Как устроены мышцы

Мышцы — это органы тела у человека и животных, которые предназначены для осуществления различных действий: движения, сокращения, фиксации определенных частей тела относительно других. Мышцы состоят из специальной ткани, которая может сокращаться при воздействии электрического тока, приходящего в виде нервных импульсов. Самые крупные мышцы у человека — ягодичные, приводят в движение ноги, а самые маленькие — в ухе.

Виды мышц

Существует три вида мышц:

  • Скелетные мышцы — это самая многочисленная группа мышц, они прикрепляются сухожилиями к костям (скелету) и обеспечивают движение частей тела. Именно о них мы думаем, когда говорим «мышцы», и именно про них будет основная часть статьи. Из-за особого строения (на фотографии под микроскопом видна исчерченность клеток мышц) эти мышцы называют еще поперечно-полосатыми.
  • Гладкие мышцы находятся в стенках внутренних органов и обеспечивают их работу. Такие мышцы находятся в пищеводе, желудке, кишечнике, матке, уретре, бронхах, кровеносных сосудах, в коже (отвечают за общий тонус кожи и за движение волос) и много где еще. Гладкие мышцы примечательны тем, что управляются неосознанно вегетативной нервной системой. Нервные импульсы передаются от клетки к клетке. В отличие от поперечно-полосатых, гладкие мышцы сокращаются намного медленнее, но при этом могут долго оставаться в сокращенном состоянии при сравнительно малых затратах энергии. У некоторых беспозвоночных эти мышцы составляют вообще всю мускулатуру тела.
  • Сердечная мышца (миокард) — самая главная мышца организма. Она отвечает за непрекращающуюся работу сердца и совмещают в себе свойства скелетных и гладких мышц. Миокард, как и гладкие мышцы, не контролируется сознанием, но как и скелетные мышцы сокращается с высокой скоростью. Кроме того, в миокарде существует специальный участок, который называется водитель ритма, в котором генерируются импульсы, определяющие частоту сердечных сокращений. У человека в норме основным водителем ритма является синусно-предсердный узел — особый участок на своде правого предсердия, расположенный у места впадения верхней полой вены.

Как устроены мышцы

Каждая мышца состоит из основной части — брюшка, и пассивной части — сухожилий, которыми крепится к костям с двух или более сторон. Если мышца крепится с двух сторон — ее называют двуглавой, с трех — соответственно, трехглавой. Брюшко состоит из большого числа пучков мышечных волокон. Эти пучки разделены между собой тонким слоем соединительной ткани.

Мышечные клетки (волокна) очень вытянутые, по форме напоминают нити. Каждое волокно является отдельной клеткой и содержит органеллы клетки, отвечающие за питание и жизнедеятельность (ядро, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи) и специальные элементы для сокращения — миофибриллы. Мышечные клетки тянутся от одного сухожилия к другому, и их длина зачастую равна длине мышцы. Усилие, развиваемое одной клеткой, может достигать 200 мг (1/5 грамма). То есть при сокращении одна мышечная клетка может поднять вес в 200 мг. При сокращении клетка способна укорачивается более, чем в 2 раза, при этом становясь более толстой. Это очень наглядно можно продемонстрировать при сгибе руки.

Волокна опутаны плотной сетью капилляров, поставляющих в мышцы кислород и питательные вещества и отводящие продукты распада. В норме у человека на 1 кубический миллиметр мышц приходится около 2000 капилляров.

Мышечные клетки тоже отличаются друг от друга — они разделяются на два типа: быстрые (белые) и медленные (красные):

  • Медленные (красные) клетки, если сравнивать их с быстрыми, не способны к быстрым и мощным сокращениям, но тем не менее все равно быстрее гладких мышц. В красных волокнах запасено большое количество кислорода, связанного миоглобином (именно это и придает клеткам красный цвет), клетки содержат большое количество митохондрий и оплетаются густой сетью капилляров. Для клеток этого типа характерен аэробный процесс питания — окисление жиров и гликогенов. Все это позволяет медленным волокнам работать долго и без усталости, и хорошие марафонцы, как правило, имеют в своих мышцах больше волокон именно этого типа.
  • Быстрые (белые) клетки опутаны меньшим числом капилляров, содержат меньше митохондрий и миоглобина, что позволяет разместить больше миофибрилл. Для быстрых клеток характерен анаэробный процесс питания — процесс, который происходит без участия кислорода. Такое питание в 18 раз менее эффективное, чем аэробное. Эти клетки способны к самым быстрым и сильным сокращениям, но не способны работать продолжительное время.

Структура мышечных клеток

Мышца состоит из клеток (мышечных волокон), наполненных так называемыми миофибриллами, которые состоят из двигательных элементов - саркомеров. Ключевыми компонентами саркомеров являются нити двух белков: актина и миозина Нити этих белков скользят друг относительно друга, вызывая сокращение или расслабление мышцы.

(Изображение увеличивается при нажатии.)

Почти весь объем (до 80%) мышечной клетки занимают специальные органеллы мышц — миофибриллы. Именно в миофибриллах происходит превращение химической энергии питательных веществ в механическую энергию сокращения. Миофибриллы состоят из меньших структур — саркомеров, длиной до 2 мкм. Саркомеры в миофибриллах располагаются друг напротив друга, что придает мышечным волокнам поперечную исчерченность, благодаря которой они получили название поперечно-полосатых. Саркомеры состоят, в основном, из волокон актина и миозина, которые крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина. При расщеплении АТФ (белок-батарейка, в котором запасается энергия), миозин подтягивается к актину и происходит сокращение мышцы.

Чтобы мышцы начали сокращаться, необходимо получают сигнал от нерва. Специальные клетки, отвечающие за передачу сигналов о движении, мотонейроны, соединены с мышечными волокнами с помощью синапсов. Чем более тонкая работа выполняется мышцей, тем больше нейронов отвечают за передачу сигнала. На один нейрон приходится от 3 до 120 мышечных волокон. Мышечные клетки, иннервируемые одним мотонейроном, называются двигательной единицей. По сигналу мотонейрона они сокращаются одновременно.