Сила і робота м'язів

Механізм скорочення і розслаблення м'язів

Під час передачі нервового імпульсу через синапс на поверхні мембрани м'язового волокна виникає ПД. Деполяризація, яка поширюється мембраною, захоплює і мембрани Т-трубочок та цистерн СР, що тісно прилягають до них. Це підвищує проникність мембран СР до іонів кальцію, які за градієнтом концентрації надходять усередину міофібрил і розподіляються між актиновими та міозиновими нитками. Тут іони кальцію виконують дві функції. По-перше, вони зв'язуються з кальмодуліном, чим відкривають активний центр актину, з яким тут же вступає в реакцію міозиновий місток; по-друге, нейтралізують негативні заряди АТФ і АТФ-ази містка, внаслідок чого ензим наближається до АТФ і розщеплює її. Енергія, що виділяється при цьому, витрачається на поворот містка, який уже зв'язаний з актином. Після повороту міозинового містка він від'єднується від актину, а утворені під час розпаду АТФ неорганічний фосфат і АДФ відходять. На їх місце приєднується нова молекула АТФ, що призводить до розриву зв'язку міозину з активним центром актину, - відбувається ковзання ниток актину і міозину одна відносно іншої (на "один крок"). Водночас інший місток приєднується до наступного актинового центру і т.д. У результаті скорочується кожен саркомер окремо і все м'язове волокно в цілому.

Для розслаблення м'яза необхідно, щоб концентрація іонів кальцію у міофібрилі знизилася. Це досягається за рахунок роботи кальцієвої помпи на мембранах СР, яка активно перекачує туди іони кальцію. Актоміозинові зв'язки розриваються і м'яз завдяки своїй пружності та еластичності видовжується. Оскільки робота помпи вимагає затрат енергії, очевидно, що процес м'язового розслаблення супроводжується розпадом АТФ.

Таким чином, енергія АТФ під час м'язового скорочення і розслаблення витрачається на роботу Nа-К-помпи на поверхні мембрани м'язового волокна (створення мембранного потенціалу), на забезпечення роботи кальцієвої помпи на мембранах СР (створення надлишку іонів кальцію у порожнинах СР) і на саме м'язове скорочення (поворот міозинового містка і ковзання протофібрил).

Для вимірювання сили м'яза визначають масу максимального вантажу, який він в стані підняти, або максимальне напруження, яке він може розвинути в умовах ізометричного скорочення. За інших рівних умов сила м'яза прямо пропорційна його фізіологічному поперечному перерізу, що проходить перпендикулярно до м'язових волокон. Фізіологічний поперечний переріз збігається з геометричним (анатомічним) тільки у м'язах з поздовжньо розташованими волокнами. У м'язів із косим розташуванням волокон сума їх поперечних перерізів значно перевищує геометричний поперечний переріз самого м'яза. Тому сила такого м'яза є значно більшою, ніж сила м'яза такої ж товщини із поздовжньо розташованими волокнами. У зв'язку з цим обчислюють абсолютну силу м'яза, виражену у кілограмах на 1 см² його фізіологічного поперечного перерізу.

У процесі скорочення м'яз може виконувати роботу, яка дорівнює добутку маси піднятого вантажу на величину вкорочення м'яза. Робота, виконана за одиницю часу, називається потужністю м'яза. Залежність між величиною навантаження м'яза і роботою, яку він виконує, називається правилом середніх навантажень - це те навантаження, за якого робота і потужність м'яза максимальні. Наприклад, якщо середнє навантаження складає 50 кг, то під час навантажень, більших або менших від цієї величини, робота м'яза зменшується. Під час ізометричних скорочень робота м'яза дорівнює нулю.

Дата добавления: 2014-01-07