§ 22. Строение и функции скелетных мышц

Определения и обозначения

Скелетная мышца — орган, который прикрепляется к костям и обеспечивает их движение. Она состоит не из одной клетки, а из множества объединённых элементов. Благодаря этому мышца может развивать заметную силу и управлять движениями тела.

Мышечное волокно — длинная многоядерная клетка, способная сокращаться. Внутри неё расположены сократительные структуры, поэтому волокно укорачивается при получении сигнала. Совокупность волокон образует более крупные части мышцы.

Миофибрилла — сократительная структура внутри мышечного волокна, состоящая из белковых нитей. Именно в ней происходит взаимодействие актина и миозина. Множество миофибрилл позволяет одной клетке сокращаться согласованно.

Сухожилие — плотная соединительная ткань, соединяющая мышцу с костью. Оно прочно прикреплено к мышце и передаёт её тягу скелету. Поэтому сокращение мышечных волокон превращается в движение кости.

Как это устроено

Скелетная мышца состоит из мышечных пучков, пучки — из мышечных волокон, а в волокнах находятся миофибриллы. Такая организация нужна потому, что отдельное волокно создаёт небольшое усилие, а множество волокон складывает свои силы. Пучки и вся мышца объединяют их работу и позволяют выполнять движения различной силы.

В миофибриллах расположены тонкие нити актина и толстые нити миозина. Их взаимодействие возможно благодаря особому расположению белковых нитей внутри сократительной структуры. Когда миозин тянет актин, отдельные участки миофибриллы сближаются, и мышечное волокно получает возможность укоротиться.

При сокращении нити актина скользят между нитями миозина, поэтому укорачиваются миофибриллы и мышечное волокно. Сами нити не становятся короче: меняется только степень их перекрывания. Благодаря одновременному сокращению множества миофибрилл всё волокно, а затем и мышца, развивает тягу.

Мышца передаёт усилие костям через сухожилия. Когда волокна сокращаются, мышца тянет сухожилие, а оно — кость, связанную с суставом. Кость перемещается потому, что сустав допускает движение её частей относительно друг друга.

Мышцы работают согласованно: одни сгибают конечность, а мышцы-антагонисты разгибают её. Это связано с тем, что мышца может тянуть кость при сокращении, но не может активно толкать её в обратную сторону. Поэтому для смены движения одна группа сокращается, а другая расслабляется и затем может взять на себя противоположное действие.

Уровни строения скелетной мышцы и их особенности

Таблицу удобно читать сверху вниз, чтобы проследить переход от целого органа к самым мелким сократительным элементам. При объяснении движения полезно идти в обратном направлении: взаимодействие нитей вызывает сокращение миофибрилл, волокон и мышцы, а сухожилие передаёт результат кости.

Разбор задач

Задача 1

Расположите части мышцы от самой крупной к самой мелкой: миофибрилла, мышечный пучок, мышечное волокно, скелетная мышца. Нужно восстановить уровни организации, а не перечислить части случайно. Каждый следующий уровень должен входить в предыдущий.

1. Определяем самый крупный объект — скелетную мышцу.
2. Вспоминаем, что мышца образована мышечными пучками.
3. Устанавливаем: пучок состоит из мышечных волокон.
4. Помещаем миофибриллу внутрь мышечного волокна.

Ответ: скелетная мышца — мышечный пучок — мышечное волокно — миофибрилла. Такой порядок показывает вложенность частей.

Задача 2

Объясните, почему при сокращении мышца тянет кость, к которой прикреплена. Нужно связать работу микроскопических структур с движением всего тела. Для этого проследим путь усилия от волокна до кости.

1. В миофибриллах скользят нити актина и миозина.
2. Мышечные волокна укорачиваются и тянут соединённые с ними структуры мышцы.
3. Сокращённая мышца натягивает сухожилие.
4. Сухожилие передаёт тягу кости, и она перемещается в суставе.

Ответ: мышца тянет кость, потому что её сокращение передаётся через сухожилие. Направление движения зависит от расположения мышцы и сустава.

Задача 3

При сгибании руки одна мышца сокращается, а другая расслабляется. Определите, почему для разгибания нужно обратное сочетание их работы. Здесь нужно применить понятие мышц-антагонистов и учесть, что мышца может только тянуть кость.

1. Называем мышцы, выполняющие противоположные действия, антагонистами.
2. При сгибании сокращается сгибающая мышца, а разгибающая расслабляется.
3. Для разгибания сокращение первой мышцы не подходит, потому что её тяга направлена на сгибание.
4. Поэтому сокращается разгибающая мышца, а сгибающая расслабляется.

Ответ: обратное сочетание нужно для изменения направления тяги. Так мышцы по очереди перемещают кость в противоположные стороны.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что мышца состоит только из мышечных волокон. Её строение имеет промежуточный уровень — мышечные пучки, объединяющие волокна. Проверить себя можно вопросом: что находится между целой мышцей и отдельной клеткой?

Ошибка: полагать, что при сокращении укорачиваются сами нити актина и миозина. На самом деле они скользят друг относительно друга, меняя перекрывание. Проверьте объяснение: в нём должно быть слово «скольжение», а не «сжатие нитей».

Ошибка: смешивать мышечное волокно и миофибриллу. Волокно является длинной многоядерной клеткой, а миофибриллы находятся внутри неё. Если объект можно назвать внутренней сократительной структурой клетки, это миофибрилла.

Ошибка: думать, что сухожилие сокращается вместе с мышцей. Сухожилие не выполняет сокращение, а передаёт уже возникшее усилие кости. Проверка проста: спросите, какая часть мышцы меняет длину благодаря взаимодействию актина и миозина.

Связь с другими темами

До изучения строения мышц нужно знать, как устроены скелет и суставы, потому что именно с ними связаны движения. Знание роли мышц помогает понять, почему изменение длины мышцы может менять положение костей.

Тема пригодится при изучении опорно-двигательной системы и нервной регуляции движений. Она также объясняет причины утомления мышц и помогает понять, зачем нужны разумная нагрузка, отдых и профилактика травм.

Что запомнить

• Скелетная мышца прикрепляется к костям и обеспечивает движение.
• Мышца образована пучками, пучки — мышечными волокнами.
• Внутри мышечных волокон находятся миофибриллы.
• Сокращение связано со скольжением нитей актина между нитями миозина.
• Сухожилия передают усилие мышцы костям.
• Мышцы-антагонисты выполняют противоположные движения.