Мышечная система человека – всё, что надо знать [Гайд]

И снова, здравствуйте! На связи все те же и все там же :). В эту пятницу мы продолжим свой эпический цикл заметок. И следующая тема к рассмотрению "Мышечная система человека". По прочтении вы узнаете, что она собой представляет, как работает и что с происходит с мышцами во время выполнения упражнений.

Итак, занимайте свои места в зрительном зале, мы начинаем.

Мышечная система человека: что, к чему и почему?

На протяжении всего апреля и мая мы рассказываем вам про системы человека. На текущий момент разобрали: сердечно-сосудистую, пищеварительную, нервную, лимфатическую, иммунную и эндокринную системы. Если вы к нам только что присоединились, то изучите сначала указанные заметки, и только потом переходите к нашей новой теме. Статья обещает быть, не в пример предыдущим, простой и понятной, а все потому, что про мышцы мы уже в свое время многое сказали. И сегодня нам останется все вспомнить и подвести общий знаменатель. Что же, давайте приступим к вещанию.

Примечание:
Для лучшего усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы

Анатомия мышечной системы

Мышечная система - это сеть тканей организма, которая контролирует движения тела и внутри него. Движение создается за счет сокращения и расслабления определенных мышц. Мышцы подразделяются на два основных класса: скелетные (произвольные) и гладкие (непроизвольные).

Скелетные мышцы прикрепляются к скелету и движутся различными частями тела. Их называют добровольными, потому что человек контролирует их использование, например, при сгибании руки или подъеме ноги. В теле человека насчитывается около 650 скелетных мышц. Анатомический атлас основных из них представляет собой такую картину (кликабельно):

Гладкие мышцы находятся в стенках желудка и кишечника, стенок вен и артерий, а также в различных внутренних органах. Их называют непроизвольными мышцами, потому что человек обычно не может их сознательно контролировать. Они регулируются вегетативной нервной системой. Еще одно различие между скелетными и гладкими мышцами заключается в том, что скелетные мышцы состоят из волокон ткани, которые имеют полосатую бороздчатую структуру. Эти чередующиеся полосы света и темноты являются результатом рисунка волокон (нитей) в каждой мышечной клетке. Гладкие мышечные волокна не исчерчены.

Сердечная (миокард) - уникальный тип мышц, который не относится ни к одному из двух классов мышц. Как скелетные мышцы, миокард является поперечной. Но, как и гладкие мышцы, он непроизвольно контролируются вегетативной нервной системой:

Давайте кратко разберем гладкие и сердечную мышцы и максимально подробно скелетные.

№1. Гладкие мышцы

Гладкие мышечные волокна выстилают большую часть внутренних полых органов тела. Они помогают перемещать вещества через кровеносные сосуды и тонкий кишечник. Гладкие мышцы сокращаются автоматически, спонтанно и часто ритмично. Они сокращаются медленнее, чем скелетные мышцы, однако могут оставаться сокращенными более продолжительное время.

Подобно скелетным мышцам, гладкие мышцы сокращаются в ответ на высвобождение нейротрансмиттеров, релизуемых нервами. В отличие от скелетных мышц, некоторые гладкие мышцы сокращаются после стимуляции гормонами. Примером является окситоцин - гормон, выделяемый гипофизом. Он стимулирует сокращение гладких мышц матки во время родов. Гладкие мышцы не так зависимы от кислорода, как скелетные мышцы, они используют углеводы для выработки большей части своей энергии.

№2. Сердечная мышца

При средней продолжительности жизни человека 65-70 лет, миокард за этот период сокращается более чем 2,5 млрд. раз. Как и скелетные мышцы, миокард является поперечно-полосатым. Однако волокна миокарда меньше и короче волокон скелетных мышц. Сокращения миокарда стимулируются импульсом, исходящим из небольшого скопления (узла) - специализированной ткани в верхней правой части сердца. Импульс распространяется через верхнюю область сердца, заставляя ее сокращаться. Этот импульс также достигает другого узла, расположенного вблизи нижней правой области сердца. После получения начального импульса второй узел запускает свой собственный импульс, в результате чего нижняя область сердца несколько сокращается следом за верхней областью. Другими словами, миокард стимулирует к сокращению сам себя, гормоны и сигналы мозга регулируют лишь скорость сокращения.

Клетки сердечной мышцы представляют собой разветвленные X или Y-образные клетки, плотно соединенные между собой специальными соединениями, называемыми интеркалированными дисками. Интеркалированные диски состоят из пальцевидных выступов двух соседних клеток, которые сцепляются и обеспечивают прочную связь между клетками. Разветвленная структура и интеркалированные диски позволяют мышечным клеткам противостоять высокому кровяному давлению и перекачиванию крови на протяжении всей жизни. Эти функции также помогают быстро распространять электрохимические сигналы от клетки к клетке, чтобы сердце могло биться как единое целое.

На очереди…

№3. Скелетные мышцы

Разберем как вопросы анатомии, так и управление мышцами и иннервации мышечных волокон.

№3.1 Общая анатомия

Составляют около 40% массы тела. Они стабилизируют суставы, помогают поддерживать осанку и придают телу общую форму. Используют много кислорода и питательных веществ из кровоснабжения. Скелетные мышцы способствуют поддержанию гомеостаза в организме, выделяя тепло. Мышечное сокращение требует энергии, и когда АТФ разрушается, выделяется тепло. Это тепло проявляет себя во время физических упражнений, когда устойчивые движения мышц вызывают повышение температуры тела.

Каждая скелетная мышца представляет собой орган, состоящий из различных интегрированных тканей. Эти ткани включают волокна скелетных мышц, кровеносные сосуды, нервные волокна и соединительную ткань. Каждая скелетная мышца имеет три слоя соединительной ткани (называемой «мизия»), которая охватывает ее и обеспечивает структуру мышцы в целом, а также разделяет мышечные волокна внутри мышцы.

Каждая мышца обернута в плотную соединительную ткань, называемую эпимизией, которая позволяет мышце сокращаться и мощно двигаться, сохраняя при этом свою структурную целостность. Эпимизия также отделяет мышцу от других тканей и органов, что позволяет мышце двигаться самостоятельно.

Внутри каждой скелетной мышцы мышечные волокна организованы в отдельные пучки средним слоем соединительной ткани - перимизиумом. Эта фасцикулярная организация распространена в мышцах конечностей, что позволяет нервной системе запускать определенное движение мышцы, активируя подмножество мышечных волокон в пучке. Внутри каждого пучка каждое мышечное волокно заключено в тонкий слой соединительной ткани из коллагена и ретикулярных волокон, называемый эндомизием. Эндомизий содержит внеклеточную жидкость и питательные вещества для поддержки мышечного волокна. Эти питательные вещества поступают через кровь к мышечной ткани.

Скелетные мышцы прикрепляются к костям с помощью жесткой волокнистой соединительной ткани, называемой сухожилиями. Сухожилия богаты коллагеном, который может растягиваться и обеспечивать дополнительную длину в соединении мышц и костей.

Скелетные мышцы действуют парами. Мышца, которая производит конкретное движение тела, известна как агонист - первичный двигатель. Агонист всегда соединяется с мышцей-антагонистом, которая оказывает противоположный эффект. Сгибание (сокращение) одной мышцы уравновешивается удлинением (расслаблением) ее парной мышцы или группы мышц. Эти антагонистические (противоположные) мышцы могут открывать и закрывать суставы. Примером антагонистических мышц являются бицепс и трицепс. Когда мышца бицепса сгибается, предплечье сгибается в локте к бицепсу, в то же самое время мышца трицепса удлиняется. Когда предплечье согнуто назад в положении прямой руки, бицепс удлиняется, а трицепс сгибается.

Мышцы, которые сокращаются и приводят к закрытию сустава, называются мышцами-сгибателями. Мышцы, которые сокращаются и приводят к открытию сустава, называются экстензорами. Скелетные мышцы, поддерживающие череп, позвоночник и грудную клетку, называются осевыми скелетными мышцами. Скелетные мышцы конечностей называются дистальными скелетными мышцами.

Синергисты - это мышцы, которые помогают стабилизировать и уменьшить посторонние движения. Они обычно находятся рядом с мышцами-агонистами и часто соединяются с теми же костями. Если вы поднимаете что-то тяжелое руками, фиксаторы в области туловища удерживают ваше тело в вертикальном положении неподвижно, так что вы сохраняете равновесие во время подъема.

При выполнении какого-либо движения в работу включаются до пяти групп мышц: агонисты, антагонисты, синергисты, стабилизаторы и нейтрализаторы. Например, во время жима штанги трицепс и передняя дельта выступают в роли синергистов (бицепс в роли динамического стабилизатора), а при выполнении отведения руки назад с гантелью в наклоне, бицепс и трицепс являются антагонистами.

Волокна скелетных мышц подразделяются на быстрые и медленные в зависимости от характера их деятельности. Быстрые (белые) мышечные волокна быстро сокращаются, имеют плохое кровоснабжение, работают без кислорода и быстро устают. Медленные (красные) мышечные волокна сокращаются медленнее, имеют лучшее кровоснабжение, используют кислород и более выносливые. Медленные мышечные волокна используются в постоянных движениях, например, для поддержания осанки.

Полосатый внешний вид волокон скелетных мышц обусловлен расположением миофиламентов актина и миозина в последовательном порядке от одного конца мышечного волокна к другому. Каждый пакет этих микрофиламентов и их регуляторные белки, тропонин и тропомиозин (наряду с другими белками), называется саркомером (см. изображение, кликабельно):

Саркомер является функциональной единицей мышечного волокна. Сам саркомер входит в состав миофибрилл, которые проходят по всей длине мышечного волокна и прикрепляются к сарколемме на его конце. Когда миофибриллы сокращаются, сокращается вся мышечная клетка. Каждый саркомер имеет длину приблизительно 2 мкм с трехмерным цилиндрическим расположением и граничит со структурами, называемыми Z-дисками (также называемыми Z-линиями), к которым прикреплены актиновые миофиламенты. Поскольку актин и его тропонин-тропомиозиновый комплекс образуют нити, которые тоньше миозина, его называют тонкой нитью саркомера. Аналогичным образом, поскольку нити миозина и их многочисленные головки имеют большую массу и толще, их называют толстой нитью саркомера.

№3.2  Нервно-мышечный узел

Волокна скелетных мышц стимулируются электрическими импульсами нервной системы. Нервы простираются наружу от спинного мозга, чтобы соединиться с мышечными клетками. Область, где соединяются мышца и нерв, называется мионевральным соединением. Когда от мозга в мышцу поступает определенное указание, нерв высвобождает химическое вещество, называемое нейротрансмиттером, которое пересекает микроскопическое пространство между нервом и мышцей, и заставляет мышцу сокращаться.

Каждая скелетная мышца также богато снабжается кровеносными сосудами для питания, доставки кислорода и удаления отходов. Кроме того, каждое мышечное волокно в скелетной мышце снабжается аксонной ветвью соматического двигательного нейрона, которая сигнализирует о сокращении волокна:

Место, где терминал моторного нейрона встречается с мышечным волокном, называется нервно-мышечным соединением (НМС). Именно здесь мышечное волокно впервые реагирует на передачу сигналов двигательным нейроном. Каждое скелетное мышечное волокно в каждой скелетной мышце иннервируется моторным нейроном в НМС. Сигналы возбуждения от нейрона - единственный способ функционально активировать волокно, чтобы его сжать.

Собственно, по анатомии скелетных мышц это все.

Чтобы у вас сложилась целостная картина по всем трем типам мышц,, приведем следующую сводную таблицу:

Итак, с анатомической теорией разобрались переходим к двигательной.