Будова і функції скелетних м'язів. Робота м'язів. Втома м'язів

Ви дізнаєтесь про будову і функції скелетних м'язів; про те, як вони працюють і втомлюються; як їх тренувати та оберігати.

Чи шкідлива фізична втома? Де в організмі людини немає м’язів? Які зміни відбуваються у м'язах під час їх тренування? Скільки в людини всього є м'язів? Скільки вони важать?

Будова і функція скелетних м'язів

Якщо кістки дають тілу опору, то скелетні м’язи дають йому силу й міць. Що ж таке м’язи? Спільною характеристикою всіх м'язів е їхня здатність до скорочення, в основі якої лежить переміщення особливих скоротливих міофіла-меитів, побудованих з білків актину і міозину. У порівнянні з иепосмуговапими (гладенькими) м’язами розміщення цих скоротливих елементів є більш чітко впорядкованим у скелетних і серцевому м'язах, де вони розташовані смугами, і тому' такі м’язи називаються посмугованими (форзац — м’язова тканина).

Пусковим сигналом, що активує скорочення скелетного м'яза, е електричний імпульс, який надходить з нервової системи до кожної клітини скелетного м’яза по довгих відростках нейронів — аксонах (.кал. 6.15). В місці їхнього контакту, що називасться нервово-м'язовим з’єднанням, виникає збудження м’язових клітин, що й запускає їхнє скорочення.

Такий тісний зв’язок з нервовою системою уможливлює всі наші довільні рухи — від мигап-

ня очей до ривка штанги. М'язи нагадують ляльок у театрі, де справжній ляльковик — паш мозок — залишається за кулісами. Під час втрати цього зв'язку з нервовою системою виникає м’язова слабкість і параліч (від грец. paralysis — розслабляти) — неможливість довільних рухів.

М’язові волокна (міоцнтн) — це тонкі, довгі, багатоядерні клітини діаметром 10-80 мкм. Під мікроскопом на перерізі скелетного м’яза можна побачити, що міоцити зібрані в пучки, які відокремлені один від одного оболонками зі сполучної тканини (мал. 6.16). Посередині кожне м’язове волокно утворює нервово-м’язове з’єднання з розширенням аксона (лал. 6.15), а па кіпцях його поверхнева мембрана зливається з волокном сухожилля, яке кріпиться до кістки (мал. 6.16).

Як відбувається скорочення м’язового волокна?

М’язове волокно містить від кількох сотень до кількох тисяч міофібрил, кожна з яких складається майже з 1500 товстих і 3000 тонких філаментів. Товсті філамснти побудовані з молекул білка, що називається міозин, а тонкі філамснти — з іншого білка, що називається актин (мал. 6.17). Товсті і тонкі філамен-ти розташовані паралельно один до одного. Вони значною мірою перекриваються — у цих зонах формуються темпі смуги. Навпаки, зони, де є лише тонкі філаменти, утворюють світлі смуги. У разі чергування цих зон формуються саркомери — елементарні скоротливі одиниці міоцитів (мал. 6.18).

Як же тоді відбувається зменшення довжини окремого сарко-мера? Після отримання електричної «команди» для скорочення наступним ключовим етапом є раптове підвищення концентрації Кальцію в цитоплазмі міоцитів. Кальцій активує взаємодію

між топкими і товстими філаментами, які починають ковзати назустріч один одному, тому зона їх перекриття збільшується {моя. 6.18). У результаті такого ковзання довжина кожного сарко-мера зменшується, отже зменшується і довжина всього м’язового волокна — м’яз скорочується. Енергію для взаємодії актииових і міозинових волокон постачає розщеплення АТФ. Тепер ви знаєте, де саме витрачається АТФ під час вашого фізичного навантаження. Ви також знаєте, що коли ви робите крок ногою, то на рівні окремих клітин м'язів вашої ноги він складається з величезної кількості маленьких «кроків» їх саркомерів.

Робота м'язів

Скорочення скелетних м'язів забезпечує виконання фізичної роботи. Кожне окреме волокно може або максимально скоротитися, або зовсім не скорочуватися. Це визначається нервовими імпульсами, що доходять до кожної клітини. Тому загальна сила скорочення м’яза визначається кількістю волокон, що отримали такий сигнал і скорочуються. Що їх більше, то більша і сумарна сила. Отже, різниця в силі різних м’язів пов'язана з їх товщиною. Чотириголовий м’яз стегна з площею перетину близько 100 см² може таким чином розвинути дуже значне зусилля. Під час фізичного тренування збільшується не кількість м'язових клітин, а кількість філаментів у кожній клітині, м’яз стає товщим і його сила зростає.

Коли м’яз скорочується, щоб підняти щось або зрушити якийсь предмет проти сили тертя, то він виконує роботу. Енергія для виконання роботи м'язів постачається молекулами АТФ. Ефективність перетворення макроергічних зв’язків молекул АТФ у фізичну роботу (це подібно до коефіцієнта корисної дії у фізиці) для м'яза становить 40-45 %, а інша її частина перетворюється в теплову енергію (ви добре знаєте, що робота зігріває). Максимальна ефективність м'язів досягається за умов, коли вони скорочуються з помірною швидкістю.

Втома м'язів

Тривала або інтенсивна робота м'язів викликає їх втому. Дослідження показують, що втома майже прямо пропорційна швидкості використання клітинамм своїх енергетичних ресурсів (глікогену, глюкози, АТФ). Таким чином, втома — це результат вичерпання резервів енергії для скорочення. Звичайно, постачання кисню теж є дуже важливим для розщеплення глюкози і синтезу АТФ (розділ «Дихання»), тому людина швидше втомлюється, якщо в неї є порушення функцій дихальної або серцево-судин-

мої систем. Якщо кровопостачання працюючого м'яза припинити навіть па 1-2 хв, то виникає сильна втома м'яза. Під час недостатнього постачання кисню в м'язах також може накопичуватися молочна кислота як проміжний продукт метаболізму, і це викликає відчуття болю. Всі ці фактори спричиняють так звану метаболічну отому м'яза, але існує ще й нейрональна втома, що пов’язана з обмеженою здатністю нейронів до електричної активності. Незалежно від механізмів її розвитку втома — це одна з важливих фізіологічних захисних реакцій організму.

1.    М’язові волокна скелетних м'язів посмуговані. Темні смуги містять тонкі актинові І товсті міозинові міофіламенти, а світлі смуги — лише актинові міофіламенти.

2.    М’язове волокно скорочується в результаті ковзання товстих І тонких міофіламентів у межах кожного окремого саркомера — елементарної скоротливої одиниці м'язового волокна.

3.    Сигналом для взаємодії міофіламентів є підвищення концентрації Кальцію, а енергію для скорочення постачає АТФ.

4.    Під час скорочення м'язи виконують роботу. Максимальна ефективність м’язів досягається, коли вони скорочуються з помірною швидкістю. Надмірна робота м'яза призводить до його втоми, що має захисне значення.

Нервово-м’язове з'єднання, м'язове волокно (міоцит), міофібрила, тонкі (актинові) І товсті (міозинові) філаменти, саркомер, м'язова слабкість, параліч, робота м'язів, втома м’язів (метаболічна, нейрональна).

1.    Які є спільні І відмінні риси між різними типами м’язів?

2.    Опишіть будову скелетного м'яза.

3.    Що таке нервово-м'язове з’єднання?

4.    У чому полягає роль Кальцію І АТФ у скороченні скелетного м’яза?

5.    Що таке саркомер І як відбувається його скорочення?

6.    Чому виникає втома м’яза?

Проаналізуйте всі функції скелетних м'язів, зображених на мал. 6.19. Зверніть увагу на положення тіла, верхніх І нижніх кінцівок. Опишіть ці функції.

Мітохондрії-марафонці

Марафонці біжать декілька годин, щоб подолати відстань у 42 195 м. Як людині вдається бігти так довго? Дослідження показали, що під час тренувань у м'язових клітинах збільшується кількість мітохон-дрій, що забезпечує їх більшою кількістю енергії під час марафону (мал. 6.20). З Іншого боку, під час старіння організму людини кількість мітохондрій зменшується, І м’язи поступово втрачають силі скорочень І витривалість. Можливо, найбільш дивним є те, що фізичні вправи збільшують кількість мітохондрій не тільки в м'язових клітинах, а й у нейронах головного мозку!

Це матеріал з підручника Біологія 8 клас Жолос