Архитектура скелетных мышц

Классификация мышц тела человека

Классифицируют в анатомии все скелетные мышцы по форме, положению в теле, функциям, направлению волокон и типу взаимодействия друг с другом. По форме различают короткие, длинные, широкие. По расположению – наружные или поверхностные, глубокие, внутренние, а также латеральные и медиальные. Такие виды различаются по направлению волокон:

• параллельные;
• косые;
• поперечные;
• круговые;
• одно, -двух и многоперистые;
• полусухожильные;
• полуперепончатые.

В этой классификации выделяют прямые, лентовидные, веретенообразные. Это простые мышцы.

Есть также двуглавые, трехглавые и 4-главые мышцы. Они относятся к сложным. В эту группу входят гребенчатые, зубчатые, квадратные, дельтовидные, трапециевидные.

Но наиболее известно разделение всех мышц по их функциям. Группы определяются в зависимости от типа выполняемого движения:

• сгибатели и разгибатели;
• отводящие и приводящие;
• наклоняющие вправо-влево;
• пронаторы и супинаторы;
• поднимающие – опускающие.

Есть также несколько видов в зависимости от того, как они взаимодействуют друг с другом.

• Так мышца, которая берет на себя основную нагрузку, называется агонистом.
• Все, которые помогают ей совершить это действие, работающие вместе – это синергисты.
• Те, которые противодействуют движению, работающие в другом направлении – это антагонисты.
• Есть еще стабилизаторы или фиксаторы. Они нужны, чтобы удерживать суставы в правильном положении во время нагрузки.

Сердечные мышцы

Кровообращение – одна из наиболее важных физиологических функций человека, работа которой обеспечивается благодаря работе сердца, выступающего в качестве некого насоса, перекачивающего кровь по всему организму.

Способность сердца сокращаться в течение всей жизни человека обеспечивается рядом физиологических функций сердечной мышцы. Она является уникальной и сочетает в себе некоторые функции как скелетных, так и гладких мышц. С первыми сердечная мышца схожа тем, что способна быстро сокращаться и интенсивно работать. В то же время, как и гладкие мышцы, мышца сердца работает неутомимо, автономно и не контролируется волей человека. Даже в бессознательном состоянии организма сердце продолжает совершать свою работу.

Основной и очень важной функцией сердечной мышцы является обеспечение движения крови в сосудах за счет своих сокращений.

Физиологическими особенностями сердечной мышцы являются:
• автоматизм – возбуждение возникает вследствие процессов, протекающих внутри самой мышцы;
• растяжимость – увеличение длины мышцы не нарушает ее структуры;
• эластичность – способность восстанавливать исходную форму по окончании действия деформирующей силы.
Сердечные мышцы во многом схожи с гладкими. Роль и тех и других сложно переоценить. Будучи незаметными и неподвластными воле человека, они обеспечивают работу, пожалуй, самых жизненно важных органов.

Особенности работы мышц

Большинство скелетных мышц приводят в движение тот или иной сустав. Есть мышцы-сгибатели, разгибатели, приводящие сустав, отводящие сустав, вращатели сустава.

Обычно в любом движении сустава участвует несколько групп мышц. Мышцы, совместно участвующие в каком-либо движении сустава, называют синергистами, а мышцы, участвующие в движении этого же сустава в противоположном направлении, антагонистами. Например, в локтевом суставе сгибатель (двуглавая мышца) и разгибатель (трёхглавая мышца) являются антагонистами.

Сокращаясь, мышца действует на кость как на рычаг и производит механическую работу. Для сокращения мышц необходима энергия.

Сгибание в суставе осуществляется при сокращении мышц сгибателей и одновременном расслаблении мышц разгибателей. Их согласованная деятельность возможна благодаря чередованию процессов возбуждения и торможения в нервных клетках спинного мозга. Например, сокращение мышц сгибателей руки вызывается возбуждением двигательных нейронов спинного мозга. Одновременно расслабляются мышцы разгибатели. Это связано с торможением других двигательных нейронов, связанных с мышцами разгибателями.

Мышцы сгибатели и мышцы разгибатели сустава могут одновременно находиться в расслабленном состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела руки находятся в состоянии расслабления. При удержании тяжелого предмета в горизонтально вытянутой руке наблюдается одновременное сокращение и сгибателей, и разгибателей сустава.

Включение разных типов волокон в зависимости от нагрузки

При легкой нагрузке (ходьба, прогулка на велосипеде, бег трусцой) энергия поставляется за счет аэробной системы — окисление жиров в мышечных волокнах типа I. Запасы жира неисчерпаемы.

При нагрузке средней мощности (бег, езда на велосипеде) в мышечных волокнах типа I помимо окисления жиров растет доля окисления углеводов, хотя энергообеспечение все еще протекает аэробным путем. Хорошо подготовленные спортсмены могут поддерживать максимальную аэробную нагрузку 1-2 часа. За это время происходит полное истощение запаса углеводов.

При повышении интенсивности работы (соревновательный бег на 10 км) включаются мышечные волокна типа IIа и окисление углеводов становится максимальным. Энергообеспечение идет за счет кислородного механизма, но и лактатная система вносит свой вклад. Организм перерабатывает молочную кислоту с той скоростью, с какой ее производит. Если уровень интенсивности и доля участия лактатной системы в энергообеспечении продолжают расти, молочная кислота накапливается и быстро истощаются запасы углеводов. Такая нагрузка может поддерживаться в течение ограниченного периода времени, в зависимости от тренированности спортсмена.

Во время спринтерской тренировки максимальной мощности или при выполнении интервалов с высокой интенсивностью включаются мышечные волокна типа IIb. Энергообеспечение идет полностью анаэробным путем. Источник энергии — исключительно углеводы. Показатели молочной кислоты сильно возрастают. Продолжительность нагрузки не может быть большой.

Медленные мышечные волока и их роль

А теперь представим, что мы выполняем тот же самый толчок штанги, но уже на большое количество повторений, как то делают спортсмены кроссфита. Быстрые мышечные волокна примерно за 30 секунд исчерпали ресурсы гликогена и креатин фосфата и утомились. А нам нужно продолжать движение. Тогда рекрутируются так называемые медленные мышечные волокна. Они работают на «аэробном» топливе, и могут выполнять много сокращений. У людей с их преобладанием будет предрасположенность к кроссфиту, бодибилдерским памповым тренировкам и…всем видам спорта, требующим выносливости, но не взрывной силы.

Часто говорят, что медленные мышечные волокна бесполезны в плане построения красивой фигуры, но это не так. Можно добиться их гипертрофии при помощи грамотного и регулярного тренинга.

События внутри волокна

Чтобы внешние сигналы могли изменить тип мышечного волокна, они должны влиять на синтез генов MyHC. В активированном мышечном волокне меняются концентрации сигнальных молекул: ионов кальция (Са2+), кислорода, жирных кислот и аденозинмонофосфата (АМР). Эти изменения запускают каскад внутриклеточных процессов. Начинается синтез различных ферментов и факторов транскрипции, которые стимулируют или подавляют работу множества генов, работающих либо в ядрах мышечных волокон, либо в их митохондриях, регулируя энергообмен. Некоторые ферменты влияют на структуру хроматина. Многочисленные белки взаимодействуют друг с другом, а результатом этого молекулярного квеста оказывается синтез факторов транскрипции, которые избирательно регулируют работу специфических «быстрых» или «медленных» генов мышечных волокон. Если определенное внешнее воздействие будет достаточно регулярным и длительным, судьба мышечных волокон переменится: быстрые станут медленными или медленные — быстрыми.

Концентрация сигнальных молекул зависит от характеристик внешнего сигнала, а концентрация определяет их эффект. Следовательно, в клетке должны быть сенсоры, способные эту концентрацию измерить. И такие сенсоры есть (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние внешних сигналов на работу генов мышечных волокон (крайне упрощенная схема).  Быстрые и медленные сигналы по-разному влияют на концентрацию
Са2+ и клеточных метаболитов в мышечных волокнах, молекулы-сенсоры фиксируют эти изменения и запускают каскад межгенных взаимодействий.
В результате этих взаимодействий происходит синтез и активизация факторов транскрипции, которые регулируют работу генов, кодирующих быстрые и медленные формы миозина.

Обозначения: АМР — аденозинмонофосфат; АМРК —  АМР-активируемая киназа; CaMKII — Ca2+-кальмодулин-зависимая протеинкиназа-II; 
НРН — пролилгидроксилаза HIF-1α; РКС — протеинкиназа С; PPARδ —фактор транскрипции.

Ca2+  —основной посредник, определяющий влияние нервного импульса на тип мышечного волокна. Быстрый сигнал вызывает в мышцах краткий, но значительный всплеск концентрации кальция, а медленный — более продолжительное повышение концентрации, но в целом весьма умеренное.  Ca2+ связывается с белком кальмодулином. При высокой концентрации ионов кальция комплекс  «Ca2+-кальмодулин» активирует фермент Ca2+-кальмодулинзависимую протеинкиназу II (CaMKII). Этот фермент активируется и во время физических упражнений. При низкой концентрации Ca2+ кальмодулин взаимодействует с другим ферментом, кальцинейрином, к которому имеет большее сродство. Этот выбор определяет дальнейший путь активации работы генов. Кальцинейрин поддерживает нормальную работу зрелых медленных волокон, он также может быть вовлечен в трансформацию быстрых волокон в медленные. CaMKII, напротив, открывает путь, который активирует быстрые гены и подавляет работу медленных. Изменения в медленном направлении сопровождаются повышенной активностью окислительных ферментов митохондрий. Уровень ферментов гликолиза при этом снижается на 30—60%.  Сокращается и размер волокон. Сходные изменения происходят при тренировках на выносливость.

Другой фермент, с которым взаимодействуют ионы кальция, — протеинкиназа С (РКС). Взаимодействие происходит после быстрого сигнала, активация РСК приводит к подавлению синтеза медленного миозина. Есть еще несколько белков, с которыми взаимодействует Ca2+, они прямо или косвенно поддерживают свойства медленных волокон.

Классификация мышц

Мышцы человека классифицируют по форме, положению на теле, направлению волокон, выполняемой функции, по отношению к суставам и др. (табл. 3).

Таблица 3

Форма мышц в зависимости от расположения мышечных волокон к сухожилию

По форме	По отношению к суставам	По расположению в теле человека	По направлению волокон	По выполняемой функции	По отношению к частям тела
Длинные Короткие Широкие	Односуставные Двусуставные Многосуставные Сгибатели Разгибатели Отводящие Приводящие Супинаторы Пронаторы Сфинктеры Расширители	Поверхностные Глубокие	Круговые Параллельные Лентовидные Веретенообразные Зубчатые Косые 1)одноперистые; 2)двуперистые; 3) многоперистые	Дыхательные Жевательные Мимические	Головы Шеи Туловища: 1) груди; 2) спины; 3) живота Конечностей: 1) верхних; 2)нижних

Форма мышц может быть очень разнообразной, она зависит от расположения мышечных волокон к сухожилию (рис. 54).

Рис. 54. Форма мышц:

А — веретенообразная; Б — двуглавая мышца; В — двубрюшная мышца; Г— мышца с сухожильными перемычками; Д — двухперистая мышца; Е— одноперистая мышца; 1— брюшко мышцы; 2, 3— сухожилия мышцы; 4 — сухожильная перемычка; 5 — промежуточное сухожилие

Чаще встречаются веретенообразные мышцы. В них пучки волокон ориентированы параллельно длинной оси мышцы, а брюшко, постепенно сужаясь, переходит в сухожилие. Мышцы, у которых мышечные волокна прикрепляются к сухожилию только с одной стороны, называются одноперистыми, а с двух сторон — двухперистыми. Мышцы могут иметь одну или несколько головок, отсюда и название: двуглавая, трехглавая, четырехглавая. Некоторые мышечные волокна расположены циркулярно и образуют мышцы сфинктеры, которые окружают ротовое и заднепроходное отверстия и др.

Название мышцы может отражать ее форму (ромбовидная, трапециевидная, квадратная), размер (длинная, короткая, большая, малая), направление мышечных пучков или самой мышцы (косая, поперечная), выполняемую ею функцию (сгибание, разгибание, вращение, поднимание).

По отношению к суставам мышцы располагаются неодинаково, что определяется их строением и функцией. Если мышцы действуют на один сустав, они называются односуставными, если же перекидываются через два сустава и больше — двусуставными и многосуставными. Некоторые мышцы могут брать начало от костей и прикрепляться к костям, не соединяясь при помощи суставов (например, подъязычная, челюстно-подъязычная, мимические мышцы, мышцы дна рта, мышцы промежности).

Структура мышц и принципы их работы

Каждая мышца – это не отдельный орган, а часть единой системы. Она состоит из множества взаимосвязанных клеток – миоцитов, они покрыты рыхлой и плотной соединительной тканью – фасцией.

В структуре каждой мышцы выделяют две зоны:

1. Брюшко.
2. Сухожилие.

Основная работа выполняется первой частью. Брюшко состоит из миоцитов, которые способны сокращаться. Поэтому функция этой зоны активная, сократительная.

Сухожилие выполняет пассивную работу – это плотная соединительная ткань, с помощью которой мышца прикрепляется к костям или суставам.

Костно-мышечная система человека работает в тесной взаимосвязи. Кости – это не только место прикрепления мышц, но источник кальция для их сокращения.

В свою очередь мышцы во время работы улучшают питание костей, ускоряя кровообращение и обменные процессы в области надкостницы.

Механизм работы мышечных волокон был открыт в середине XX века. Его назвали теорией скользящих нитей.

Сокращение и расслабление регулируется нервными импульсами с помощью ионов кальция и магния.

Магний – это как тормозная жидкость, позволяющая мышечным волокнам в покое не растрачивать энергию.

При прохождении нервного импульса высвобождаются ионы кальция, которые стимулируют сокращение волокон.

Питание осуществляется через тонкие капилляры, которые проходят между волокнами. Там же располагаются нервные пучки, через которые подается сигнал. Источником энергии служит глюкоза или жирные кислоты.

Обязательно также присутствие ионов кислорода. Причем, эти вещества постоянно должны поступать в организм извне. Мышцы не способны накапливать много АТФ. При недостатке энергии быстро начинается их истощение, утомление, накапливается молочная кислота.

Строение мышц человека

Мышечное волокно – это единая клетка, состоящая из нитей разной толщины.

Она многоядерная, но взаимодействуют волокна только на определенном участке. Он называется саркомером и составляет обычно 30% от длины мышцы. Именно на этом участке она сокращается или растягивается. Эластичность обеспечивается белками коллагеном и эластином.

Обязательно прочитайте мою подробнейшую статью про коллаген для суставов. Уверен, вам понравится.

Оболочка мышечных волокон покрыта миофибриллами. От их количества зависит скорость сокращения мышц и их сила. Тренировки приводят к увеличению толщины и количества миофибрилл. При росте их в 2 раза сила мышцы возрастает в 3 раза.

Сами миоциты состоят по большей части из воды, ее в составе мышечных клеток 70-80%. Есть также в них белки, гликоген, минеральные соли. А оболочка, от которой зависит работа волокон, имеет более сложное строение. В ней выделяют несколько веществ:

• актин – аминокислота, составляющая тонкие нити, отвечает за сокращение;
• миозин составляет толстые нити, представляет собой полипептидные цепочки из 2 тысяч аминокислот;
• актиномиозин – комплекс белков, образующийся при их взаимодействии.

Благодаря такому сложному строению каждое мышечное волокно способно выдерживать серьезные нагрузки. Сила мышц зависит от количества миоцитов, а также от входящих в их состав микроэлементов.

Если их клетки не будут получать белки, глюкозу, жирные кислоты и кислород, способность к сокращению снизится, они будут уменьшаться в размерах.

Группы скелетных мышц

Мышцы тела человека подразделяют в соответствии с их расположением в организме.

Мышцы головы по функциям делят на жевательные и мимические.

Жевательные мышцы одним концом прикреплены к костям черепа, другим – к нижней челюсти. Они необходимы для механического измельчения и перемешивания пищи, то есть для её пережёвывания.

Мимические мышцы одним концом прикреплены к лицевой части черепа, а другим – к внутренней поверхности кожи лица. Круговые мышцы рта и глаз являются исключением среди скелетных мышц, они не прикреплены к костям. Мимические мышцы осуществляют открывание и закрывание глаз, придают лицу определённое выражение, а также служат для произнесения некоторых звуков.

Мышцы шеи обеспечивают движения шеи и головы, а также нижней челюсти.

Мышцы спины осуществляют движения головы, шеи, лопаток. Они могут приподнимать и опускать руки. Также благодаря спинным мышцам поддерживается вертикальное положение тела.

Одна группа мышц груди присоединена к костям плечевого пояса и рук и участвует в их движении. Другая – межреберные мышцы, они поднимают и опускают рёбра при внешнем дыхании.

Мышцы живота формируют передние и боковые стенки живота, вместе их называют брюшным прессом. Их так назвали потому, что при совместном сокращении они надавливают на внутренние органы, располагающиеся в брюшной полости. Мышцы живота необходимы для поворотов туловища в стороны и наклонов. Они участвуют в дыхательных движениях, а также во многих других процессах жизнедеятельности. При этом брюшной пресс выполняет не только двигательную, но и защитную функцию.

К мышцам живота относят также диафрагму, которая герметично разделяет полость тела человека на грудную и брюшную полости. Основная функция диафрагмы – участие в дыхательных движениях.

Мышцы плечевого пояса и руки обслуживают разные и сложные перемещения руки и её отделов.

Мышцы тазового пояса и ноги:

• Тазовые мышцы обеспечивают движение бедра.
• Мышцы бедра участвуют в движении бедра и голени.
• Мышцы голени необходимы для движения стопы.
• Мышцы стопы сгибают и разгибают пальцы ног.

Быстрые мышечные волокна и их роль

Гликолитические мышечные волокна призваны выполнять работу с большой мощностью, но небольшой продолжительности. Например, при толчке штанги, или беге на 50 м мы тренируем преимущественно их. Они используют «углеводное» топливо, то есть питаются за счет процесса гликолиза. Преобладание белых мышечных волокон означает, что человек от природы склонен к силовой нагрузке с малым количеством повторений и значительными весами отягощений. Он может совершать больше работы за единицу времени, если «больше»- это значительный вес на штанге, а не количество повторений.

Быстрые мышечные волокна часто не склонны к гипертрофии (большому объему), но достаточно жесткие. Люди с их преобладанием могут и не быть наделенными большой мышечной массой изначально. Но они как раз из тех, кто жмет свой вес на своей первой тренировке, и все вокруг удивляются, за счет чего же это происходит, так как не видят внушительной мышечной гипертрофии.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

В прошлый раз мы познакомились с тем, из каких основных компонентов состоят наши скелетные мышцы. Теперь мы познакомимся со структурой скелетных мышц и функцией отдельных ее компонентов.

Итак, начнем с самого главного компонента мышцы — мышечных волокон. В мышце мышечные волокна составляют приблизительно 85%. На долю всех остальных компонентов остается 15%.

Длина мышечного волокна

Долгое время считалось, что длина мышечных волокон может быть очень большой, более 30 см. Однако ученый А.Дж. МакКомас в своей книге «Скелетные мышцы» показал, что длина мышечных волокон составляет приблизительно 12 см. Можно, однако возразить: «А как же длинные мышцы? Ведь их длина иногда составляет более 40 см?». А.Дж. МакКомас считает, что длинные мышцы состоят из участков, называемых компартментами. Длина этих участков как раз и составляет 12 см. Портняжная мышца состоит из четырех компартментов, полусухожильная – из трех, двуглавая бедра – из двух.

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах «Гипертрофия скелетных мышц человека» и «Биомеханика мышц«

Длина мышечного волокна зависит от типа мышцы. В перистых мышцах (мышечные волокна прикрепляются под углом к линии, соединяющей начало и конец мышцы) мышечные волокна значительно короче, чем в веретенообразных мышцах (мышечные волокна расположены параллельно линии соединяющей начало и конец мышцы). Так в латеральной широкой мышце бедра, одной из головок четырехглавой мышцы (перистой), длина мышечных волокон составляет 7,2 см.

Площадь поперечного сечения мышечного волокна

Диаметр мышечных волокон варьирует от 20 до 80 мкм (1 мкм – это одна миллионная метра). Существует очень важный показатель, характеризующий мышечное волокно – площадь его поперечного сечения. На основе этого показателя многие ученые судят о гипертрофии мышечного волокна – то есть увеличении его объема. Естественно, площадь поперечного сечения мышечного волокна зависит от целого ряда факторов: типа мышцы, типа мышечного волокна, пола, возраста, уровня тренированности. У не тренирующихся молодых мужчин этот показатель в среднем равен 5500 мкм2, а у женщин – 3500 мкм2.

Энергетика мышечного волокна

Основная функция мышечных волокон – преобразование химической энергии в механическую. В мышечных волокнах выделение энергии происходит в результате реакции гидролиза АТФ (соединения с водой). Универсальным источником энергии в живом организме является молекула аденозинтрифосфата (АТФ), которая при соединении с водой (Н₂О) отсоединяет одну фосфатную группу и превращается в аденозиндифосфат (АДФ), при этом выделяется энергия.

АТФ+Н₂О → АДФ+Н₃РО₄ + энергия

Запасы АТФ в мышечных волокнах незначительны (5 моль/кг) и их достаточно для выполнения мышечной работы в течение 1-2 с, поэтому для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности должно происходить пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных волокнах непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ. Реакция ресинтеза АТФ имеет следующий вид:

АДФ + фосфат + энергия  → АТФ.

Таким образом, при функционировании мышц в них одновременно протекают два процесса: гидролиз АТФ, дающий необходимую энергию для сокращения и расслабления мышц, и ресинтез АТФ, восполняющий потери этого вещества.

Рекомендуемая литература

1. Ванек Ю. Спортивная анатомия.- М.: Академия, 2008.- 304 с.
2. Мак-Комас А. Дж. Скелетные мышцы человека. – Киев: Олимпийская литература, 2001.- 407 с. (Текст этой монографии А.Дж. Мак-Комаса ориентирован на подготовленного читателя.)
3. Самсонова, А.В. Влияние силовой тренировки на параметры, определяющие объем скелетных мышц человека /А.В. Самсонова, И.Э. Барникова //Культура физическая и здоровье, 2013.- № 4 (46).- С. 35-38
4. Самсонова, А.В. Гипертрофия скелетных мышц человека. – СПб: Кинетика, 2018. – 159 с. (В этом учебном пособии состав скелетных мышц описан подробно, текст ориентирован на неподготовленного читателя).
5. Ткачук М.Г., Степаник И.А. Анатомия. – М.: Советский спорт, 2010.­ 392 с. (для неподготовленного читателя)

Моль – единица измерения количества вещества. 1 моль равен количеству вещества, в котором содержится N_A частиц. N_A – постоянная Авогадро. N_A = 6,02214179×1023.

Мышечные волокна

Мышечные клетки (волокна) имеют очень вытянутую форму (словно нити) и бывают двух типов: быстрые (белые) и медленные (красные). Часто встречаются данные и о третьем промежуточном типе мышечных волокон. Обсудим более детально типы мышечных волокон в отдельной статье, а здесь ограничимся лишь общими сведениями. В некоторых крупных мышцах длина мышечных волокон может достигать десятка сантиметров (например, в квадрицепсе).

Медленные мышечные волокна

Эти волокна не способны к быстрым и мощным сокращениям, но зато способны сокращаться долго (часами) и связаны с выносливостью. Волокна этого типа имеют много митохондрий (органоиды клетки, в которых происходят главные энергетические процессы), значительный запас кислорода в соединении с миоглобином. Преобладающим  энергетическим процессом в этих волокнах является аэробное окисление питательных веществ. Клетки этого типа опутаны густой сетью капилляров. Хорошие марафонцы, как правило, имеют в своих мышцах больше волокон именно этого типа. Отчасти это имеет генетические причины, а отчасти объясняется особенностями тренировок. Известно, что при специальных тренировках на выносливость в течение длительного времени в мышцах начинает преобладать именно такая (медленная) разновидность волокон.

В статье основы кардиотренинга я рассказал об энергетических процессах, происходящих в мышечных волокнах.

Быстрые мышечные волокна

Эти волокна способны к очень мощным и быстрым сокращениям, однако, они не могут сокращаться продолжительное время. Этот тип волокон имеет меньшее количество митохондрий. Быстрые волокна опутаны меньшим количеством капилляров по сравнению с медленными волокнами. Большинство тяжелоатлетов и спринтеров, как правило, имеют больше белых мышечных волокон. И это вполне закономерно. При специальных тренировках силовой и скоростной направленности в мышцах возрастает процент белых мышечных волокон.

Когда говорят о приёме таких препаратов спортивного питания, как креатин, речь идёт как раз о развитии белых мышечных волокон.

Мышечные волокна тянутся от одного сухожилия до другого, поэтому зачастую длина их равна длине мышцы. В месте соединения с сухожилием оболочки мышечных волокон прочно связываются с коллагеновыми волокнами сухожилия.

Каждая мышца обильно снабжена капиллярами и нервными окончаниями, идущими от мотонейронов (нервных клеток, отвечающих за движение). Причём, чем тоньше работа, совершаемая мышцей, тем меньшее количество мышечных клеток приходится на один мотонейрон. Например, в мышцах глаза на одно нервное волокно мотонейрона приходится 3-6 мышечных клеток. А в трёхглавой мышце голени (икроножная и камбаловидная) на одно нервное волокно приходится 120-160 и даже более мышечных клеток. Отросток мотонейрона соединяется с каждой отдельной клеткой тонкими нервными окончаниями, образуя синапсы. Мышечные клетки, иннервируемые одним мотонейроном, называются двигательной единицей. По сигналу мотонейрона они сокращаются одновременно.

По капиллярам, опутывающим каждую мышечную клетку поступает кислород и другие вещества. Через капилляры же в кровь выводится молочная кислота, когда она образуется в избытке при интенсивных нагрузках, а также углекислый газ, продукты метаболизма. В норме у человека на 1 кубический миллиметр мышц приходится около 2000 капилляров.

Усилие, развиваемое одной мышечной клеткой, может достигать 200 мг. То есть при сокращении одна мышечная клетка может поднять вес в 200 мг. При сокращении мышечная клетка способна укоротиться более, чем в 2 раза, увеличиваясь в толщину. Поэтому мы имеем возможность демонстрировать свои мышцы, например, бицепс, сгибая руку. Он, как известно, приобретает форму шара, увеличиваясь в толщину.

Посмотрите на рисунок. Здесь хорошо видно, как именно расположены в мышцах мышечные волокна. Мышца в целом находится в соединительнотканной оболочке, называемой эпимизием. Пучки мышечных клеток также разделены между собой слоями соединительной ткани, в которых проходят многочисленные капилляры и нервные окончания.

Кстати говоря, мышечные клетки, принадлежащие одной двигательной единице могут лежать в разных пучках.

Далее, переходим к отдельно взятой мышечной клетке.

В цитоплазме мышечной клетки присутствует гликоген (в виде гранул). Интересно, что мышечного гликогена в организме может быть даже больше, чем гликогена в печени в силу того, что мышц в организме много. Однако, мышечный гликоген может быть использован только локально, в данной мышечной клетке. А гликоген печени используется всем организмом, в том числе и мышцами. О гликогене мы ещё поговорим отдельно.

Размер и сила

Помимо типа мышечных волокон, у них есть еще такие характеристики, как размер и сила. Размер — результат баланса между синтезом и деградацией белков мышечных волокон. Белковый синтез происходит в ядре. Единственное ядро не может обеспечить потребности огромного мышечного волокна, поэтому ядер много. Изменения размера волокна зависят, таким образом, от количества ядер, скорости белкового синтеза в каждом ядре и скорости деградации белков. При росте мышц клетки-спутники сливаются с мышечными волокнами, отдавая им свои ядра. При атрофии эти ядра остаются в волокне, но белковый синтез в них прекращается или заметно снижается (об этом см. статью «Мышечная память»)

И белковый синтез, и присоединения новых ядер зависит от механической нагрузки и электрической стимуляции мышц. Размер мышц регулируют, в том числе, два вещества, действующие как мышечные гормоны. Одно из них миостатин. Как следует из названия, он подавляет рост мышц. При силовых тренировках уровень миостатина падает, и мышцы растут, потому что в них увеличивается количество мышечных волокон и их размер. Однако миостатин не регулирует синтез сократительных белков и влияет только на размеры мышечного волокна, но не на его силу.

Второй фактор, инсулиноподобный фактор роста I (IFG-1), вызывает увеличение размера мышечных волокон. Его синтез стимулируют упражнения с нагрузкой. При избытке IFG-1 мышечная масса возрастает. Это может происходить в результате влияния на белковый синтез или потому, что фактор активирует сателлитные клетки, и они сливаются с мышечными волокнами, но влияние на сателлитные клетки еще надо доказать.

Регулировать необходимо не только белковый синтез, но и атрофию мышц. В неактивных волокнах возрастает концентрация миостатина, который подавляет синтез белков и рост мышечного волокна. Кроме того, в мышцах идет активный протеолиз, при котором значительная часть мышечных белков растворяется. Основную роль в этом процессе играет убиквитин-протеасомный путь.  Короткий пептид убиквитин «помечает» обреченные белки, присоединяясь к ним, и затем эти белки разлагаются в большом белковом комплексе — протеасоме.

Итак, механическое воздействие или нервное возбуждение запускает сложные молекулярные механизмы  приводящие, в конечном итоге, к регуляции работы быстрых и медленных генов. Судя по всему, и быстрый, и медленный путь развития требуют специфического воздействия, нет такого пути, по которому клетка шла бы «по умолчанию».

Спортсменам прекрасно известно, какие упражнения нужно делать, чтобы получить желаемый результат. Будем надеяться, что знание молекулярных механизмов поможет им в их нелегком труде.

Инструкция по определению своего повторного максимума

Прежде всего, выберите упражнение, которое у Вас получается очень хорошо. Его Вам делать приятно и техника даётся легко. Для начинающих в целях тестирования подходят следующие упражнения:

В идеале это должно быть простое односуставное упражнение. В тренажёрном зале можно выполнить:

и некоторые другие упражнения.

Итак, решите, какое именно упражнение Вы будете использовать и начните определение повторного максимума.

Тест стоит проводить в отдельный от тренировок день. Хорошенько разомнитесь и выставьте на снаряде вес, который Вы можете одолеть не менее 8 раз. Сделайте с ним подход из 6 повторений.

Затем увеличьте вес примерно на 10%, отдохните 2-3 минуты, и снова проделайте подход в данном упражнении, сделав 3-4 повторения.

Далее вновь увеличьте вес на 5-10%, отдохните 3 минуты и снова сделайте несколько повторений (3-2), не доводя усилия до отказа.

Таким образом, продолжайте эту процедуру до тех пор, пока не достигнете такого веса, который будет Вам по силам лишь в одном технически точном повторении. Убедитесь, что вес, увеличенный на 1-2% Вам уже не по силам.

Если Вы используете упражнение жим штанги лёжа на наклонной или на горизонтальной скамье, обязательно позовите на помощь партнёра, который будет следить за Вами и «спасёт» Вас, если не справитесь.

Прекратите выполнение теста, если почувствуете малейшие признаки травмы или перенапряжения: боль в мышцах или в суставах, неудобство траектории упражнения, потемнение в глазах.

Затратив примерно 15 минут Вы узнаете, на что способны в данном упражнении.

Вы определили свой повторный максимум. Что делать дальше?

Отдохните примерно 10 минут, стараясь не остыть. Для этого накиньте на себя более тёплую одежду, желательно с капюшоном. Просто походите по залу и посмотрите, как тренируются другие. Время от времени делайте различные махи руками и наклоны, чтобы поддержать мышцы в тонусе.

После этой паузы выставьте в том самом упражнении вес, равный в точности 80% от повторного максимума.

А затем технически точно (не слишком медленно, не слишком быстро, но обязательно в полную амплитуду) поднимите его столько раз, сколько сможете, прилагая все возможные усилия. Но не перенапрягаясь до темноты в глазах.