Строение, функции, классификация и возрастные особенности мышц.

Скелет­ные мышцы активно участвуют в организации движения. Любая двигательная реакция организма осуществляется при участии мышц, которые, превращая скелет в систему рычагов, способствуют перемещению тела в пространстве. Помимо этого мышцы удерживают положение тела и его частей в пространстве. Выполняет жевательные, глотательные и дыхательные движения, участвуют в артикуляции речи и мимике и вырабатывают тепло.

Во всех мышцах различают сухожильную головку — начало мышцы, брюшко, состоящее из мышечных волокон, и конец мышцы, называемый сухожилием. Обычно мышца прикрепляется к двум или нескольким костям, образующим сустав, что позволяет ей при сокращении производить то или иное движение в данном суставе. Су­ществуют мышцы, у которых между прикреплением ее начала и конца имеется несколько суставов. При таком характере прикрепле­ния мышцы ее сокращение вызывает одновременное движение во всех этих суставах.

Мышцы могут быть простыми и сложными. В сложных мышцах в отличие от простых брюшко образуется несколькими головками, которые, начинаясь от разных костных точек, затем сливаются вместе (двуглавая, трехглавая и четырехглавая). Подобно этому, сухожилие мышцы может делиться на несколько частей и при­крепляться к разным костям. Местом прикрепления мышц, помимо костей, могут быть кожа, глазное яблоко и др.

Поверхность мышцы покрыта фасцией, образованной плотной соединительной тканью. В местах соприкосновения двух сухожи­лий или сухожилия и кости образуются соединительнотканные сино­виальные сумки, в которых имеется небольшое количество жид­кости, уменьшающей трение трущихся поверхностей. В местах прохождения сухожилий в костном канале они покрываются сино­виальными влагалищами, внутри которых также имеется небольшое количество жидкости, которая, снимая трение, облегчает дви­жение.

Мышцы классифицируются по их форме и функции. В зависи­мости от формы мышцы делят на широкие (мышцы туловища и поясов свободных конечностей), длинные (мышцы конечностей), короткие (между позвонками), круговые (вокруг отверстий тела). По функции различают мышцы — сгибатели, разгибатели, приводящие, отводящие, а также мышцы, вращающие.

В длинных мышцах волокна могут иметь: 1) параллельное расположение, ориентированное вдоль длинной оси мышц; 2) па­раллельное расположение по отношению друг к другу и косое отно­сительно длинной оси брюшка; 3) косое расположение по отноше­нию друг к другу и к длинной оси брюшка. Соответ­ственно расположению волокон различают мышцы веретенообразные, полуперистые и перистые. Полуперистые и перистые мышцы имеют волокна более короткие, чем веретенообразные, поэтому размах движений при их сокращении меньше. В широких мышцах волокна могут располагаться параллельно (ромбовидные мышцы), радиально и веерообразно (большая грудная мышца). Мышцы, в которых волокна расположены радиально, могут сокращаться и в целом, и отдельными своими частями в направлениях, пересекаю­щих различные оси движения в суставе. Поэтому они находятся в основном в области шаровидных суставов, отличающихся большой подвижностью.

В зависимости от места расположения мышц их делят на мыш­цы головы, шеи, туловища (груди, живота, спины), мышцы верх­них, нижних конечностей (рис.14).

Структурной единицей скелет­ных мышц является поперечнополосатое мышечное волокно — со­кратительное многоядерное образование. Диаметр волок­на колеблется от 12 до 70 мкм, а длина может достигать нескольких сантиметров. Снаружи поперечнополосатое мышечное волокно по­крыто оболочкой — сарколеммой. Внутри волокна находятся все обычные для клетки компоненты: цитоплазма, которая в мышеч­ном волокне называется саркоплазмой, митохондрии, саркоплазматический ретикулум и т. д. В поперечнополосатом мышечном волокне может быть более ста ядер. Специфические структуры представлены в мышечном волокне миофибриллами— тонкими нитями, которые тянутся от одного конца мышечного волокна к другому. Диаметр миофибриллы составляет 0,5—2 мкм. Каждая миофибрилла состоит из очень тонких воло­конец— протофибрилл — различной длины и толщины. Протофибриллы имеют характерное упорядоченное расположение. Вдоль всей миофибриллы на расстоянии 2—3 мкм друг от друга распо­ложены полоски, обозначаемые буквой Z. Участок миофибриллы между двумя соседними полосками на­зывают саркомером. Следовательно, вся миофибрилла состоит из повторяющихся саркомеров. Различают толстые и тонкие протофибриллы. Толстые протофибриллы состоят из белка миозина, а тонкие — актина и тропомиозина. Актин составляет 20% от общего количества структурных белков мышц, он лишен ферментативных свойств. На долю миозина приходится 60% белка мышц. Миозин обладает спо­собностью расщеплять АТФ. Участки толстых миофибрилл обозначают диском А, который обладает двояким лучепреломлением, называется анизотропным и выглядит более темным. Участок тонких миофибрилл обозначается как диск И, не обладает двояким лучепреломлением называется изотропным и выглядит более светлым. Чередование в миофибриллах темных и светлых дисков придает мышечному волокну поперечную исчерченность.

А. Б.

Рис.14. Мышцы человека. А.- спереди: 1.- надчерепная мышца; 2.-височная; 3.- круговая мышца глаза; 4.- круговая мышца рта; 5.- собственно-жевательная; 6.- грудино-ключично-сосцевидная; 7.- дельтовидная; 8.- большая грудная; 9.- зубчатая; 10.-двуглавая; 11.- трехглавая; 12.- сгибатели кисти и пальцев; 13.- косая мышца живота; 14.- прямая мышца живота; 15.- портняжная; 16.- четырехглавая мышца бедра; 17.- передняя большеберцовая мышца; 18.- икроножная.

Б.- сзади: 1.- височная; 2.- затылочная надчерепная; 3.- грудино-ключично-сосцевидная; 4.- трапециевидная; 5.- дельтовидная; 6.- двуглавая; 7.- трехглавая; 8.- широчайшая мышца спины; 9.- разгибатели кисти и пальцев; 10.- большая ягодичная; 11.-двуглавая бедра; 12.- полусухожильная; 13.- икроножная; 14.- ахиллово сухожилие.

Механизм мышечного сокращения и расслабления. В основе мы­шечного сокращения лежит перемещение нитей актина относи­тельно нитей миозина. Нити актина двигаются как по туннелю, между миозиновыми фибриллами, за счет чего волокно укорачивается. Такое со­кращение, сопровождающееся изменением длины, называют изото­ническим. Тип сокращения, который осуществ­ляется при неизменной длине, называют изометрическим. Энергию для перемещения нитей дает АТФ при ее расщеплении.

Сила сокращения мышц. Сила сокращения одной и той же мышцы зависит от количества нейромоторных единиц, участ­вующих в этом сокращении, от частоты раздражения, до известного предела. Максимальное напряжение, которое может развить мышца, определяется числом образующих ее волокон: чем оно больше, тем больше сила мышц. Поэтому перистые мышцы, в которых велико число волокон, отличаются большой силой. Проявление силы зависит от особенностей прикрепления мышцы к костям. Мышцы с большей площадью опоры имеют большие возможности для проявления силы.

Мышца, сокращаясь, производит работу. Величина ее равна произведению массы груза на поднятую высоту. Отсюда следует, что максимальная работа, выполняемая при оди­ночном сокращении мышцы, зависит от ее силы (чем больше сила, тем больший груз может быть поднят) и степени укорочения мышцы.

В процессе естественной деятельности человека величина работы, выполняемой той или иной мышцей, в значительной степени зависит от способности ее длительно находиться в сокращенном состоянии, т. е. от степени выносливости мышц. Различают выносливость к статическим и динамическим усилиям. Выносливость к статическим усилиям определяется временем, в течение которого удерживается величина заданного усилия. Она различна для различных мышц. Наименьшей выносливостью характеризуется трехглавая мышца плеча (1 мин при усилии, равном 50% от максимального), наи­большей — икроножная мышца (7 мин).

Выносливость к динамической работе зависит как от величины поднимаемого груза, так и от темпа работы. Работа бывает наибольшей при какой-то средней величине груза и частоте движений. Выносливость к динамической и стати­ческой работе можно увеличивать путем тренировки. При длитель­ной как динамической, так и статической работе наступает утом­ление мышц. В эксперименте оно проявляется в уменьшении ампли­туды сокращения, увеличении длительности периодов одиночного сокращения, появлении контрактуры — остаточного сокращения вследствие неполного расслабления.

Изменения макро- и микроструктуры скелетных мышц с воз­растом. Формирование скелетных мышц происходит на очень ран­них этапах развития. На 8-й неделе внутриутробного развития раз­личимы уже все мышцы, а к 10-й неделе развиваются их сухо­жилия. Первыми дифференцируются волокна мышц языка, губ, межреберных мышц, мышц спины и диафрагмы. Затем — мышцы верхней конечности и в последнюю очередь — мышцы нижней конечности.

У новорожденных масса мышц составляет 23,3% (у взрослых — 44,2%) от массы всего тела. В целом масса мышц за весь период развития увеличивается примерно на 21%. К 8 годам масса мышц по отношению к массе всего тела становится равной 27,2%, к периоду полового созре­вания—32,6%, а в 17—18 лет —44,2%. Масса мышц-разгибателей увеличивается ин­тенсивнее, чем сгибателей, так как к моменту рождения сгибатели, обусловливающие в период внутриутробного развития характерную позу плода, уже значительно развиты. Разгибатели, обеспечиваю­щие вертикальное положение тела, интенсивно созревают после рождения ребенка. Мышцы, которые обусловливают большой размах движения, интенсивно растут в длину, а мышцы, функция которых требует сокращений большой силы, увеличиваются в диаметре.

С возрастом происходит увеличение длины сухожилия и к 12—14 годам отношение длины сухожилия и брюшка мышцы становится таким же, как и у взрослых.

Рост мышц в длину может продолжаться до 23—25 лет. Он осуществляется за счет зоны роста, расположенной на границе мышечной и сухожильной частей. В зоне роста имеется скопление ядер, число которых с возрастом уменьшается, причем особенно значительно после 7 лет. К 15—18 годам зона роста уменьшается в 3 раза. К 15—16 годам заканчивается формирование сарколем­мы, когда ее волокна приобретают определенную ориентацию; они направлены перпендикулярно к продольной оси мышечного волокна. Развитие в постнатальном онтогенезе соединительной ткани мышц характеризуется уменьшением числа клеток, приходящихся на еди­ницу площади, и увеличением числа волокон. Диаметр мышечных волокон увеличивается до 35 лет.

Наиболее интенсивный рост волокон отмечается в период по­лового созревания. Так, в первые 6 месяцев жизни диаметр во­локон двуглавой мышцы плеча составляет 17—19 мкм, в 2—3 го­да— 20—22 мкм, в 9—12 лет—20—25 мкм, а у взрослых — 41 — 58 мкм.

С возрастом растет число миофибрилл за счет их продольного расщепления. У новорожденного в каждом мышечном волокне со­держится 50—120 миофибрилл, в 1,5 года их число становится в 2 раза большим, в 3—4 года оно увеличивается в 5—6 раз, к 7 го­дам— в 15—20 раз.

В процессе созревания скелетной мускулатуры меняется форма и количество ядер, приходящихся на единицу площади. К 3 годам количество ядер уменьшается по сравнению с их числом у ново­рожденных примерно в 2 раза, к 5 годам в 2,5 раза и к 7 годам — в 3—4 раза. Ядра из овальных принимают палочковидную форму, в которой длина превышает поперечник в 4 раза. По мере развития мышц ядра все более перемещаются к периферии. Расположение ядер и их число, характерное для взрослых, отмечается уже в воз­расте 7—10 лет.

Развитие двигательных нервных окончаний происходит особенно интенсивно в первые месяцы после рождения. Но только к 11— 13 годам полностью заканчивается их структурное оформление.

С возрастом увеличивается мышеч­ная сила за счет роста диаметра мышечных волокон и их числа. Для разных мышц наибольшая величина их силы отмечается в разном возрасте. Большинство мышц верхней конечности и шеи достигает наибольшей силы к 20—30 годам. В то же время сила мышц, разгибающих туловище, становится максимальной к 16 го­дам. Разница между силами мышц-сгибателей и мышц-разгиба­телей увеличивается с возрастом.

Характеристикой функционального созревания мышц служит мышечная выносливость. В дошкольном и младшем школьном возрасте происходит наибольшее по сравнению с другими воз­растами увеличение выносливости. Однако даже в 16—19 лет ее величина составляет лишь 85% от выносливости взрослого. Чем меньше возраст, тем меньшее время может сохраняться одновременное возбуждение волокон мышцы и тем быстрее в ней наступает утом­ление.

Морфологическое и функциональное созревание опорно-двига­тельного аппарата зависит от очень многих факторов: наследствен­ных, условий жизни, питания, двигательной активности. Правиль­но организованные занятия физической культурой и спортом спо­собствуют формированию как костной, так и мышечной системы. Под влиянием этих занятий увеличивается диаметр мышечных во­локон, растет их число, более совершенными становятся коорди­национные отношения между мышцами-антагонистами. Однако следует помнить, что мышечная деятельность вызывает у детей no-сравнению со взрослыми значительно большие изменения в деятель­ности всех органов, что требует дифференцированного подхода к организации всякого рода занятий физкультурой с детьми раз­личного возраста.