Какую работу в организме выполняют мышцы. Строение и функции мышц

Различают два вида мышц: поперечнополосатые и гладкие. Особым строением обладает сердечная мышца.

Гладкие мышцы располагаются в стенках внутренних органов, например кишок. Поперечнополосатые мышцы называют также скелетными мышцами, так как они соединяют друг с другом отдельные части скелета. Именно этим мышцам мы уделим большее внимание. Мышцы представляют собой активную часть двигательного аппарата. Их сокращения изменяют положение костей относительно друг друга, порождая движение.

Мышцы составляют примерно третью часть общего веса человеческого тела. Человек может произвести массу сложных движений благодаря наличию в его теле нескольких сотен скелетных мышц. Они имеют различную форму, так как мышечные волокна могут располагаться параллельно, перисто и веретенообразно. Очень часто стержень мышцы разветвляется на ряд пучков, или, иначе, головок; это сложная, многоглавая мышца. К таким мышцам относится, скажем, двуглавая мышца плеча, обычно именуемая бицепсом, от латинского названия musculus biceps brachii, или же, например, очень большая четырехглавая мышца бедра, занимающая его переднюю поверхность и являющаяся сильным его разгибателем. Эта мышца имеет четыре головки, отсюда ее название.

Основу мышцы составляет мышечная ткань. Отдельные ее волокна связываются в группы, группы - в пучки. Соединение пучков образует мышцу. И волокна и пучки обволакиваются тонкой пленкой соединительной ткани, которая пронизана многочисленными кровеносными сосудами и нервами.

Волокна мышечной ткани очень тонкие и длинные. Их толщина составляет одну тысячную долю миллиметра, зато длина может достигать нескольких сантиметров. В мышечных волокнах находятся сократительные волоконца. Это тоненькие ниточки, располагающиеся вдоль длинной оси мышцы. Именно они обеспечивают основную функцию мышц - свойство сокращаться. В момент сокращения мышца укорачивается, зато утолщается в поперечнике. Сократительные волоконца построены из сегментов двух видов, светлых и темных, укладывающихся полосами. Отсюда название - поперечнополосатая мышечная ткань.

Кроме свойства сокращаться мышца обладает также эластичностью и растяжимостью. Эти свойства необходимы для ее правильного функционирования. В момент любого движения часть мышцы сокращается, в то время как остальные ее участки растягиваются. После окончания движения мышцы приобретают первоначальную длину именно благодаря своей эластичности.

Окончания мышечных волокон постепенно переходят в тонкие, но прочные нити - сухожильные концы, скрепленные с костью. Некоторые мышцы прикреплены непосредственно к кости, однако есть и такие мышцы (они очень редки), которые вообще не имеют точек прикрепления, например круговая мышца рта.

Скелетные мышцы воздействуют главным образом на кости, соединенные друг с другом при помощи суставов, и создают при этом различного вида рычаги. Если между началом и окончанием мышцы расположен только один сустав, на который воздействует эта мышца, то такая мышца называется односуставной. Иногда между началом и окончанием мышцы находится несколько суставов. Мышцы этого вида называются многосуставными. Их функции очень сложны, так как при сокращении они не только перемещают те кости, к которым прикреплены, но одновременно изменяют на своем пути положение и некоторых других костей.

Сокращение мышцы может происходить при различных обстоятельствах: места прикрепления мышц в момент сокращения могут взаимно сближаться или сохранять прежнее положение с возрастающим только напряжением мышечных волокон. В первом случае мы говорим об изотоническом сокращении (не изменяется напряжение мышцы, изменяется только ее длина). Работу, которую выполняет такая мышца, принято называть динамической работой.

Второй вид работы мышцы наблюдается тогда, когда места прикрепления мышцы в момент ее сокращения не приближаются друг к другу. Длина мышцы при этом не меняется, зато возрастает ее напряжение. В этом случае мы говорим об изометрическом сокращении. Оно может иметь место, когда мы, например, держим перед собой на вытянутой руке тяжелый портфель. Эту работу мышцы мы называем статической работой. Изометрическое сокращение очень часто используется в период болезни для тренировки мышц конечностей, находящихся в гипсовых повязках. Однако обычно в организме наблюдаются оба вида мышечных сокращений, то есть таких, при которых изменяются и напряжение и длина мышцы. Эти сокращения мы называем ауксотоническими.

Работающая мышца сокращается. Это сокращение ведет к росту напряжения или к уменьшению длины мышцы. Явление это называется концентрическим сокращением. В некоторых отдельных случаях мышца выполняет работу, постепенно расслабляясь, что называется эксцентрическим сокращением. Это случается тогда, когда в действие входит сила тяжести. Для примера: человек сидит на стуле; в этот момент выпрямление ноги в колене требует работы (концентрического сокращения) четырехглавой мышцы бедра; если бы эта мышца вдруг перестала действовать, нога мгновенно и резко опустилась бы на пол под влиянием силы тяжести. В данном случае - при медленном разгибании ноги в колене - действует четырехглавая мышца бедра, постепенно расслабляясь.

Мышечная деятельность организма, как из этого следует, чрезвычайно многообразна и почти никогда не прекращается. Даже бездействуя, мышцы сохраняют некоторое напряжение, называемое мышечным тонусом.

Напряжение, которого мышца может достигнуть, зависит от степени ее растяжимости. По мере роста исходной длины мышцы напряжение в этой мышце возрастает до некоторой оптимальной величины, после чего начинает резко снижаться. Это используется для замаха перед очень сильным движением. Для примера: перед ударом по мячу нога отводится назад.

Сила мышцы зависит от величины этой мышцы в разрезе. Упрощенно можно сказать, что чем мышца толще, тем она сильнее. Сила мышцы определяется с помощью специального прибора (динамометра) в пересчете на 1 кв. см ее разреза в поперечнике. Сила, которую может развить мышца, доходит до 10 кг на 1 кв. см ее поперечника.

Мышца, поднимая тяжесть, выполняет определенную работу, прямо пропорциональную развиваемой силе и степени сокращения мышцы. Существует некая оптимальная величина нагрузки, при которой работа, выполненная в период одного сокращения мышцы, может быть наибольшей. Эта оптимальная величина равна половине той максимальной силы, которую может развить, сократившись, мышца. Закономерность эта используется при разработке упражнений с нагрузкой, нацеленных на рост мышечной силы.

Чем быстрее сокращается мышца при данной нагрузке, тем большей мощностью эта мышца обладает (работа, выполненная в единицу времени).

Рассматривая работу мышцы, следует остановиться также на эффективном объеме выполняемого движения и его частотности. С этими вопросами связано понятие выносливости, определяемой длительностью выполнения движения. Мышца, обладающая способностью в течение долгого времени многократно повторять данное движение, например сгибать руку в локтевом суставе (или же в течение долгого времени выдерживать определенную нагрузку), обладает большой выносливостью.

Каждая мышца выполняет определенную работу, в свою очередь, работа оказывает на мышцу формирующее влияние. Общеизвестно, что бездействующая мышца слабеет и атрофируется. В этом случае говорят об атрофии, вызванной бездействием. Примером может служить атрофия мышц конечности, долгое время находившейся в гипсовой повязке. Упорный труд и тренировка ведут к росту мышечной массы. Увеличиваются также сила и выносливость мышц.

Действие скелетных мышц позволяет человеку выполнять массу сложных движений. Умелое выполнение данного движения зависит от точно отрегулированных сокращений отдельных мышц и координированных действий различных мышечных групп. Это требует тесного взаимодействия с нервной системой, что обеспечивают расположенные в мышцах многочисленные нервные окончания двигательных и чувствительных нервов.

Основной функциональной единицей мышцы является так называемая нейромоторная единица. Это комплекс, в который входят нейромоторная клетка, ее моторный нейрон и группа иннервируемых им мышечных волокон. Сила сокращения мышцы регулируется меньшей или большей частотой нервных импульсов, а также меняющимся числом одновременно включенных нейромоторных единиц. Для выполнения даже очень простого движения необходима работа многих нейромоторных единиц.

Мышца получает импульсы, иначе - стимулы, приводящие ее в действие с помощью двигательных нервных волокон. При нарушении целостности такого нерва мышца становится неуправляемой. В мышцах находятся также многочисленные чувствительные нервные окончания. Они посылают в спинной и головной мозг информацию о состоянии мышц. Кроме того, мышцы обладают особой системой, регулирующей мышечное напряжение.

Сократимость мышцы - это ее самое главное функциональное свойство. Одновременно в мышце происходят химические, тепловые и электрические реакции. Для изучения мышц эти последние имеют особое значение. При помощи сложной электрической аппаратуры, к которой присоединены специальные электроды в форме пластинок или игл, в свою очередь прикрепленных к мышце, можно получить важную и обширную информацию о ее деятельности.

И статическая и динамическая работа мышцы происходит за счет совершающихся в ней реакций. Энергию, необходимую для работы, дают мышце химические преобразования, главным образом сгорание некоторых углеводных соединений.

В момент сокращения в мышце развиваются сложные химические процессы, которые можно разделить на две фазы: бескислородную и кислородную. В первой, где изменения происходят без участия кислорода, образуется молочная кислота. Окончательному результату предшествует ряд промежуточных реакций с обязательным участием производных фосфорной кислоты. Во второй фазе часть молочной кислоты под влиянием кислорода распадается на двуокись углерода и на воду.

В условиях весьма интенсивной работы мышцы, когда даже усиленный ток крови не обеспечивает достаточного поступления кислорода, скапливается избыток молочной кислоты, окисление ее значительно отстает. Это ведет к временному переокислению мышцы и нарушению ее работоспособности.

В ходе химических реакций, совершающихся в мышцах, выделяется энергия, обеспечивающая мышечную работу и дающая определенное количество тепла. Около 20 процентов энергии, высвобождающейся в результате химических реакций, затрачивается на механическую работу мышцы. Остальная энергия преобразуется в тепло, согревающее мышцу и весь организм. По этой причине температура тела во время физической работы повышается. Даже несколько энергичных движений быстро повышают температуру тела.

Зависимость деятельности мышц от нервной системы . Если рассмотреть под микроскопом тонкий срез скелетной мышцы, то можно увидеть, что в нее входит нерв, который ветвится в ее ткани и в конце концов разделяется на отдельные отростки нейронов. Каждый отросток оканчивается в группе мышечных волокон (рис. 45). Возбуждение, проводимое по нерву в мышцу, передается на ее волокна. В результате они сокращаются.

Движения в суставах. При сгибании руки в локте крупная мышца, расположенная на внутренней стороне плеча, утолщается. Это двуглавая мышца (рис. 46 , 1). Она прикреплена двумя верхними сухожилиями к лопатке, а нижним - к предплечью. Сокращаясь, двуглавая мышца притягивает предплечье к плечу и рука сгибается в локтевом суставе. Другие мышцы, лежащие на передней поверхности плеча, вместе с двуглавой осуществляют сгибание руки в локте.

Противоположное действие оказывает сокращение трехглавой мышцы (2), расположенной на задней поверхности плеча. От ее верхнего конца отходят три сухожилия: одно из них прикрепляется к лопатке, а два других - к задней поверхности плечевой кости. От нижнего конца трехглавой мышцы отходит сухожилие. Оно проходит по задней поверхности локтевого сустава и прикрепляется к локтевой кости.

При сокращении этой мышцы рука разгибается в локте и выпрямляется. Когда мы вытягиваем руку, трехглавая мышца хорошо прощупывается.

Двуглавая и другие действующие совместно с ней мышцы - это сгибатели руки в локтевом суставе, а трехглавая - разгибатель.

В суставах движения совершаются благодаря двум противоположно действующим группам мышц - сгибателям и разгибателям.

Согласованность деятельности мышц - сгибателей и разгибателей . Взаимодействие сгибателей и разгибателей суставов осуществляется благодаря центральной нервной системе.

Сокращения мышц в организме совершаются рефлекторно. Стоит нам, например, случайно прикоснуться рукой к горячему предмету, и мы сразу же отдергиваем руку. Как это происходит? При температурном раздражении рецепторов кожи в них возникает возбуждение. Оно проводится по длинным отросткам центростремительных нейронов в центральную нервную систему, где передается на центробежные нейроны. По их длинным отросткам возбуждение попадает в мышцы и вызывает их сокращение.

При ходьбе, беге, а также при выполнении человеком любой работы в его суставах происходят последовательные сгибания и разгибания. Этим и объясняются разнообразные движения нашего тела.

Подходящие к мышцам нервы состоят из отростков нейронов, тела которых находятся в сером веществе центральной нервной системы (см. рис. 19).

Возбуждение, проводящееся по нервам в мышцы - сгибатели сустава, вызывает их сокращение. Тогда в нейронах, отростки которых входят в мышцы - разгибатели того же сустава, развивается нервный процесс, противоположный возбуждению, - торможение, и эти мышцы расслабляются. Затем возбуждение возникает в нейронах, отростки которых заканчиваются в мышцах-разгибателях, вызывая их сокращение. Это ведет к торможению в нейронах, отростки которых заканчиваются в мышцах-сгибателях.

Таким образом, сокращение одной группы мышц влечет за собой расслабление другой. Мышцы - сгибатели и разгибатели суставов при ходьбе, физическом труде и других сложных движениях действуют согласованно благодаря взаимодействию процессов возбуждения и торможения.

Бывает, что мышцы - сгибатели и разгибатели сустава одновременно находятся в расслабленном состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела руки находятся в состоянии расслабления. Но возможно одновременное сокращение мышц - сгибателей и разгибателей сустава. Тогда он закрепляется в определенном положении.

Основные группы мышц человеческого тела . Функции различных групп мышц очень разнообразны. Их согласованная деятельность обусловливает движения нашего тела. На рисунке 47 показаны основные группы мышц тела человека.

Мышцы конечностей играют главную роль в передвижении и выполнении различных видов физической работы. Особенно разнообразны движения руки, которая для человека стала органом труда.

Движения в плечевом суставе происходят благодаря сокращению мышц, прикрепляющихся одним концом к костям плечевого пояса, а другим - к плечу. О том, как расположены сгибатели (1) и разгибатели (2) локтевого сустава руки, вы уже знаете. Очень точные движения пальцев человека происходят благодаря сокращениям и расслаблениям многих мышц, расположенных на предплечье (3), запястье (4) и пясти. Эти мышцы связаны с костями пальцев длинными сухожилиями.

Мышцы ног человека обладают большей массой, - значит, они и сильнее, чем мышцы рук. Это понятно; нижние конечности выполняют функцию ходьбы и выдерживают всю тяжесть тела. Очень сильно развита у человека икроножная мышца (5), расположенная на задней стороне голени. Сокращаясь, эта мышца сгибает ногу в колене, поднимает пятку и поворачивает стопу наружу. Эти движения играют очень важную роль при ходьбе и беге.

Большого развития достигают у человека и ягодичные мышцы (6). Они прикреплены к тазовым и бедренным костям. Находясь в напряжении, ягодичные мышцы закрепляют тазобедренный сустав. Это играет большую роль в сохранении нашим телом вертикального положения.

Мышцы спины вместе с мышцами нижних конечностей принимают участие в удержании тела человека в вертикальном положении и выполняют ряд других функций. Мышцы, расположенные на задней стороне шеи (7), прикреплены одним концом к черепу, а другим - к костям туловища. Находясь в напряжении, они поддерживают голову, не давая ей опускаться. В сохранении телом вертикального положения важное значение имеют мышцы спины, которые тянутся вдоль позвоночника и прикрепляются к его отросткам, направленным назад. Благодаря сокращению этих мышц туловище также может прогибаться назад.

Мышцы груди участвуют в движениях верхней конечности и в дыхательных движениях. Так, большая грудная мышца (8) принимает участие в опускании руки и в глубоком дыхании.

Мышцы живота (9) выполняют разнообразные функции. С сокращением различных групп этих мышц связаны наклоны туловища вперед и в стороны, его повороты вправо и влево.

При совместном сокращении этих мышц стенка живота надавливает на внутренние органы брюшной полости и сжимает их, словно пресс.

Мышцы головы по функциям разделяют на две группы. Это жевательные (рис. 48 , 1) и мимические (2, 3 и рис. 47 , 10) мышцы.

Радость, огорчение, восторг, отвращение, раздумье, гнев, ужас, удивление - все это изменяет выражение лица человека. Такие выразительные движения лица - мимика - вызываются сокращениями и расслаблениями мимических мышц, прикрепляющихся обычно одним концом к костям черепа, а другим - к коже. Мимические мышцы достигают высокого развития только у человека и обезьяны.

Жевательные мышцы, сокращаясь, поднимают нижнюю челюсть. Кроме того, эти мышцы, действуя попеременно, вызывают ограниченные движения нижней челюсти вправо и влево, вперед и назад.

■ Сгибатели суставов. Разгибатели суставов. Торможение.

? 1. Что является причиной сокращения мышц в организме? 2. Как происходит сгибание и разгибание в суставах? 3. Чем обусловлена согласованность деятельности мышц - сгибателей и разгибателей?

! 1. По принципу каких известных вам из физики простейших машин совершается работа мышц (рис. 49)? Постарайтесь объяснить, какое значение для наших движений имеют основные закономерности действия этих машин. 2. Как должны быть расположены мышцы, сгибающие и разгибающие ногу в коленном суставе (найдите их на рис. 47)?