Выделяют несколько последовательных этапов запуска и осуществления мышечного сокращения.
1. Потенциал действия распространяется вдоль двигательного нервного волокна до его окончаний на мышечных волокнах.
2. Каждое нервное окончание секретирует небольшое количество нейромедиатора ацетилхолина.
3. Ацетилхолин действует на ограниченную область мембраны мышечного волокна, открывая многочисленные управляемые ацетилхолином каналы, проходящие сквозь белковые молекулы, встроенные в мембрану.
4. Открытие управляемых ацетилхолином каналов позволяет большому количеству ионов натрия диффундировать внутрь мышечного волокна, что ведет к возникновению на мембране потенциала действия.
5. Потенциал действия проводится вдоль мембраны мышечного волокна так же, как и по мембране нервного волокна.
6. Потенциал действия деполяризует мышечную мембрану, и большая часть возникающего при этом электричества течет через центр мышечного волокна. Это ведет к выделению из саркоплазматического ретикулума большого количества ионов кальция, которые в нем хранятся.
7. Ионы кальция инициируют силы сцепления между актиновыми и миозиновыми нитями, вызывающие скольжение их относительно друг друга, что и составляет основу процесса сокращения мыщц.
8. Спустя долю секунды с помощью кальциевого насоса в мембране саркоплазматического ретикулума ионы кальция закачиваются обратно и сохраняются в ретикулуме до прихода нового потенциала действия. Удаление ионов кальция от миофибрилл ведет к прекращению мышечного сокращения.
Далее мы обсудим молекулярные механизмы этого процесса.
Миофибрилла в расслабленном и сокращенном состоянии. Показано (вверху), что актиновые нити (розовые) вдвинуты в пространства между миозиновыми нитями (красные). Сближение Z-дисков друг с другом (внизу).
Молекулярные механизмы мышечного сокращения
Механизм скольжения нитей для мышечного сокращения. На рисунке показан основной механизм мышечного сокращения. Показано расслабленное состояние саркомера (вверху) и сокращенное состояние (внизу). В расслабленном состоянии концы актиновых нитей, отходящие от двух последовательных Z-дисков, лишь незначительно перекрываются. Наоборот, в сокращенном состоянии актиновые нити втягиваются внутрь между миозиновыми так сильно, что их концы максимально перекрывают друг друга. При этом Z-диски притягиваются актиновыми нитями к концам миозиновых. Таким образом, мышечное сокращение осуществляется путем механизма скольжения нитей.
Что заставляет нити актина скользить внутрь среди нитей миозина? Это связано с действием сил, генерируемых при взаимодействии поперечных мостиков, исходящих от нитей миозина, с нитями актина. В условиях покоя эти силы не проявляются, однако распространение потенциала действия вдоль мышечного волокна приводит к выделению из саркоплазматическо-го ретикулума большого количества ионов кальция, которые быстро окружают миофи-бриллы. В свою очередь, ионы кальция активируют силы взаимодействия между нитями актина и миозина, в результате начинается сокращение. Для осуществления процесса сокращения необходима энергия. Ее источником являются высокоэнергетические связи молекулы АТФ, которая разрушается до АДФ с высвобождением энергии. В следующих разделах мы приведем известные детали молекулярных процессов сокращения.
Молекулярные особенности сократительных нитей
Миозиновая нить. Она состоит из множества молекул миозина, молекулярная масса каждой составляет около 480000. На рисунке показана отдельная молекула; и также — объединение многих молекул миозина в миозиновую нить, а также взаимодействие одной стороны этой нити с концами двух актиновых нитей.
В состав молекулы миозина входят 6 полипептидных цепей: 2 тяжелые цепи с молекулярной массой около 200000 каждая и 4 легкие цепи с молекулярной массой около 20000 каждая. Две тяжелые цепи спирально закручиваются вокруг друг друга, формируя двойную спираль, которую называют миозиновым хвостом. С одного конца обе цепи изгибаются в противоположных направлениях, формируя глобулярную полипептидную структуру, называемую миозиновой головкой. Таким образом, на одном конце двойной спирали молекулы миозина образуются 2 свободные головки; 4 легкие цепи также включены в состав миозиновой головки (по 2 в каждой). Они помогают регулировать функцию головки во время мышечного сокращения.
А. Молекула миозина.
Б. Объединение многих молекул миозина в одну миозиновую нить.
Показаны также тысячи миозиновых поперечных мостиков и взаимодействие их головок с прилежащими актиновыми нитями.
Миозиновая нить состоит из 200 или более отдельных молекул миозина. Видно, что хвосты молекул миозина объединяются, формируя тело нити, а многочисленные головки молекул выдаются наружу по сторонам тела. Кроме того, наряду с головкой в сторону выступает часть хвоста каждой миозиновой молекулы, образуя плечОу которое выдвигает головку наружу от тела, как показано на рисунке. Выступающие плечи и головки вместе называют поперечными мостиками. Каждый поперечный мостик может сгибаться в двух точках, называемых шарнирами. Один из них расположен в месте, где плечо отходит от тела миозиновой нити, а другой — где головка крепится к плечу. Движение плеча позволяет головке или выдвигаться далеко наружу от тела миозиновой нити, или приближаться к телу. В свою очередь, повороты головки участвуют в процессе сокращения, что обсуждается в следующих разделах.
Читайте также: Масло краска для ткани
Общая длина каждой миозиновой нити остается постоянной и равна почти 1,6 мкм. В самом центре миозиновой нити на протяжении 0,2 мкм поперечных мостиков нет, поскольку снабженные шарнирами плечи отходят в стороны от центра.
Сама миозиновая нить сплетена таким образом, что каждая последующая пара поперечных мостиков смещена в продольном направлении относительно предыдущей на 120°, что обеспечивает распределение поперечных мостиков во всех направлениях вокруг нити.
АТФ-азная активность миозиновой головки. Есть и другая особенность миозиновой головки, необходимая для мышечного сокращения: миозиновая головка функционирует как фермент АТФ-аза. Как объясняется далее, это свойство позволяет головке расщеплять АТФ и использовать энергию расщепления высокоэнергетической связи для процесса сокращения.
Актиновая нить. Актиновая нить состоит из трех белковых компонентов: актина, тропомиозина и тропонина.
Актиновая нить, состоящая из двух спиралевидных цепочек молекул F-актина и двух цепочек молекул тропомиозина, расположенных в желобках между цепочками актина.
К одному концу каждой молекулы тропомиозина прикреплен тропониновый комплекс, который запускает сокращение.
Основой актиновой нити являются две цепи белковой молекулы F-актина. Обе цепи закручиваются в спираль так же, как и молекула миозина.
Каждая цепь двойной спирали F-актина состоит из полимеризованных молекул G-актина с молекулярной массой около 42000. К каждой молекуле G-актина прикреплена 1 молекула АДФ. Полагают, что эти молекулы АДФ являются активными участками на актиновых нитях, с которыми взаимодействуют поперечные мостики миозиновых нитей, обеспечивая мышечное сокращение. Активные участки на обеих цепях F-актина двойной спирали расположены со смещением таким образом, что вдоль всей поверхности актиновой нити встречается один активный участок примерно через каждые 2,7 нм.
Длина каждой актиновой нити — около 1 мкм. Основания актиновых нитей прочно встроены в Z-диски; концы этих нитей выступают в обоих направлениях, располагаясь в пространствах между миозиновыми молекулами.
Молекулы тропомиозина. Актиновая нить также содержит другой белок — тропомиозин. Каждая молекула тропомиозина имеет молекулярную массу 70000 и длину 40 нм. Эти молекулы спирально оплетают спираль из F-актина. В состоянии покоя молекулы тропомиозина располагаются поверх активных участков актиновых нитей, препятствуя их взаимодействию с миозиновыми нитями, лежащему в основе сокращения.
Тропонин и его роль в мышечном сокращении. По ходу молекул тропомиозина к ним периодически прикреплены другие белковые молекулы, называемые тропонином. Они представляют собой комплексы трех слабосвязанных белковых субъединиц, каждая из которых играет специфическую роль в регуляции мышечного сокращения. Одна из субъединиц (тропонин I) имеет высокое сродство к актину, другая (тропонин Т) — к тропомиозину, третья (тропонин С) — к ионам кальция. Считают, что этот комплекс прикрепляет тропомиозин к актину. Высокое сродство тропонина к ионам кальция, как полагают, инициирует процесс сокращения, о чем говорится в следующей статье.
Видео физиология мышц и мышечного сокращения — профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
— Вернуться в оглавление раздела «Физиология человека.»
Мышцы человека
Поднимите руку. Теперь сожмите кулак. Сделайте шаг. Правда, легко? Человек выполняет привычные действия практически не задумываясь. Около 700 мышц (от 639 до 850, согласно различным способам подсчета) позволяют человеку покорять Эверест, спускаться на морские глубины, рисовать, строить дома, петь и наблюдать за облаками.
Но скелетная мускулатура — далеко не все мускулы человеческого тела. Благодаря работе гладкой мускулатуры внутренних органов, по кишечнику идет перистальтическая волна, совершается вдох, сокращается, обеспечивая жизнь, самая важная мышца человеческого тела — сердце.
Определение мышц
Мышца (лат. muskulus) — орган тела человека и животных, образованный мышечной тканью. Мышечная ткань имеет сложное строение: клетки-миоциты и покрывающая их оболочка — эндомизий образуют отдельные мышечные пучки, которые, соединяясь вместе, образуют непосредственно мышцу, одетую для защиты в плащ из соединительной ткани или фасцию.
Мышцы тела человека можно поделить на:
Как видно из названия, скелетный тип мускулатуры крепится к костям скелета. Второе название — поперечно-полосатая (за счет поперечной исчерченности), которая видна при микроскопии.К этой группе относятся мышцы головы, конечностей и туловища. Движения их произвольные, т.е. человек может ими управлять. Эта группа мышц человека обеспечивает передвижение в пространстве, именно их с помощью тренировок можно развить или «накачать».
Гладкая мускулатура входит в состав внутренних органов — кишечника, мочевого пузыря, стенки сосудов, сердца. Благодаря ее сокращению повышается артериальное давление при стрессе или передвигается пищевой комок по желудочно-кишечному тракту.
Сердечная — характерна только для сердца, обеспечивает непрерывную циркуляцию крови в организме.
Читайте также: Какие ткани имеют голосеменные растения
Интересно узнать, что первое мышечное сокращение происходит уже на четвертой неделе жизни эмбриона – это первый удар сердца. С этого момента и до самой смерти человека сердце не останавливается ни на минуту. Единственная причина остановки сердца в течение жизни — операция на открытом сердце, но тогда за этот важный орган работает АИК (аппарат искусственного кровообращения).
Строение мышц человека
Единицей строения мышечной ткани является мышечное волокно. Даже отдельное мышечное волокно способно сокращаться, что свидетельствует о том, что мышечное волокно – это не только отдельная клетка, но и функционирующая физиологическая единица, способная выполнять определенное действие.
Отдельная мышечная клетка покрыта сарколеммой – прочной эластичной мембраной, которую обеспечивают белки коллаген и эластин. Эластичность сарколеммы позволяет мышечному волокну растягиваться, а некоторым людям проявлять чудеса гибкости – садиться на шпагат и выполнять другие трюки.
В сарколемме, как прутья в венике, плотно уложены нити миофибрилл, составленные из отдельных саркомеров. Толстые нити миозина и тонкие нити актина формируют многоядерную клетку, причем диаметр мышечного волокна – не строго фиксированная величина и может варьироваться в довольно большом диапазоне от 10 до 100 мкм. Актин, входящий в состав миоцита, — составная часть структуры цитоскелета и обладает способностью сокращаться. В состав актина входит 375 аминокислотных остатка, что составляет около 15% миоцита. Остальные 65 % мышечного белка представлены миозином. Две полипептидные цепочки из 2000 аминокислот формируют молекулу миозина. При взаимодействии актина и миозина формируется белковый комплекс — актомиозин.
Название мышц человека
Когда анатомы в Средние века начали темными ночами выкапывать трупы, чтобы изучить строение человеческого тела, встал вопрос о названиях мускулов. Ведь нужно было объяснить зевакам, которые собрались в анатомическом театре, что же ученый в данный момент кромсает остро заточенным ножом.
Ученые решили их называть либо по костям, к которым они крепятся (например, грудинно-ключично-сосцевидная мышца), либо по внешнему виду (например, широчайшая мышца спины или трапециевидная), либо по функции, которую они выполняют (длинный разгибатель пальцев). Некоторые мышцы имеют исторические названия. Например, портняжная названа так потому, что приводила в движение педаль швейной машины. Кстати, эта мышца — самая длинная в человеческом теле.
Боль в мышцах ног
Общие сведения
Мышцы ноги разделяют на мышцы тазобедренной области и мышцы нижней конечности. Движения в тазобедренном суставе производит ряд мышц, среди них различают:
внутренние (подвздошно-поясничная, близнецовые, грушевидная, внутренняя запирательная);
К мышцам нижней конечности относятся мышцы бедра, голени и стопы. Мышцы ноги обеспечивают движения в коленном, голеностопном суставах и суставах стопы и пальцев.
Причины боли в мышцах ног
Существует несколько причин, которые вызывают боли в мышцах ног. Это заболевания позвоночника, суставов, сосудов ног, либо мышц. Чаще всего появление боли в мышцах ног связано с заболеваниями сосудов. Происходит это из-за нарушения оттока венозной крови и повышения вследствие этого давления в сосудах. Образовавшийся венозный застой является причиной раздражения нервных окончаний и развития болевого синдрома. Чаще всего такие боли носят «тупой» характер, ощущается тяжесть в ногах. Таким образом, постепенно развивается варикозное расширение вен.
Тупые, ноющие и колющие боли в мышцах ног, судороги и тяжесть в ногах очень часто бывают результатом стоячей или сидячей работы, когда из-за застоя в венах ног не происходит нормального кровообращения венозной и артериальной крови в организме человека, возникает кислородное голодание, а в ногах накапливаются вредные токсины.
При другом сосудистом заболевании, тромбофлебите, наблюдается боль пульсирующего характера, часто переходящая в чувство жжения под кожей. При тромбофлебите боли носят постоянный характер, особенно это касается боли в икроножных мышцах ног.
Еще одна причина болей в ногах — атеросклероз артерий. При этом заболевании происходит уплотнение стенок сосудов, больной при этом ощущает сжимающие боли в икроножных мышцах. Чаще всего атеросклероз вызывает болевой синдром именно в мышцах голени. Боли усиливаются при ходьбе. Характерным симптомом атеросклероза является ощущение холодных стоп, вне зависимости от времени года.
Следующей группой заболеваний, провоцирующих появление болей в ногах являются болезни позвоночника. Имеющиеся нарушения в работе позвоночника, например, в межпозвонковых дисках, приводят к появлению так называемых иррадиирующих болей, отдающих в ноги. Сам позвоночник при этом может и не болеть. К такому виду болей можно отнести ишиас (воспаление седалищного нерва). При этом заболевании боли от позвоночника по ходу седалищного нерва передаются в ноги.
Читайте также: Переводит ткань при стежке
Достаточно часто боли в ногах связаны с заболеваниями суставов. Боли как бы «выкручивают» ноги. Обострение этого болевого синдрома наблюдается при смене погоды. На более серьезных стадиях заболеваний суставов боли могут носить постоянный, подчас просто мучительный характер. Особенно это касается приступов боли при подагре. Боли в коленном суставе могут свидетельствовать о разрушении хряща этого сустава. Но точный диагноз и назначение лекарств может сделать только опытный специалист.
Одной из причин постоянных болей в ногах является плоскостопие. Это заболевание проявляется в быстрой утомляемости при ходьбе, ощущение просто «свинцовой тяжести» в ногах. При плоскостопии следует ежедневно уделять внимание специальному комплексу упражнений, который разрабатывается врачом. Также состояние можно облегчить, используя ортопедические стельки.
Заболевания периферических нервов могут также провоцировать боли в ногах. При невралгиях боли носят приступообразный характер и возникают по ходу нервных волокон. В перерывах между приступами боль практически отсутствует, а сам болевой приступ может длиться от нескольких секунд до нескольких минут.
Наиболее сильная боль возникает при воспалении мышц ног. Миозиты это довольно серьезное заболевание, которое необходимо лечить под постоянным наблюдением врача. Миозит это воспаление скелетных мышц. Может возникать как осложнение различных заболеваний, например, гриппа. Частой причиной миозитов бывает перенапряжение мышц, вследствие непривычной физической нагрузки или травма мышц ног.
При миозитах появляются ноющие боли в мышцах ног, усиливающиеся при движениях. Нередко в мышцах прощупываются плотные узелки или тяжи. При открытой травме, вследствие попадания инфекции, может развиться гнойный миозит, который проявляется: повышением температуры тела, ознобом, постепенным усилением боли, припуханием, уплотнением и напряжением мышцы, покраснением кожи над ней.
Своеобразной формой является паразитарный миозит, возникающий при поражении мышц паразитами (трихинеллами, цистицерками) и характеризующийся лихорадкой, болями в мышцах конечностей, грудной клетки, языка, жевательных мышц.
Боли в мышцах ног могут вызываться таким инфекционным заболеванием костей как остеомиелит. Боли при данном заболевании острые и продолжительные. В данном случае причиной возникновения болей выступают сами кости.
У тучных людей вследствие их большой массы тела и повышенного давления на нижнюю часть тела ноги, тоже часто наблюдаются боли в мышцах ног в любом возрасте. При атеросклерозе, после перенесенного инсульта, после пережитого инфаркта у людей также часто болят мышцы ног, их мучают ревматические заболевания, ноги часто опухают, болят, ноют от холода и предчувствуют изменения погоды.
Фибромиалгия может быть различной локализации, но особенно часто поражаются область затылка, нижняя часть спины (люмбаго), шея, область плечевых суставов, грудная клетка и области бедра вблизи коленного сустава. Такая боль встречается главным образом у женщин. Она может вызываться или усиливаться следующими факторами:
физическими или психическими перегрузками;
травмой, сыростью или холодом;
Судороги в ногах представляют собой непроизвольные сокращения отдельных мышц или мышечных групп. Они могут быть вызваны длительным физическим напряжением, переутомлением и чаще всего возникают в икроножной мышце. Чтобы прекратить их, рекомендуется расслабить мышцы. Для этого достаточно лечь или сесть, изменив тем самым положение конечности, и сильно растереть руками сведенную мышцу. Затем приложить полотенце, смоченное в холодной воде, или встать босыми ногами на холодную землю.
Миоэнтезит, паратенонит являются результатом хронического перенапряжения мышц ног после неадекватной по интенсивности нагрузки, особенно если она сочетается с общим утомлением, каким-либо хроническим заболеванием, охлаждением и другими неблагоприятными факторами.Проявляются они болью и припухлостью в соответствующей мышечной зоне ноги. Миоэнтезит в месте перехода мышечного брюшка в сухожилие, паратенонит в клетчатке вокруг сухожилия, а инсерцит в месте прикрепления к кости. При длительном существовании этого заболевания и продолжающихся нагрузках нередко возникают разрывы мышц и отрывы их от места прикрепления.
Профилактика и лечение
Для того чтобы предупредить появление болей в мышцах ног необходимо соблюдать некоторые правила. Например, при сосудистых проблемах необходимо ограничить в рационе жирную, богатую холестерином пищу, сбросить лишний вес, регулярно выполнять специальный комплекс упражнений для предупреждения развития варикозного расширения вен. Старайтесь исключить длительное стояние или сидение. При сидячей или стоячей работе необходимо регулярно делать перерывы и менять положение.
При проблемах с позвоночником или суставами необходимо производить своевременное лечение этих заболеваний и следовать указаниям врача. При проблемном позвоночнике и частых иррадиирующих болях в ноги, полезно проведение регулярных сеансов массажа. Выполнение упражнений, направленных на укрепление мышц живота приводит к уменьшению напряжения мышц нижних отделов спины и, как правило, снижают частоту иррадиирующих болей.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом