Сокращение и растяжение мышц
Мышечные волокна
Скелетные мышцы состоят из пучков мышечных волокон. Мышечные волокна могут сокращаться, расслабляться или удлиняться.
Мышечные волокна сокращаются под действием электрического импульса, поступающего от нерва. Одно мышечное волокно всегда сокращается полностью, создавая фиксированную силу. Сила, развиваемая всей мышцей, определяется количеством волокон, вовлеченных в это действие нервной системой.
Соединительные ткани
Соединительные ткани в опорно-двигательном аппарате — это связки, сухожилия и фасции. Связки обоими концами крепятся к костям сустава, сухожилия крепят мышцы к костям, а фасции обволакивают группы мышц и пучки мышечных волокон.
Связки и сухожилия содержат большое количество белка коллагена, который придает им жесткость. Связки и сухожилия практически не растягиваются — избыточная нагрузка на эти ткани может привести к травме. Фасции относятся к эластичным соединительным тканям (содержат белок эластин), и их растягивание повышает гибкость. Большинство упражнений на гибкость направлено на растяжение фасций.
Механизм растягивания
При растягивании сначала вытягиваются мышечные волокна, а затем в направлении вытягивающего усилия выравниваются коллагеновые волокна соединительной ткани. Это позволяет упорядочить волокна в направлении растяжения, благодаря чему в упражнениях на растяжение восстанавливается здоровая структура ткани.
При растяжении мышц часть мышечных волокон растягивается, а часть остается в исходном состоянии. Длина мышцы определяется количеством растянутых волокон (аналогично тому, как длина и сила сжатой мышцы определяется количеством сжатых волокон). Чем больше растянутых волокон, тем длиннее растянутая мышца.
Рефлекс растяжения
В толще мышц находятся нервно-мышечные веретена — нервные окончания, реагирующие на удлинение мышц. Веретена располагаются параллельно мышечным волокнам и растягиваются вместе с ними. При этом они регистрируют как изменение длины мышцы, так и скорость этого изменения.
При сильном или резком удлинении мышцы сигнал от веретен вызывает защитный рефлекс растяжения — мышца самопроизвольно сокращается в попытке помешать удлинению.
Рефлекс растяжения имеет статическую и динамическую составляющие. Статическая составляющая сохраняется все время, пока мышца растянута. Динамическая составляющая — это ответ на скорость изменения длины мышцы, он может быть очень сильным при резком удлинении мышцы и снижается, когда скорость удлинения мышцы уменьшается.
Одна из целей удержания позы растяжения в течение некоторого времени — дать мышечным веретенам адаптироваться к новой длине мышцы с уменьшением интенсивности их сигналов в новом положении.
Реакция удлинения
При сокращении мышца создает натяжение на сухожилии, к которому она крепится. На это реагирует сухожильный орган Гольджи — тип нервного окончания, который находится в местах соединения волокон мышц и сухожилий. Сухожильный орган реагирует на величину возникающей силы натяжения (статический эффект) и на скорость изменения этой силы (динамический эффект: резкое натяжение вызывает сильный сигнал).
Когда сигнал от сухожильного органа превосходит определенный порог, возникает защитная реакция удлинения — резкое самопроизвольное расслабление всей мышцы.
Вторая причина для удержания позы растяжения в течение некоторого времени — позволить произойти реакции удлинения, которая помогает мышце расслабиться (преодолевая рефлекс сжатия).
Взаимное торможение
По отношению к выполняемому движению мышцы можно отнести к одному из четырех типов:
- Агонисты — вызывают движение.
- Антагонисты — вызывают противоположное движение; отвечают за возвращение в начальное положение тела.
- Синергисты — корректируют действие мышцы-агониста для обеспечения нужного направления результирующей силы.
- Стабилизаторы — удерживают остальную часть тела при выполнении движения.
Агонисты и антагонисты обычно находятся с противоположных сторон сустава (например, бицепс и трицепс), а синергисты — на той же стороне, что и агонисты, рядом с ними. При работе крупных мышц-агонистов часто вовлекаются в качестве синергистов находящиеся рядом меньшие мышцы.
Сокращение мышцы-агониста может привести к рефлекторному расслаблению ее антагониста. Это явление называется взаимным торможением.
Взаимное торможение происходит не при всех движениях. Иногда возникает явление совместного сжатия. Например, при приседаниях сжимаются как мышцы брюшного пресса, так и их антагонисты — разгибатели спины.
Упражнения на растяжения легче выполнять с расслабленными, а не с сокращающимися мышцами. Для этого можно использовать эффект взаимного торможения (когда он происходит) — заставляя мышцы-антагонисты расслабляться за счет сжатия агонистов. Также желательно расслабить синергистов мышцы, которую вы растягиваете. Например, при растягивании икроножной мышцы, следует нагнуть стопу, сжав мышцы передней поверхности голени. С другой стороны, икроножная мышца — синергист подколенного сухожилия, поэтому желательно расслабить и его. Для этого нужно выпрямить ногу, сжав тем самым антагониста подколенного сухожилия — четырёхглавую мышцу бедра.
Источник
Мы́шечное сокраще́ние — реакция мышечных клеток на воздействие нейромедиатора, реже гормона, проявляющаяся в уменьшении длины клетки. Это жизненно важная функция организма, связанная с оборонительными, дыхательными, пищевыми, половыми, выделительными и другими физиологическими процессами.
Все виды произвольных движений — ходьба, мимика, движения глазных яблок, глотание, дыхание и т. п. осуществляются за счёт скелетных мышц. Непроизвольные движения (кроме сокращения сердца) — перистальтика желудка и кишечника, изменение тонуса кровеносных сосудов, поддержание тонуса мочевого пузыря — обусловлены сокращением гладкой мускулатуры. Работа сердца обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры.
Типы[править | править код]
Схема, показывающая мышцы в расслабленном (выше) и сокращённом (ниже) положениях.
Основой всех типов мышечного сокращения служит взаимодействие актина и миозина. В скелетных мышцах за сокращение отвечают миофибриллы (примерно две трети сухого веса мышц). Миофибриллы — структуры толщиной 1-2 мкм, состоящие из саркомеров — структур длиной около 2,5 мкм, состоящих из актиновых и миозиновых (тонких и толстых) филаментов и Z-дисков, соединённых с актиновыми филаментами. Сокращение происходит при увеличении концентрации в цитоплазме ионов Ca2+ в результате скольжения миозиновых филаментов относительно актиновых. Источником энергии сокращения служит АТФ. КПД мышечной клетки около 50 %, мышцы в целом не более 20%. Максимальная сила мышц не достигается в реальных условиях; не все клетки мышцы используются одновременно и сокращаются с максимальной силой, иначе при сокращении многих скелетных мышц будут повреждены сухожилия или кости (что иногда и наблюдается при сильных судорогах). КПД мышцы также зависит от внешних условий; например, на холоде он значительно снижается, так как для организма важнее сохранить температуру тела[1].
Изометрическое сокращение[править | править код]
Основная статья: Изометрическое сокращение[en]
Изометрическое сокращение мышцы создаёт напряжение без изменения длины. Пример можно найти, когда мышцы руки и предплечья захватывают объект; суставы руки не двигаются, но мышцы генерируют достаточную силу, чтобы предотвратить падение объекта.
Изотоническое сокращение[править | править код]
Основная статья: Изотоническое сокращение[en]
При изотоническом сокращении напряжение в мышцах остаётся постоянным, несмотря на изменение длины мышц. Это происходит, когда сила сокращения мышц соответствует общей нагрузке на мышцы.
Концентрическое сокращение[править | править код]
При концентрическом сокращении мышечное напряжение является достаточным для преодоления нагрузки, а мышца укорачивается при сокращении. Это происходит, когда сила, создаваемая мышцей, превышает нагрузку, противодействующую её сокращению.
Эксцентрическое сокращение[править | править код]
См. также: Эксцентрическая тренировка[en]
При эксцентрическом сокращении напряжение недостаточно для преодоления внешней нагрузки на мышцы и мышечные волокна, удлиняются при их сокращении. Вместо того, чтобы тянуть сустав в направлении сокращения мышц, мышца действует так, чтобы замедлить сустав в конце движения или иным образом контролировать перемещение груза. Это может происходить невольно (например, при попытке переместить вес, слишком тяжёлый для подъёма мышцы) или добровольно (например, когда мышца «сглаживает» движение или сопротивляется гравитации, как, например, во время ходьбы вниз). В краткосрочной перспективе силовые тренировки с участием как эксцентрических, так и концентрических сокращений, по-видимому, увеличивают мышечную силу больше, чем тренировки только с концентрическими сокращениями. Однако вызванное физическими упражнениями повреждение мышц также больше при удлинении сокращений.
Эксцентрические сокращения в движении[править | править код]
Эксцентрические сокращения обычно возникают как тормозящее усилие в противоположность концентрическому сжатию, чтобы защитить суставы от повреждения. Во время практически любого обычного движения эксцентрические сокращения помогают сохранять плавность движений, но также могут замедлять быстрые движения, такие как удар или бросок. Часть тренировки для быстрых движений, таких как качки во время бейсбола, включает в себя уменьшение эксцентрического торможения, позволяющего развивать большую мощность во время движения.
Скольжение миозина относительно актина[править | править код]
Головки миозина расщепляют АТФ и за счет высвобождающейся энергии меняют конформацию, скользя по актиновым филаментам.
Цикл можно разделить на 4 стадии:
- Свободная головка миозина связывается с АТФ и гидролизует его до АДФ и фосфата и остаётся связанной с ними. (Обратимый процесс — энергия, выделившаяся в результате гидролиза, запасается в изменённой конформации миозина).
- Головки слабо связываются со следующей субъединицей актина, фосфат отделяется, и это приводит к прочному связыванию головки миозина с актиновым филаментом. Эта реакция уже необратима.
- Головка претерпевает конформационное изменение, производящее подтягивание толстого филамента к Z-диску (или, что эквивалентно, свободных концов тонких филаментов друг к другу).
- Отделяется АДФ, за счёт этого головка отделяется от актинового филамента. Присоединяется новая молекула АТФ.
Далее цикл повторяется до уменьшения концентрации ионов Ca2+ или исчерпании запаса АТФ (в результате смерти клетки). Скорость скольжения миозина по актину ≈15 мкм/сек. В миозиновом филаменте много (около 500) молекул миозина и, следовательно, при сокращении цикл повторяется сотнями головок сразу, что и приводит к быстрому и сильному сокращению. Следует заметить, что миозин ведёт себя как фермент — актин-зависимая АТФаза.
Так как каждое повторение цикла связано с гидролизом АТФ, а следовательно, с положительным изменением свободной энергии, то процесс однонаправленный. Миозин движется по актину только в сторону плюс-конца.
Источник энергии для сокращения[править | править код]
Для сокращения мышцы используется энергия гидролиза АТФ, но мышечная клетка имеет крайне эффективную систему регенерации запаса АТФ, так что в расслабленной и работающей мышце содержание АТФ примерно равно. Фермент фосфокреатинкиназа катализирует реакцию между АДФ и креатинфосфатом, продукты которой — АТФ и креатин. Креатинфосфат содержит больше запасённой энергии, чем АТФ. Благодаря этому механизму при вспышке активности в мышечной клетке падает содержание именно креатинфосфата, а количество универсального источника энергии — АТФ — не изменяется.
Механизмы регенерации запаса АТФ могут различаться в зависимости от парциального давления кислорода в окружающих тканях (см. Анаэробные организмы).
Механизм регуляции[править | править код]
В основном в регуляции мышечной активности участвуют нейроны, но есть случаи, когда сокращением гладкой мускулатуры управляют и гормоны (например, адреналин и окситоцин). Сигнал о сокращении можно разделить на несколько этапов:
От клеточной мембраны до саркоплазматического ретикулума[править | править код]
Воздействие медиатора, выделившегося из мотонейрона, вызывает потенциал действия на клеточной мембране мышечной клетки, который передаётся далее с помощью специальных впячиваний мембраны, называемых Т-трубочками, которые отходят от мембраны внутрь клетки. От Т-трубочек сигнал передаётся саркоплазматическому ретикулуму — особому компартменту из уплощенных мембранных пузырьков (эндоплазматической сети мышечной клетки), окружающих каждую миофибриллу. Этот сигнал вызывает открытие Ca2+-каналов в мембране ретикулума. Обратно ионы Ca2+ попадают в ретикулум с помощью мембранных кальциевых насосов — Ca2+-АТФазы.
От выделения ионов Ca2+ до сокращения миофибрилл[править | править код]
Механизм сокращения мышц с учётом тропонина и тропомиозина
Для того, чтобы контролировать сокращение, к актиновому филаменту прикрепляется белок тропомиозин и комплекс из трёх белков — тропонин (субъединицы этого комплекса называются тропонинами T,I и C). Тропонин C — близкий гомолог другого белка, кальмодулина. Через каждые семь субъединиц актина расположен только один тропониновый комплекс. Связь актина с тропонином I перемещает тропомиозин в положение, мешающее связи миозина с актином. Тропонин C связывается с четырьмя ионами Ca2+ и ослабляет действие тропонина I на актин, и тропомиозин занимает положение, не препятствующее связи актина с миозином.
Источником энергии для сокращения мышечных волокон служит АТФ. При связывании тропонина с ионами кальция активируются каталитические центры для расщепления АТФ на головках миозина. За счет ферментативной активности головок миозина гидролизуется АТФ, расположенный на головке миозина, что обеспечивает энергией изменение конформации головок и скольжение нитей. Освобождающиеся при гидролизе АТФ молекула АДФ и неорганический фосфат используются для последующего ресинтеза АТФ. К миозиновой головке присоединяется новая молекула АТФ. При этом происходит разъединение поперечного мостика с нитью актина. Повторное прикрепление и отсоединение мостиков продолжается до тех пор, пока концентрация кальция внутри миофибрилл не снизится до подпороговой величины. Тогда мышечные волокна начинают расслабляться.
Основные белки миофибрилл[править | править код]
| Белок | Доля белка % | Его мол. масса, kDa | Его функция |
|---|---|---|---|
| Миозин | 44 | 510 | Главный компонент толстых филаментов. Образует связи с актином. Движется по актину за счёт гидролиза АТФ. |
| Актин | 22 | 42 | Главный компонент тонких филаментов. Во время сокращения мышцы по нему движется миозин. |
| Титин | 9 | 2500 | Большой гибкий белок, образующий цепь для связывания миозина с Z-диском. |
| Тропонин | 5 | 78 | Комплекс из трёх белков, регулирующий сокращение при связывании с ионами Ca2+. |
| Тропомиозин | 5 | 64 | Связанный с актиновыми филаментами стержневидный белок, блокирующий движение миозина. |
| Небулин[en] | 3 | 600 | Длинный нерастяжимый белок, связанный с Z-диском и идущий параллельно актиновым филаментам. |
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рефф, К. Робертс, Дж. Уотсон, Молекулярная биология клетки — В 3-х т. — Пер. с англ. — Т.2. — М.: Мир, 1994. — 540 с.
- М. Б. Беркинблит, С. М. Глаголев, В. А. Фуралев, Общая биология — В 2-х ч. — Ч.1. — М.:МИРОС, 1999. — 224 с.: ил.
См. также[править | править код]
- Миофибриллы
- Саркомер
- Актин
- Миозин
Источник
Я считаю совершенно необходимым позировать и напрягать мышцы в промежутках между сериями. Это особенно справедливо для мышц спины. Позирование и сокращение мышц помогает вам обрести полный контроль над ними, необходимый для эффективной демонстрации во время соревнований. Постоянное потягивание латеральных мышц также помогает добиться плавного, длинного изгиба и низкой связки на уровне талии, что позволяет чемпионам выглядеть столь внушительно при позировании со спины.
Напрягайте мышцы спины или принимайте позы вроде демонстрации бицепсов между сериями. Если вы позируете, пока ваш партнер выполняет свою серию, то сохраняете накачку мышц и поддерживаете их в согретом состоянии для следующей серии.
Когда вы разрабатываете латеральные мышцы спины подтягиваниями или тягой на блочном устройстве, то в перерыве между сериями попробуйте взяться одной рукой за неподвижный стержень и попеременно растягивать мышцы, как показано на фотографии. Кроме того, для потягивания латеральных мышц годятся все упражнения, перечисленные в разделе для тренировки зубчатых мышц груди. Это удлиняет мышцы, помогает вам расширить диапазон движения и достигнуть более мощного сокращения.
Кен Уоллер
Шоун Рэй
Дориан Йейтс
На этой серии фотографий показаны различные способы демонстрации спинной мускулатуры. Вы можете понять, почему полное развитие мышц спины необходимо для достижения успеха на соревнованиях.
Упражнения для спины
ПОДТЯГИВАНИЯ ШИРОКИМ ХВАТОМ С КАСАНИЕМ ЗАТЫЛКА
Цель упражнения: расширение верхней части спины и создание плавного изгиба латеральных мышц.
Подтягивания широким хватом растягивают латеральные мышцы и развивают весь плечевой пояс. Это упражнение предназначено главным образом для тренировки верхних и средних участков латеральных мышц. Оно также воздействует на мышцы, поднимающие лопатку, что упрощает демонстрацию латеральных мышц на соревнованиях.
Выполнение: (1) Возьмитесь за перекладину турника верхним хватом, широко расставив руки. (2) Повисните на перекладине, затем подтянитесь так, чтобы прикоснуться к ней затылком. Для этого упражнения необходима строгая техника, поэтому не пытайтесь помогать мышцам спины, отталкиваясь ногами. На короткий момент задержитесь в верхней точке движения, затем медленно опуститесь в исходное положение. При подтягивании вы работаете с весом собственного тела, поэтому некоторые новички оказываются не в состоянии выполнить необходимое количество повторений в каждой серии. Я рекомендую им то же самое, что и себе: вместо того чтобы стараться выполнить 5 серий по 10 повторений, выполняйте столько, сколько сможете за один раз (скажем, 3 или 4), пока не насчитаете 50 повторений. Чем сильнее вы становитесь, тем меньше серий вам нужно, чтобы выполнить 50 повторений, и тем меньше времени вам для этого понадобится.
Франко Коломбо
ПОДТЯГИВАНИЯ НА ПЕРЕКЛАДИНЕ ШИРОКИМ ХВАТОМ
Цель упражнения: расширение верхней части спины и создание плавного изгиба латеральных мышц.
Подтягивание с касанием грудью вместо затылка дает вам немного больший диапазон движения и не требует строгой техники, позволяя прибегать к «читтингу», чтобы продолжать упражнение даже после того, как вы устали.
Выполнение: (1) Возьмитесь за перекладину турника верхним хватом, широко расставив руки. (2) Повисните на турнике, а затем подтянитесь, стараясь коснуться перекладины верхней частью груди. Задержитесь на короткий момент в верхней точке движения, затем вернитесь в исходное положение.
Франко Коломбо
ПОДТЯГИВАНИЯ УЗКИМ ХВАТОМ
Цель упражнения: разработка мышц спины, расширение нижнего отдела латеральных мышц спины и развитие зубчатых мышц груди.
Это упражнение великолепно подходит для расширения и удлинения латеральных мышц. Оно также развивает передние зубчатые мышцы груди — те маленькие «пальцы» из мышечных волокон, которые расположены под верхним изгибом грудных мышц и играют важную роль во фронтальных позах, таких, как демонстрация бицепсов или любые позы с руками над головой.
Вы можете выполнять подтягивания узким хватом на обычной перекладине вместо скоб-адаптеров.
Выполнение: (1) Возьмитесь за перекладину турника (или за скобы-адаптеры, которые есть во многих гимнастических залах) узким хватом сверху. Повисните под перекладиной.
(2) Подтянитесь, немного запрокинув голову, так, чтобы грудь соприкоснулась или почти соприкоснулась с вашими руками. Медленно опуститесь, ощущая растягивание латеральных мышц. Работайте в полном диапазоне движения.
Вы можете выполнять подтягивания узким хватом на обычной перекладине вместо скоб-адаптеров.
Источник