Будова поперечнополосатого м'язового волокна. М'язове волокно велика клітина діаметром 10-100 мкм і довжиною в кілька сантиметрів. Вона складається з оболонки, цитоплазми, ядра, мітохондрій і інших внутрішньоклітинних включень. На відміну від інших клітин, м'язове волокно має багато ядер. Крім того, в м'язовому волокні є тонкі нитки - міофібрили, які відіграють основну роль при скороченні і властиві тільки м'язових волокон.
Смугастість м'язового волокна обумовлена тим, що кожна миофибрилла складається з світлих і темних ділянок-дисків (рис, 38).
Посередині кожного світлого диска є темна пласка Z -мембрана, яка проходить через все міофібрили м'язового волокна, розділяючи його на саркомеров. Кожен саркомер складається з розташованих паралельно міомеров - ділянок міофібрил, обмежених двома Z -мембранамі. Кожен міомеров складається з темного диска А і двох половинок дисків I по обидва боки від нього. Посередині диска А розташована світла смужка H. За допомогою електронного мікроскопа встановлено, що миофибрилла побудована з ще більш тонких ниток - протофібрілл. Розрізняють два види протофібрілл: товсті - близько 10 нм - і тонкі - 5 нм, Товсті протофібрілли складаються з білка міозину, тонкі - з білка актину. Диск I містить лише тонкі Актинові протофібрілли, H -смужки - тільки міозіновие нитки. Темні частини диска А по обидва боки від H -смужки складаються з обох типів протофібрілл.
Механізм скорочення. Актин і міозин називають скорочувальними білками, але самі вони не здатні скорочуватися. Скорочується тільки актоміозіновий комплекс за рахунок того, що нитки міозину глибше заходять між нитками актину. Чим сильніше волокно або м'яз розтягнуті, тим ширше диск I і H -смужки і тим вже темні частини диска А. Навпаки при скороченні темні ділянки диска А подовжуються, а диск I і H -смужки коротшають, довжина диска А залишається постійною. Для скорочення м'яза і виконання певної роботи потрібна енергія. У м'язах використовується хімічна енергія поживних речовин, переважно глюкози, Але хімічна енергія глюкози не йде безпосередньо на виконання механічної роботи. Ця енергія внаслідок ряду біохімічних, перетворень, які отримали назву гліколізу, накопичується в хімічних зв'язках аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Скорочення міофібрили, т. Е. Ковзання ниток міозину між Актинові нитками, відбувається за рахунок енергії, що виділяється при гідролізі АТФ. Ферментом, що розщеплює АТФ, є сам актоміозіновий комплекс, АТФазна активність якого проявляється тільки в присутності іонів Са. Нервовий імпульс викликає викид Са з бульбашок саркоплазматической мережі в простір навколо протофібрілл.
Під час скорочення м'язи не вся хімічна енергія перетворюється в механічну - частина її виділяється у вигляді тепла і витрачається на зігрівання організму. Тому, коли людина працює фізично, йому стає жарко. Коефіцієнт корисної дії м'язів становить 20-40% (більшість технічних апаратів, що перетворюють хімічну енергію палива в механічну роботу, мають значно менший ККД).
Види скорочень м'язи. У відповідь на короткочасне роздратування м'язи електричним струмом виникає швидке і короткочасне скорочення, яке проявляється у здригання м'яза. Це одиночне скорочення, воно триває 0,05 - 0,1 с. За цей час м'яз не тільки скорочується, але і розслабляється. При серії подразнень у відповідь на кожне з них виникає одиночне скорочення м'яза. При частоті подразнень більше 10 разів на секунду м'яз не встигає кожен раз розслабитися повністю і окремі її поодинокі скорочення починають зливатися. Коли частота роздратування досягає 50-100 в секунду, поодинокі скорочення зливаються повністю і виникає тетаническое скорочення (тетанус), яке триває стільки часу, скільки діє роздратування. Отже, тетаническое скорочення - результат сумації одиночних скорочень при високій частоті роздратування. Більшість рухів нашого тіла обумовлено тетанічних скороченнями скелетних м'язів.
У спати здоровому організмі скелетні м'язи весь час знаходяться в стані незначного скорочення. Це тонус м'язів, який, зокрема, підтримує позу нашого тіла. Тонус обумовлений неодночасним скороченням невеликих груп м'язових волокон, переважно червоних м'язів. Оскільки волокна при підтримці тонусу скорочуються по черзі, тонус м'язів може тривати Досить довго (кілька годин) без виникнення втоми.
В скелетної м'язі все волокна ізольовані один від одного і збудження не переходить з одного м'язового волокна на інше. В організмі м'язові волокна отримують збудження від нервових волокон.
Кожне м'язове волокно при порушенні скорочується максимально. Сила скорочення всього м'яза залежить від того, скільки її волокон в даний момент скорочується. Аксон, що відходить від рухового нейрона в спинному мозку, іннервує кілька десятків м'язових волокон. Такий комплекс - нейрон і все іннервіруемие їм м'язові волокна - називається моторної одиницею. При порушенні нейрона скорочуються всі м'язові волокна цієї одиниці. Чим тонше робота, виконувана м'язом, тим з більшого числа моторних одиниць вона складається і тим менше волокон в складі кожної моторної одиниці. Так, в м'язах пальця моторні одиниці містять 10-20 м'язових волокон, а в деяких м'язах спини - понад 1000. Такі моторні одиниці дають сильне, але недиференційоване скорочення.
Втома м'язів. При тривалій роботі м'язів виникає стомлення, яке виражається в тимчасовому зниженні працездатності. Втома розвивається тим швидше, чим більше навантаження на м'язи і частіше їх скорочення. При малому навантаженні і рідкісному ритмі скорочень стомлення не розвивається, але продуктивність праці низька. Під час виконання фізичної роботи необхідно підібрати такий ритм і навантаження, щоб продуктивність роботи була максимальною, а стомлення розвивалося найбільш пізно. Це положення вперше сформулював І. М. Сєченов. Він також встановив, що стомлення проходить швидше при перемиканні з одного виду роботи на інший. Так, втомлена рука відпочиває / швидше, якщо працюють м'язи іншої руки, втома від розумової праці швидше проходить під час фізичних вправ. Такий відпочинок називається активним.
Втома виникає внаслідок процесів, які відбуваються в нервових центрах. Швидкість його розвитку залежить від стану нервової системи. Тому при сильному нервовому збудженні, наприклад під час спортивних змагань або при боротьбі за власне життя, людина здатна витримувати такі великі фізичні навантаження, які в звичайних умовах здаються неможливими.