Мышцы или мускулы (от лат. musculus - мышка, маленькая мышь) - органы тела животных и человека, состоящие из упругой, эластичной мышечной ткани, способной сокращаться под влиянием нервных импульсов. Предназначены для выполнения различных действий: движения тела, сокращения голосовых связок, дыхания. Мышцы состоят на 86,3 % из воды.
Мышцы позволяют двигать частями тела и выражать в действиях мысли и чувства. Человек выполняет любые движения - от таких простейших, как моргание или улыбка, до тонких и энергичных, какие мы наблюдаем у ювелиров или спортсменов - благодаря способности мышечных тканей сокращаться. От исправной работы мышц, состоящих из трёх основных групп, зависит не только подвижность организма, но и функционирование всех физиологических процессов. А работой всех мышечных тканей управляет нервная система, которая обеспечивает их связь с головным и спинным мозгом и регулирует преобразование химической энергии в механическую.
В теле человека 640 мышц (в зависимости от метода подсчёта дифференцированных групп мышц их общее число определяют от 639 до 850). Самые маленькие прикреплены к мельчайшим косточкам, расположенным в ухе. Самые крупные - большие ягодичные мышцы, они приводят в движение ноги. Самые сильные мышцы - жевательные.
По форме мышцы очень разнообразны. Чаще всего встречаются веретенообразные мышцы, характерные для конечностей, и широкие мышцы - они образуют стенки туловища. Если у мышц общее сухожилие, а головок две или больше, то их называют двух-, трёх- или четырёхглавые мышцы.
Мышцы и скелет определяют форму человеческого тела. Активный образ жизни, сбалансированное питание и занятие спортом способствуют развитию мышц и уменьшению объёма жировой ткани.
Строение
Минимальный структурный элемент всех типов мышц - мышечное волокно, каждое из которых в отдельности является не только клеточной, но и физиологической единицей, способной сокращаться. Это связано со строением такого волокна, содержащего не только органеллы (ядро клетки, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи), но и специфические элементы, связанные с механизмом сокращения - миофибриллы. В состав последних входят сократительные белки - актин и миозин.
Актин - сократительный белок, состоящий из 375 аминокислотных остатков с молекулярной массой 42300, который составляет около 15 % мышечного белка. Под световым микроскопом более тонкие молекулы актина выглядят светлой полоской (так называемые?-диски). В растворах с малым содержанием ионов актин содержится в виде единичных молекул с шарообразной структурой, однако в физиологических условиях, в присутствии АТФ и ионов магния, актин становится полимером и образует длинные волокна (актин фибриллярный), которые состоят из спирально закрученных двух цепочек молекул актина. Соединяясь с другими белками, волокна актина приобретают способность сокращаться, используя энергию, содержащуюся в АТФ.
Миозин - основной мышечный белок; содержание его в мышцах достигает 60 %. Молекулы состоят из двух полипептидных цепочек, в каждой из которых содержится более 2000 аминокислот. Белковая молекула очень велика (это самые длинные полипептидные цепочки, существующие в природе), а её молекулярная масса доходит до 470000. Каждая из полипептидных цепочек оканчивается так называемой головкой, в состав которой входят две небольшие цепочки, состоящие из 150-190 аминокислот. Эти белки проявляют энзиматическую активность АТФазы, необходимую для сокращения актомиозина. Под микроскопом молекулы миозина в мышцах выглядят темной полоской (так называемые А-диски).
Актомиозин - белковый комплекс, состоящий из актина и миозина, характеризующийся энзиматической активностью АТФазы. Это значит, что благодаря энергии, освобожденной в процессе гидролиза АТФ, актомиозин может сокращаться. В физиологических условиях актомиозин создает волокна, находящиеся в определенном порядке. Фибриллярные части молекул миозина, собранные в пучок, образуют так называемую толстую нить, из которой перпендикулярно выглядывают миозиновые головки. Молекулы актина соединяются в длинные цепочки; две таких цепочки, спирально закрученные друг вокруг друга, составляют тонкую нить. Тонкая и толстая нити расположены параллельно таким образом, что каждая тонкая нить окружена тремя толстыми, а каждая толстая нить - шестью тонкими; миозиновые головки цепляются за тонкие нити.
Типы мышц
Мышечная масса человеческого организма состоит из трёх типов мышц, различающихся своим строением.
Основная группа мышц - скелетные, или поперечно-полосатые мышцы. Скелетных мышц у каждого из нас более 600. Мышцы этого типа способны произвольно, по желанию человека, сокращаться и вместе со скелетом образуют опорно-двигательную систему. Общая масса этих мышц составляет около 40 % веса тела, а у людей, активно развивающих свои мышцы, может быть ещё больше. С помощью специальных упражнений количество мышечных клеток можно увеличивать до тех пор, пока они не вырастут в массе и объеме и не станут рельефными. Сокращаясь, мышца укорачивается, утолщается и движется относительно соседних мышц. Укорочение мышцы сопровождается сближением ее концов и костей, к которым она прикрепляется. В каждом движении участвуют мышцы, совершающие его и противодействующие ему, что придает движению точность и плавность.
Схожую структуру имеет второй тип мышц - это особо выделяемая мышца сердца, которая тоже состоит из поперечно-полосатой мышечной ткани, но отличается своеобразием строения и сокращается непроизвольно, не вызывая при этом усталости органа.
И третий тип мышц, который входит в состав клеток внутренних органов, кровеносных сосудов и кожи, - гладкая мышечная ткань, состоящая из характерных мышечных клеток (миоцитов). Медленные и длительные их сокращения происходят непроизвольно, то есть независимо от желания человека.
Сокращения мышц
В процессе сокращения нити актина проникают глубоко в промежутки между нитями миозина, причем длина обеих структур не меняется, а лишь сокращается общая длина актомиозинового комплекса - такой способ сокращения мышц называется скользящим. Скольжение актиновых нитей вдоль миозиновых нуждается в энергии, энергия, необходимая для сокращения мышц, освобождается в результате взаимодействия актомиозина с АТФ с расщеплением последнего на АДФ и H3PO4." Кроме АТФ важную роль в сокращении мышц играет вода, а также ионы кальция и магния. Скелетная мышца состоит из большого количества мышечных клеток - чем их больше, тем сильнее мышца.
Различают два типа мышечных сокращений. Если оба конца мышцы неподвижно закреплены, происходит изометрическое сокращение, и при неизменной длине напряжение увеличивается. Если один конец мышцы свободен, то в процессе сокращения длина мышцы уменьшится, а напряжение не изменяется - такое сокращение называют изотоническим; в организме такие сокращения имеют большее значение для выполнения любых движений.
Из гладких мышц (гладкой мышечной ткани) состоят внутренние органы, в частности, стенки пищевода, кровеносные сосуды, дыхательные пути и половые органы. Гладкие мышцы отличаются так называемым автоматизмом, то есть способностью приходить в состояние возбуждения при отсутствии внешних раздражителей. И если сокращение скелетных мышц продолжается около 0,1 сек, то более медленные сокращения гладких мышц продолжается от 3 до 180 сек. В пищеводе, половых органах и мочевом канале возбуждение передаётся от одной мышечной клетки к следующей. Что касается сокращения гладких мышц, находящихся в стенках кровеносных сосудов и в радужной оболочке глаза, то оно не переносится с клетки на клетку; к гладким мышцам подходят симпатические и парасимпатические нервы автономной нервной системы.
Говоря о сердечной мышце, следует отметить, что при нормальной работе она затрачивает на сокращение около 1 сек, а при увеличении нагрузки скорость сокращений увеличивается. Уникальная особенность сердечной мышцы - в ее способности ритмично сокращаться даже при извлечении ее из организма.
Мышца как орган
В организме человека выделяют 3 вида мышечной ткани:
Скелетная
Поперечнополосатая
Поперечнополосатая скелетная мышечная ткань образована цилиндрической формы мышечными волокнами длиной от 1 до 40 мм и толщиной до 0.1 мкм, каждое из которых представляет собой комплекс, состоящий из миосимпласта и миосателито, покрытых общей базальной мембраной, укрепленной тонкими коллагеновыми и ретикулярными волокнами. Базальная мембрана формирует сарколемму. Под плазмолеммой миосимпласта располагается множество ядер.
В саркоплазме находятся цилиндрические миофибриллы. Между миофибриллами залегают многочисленные митохондрии с развитыми кристами и частичками гликогена. Саркоплазма богата белков миоглобином, который подобно гемоглобину, может связывать кислород.
В зависимости от толщины волокон и содержания в них миоглобина различают:
Красные волокна:
Богаты саркоплазмой, миоглобином и митохондриями
Однако они самые тонкие
Миофибриллы в них расположены группами
Окислительные процессы более интенсивны
Промежуточные волокна:
Беднее миоглобином и митохондриями
Более толстые
Окислительные процессы менее интенсивны
Белые волокна:
- самые толстые
- количество миофибрилл в них больше и располагаются они равномерно
- окислительные процессы менее интенсивны
- еще ниже содержание гликогена
Структура и функция волокон неразрывно связана между собой. Так белые волокна сокращаются быстрее, но и быстро утомляются. (спринтеры)
Красные способы к более длительному сокращению. У человека мышцы содержат все типы волокон, в зависимости от функции мышцы в ней преобладают тот или иной тип волокон. (стайеры)
Строение мышечной ткани
Волокна отличаются поперечной исчерченностью: темные анизотропные диски (А-диски) чередуются со светлыми изотропными дисками (I-диски). Диск А разделен светлой зоной H, в центре которой проходит мезофрагма (линия М), диск I разделен темной линией (телофрагма – Z линия). Телофрагма толще в миофибриллах красных волокон.
Миофибриллы содержат сократительные элементы – миофиламенты, среди которых веделяют толстые (миозивные), занимающие А диск, и тонкие (актиновые), лежащие в I-диске и прикрепляющиеся к телофрагмам (Z-пластинки содержат белок альфа-актин), причем концы их проникают в А-диск между толстыми миофиламентами. Участок мышечного волокна расположенный между двумя телофрагмами, представляет собой сарконнер – сократительную единицу миофибрилл. Благодаря тому, что границы саркомеров всех миофибрилл совпадают, возникает регулярная исчерченность, которая хорошо видна на продольных срезах мышечного волокна.
На поперечных срезах отчетливо видны миофибриллы в виде округлых точек на фоне светлой цитоплазмы.
Согласно теории Huxley, Hanson, мышечное сокращение – результат скольжения тонких (актиновых) филаментов относительно толстых (миозиновых). При этом длина филаментов диска А не изменяется, диск I уменьшается в размерах и исчезает.
Мышцы как орган
Строение мышц. Мышца как орган состоит из пучков поперечнополосатых мышечных волокон. Эти волокна, идущие параллельно друг другу, связываются рыхлой соединительной тканью в пучки первого порядка. Несколько таких первичных пучков соединяются, в свою очередь образуя пучки второго порядка и т.д. в целом мышечные пучки всех порядков объединяются соединительнотканной оболочкой, составляя мышечное брюшко.
Соединительнотканные прослойки, имеющиеся между мышечными пучками, по концам мышечного брюшка, переходят в сухожильную часть мышцы.
Так как сокращение мышцы вызывается импульсом, идущим от ЦНС, то каждая мышцы связана с ней нервами: афферентным, являющимся проводником «мышечного чувства» (двигательный анализатор, по К.П. Павлову), и эфферентным, приводящим к ней нервное возбуждение. Кроме того, к мышце подходят симпатические нервы, благодаря которым мышцы в живом организме всегда находится в состоянии некоторого сокращения, называемого тонусом.
В мышцах совершается очень энергичный обмен веществ, в связи с чем они весьма богато снабжены сосудами. Сосуды проникают в мышцу с ее внутренней стороны в одном или нескольких пунктах, называемых воротами мышцы.
В мышечные ворота вместе с сосудами входят и нервы, вместе с которыми они разветвляются в толще мышцы соответственно мышечным пучкам (вдоль и поперек).
В мышце различают активно сокращающуюся часть – брюшко и пассивную часть – сухожилие.
Таким образом, скелетная мышцы состоит не только из поперечнополосатой мышечной ткани, но также из различных видов соединительной ткани, из нервной ткани, из эндотелия мышечных волокон (сосуды). Однако преобладающей является поперечнополосатая мышечная ткань, свойство которой – сократимость, она определяет функцию мускула как органа – сокращение.
Классификация мышц
Мышц насчитывается до 400 (в человеческом организме).
По форме делятся на длинные, короткие и широкие. Длинные соответствуют рычагам движения, к которым они прикрепляются.
Некоторые длинные начинаются несколькими головками (многоглавые) на различных костях, что усиливает их опору. Встречаются мышцы двуглавые, трехглавые и четырехглавые.
В случае слияния мышц разного происхождения или развившихся из нескольких миотонов между ними остаются промежуточные сухожилия, сухожильные перемычки. Такие мышцы имеют два брюшка или больше – многобрюшные.
Варьирует также число их сухожилий, которыми заканчиваются мышцы. Так, сгибатели и разгибатели пальцев рук и ног имеют по несколько сухожилий, благодаря чему сокращения одного мышечного брюшка дает двигательные эффект сразу на несколько пальцев, чем достигается экономия в работе мышц.
Широкие мышцы – располагаются преимущественно на туловище и имеют расширенное сухожилие, называемое сухожильным растяжением или апоневрозом.
Встречаются различные формы мышц: квадратная, треугольная, пирамидальная, круглая, дельтовидная, зубчатая, камбаловидная и др.
По направлению волокон, обусловленному функционально, различаются мышцы с прямыми параллельными волокнами, с косыми волокнами, с поперечными, с круговыми. Последние образуют жомы, или сфинктеры, окружающие отверстия.
Если косые волокна присоединяются к сухожилию с одной стороны, то получается так называемая одноперистая мышцы, а если с двух сторон, то двуперистая. Особое отношение волокон к сухожилию наблюдается в полусухожильной и полуперепончатой мышцах.
Сгибатели
Разгибатели
Приводящие
Отводящие
Вращатели кнутри (пронаторы), кнаружи (супинаторы)
Онто-филогенетические аспекты развития опорно-двигательного аппарата
Элементы опорнодвигательного аппарата туловища у всех позвоночных развиваются из первичных сегментов (сомитов) дорсальной мезодермы, залегающих по бокам и нервной трубки.
Возникающая из медиовентральной части сомита мезенхима (склеротом) идет на образование вокруг хорды скелета, а средняя часть первичного сегмента (миотом) дает мышцы (из дорсолатеральной части сомита образуется дерматом).
При образовании хрящевого, а впоследтсвии костного скелета мышцы (миотомы) получают опору на твердых частях скелета, которые в силу этого располагаются также метамерно, чередуясь с мышечными сегментами.
Миобласты вытягиваются,сливаются друг с другом и превращаются в сегменты мышечных волокон.
Первоначально миотомы на каждой стороне отделяются друг от друга поперечными соединительнотканными перегородками. Также сегментированное расположение мускулатуры туловища у низших животных остается на всю жизнь. У высших же позвоночных и у человека благодаря более значительной дифференцировке мышечных масс сегментация значительно сглаживается, хотя следы ее и остаются как в дорсальной, так и в вентральной мускулатуре.
Миотомы разрастаются в вентральном направлении и разделяются на дорсальную и вентральную часть. Из дорсальной части миотомов возникает спинная мускулатура, из вентральной – мускулатура, расположенная на передней и боковой сторонах туловища и называемая вентральной.
Соседние миотомы могут срастаться между собой, но каждый из сросшихся миотомов удерживает относящийся к нему нерв. Поэтому мышцы, происходящие из нескольких миотомов иннервируются несколькими нервами.
Виды мышц в зависимости от развития
На основании иннервации всегда можно отличить аутохтонную мускулатуру от сместившихся в эту область других мышц – пришельцев.
Часть мышц, развившихся на туловище, остается на месте, образуя местную (аутохтонную) мускулатуру (межреберные и короткие мышцы м/у отростками позвонков.
Другая часть в процессе развития перемещается с туловища на конечности – трункофугальные.
Третья часть мышц, возникнув на конечностях, перемещается на туловище. Это трункопетальные мышцы.
Развитие мышц конечностей
Мускулатура конечностей образуется из мезенхимы почек конечностей и получает свои нервы от передних ветвей спинномозговых нервов при посредстве плечевого и пояснично-крестцового сплетений. У низших рыб из миотов туловища вырастают мышечные почки, которые разделяются на два слоя, расположенные с дорсальной и вентральной сторон скелета.
Подобным же образом у наземных позвоночных мышцы по отношению к зачатку скелета конечности первоначально располагаются дорсально и вентрально (разгибатели и сгибатели).
Трунктопетальные
При дальнейшей дифференцировке зачатки мышц передней конечности разрастаются и проксимальном направлении и покрывают аутохтонную мускулатуру туловища со стороны груди и спины.
Кроме этой первичной мускулатуры верхней конечности, к поясу верхней конечности присоединяются еще трункофугальные мышцы, т.е. производные вентральной мускулатуры, служащшие для передвижения и фиксации пояса и переместившиеся на него с головы.
У пояса задней (нижней) конечности вторичных мышц не развивается, так как он неподвижно связан с позвоночным столбом.
Мышцы головы
Возникают отчасти из головных сомитов, а главным образом из мезодермы жаберных дуг.
Третья ветвь тройничного нерва (V)
Промежуточно-лицевой нерв (VII)
Языкоглоточный нерв (IX)
Верхняя гортанная ветвь блуждающего нерва (Х)
|
Пятая жаберная дуга |
Нижняя гортанная ветвь блуждающего нерва (Х)
Работа мышц (элементы биомеханики)
Каждая мышца имеет подвижную точку и неподвижную точку. Сила мышцы зависит от количества входящих в ее состав мышечных волокон и определяется площадью разреза в том месте, через которое проходят все волокна мышцы.
Анатомический поперечник – площадь поперечного сечения, перпендикулярного длиннику мышцы и проходящего через брюшко в наиболее широкой его части. Этот показатель характеризует величину мышцы, ее толщину (фактически определяет объем мышцы).
Абсолютная сила мышцы
Определяется отношением массы груза (кг), который мышца может поднять и площади ее физиологического поперечника (см2)
У икроножной мышцы – 15,9 кг/см2
У трехглавой – 16,8 кг/см2
Знаете ли вы, что в нашем теле больше 600 мышц? Они отвечают за любое движение, на которое мы способны, - от моргания глаза до взмаха руки. Движения некоторых мышц мы контролируем, а другие мышцы, такие, как сердечная, справляются со своей работой без участия нашего сознания.
Что делают мышцы. Мышцы дают нам возможность двигаться! В организме есть три типа мышц: скелетные, гладкие и сердечная мышца. Скелетная мускулатура крепится к костям. Благодаря ей мы можем сознательно совершать разные движения, к примеру побежать или подпрыгнуть, и контролировать в целом свое тело.
Движения гладкой мускулатуры происходят непроизвольно, то есть без участия нашего сознания. Гладкая мускулатура обеспечивает движение крови по сосудам и пищи по кишечнику.
Сердце состоит из особого типа мышц, не встречающихся более нигде в организме. Сердечная мышца обеспечивает движение крови по организму.
Как работают мышцы. Все начинается с принятия мозгом решения о движении. Нейроны доставляют электрический импульс-сигнал от мозга к мышцам, работа которых необходима для совершения желаемого движения.
Во время ходьбы мозг командует нашим ногам шагать, а рукам размахивать в такт движению.
Большинство скелетных мышц работают парами.
Когда одна мышца сокращается (становится короче), другая должна расслабиться (стать длиннее).
К примеру, бицепс должен расслабиться и удлиниться, чтобы трицепс мог сократиться и мы могли выпрямить руку. Если бы обе эти мышцы сокращались одновременно, то мы не могли бы двигать рукой.
Из чего состоит мышца. Каждую мышцу слагают десятки тысяч мельчайших волокон. Каждое волокно состоит из длинных тонких клеток (миофибрилл), объединенных в пучки. В мышце их множество. Чем больше мышца, тем больше мышечных пучков входит в нее. Скелетные мышцы состоят из миофибрилл, на которых под микроскопом видны поперечные полоски, а на волокнах гладких мышц их нет. Сердечная мышца состоит из пересекающихся крест-накрест волокон.
Сколько надо мышц, чтобы улыбнуться или нахмуриться? Мускулатура головы и лица состоит из более чем 100 мышц, и мы используем их для выражения разнообразных эмоций. Чтобы улыбнуться, надо задействовать около 20 мышц, а чтобы нахмуриться, их требуется в 2 раза больше. Мы улыбаемся, чтобы наладить отношения с другими людьми, выразить радость.
ФАКТЫ
Растяжение мышцы может случиться, если она была напряжена слишком сильно. Некоторые мышечные волокна могут разорваться, и внутри мышцы образуется кровоизлияние (гематома).
При напряженной работе в мышцах образуется молочная кислота. Она является причиной болезненных ощущений в мышцах после интенсивных физических нагрузок.
Большую часть энергии мышцы извлекают из глюкозы. Глюкоза - химическое соединение, относящееся к углеводам, таким, как сахар, лактоза (в молоке) или фруктоза (во фруктах или фруктовых соках).