Чтобы ни делал человек - шёл, бежал, управлял машиной, копал землю, писал, - все свои действия он совершает при помощи скелетных мышц. Эти мышцы - активная часть опорно-двигательного аппарата. Они удерживают тело в вертикальном положении, позволяют принимать разнообразные позы. Мышцы живота поддерживают и защищают внутренние органы, т.е. выполняют опорную и защитную функции. Мышцы входят в состав стенок грудной и брюшной полостей, в состав стенок глотки, обеспечивают движения глазных яблок, слуховых косточек, дыхательные и глотательные движения. Это только неполный перечень функций скелетных мышц. Поэтому неудивительно, что масса скелетной мускулатуры у взрослого человека составляет 30-35% массы тела. У человека более 600 скелетных мышц, образованы они поперечно-полосатой мышечной тканью.
Каждая мышца состоит из параллельных пучков поперечно-полосатых мышечных волокон. Каждый пучок одет оболочкой. И вся мышца снаружи покрыта тонкой соединительнотканной оболочкой, защищающей нежную мышечную ткань. Каждое мышечное волокно также имеет снаружи тонкую оболочку, а внутри него находятся многочисленные тонкие сократительные нити - миофибриллы и большое количество ядер. Миофибриллы, в свою очередь, состоят из тончайших нитей двух типов - толстых (белковые молекулы миозина) и тонких (белок актина). Так как они образованы различными видами белка, под микроскопом видны чередующиеся тёмные и светлые полосы. Отсюда и название скелетной мышечной ткани - поперечно-полосатая. У человека скелетные мышцы состоят из волокон двух типов - красных и белых. Они различаются составом и количеством миофибрилл, а главное - особенностями сокращения. Так называемые белые мышечные волокна сокращаются быстро, но быстро и устают; красные волокна сокращаются медленнее, но могут оставаться в сокращенном состоянии долго. В зависимости от функции мышц в них преобладают те или иные типы волокон. Мышцы выполняют большую работу, поэтому они богаты кровеносными сосудами, по которым кровь снабжает их кислородом, питательными веществами, выносит продукты обмена веществ. Мышцы крепятся к костям с помощью нерастяжимых сухожилий, которые срастаются с надкостницей. Обычно мышцы одним концом крепятся выше, а другим ниже сустава. При таком креплении сокращение мышц приводит в движение кости в суставах.
Основные группы мышц.
В зависимости от расположения мышцы можно разделить на следующие большие группы: мышцы головы и шеи, мышцы туловища и мышцы конечностей.
К мышцам туловища относят мышцы спины, груди и живота. Различают поверхностные мышцы спины (трапециевидная, широчайшая и др.) и глубокие мышцы спины. Поверхностные мышцы спины обеспечивают движение конечностей и отчасти головы и шеи; глубокие мышцы располагаются между позвонками и рёбрами и при своём сокращении вызывают разгибание и вращение позвоночника, поддерживают вертикальное положение тела.
Мышцы груди подразделяют на прикрепляющиеся к костям верхних конечностей (большая и малая грудные мышцы, передняя зубчатая и др.), осуществляющие движение верхней конечности, и собственно мышцы груди (большая и малая грудные мышцы, передняя зубчатая и др.), изменяющие положение рёбер и тем самым обеспечивающие акт дыхания. К этой группе мышц относят также диафрагму, располагающуюся на границе грудной и брюшной полости. Диафрагма - дыхательная мышца. При сокращении она опускается, её купол уплощается (объём грудной клетки увеличивается - происходит вдох), при расслабленном состоянии она поднимается и принимает форму купола (объём грудной клетки уменьшается - происходит выдох). В диафрагме имеются три отверстия - для пищевода, аорты и нижней полой вены.
Мышцы верхней конечности подразделяют на мышцы плечевого пояса и свободной верхней конечности. Мышцы плечевого пояса (дельтовидная и др.) обеспечивают движение руки в области плечевого сустава и движение лопатки. Мышцы свободной верхней конечности содержат мышцы плеча (передняя группа мышц-сгибателей в плечевом и локтевом суставе - двуглавая мышца плеча и др.); мышцы предплечья также делят на две группы (переднюю - сгибатели кисти и пальцев, заднюю - разгибатели); мышцы кисти обеспечивают разнообразные движения пальцев.
Мышцы нижней конечности подразделяют на мышцы таза и мышцы свободной нижней конечности (мышцы бедра, голени, стопы). К мышцам таза относят подвздошно-поясничную, большую, среднюю и малую ягодичные и др. Они обеспечивают сгибание и разгибание в тазобедренном суставе, а также сохранение вертикального положения тела. На бедре различают три группы мышц: переднюю (четырёхглавая мышца бедра и другие разгибают голень и сгибают бедро), заднюю (двуглавая мышца бедра и другие разгибают голень и сгибают бедро) и внутреннюю группу мышц, которые приводят бедро к средней линии тела и сгибают тазобедренный сустав. На голени также различают три группы мышц: переднюю (разгибают пальцы и стопу), заднюю (икроножную, камбаловидную и др., сгибают стопу и пальцы), наружные (сгибают и отводят стопу).
Среди мышц шеи выделяют поверхностную, среднюю (мышцы подъязычной кости) и глубокую группы. Из поверхностных наиболее крупная грудино-ключично-сосцевидная мышца наклоняет назад и поворачивает голову в сторону. Мышцы, расположенные выше подъязычной кости, образуют нижнюю стенку ротовой полости и опускают нижнюю челюсть. Мышцы, расположенные ниже подъязычной кости, опускают подъязычную кость и обеспечивают подвижность кортанных хрящей. Глубокие мышцы шеи наклоняют или поворачивают голову и поднимают первое и второе ребра, действуя как дыхательные мышцы.
Мышцы головы составляют три группы мышц: жевательные, мимические и произвольные мышцы внутренних органов головы (мягкого нёба, языка, глаз, среднего уха). Жевательные мышцы приводят в движение нижнюю челюсть. Мимические мышцы прикрепляются одним концом к коже, другим - к кости (лобная, щёчная, скуловая и др.) или только к коже (круговая мышца рта). Сокращаясь, они изменяют выражение лица, учавствуют в замыкании и расширении отверстий лица (глазниц, рта, ноздрей), обеспечивают подвижность щёк, губ, ноздрей.
Работа мышц.
Мышцы, сокращаясь или напрягаясь, производят работу. Она может выражаться в перемещении тела или его частей. Такая работа совершается при поднятии тяжестей, ходьбе, беге. Это динамическая работа. При удерживании частей тела в определённом положении, удерживания груза, стоянии, сохранении позы совершается статическая работа. Одни и те же мышцы могут выполнять и динамическую, и статическую работу. Сокращаясь, мышцы приводят в движение кости, действуя на них, как на рычаги. Кости начинают двигаться вокруг точки опоры под влиянием приложенной к ним силы. Движение в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Их называют мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели. Например, при сгибании руки двуглавая мышца плеча сокращается, а трёхглавая мышца расслабляется. Это происходит потому, что возбуждение двуглавой мышцы через центральную нервную систему вызывает расслабление трёхглавой мышцы. Скелетные мышцы прикрепляются с двух сторон от сустава и при своём сокращении производят в нём движение. Обычно мышцы, осуществляющие сгибание, - флексторы - находятся спереди, а производящие разгибание - экстензоры - сзади от сустава. Только в коленном и голеностопном суставах передние мышцы, наоборот, производят разгибание, а задние - сгибание. Мышцы, лежащие снаружи (латерально) от сустава, - абдукторы - выполняют функцию отведения, а лежащие кнутри (медиально) от него - аддукторы - приведение. Вращение производят мышцы, расположенные косо или поперечно по отношению к вертикальной оси (пронаторы - вращающие внутрь, супинаторы - кнаружи). В осуществлении движения участвует обычно несколько групп мышц. Мышцы, производящие одновременно движение в одном направлении в данном суставе, называют синергистами (плечевая, двуглавая мышцы плеча); мышцы, выполняющие противоположную функцию (двуглавая, треглавая мышца плеча), - антагонистами. Работа различных групп мышц происходит согласованно: так, если мышцы-сгибатели сокращаются, то мышцы-разгибатели в это время расслабляются. "Пускают" мышцы в ход нервные импульсы. В одну мышцу в среднем поступает 20 импульсов в секунду. В каждом шаге, например, принимает участие до 300 мышц и множество импульсов согласует их работу. Количество нервных окончаний в различных мышцах неодинаково. В мышцах бедра их сравнительно мало, а глазодвигательные мышцы, целыми днями совершающие тонкие и точные движения, богаты окончаниями двигательных нервов. Кора полушарий неравномерно связана с отдельными группами мышц. Например, огромные участки коры занимают двигательные области, управляющие мышцами лица, кисти, губ, стопы, и относительно незначительные - мышцами плеча, бедра, голени. Величина отдельных зон двигательной области коры пропорциональна не массе мышечной ткани, а тонкости и сложности движений соответствующих органов. Каждая мышца имеет двойное нервное подчинение. По одним нервам подаются ипмульсы из головного и спинного мозга. Они вызывают сокращение мышц. Другие, отходя от узлов, которые лежат по бокам спинного мозга, регулируют их питание. Нервные сигналы, управляющие движением и питанием мышцы, согласуются с нервной регуляцией кровоснабжения мышцы. Получается единый тройной нервный контроль.
Гладкие мышцы.
Но, кроме скелетных мышц, в нашем организме в соединительной ткани находятся гладкие мышцы в виде одиночных клеток. В отдельных местах они собраны в пучки. Много гладких мышц в коже, они расположены у основания волосяной сумки. Сокращаясь, эти мышцы поднимают волосы и выдавливают жир из сальной железы. В глазу вокруг зрачка расположены гладкие кольцевые и радиальные мышцы. Они всё время работают: при ярком освещении кольцевые мышцы сужают зрачок, а в темноте сокращаются радиальные мышцы и зрачок расширяется. В стенках всех трубчатых органов - дыхательных путей, сосудов, пищеварительного тракта, мочеиспускательного канала и др. - есть слой гладкой мускулатуры. Под влиянием нервных импульсов она сокращается. Благодаря сокращению и расслаблению гладких клеток стенок кровеносных сосудов их просвет то сужается, то расширяется, что способствует распределению крови в организме. Гладкие мышцы пищевода, сокращаясь, проталкивают комок пищи или глоток воды в желудок. Сложные сплетения гладких мышечных клеток образуются в органах с широкой полостью - в желудке, мочевом пузыре, матке. Сокращение этих клеток вызывает сдавливание и сужение просвета органа. Сила каждого сокращения клеток ничтожна, т.к. они очень малы. Однако сложение сил целых пучков может создать сокращение огромной силы. Мощные сокращения создают ощущение сильной боли. Возбуждение в гладкой мускулатуре распространяется относительно медленно, что обусловливает медленное длительное сокращение мышцы и столь же длительный период расслабления. Мышцы способны также к самопроизвольным ритмическим сокращениям. Растяжение гладкой мускулатуры полого органа при наполнении его содержимым сразу же ведет к её сокращению – так обеспечивается проталкивание содержимого дальше.
Гладкие мышцы находятся в стенке внутренних органов, кровеносных и лимфатических сосудов, в коже и морфологически отличаются от скелетной и сердечной мышц отсутствием видимой поперечной исчерченности.
Классификация гладких мышц.
Гладкие мышцы подразделяются на висцеральные (унитарные) и мультиунитарные. Висцеральные гладкие мышцы находятся во всех внутренних органах, протоках пищеварительных желёз, кровеносных и лимфатических сосудах, коже. К мулытиунитарным относятся ресничная мышца и мышца радужки глаза. Деление гладких мышц на висцеральные и мультиунитарные основано на различной плотности их двигательной иннервации. В висцеральных гладких мышцах двигательные нервные окончания имеются на небольшом количестве гладких мышечных клеток. Несмотря на это, возбуждение с нервных окончаний передаётся на все гладкие мышечные клетки пучка благодаря плотным контактам между соседними миоцитами — нексусам. Нексусы позволяют потенциалам действия и медленным волнам деполяризации распространяться с одной мышечной клетки на другую, поэтому висцеральные гладкие мышцы сокращаются одномоментно с приходом нервного импульса.
Строение гладких мышц.
Гладкие мышцы состоят из клеток веретенообразной формы, средняя длина которых 100 мкм, а диаметр 3 мкм. Клетки располагаются в составе мышечных пучков и тесно прилегают друг к другу. Мембраны прилежащих клеток образуют нексусы, которые обеспечивают электрическую связь между клетками и служат для передачи возбуждения с клетки на клетку. Гладкие мышечные клетки содержат миофиламенты актина и миозина, которые располагаются здесь менее упорядоченно, чем в волокнах скелетной мышцы. Саркоплазматическая сеть в гладкой мышце менее развита, чем в скелетной.
Возрастные изменения мышечной системы.
Безусловно, с возрастом наш организм изменяется. Изменяется и мышечная система. У взрослого человека скелетная мускулатура составляет более 40% массы тела. При старении интенсивность снижения массы мышц более выражена, чем уменьшение массы тела в целом. Форма мышцы с возрастом изменяется за счёт её уменьшения и соответствующего удлинения сухожилия. В частности, длина ахиллова сухожилия увеличивается с 3,5-4 см у молодых людей, до 6-9см - у старых. Прогрессирующее нарастание с возрастом гипотрофии мышц происходит неодинаково в функционально разных мышечных группах. Подобный процесс развивается в основном за счёт уменьшения диаметра отдельных мышечных волокон. Так, диаметр мышечного волокна грудной мышцы у людей молодого возраста составляет 40-45 мкм, в 50 лет - 20-25 мкм, 70 лет - 10-20 мкм. Морфологические исследования разных лет показали, что при старении в скелетных мышцах наряду с неизмененными и компенсаторно гипертрофированными мышечными волокнами обнаруживаются в разной степени атрофированные мионы, отмечаются очаговые нарушения чёткости поперечной исчерченности и возрастание количества ядер. При электронно-микроскопическом исследовании выявляется нарушение архитектоники взаиморасположения митохондрий и элементов сократительной субстанции. Как и в других органах при старении в скелетных мышцах развиваются компенсаторно-приспособительные перестройки, проявляющиеся увеличением площади ядерных мембран, гипертрофией митохондрий и других органелл. Параллельно с изменениями в мышечных волокнах происходят сдвиги в стенке питающих их кровеносных капилляров, свидетельствующие об изменённых условиях транскапиллярного обмена, что, в свою очередь, усугубляет нарушения в мышечных волокнах. Процесс регенерации мышечных элементов в старом организме начинается значительно позже, а замещение соединительной тканью раньше, чем в молодом.
Долгое время существовало представление, что мышца при сокращении черпает энергию из своей структуры, разрушаясь. Затем эти воззрения были вытеснены сведениями о метаболических превращениях в процессе мышечной деятельности. К настоящему времени уже невозможно рассматривать биохимические процессы в мышечных волокнах безотносительно их строения, метаболический цикл жёстко привязан к месту, а последовательность превращений в нём - к структурным особенностям ферментных рядов.
В зависимости от проявления специфической функции мышц происходит в разной степени выраженности физиологическое обратимое разрушение их ультраструктуры - деградация митохондрий, контрактуры отдельных миофиламентов, разрывы капилляров, локальные нарушения целостности Т-систем. При интенсивной деятельности могут отмечаться выраженные повреждения отдельных мышечных волокон, микрокровоизлияния. Чрезвычайно важным для определения возрастного оптимума сократительной функции является установление границы обратимости этих нарушений, так как одни поломки восстанавливаются бесследно, а другие ведут к постепенной утрате специфичности ткани и последующему склерозированию. Изучение ферментативной активности в мышечной ткани при старении показало наличие весьма сложных перестроек, направленных на сохранение гомеостаза организма.
Принципиально важным является положение о первичных нейронных возрастных сдвигах при старении нервно-мышечной системы, которые приводят к ухудшению связи между нервной и мышечной клетками и определяют сенильные изменения скелетных мышц, наименее выраженные в волокнах диафрагмы, что связано с первичным регулирующим влиянием нейронной импульсной активности, продолжительно форсированной во время акта дыхания.
При старении комплекс нервных механизмов регуляции активности мотонейронов переходит на более низкие частоты. Описанные изменения зависят от медленно прогрессирующих нарушений нервно-мышечного контакта, уменьшения размеров сенильной двигательной единицы, а также диаметра мышечных волокон. В частности, уменьшение в размерах (но не в количестве двигательных единиц) объясняет, почему в сенильных мышцах не обнаруживаются потенциалы фибрилляций. Развитие возрастных изменений в двигательной единице, которое сопровождается ухудшением сократительных свойств мышечных волокон, компенсируется реиннервацией, поэтому их плотность в двигательной единице при старении увеличивается. Данные об изменениях морфо-функционального профиля скелетных мышц при старении организма в какой-то мере могут объяснить особенности чувствительности мышц к гипоксии на поздних этапах онтогенеза. Развивается своеобразная адаптация к этому фактору, выражающаяся в меньшем уровне кровотока, необходимом для поддержания устойчивой работоспособности.
Возрастные изменения в нервно-мышечной системе связаны с характерными сдвигами на всех уровнях: от мышечного волокна до нервных клеток самых высоких отделов центральной нервной системы. Они зависят от нарастающих при старении метаболических сдвигов в организме и связаны со сложной системой перестройки в регуляции функций. В старости сохраняется способность нервно-мышечного аппарата к адаптации под влиянием физической тренировки. Возрастные изменения сердечно-сосудистой и нервной систем, костно-мышечного аппарата приводят к различным болевым ощущениям, физической слабости, психической утомляемости, замедленной моторике. С возрастом мышцы теряют силу, атрофируются.
Знание основ анатомии, строения собственного тела вместе с пониманием смысла и структуры тренировок позволяет повысить результативность занятий спортом во много раз — ведь любое движение, любое спортивное усилие совершается при помощи мышц. Кроме того, мышечная ткань является значительной частью массы тела — у мужчин на её долю приходится 42-47% от сухой массы тела, у женщин — 30-35%, при чём физические нагрузки, в особенности спланированные силовые тренировки увеличивают удельный вес мышечной ткани, а физическое бездействие — напротив, его уменьшает.
Виды мышц.
В организме человека имеется три вида мышц:
-
скелетные (их ещё называют поперечно-полосатыми);
-
гладкие;
-
и миокард, или сердечная мышца.
Гладкие мышцы формируют стенки внутренних органов и кровеносных сосудов. Их отличительной особенностью является то, что они работают независимо от сознания человека: усилием воли невозможно остановить, например, перистальтику (римичные сокращения) кишечника. Движения таких мышц медленные и однообраные, зато они непрерывно, без отдыха, работают всю жизнь.
Скелетная мускулатура ответственна за поддержание тела в равновесии и выполнение разнообразных движений. Вам кажется, что вы «просто» сидите в кресле и отдыхаете? На самом деле в это время десятки ваших скелетных мышц работают. Работой скелетной мускулатуры можно управлять усилием воли. Поперечно-полосатые мышцы способны быстро сокращаться и столь же быстро расслабляться, однако интенсивная деятельность сравнительно быстро приводит к их утомлению.
Сердечная мышца уникальным образом сочетает в себе качества скелетной и гладкой мускулатуры. Так же как и скелетные мышцы, миокард способен интенсивно работать и быстро сокращаться. Так же как и гладкие мышцы, он практически неутомим и не зависит от волевого усилия человека.
Кстати, силовые тренировки не только «лепят рельеф» и увеличивают силу наших скелетных мышц — они также косвенно улучшают и качество работы гладкой мускулатуры и сердечной мышцы. Кстати, это привордит и к эффекту «обратной связи» — укреплённая, развитая путём тренировок выносливости сердечная мышца работает интенсивнее и эффективнее, что выражается в улучшении кровоснабжения всего организма, в том числе и скелетных мышц, которые благодаря этому могут переносить ещё большие нагрузки. Тренированные, развитые скелетные мышцы формируют мощный «корсет», поддерживающий внутренние органы, что играет не последнюю роль в нормализации процессов пищеварения. Нормальное пищеварение в свою очередь означает нормальное питание всех органов тела, и мышц в частности.
Различные типы мышц отличаются по своему строению, мы же рассмотрим подробнее строение скелетной мышцы, как связанной непосредственно с процессом силовой тренировки.
Заострим внимание на скелетных мышцах.
Основной структурной составляющей мышечной ткани является миоцит — мышечная клетка. Одной из отличительных черт миоцита является то, что его длина в сотни раз превосходит его поперечное сечение, поэтому миоцит называют также мышечным волокном. От 10 до 50 миоцитов соединяются в пучок, а из пучков формируется собственно мышца — в бицепсе, например, до миллиона мышечных волокон.
Между пучками мышечных клеток проходят мельчайшие кровеносные сосуды — капилляры, и нервные волокна. Пучки мышечных волокон и сами мышцы покрыты плотными оболочками из соединительной ткани, которые на концах своих переходят в сухожилия, прикрепляющиеся к костям.
Основное вещество мышечной клетки называется саркоплазмой. В неё погружены тончайшие мышечные нити — миофибриллы, которые и являются сократительными элементами мышечной клетки. Каждая миофибрилла состоят из тысяч элементарных частиц — саркомеров, основной особенностью которых является способность сокращаться под воздействием нервного импульса.
В ходе целенаправленных силовых тренировок увеличивается как количество миофибрилл мышечного волокна, так и их поперечное сечение. Сначала этот процесс приводит к увеличению силы мышцы, затем — и к увеличению её толщины. Однако количество самих мышечных волокон остаётся прежним — оно обусловлено генетическими особенностями развития организма и в течении жизни не меняется. Отсюда можно сделать вывод и о различных физических перспективах спортсменов — те из них, чьи мышцы состоят из большего количества волокон, имеют больше шансов увеличить толщину мышц за счёт силовых тренировок, чем те спортсмены, чьи мышцы содержат меньше волокон.
Итак, сила скелетной мышцы зависит от её поперечного сечения — то есть от толщины и количества миофибрилл, формирующих мышечное волокно. Однако возрастают показатели силы и мышечной массы не одинаково: при увеличении мышечной массы в два раза, сила мышц становится в три раза большей, и единого объяснения этого феномена у учёных пока что нет.
Типы волокон скелетной мышцы.
Волокна, формирующие скелетные мушцы, делятся на две группы: «медленные», или ST-волокна (slow twitch fibers) и «быстрые», FT-волокна (fast twitch fibers). ST-волокна содержат большое количество белка миоглобина, имеющего красный цвет, поэтому их ещё называют красными волокнами. Это — выносливые волокна, но работают они при нагрузке в пределах 20-25% от максимальной силы мышц. В свою очередь, FT-волокна содержат мало миоглобина, поэтому их называют ещё «белыми» волокнами. Они сокращаются в два раза быстрее «красных» волокон и способны развить в 10 раз большую силу.
При нагрузках менее 25% от максимальной мышечной силы сначала работают ST-волокна, а потом, когда наступит их истощение — в работу включаются FT-волокна. Когда и они израсходуют энергетический ресурс, наступит их истощение и мышце потребуется отдых. Если же нагрузка изначально велика — одновременно работают оба вида волокон.
Однако не стоит ошибочно ассоциировать типы волокон со скоростью движений, которые выполняет человек. То, какой тип волокон преимущественно задействован в работа в данный момент, зависит не от скорости выполняемого движения, а от усилия, которое необходимо затратить на данное действие. С этим связано и то обстоятельство, что разные типы мышц, выполняющие различные функции, имеют пазное соотношение ST- и FT-волокон. В частности, бицепс — мышца, выполняющая преимущественно динамическую работу, содержит больше FT-волокон, чем ST. Напротив, камбаловидная мышца, испытывающая в основном статические нагрузки, состоит главным образом из ST-волокон.
Кстати, как и общее количество мышечных волокон, соотношение ST/FT волокон в мышцах конкретного человека является генетически обусловленным и сохраняется постоянным на протяжении всей жизни. Это также объясняет врождённые способности к определённым видам спорта: у самых «талантливых», выдающихся бегунов-спринтеров икроножные мышцы на 90% состоят из «быстрых» волокон, а у марафонцев — напротив, до 90% этих волокон — медленные.
Впрочем, несмотря на то, что природное количество мышечных волокон, а также соотношение их быстрой и медленной разновидностей изменить невозможно, грамотно спланированные и настойчивые тренировки заставят мышцы приспособляться к нагрузкам и непременно принесут результат.