене, например, во время ходьбы (рис. 25Б). Однако, если икроножная мышца сокращается одновременно с четырехглавой мышцей бедра (m. quadriceps femoris), которая выпрямляет ногу в голени, коленный сустав не может согнуться, так что движение возможно только в голеностопном суставе. Происходит разгибание стопы, т.е. человек приподнимается на кончиках пальцев ног - «встает на цыпочки».

Рис. 25. Мышцы и кости действуют как система рычагов.

В - Механическое равновесие сил, действующих на предплечье, когда рука держит груз 10 кг.

Мышцы, кости и суставы тела представляют собой системы рычагов. Принцип действия рычага можно проиллюстрировать на примере сгибания предплечья (рис. 25 В): двуглавая мышца оказывает тянущее усилие, направленное вверх, на участок предплечья примерно на расстоянии 5 см от локтевого сустава. В рассматриваемом примере кисть руки удерживает нагрузку 10 кг, т.е. на расстоянии примерно 35 см от локтя действует направленная вниз сила величиной 10 кг. Согласно законам физики, предплечье находится в состоянии механического равновесия (т.е. суммарная сила, действующая на систему, равна нулю), когда произведение направленной вниз силы (10 кг) на расстояние от места ее приложения до локтя (35 см) равно произведению изометрического напряжения мышцы (Х) на расстояние от нее до локтя (5 см). Итак, 10х35=5хХ; отсюда Х=70 кг. Отметим, что работа этой системы механически невыгодна, поскольку сила, развиваемая мышцей, гораздо больше, чем масса удерживаемой нагрузки (10 кг).

Рис. 25. Мышцы и кости действуют как система рычагов.

Г - Рычажная система руки действует как усилитель по отношению к скорости сокращения двуглавой мышцы плеча, увеличивая скорость перемещения кисти. Система является также усилителем диапазона перемещений кисти (при укорочении мышцы на 1 см кисть перемещается на 7 см)

Однако механически невыгодные условия работы большинства механизмов мышечных рычагов компенсируются за счет повышения маневренности. На рисунке 25 показано, что укорочению двуглавой мышцы на 1 см соответствует перемещение кисти на расстояние 7 см. Поскольку укорочение мышцы на 1 см и перемещение кисти на 7 см совершаются за одно и то же время, скорость движения кисти в семь раз больше, чем скорость укорочения мышцы. Система рычагов играет роль усилителя, благодаря которому небольшие относительно медленные движения двуглавой мышцы преобразуются в более быстрые движения кисти. Так мяч, брошенный подающим игроком баскетбольной команды, летит со скоростью примерно 150-160 км/ч, хотя мышцы игрока укорачиваются во много раз медленнее.

А прыжок фигуриста с вращением в 2 или 4 оборота? Как координируется работа мышц при броске баскетбольного мяча в корзину?

Каким образом сокращение скелетной мышцы приводит к движению?

Регуляция двигательных функций обеспечивается за счет интеграции многих частей центральной и периферической нервной системы. Каждая из них играет важную роль в обеспечении как повседневных двигательных реакций, так и высокопрофессиональных спортивных навыков.

Основные компоненты двигательной функции:

Двигательная зона коры (формирует приблизительный план действий).

Подкорковые зоны (управляют сознательными движениями).

Мозжечок и базальные ядра (обеспечивают временную и пространственную точность выполнения движений).

Таламус (передающий центр).

Нейроны спинного мозга (проводящая система).

Двигательные концевые пластинки скелетной мышцы (рецепция и преобразование сигнала).

Мышечные рецепторы (рецепция и передача сигнала).

Проприорецепторы (коррекция ошибок).

При правильном функционировании всех перечисленных систем двигательная зона коры принимает импульсы из подкорковых участков и вместе с мозжечком инициирует и модифицирует (с помощью проприорецепции и зрительной информации) эфферентный сигнал определенной частоты и интенсивности. Когда этот сигнал достигает определенной скелетной мышцы, происходит движение. В дополнение к этому центральная нервная система контролирует нейроэндокринные реакции, поставляющие субстраты для энергетического метаболизма

Поэтому необходимо рассмотреть состояние этой проблемы к данному моменту.