Сокращение мышц что это значит

Эффективность двигателя или автомашины рассчитывают как процент потребляемой энергии, которая превращается в работу вместо тепла. В мышцах количество энергии, способной превращаться в работу, даже при наилучших условиях составляет менее 25% всей энергии, доставляемой к мышце (химической энергии питательных веществ), а остальная энергия превращается в тепло. Причина этой низкой эффективности связана с тем, что примерно половина энергии питательных веществ теряется во время образования АТФ, и только 40-45% энергии самой АТФ может позднее превратиться в работу.

Максимальная эффективность реализуется лишь при условии сокращения мышцы с умеренной скоростью. При медленном сокращении мышцы или без какого-либо ее укорочения во время сокращения освобождается небольшое количество поддерживающего тепла, хотя работа практически не выполняется, что снижает эффективность преобразования до нуля. Напротив, если сокращение слишком быстрое, большая доля энергии используется на преодоление вязкого трения внутри самой мышцы, и это также снижает эффективность сокращения. Обычно максимальная эффективность развивается, когда скорость сокращения составляет около 30%.

Характеристики сокращения целой мышцы

Многие особенности сокращения мышцы можно продемонстрировать на примере одиночных мышечных сокращений. Такие сокращения вызывают с помощью одиночного электрического возбуждения, иннервирующего мышцу нерва, или короткого электрического раздражения самой мышцы, что ведет к развитию одиночного сокращения, продолжающегося долю секунды.

Изотоническая и изометрическая системы для регистрации мышечного сокращения. Длительность изометрических сокращений различных типов скелетных мышц млекопитающих. Показан также латентный период между потенциалом действия (деполяризацией) и мышечным сокращением.

Изометрическое и изотоническое сокращение. Мышечное сокращение называют изометрическим, если мышца не укорачивается во время сокращения, и изотоническим — если мышца укорачивается, но ее напряжение на протяжении всего сокращения остается постоянным.

В изометрической системе мышца сокращается без уменьшения своей длины, а в изотонической системе мышца укорачивается против фиксированной нагрузки: мышца поднимает чашу весов с разновесом. Изометрическая система строго регистрирует изменения силы самого мышечного сокращения, а параметры изотонического сокращения зависят от нагрузки, против которой мышца сокращается, а также от инерции нагрузки. В связи с этим при сравнении функциональных особенностей различных типов мышц чаще всего используют изометрическую систему.

Особенности одиночных изометрических сокращений, зарегистрированных от разных мышц. В теле человека имеются много мышц разного размера — от очень маленькой стременной мышцы в среднем ухе, длиной в несколько миллиметров и диаметром около 1 мм, до очень большой четырехглавой мышцы, в 500000 раз крупнее стременной. При этом диаметр волокон может быть маленьким (10 мкм) или большим (80 мкм). Наконец, энергетика мышечных сокращений значительно варьирует от одной мышцы к другой. Поэтому не удивительно, что механические характеристики сокращений разных мышц различаются.

На рисунке показаны кривые регистрации изометрических сокращений трех типов скелетных мышц: глазной мышцы (длительность изометрического сокращения менее 1/40 сек), икроножной мышцы (длительность сокращения около 1/15 сек) и камбаловиднй мышцы (длительность сокращения примерно 1/3 сек). Интересно, что эти длительности сокращений приспособлены к функциям соответствующих мышц. Движения глаз должны быть чрезвычайно быстрыми, чтобы поддерживать фиксацию глаз на объекте для обеспечения ясного видения. Икроножная мышца должна сокращаться умеренно быстро, чтобы обеспечить скорость движения нижней конечности, достаточную для бега или прыжков. А камбаловидная мышца имеет дело в основном с медленными сокращениями для непрерывной длительной поддержки тела против силы тяжести.

Быстрые и медленные мышечные волокна. Как обсуждается в предыдущих статьях, посвященных спортивной физиологии, каждая мышца тела состоит из совокупности так называемых быстрых и медленных мышечных волокон, а также других волокон с переходными свойствами. В состав быстрореагирующих мышц входят в основном быстрые волокна и лишь небольшое число медленных. И наоборот, медленнореагирующие мышцы составлены главным образом из медленных волокон. Различия между этими двумя типами волокон следующие.

Быстрые волокна: (1) крупные волокна, обеспечивающие большую силу сокращения; (2) имеют хорошо развитый саркоплазматический ретикулум для быстрого выделения ионов кальция, инициирующих сокращение; (3) содержат большое количество гликолитических ферментов для быстрого освобождения энергии путем гликолиза; (4) имеют сравнительно бедное кровоснабжение, поскольку окислительный метаболизм имеет второстепенное значение; (5) содержат немного митохондрий также в связи со второстепенностью окислительного метаболизма.

Медленные волокна: (1) более мелкие волокна; (2) иннервируются также более мелкими нервными волокнами; (3) имеют хорошо развитую систему кровеносных сосудов и капилляров для доставки большого количества кислорода; (4) содержат значительно больше митохондрий для обеспечения высоких уровней окислительного метаболизма; (5) содержат большое количество миоглобина — железосодержащего белка, подобного гемоглобину эритроцитов. Миоглобин связывается с кислородом и хранит его до момента, когда в нем возникнет потребность (это также значительно увеличивает скорость транспорта кислорода в митохондрии). Миоглобин придает медленным волокнам красноватый вид, поэтому их называют красными волокнами, а из-за дефицита красного миоглобина в быстрых волокнах их называют белыми волокнами.

Видео физиология мышц и мышечного сокращения — профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Мышечное сокращение

Мы́шечное сокраще́ние — реакция мышечных клеток на воздействие нейромедиатора, реже гормона, проявляющаяся в уменьшении длины клетки. Эта 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.

Содержание

Введение

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 Ca 2+ в результате скольжения миозиновых филаментов относительно актиновых. Источником энергии сокращения служит АТФ. КПД мышечной клетки около 50 %.

Скольжение миозина относительно актина

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 Ca 2+ 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 миозиин 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

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

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

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 Ca 2+ -каналов в мембране ретикулума. Обратно ионы Ca 2+ попадают в ретикулум с помощью мембранных кальциевых насосов — Ca 2+ -АТФазы.

От выделения ионов Ca 2+ до сокращения миофибрилл

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 Ca 2+ и ослабляет действие тропонина I на актин, и тропомиозин занимает положение, не препятствующее связи актина с миозином.

Источник

Фасцикуляции мышц: причины, диагностика, лечение

Большая часть населения хотя бы раз испытывала подергивание мышц на разных частях тела. Такой симптом нередко пугает людей, а поиски ответов в интернете ставят в тупик, ведь зачастую такие запросы ведут на сайты с описанием грозных заболеваний нервной системы.

Например, фасцикуляции при полинейропатии и БАС являются характерными проявлениями, указывающими на нарушения в работе моторного нейрона. Подергивания мышц могут появляться и у людей, не имеющих неврологических заболеваний. Специалисты клиники неврологии Юсуповской больницы проводят высокоточное обследование и составляют для пациентов, у которых наблюдается дрожание и фасцикуляции, индивидуальные программы терапии.

Причины

Мышечные подергивания могут являться симптомом патологического состояния, которое может привести к смерти или же значительному ухудшению качества жизни:

Онкологии головного и спинного мозга;
Нейроинфекции;
Повреждения периферических нервов;
Интоксикации;
Болезни моторных нейронов.

Однако в большинстве случаев мышечные фасцикуляции имеют доброкачественную природу и не несут вреда для жизни. Фасцикуляции мышц — это неконтролируемые видимые кратковременные сокращения мышц. Как правило, они являются следствием тяжелой физической нагрузки, усталости или стресса. Фасцикуляции могут наблюдаться на разных частях тела, в том числе и на веках, щеках, губах и языке.

Фибрилляции и фасцикуляции мышц

Фибрилляция — это самопроизвольное сокращение определенного мышечного волокна, не приводящее к сокращению всей мышцы. Фибрилляция не заметна через кожу (в отличии от фасцикуляции). В Юсуповской больнице невропатологи при помощи высокочувствительного оборудования проводят дифференциальную диагностику между фибрилляцией и фасцикуляцией мышц.

При электромиографическом исследовании фибрилляции выявляются как асинхронный нерегулярный короткий (1-5 мс) низковольтный (20-300 мкВ) разряд в мышце (возникает, как правило, до 30 разрядов в 1 с).

Травматизация тела или аксона мотонейрона;
Первичные мышечные расстройства (миопатия).
Мышечные фасцикуляции на электромиографии выявляется как более длительный разряд (от 8 до 20 мс) и более высоковольтный (2-6 мВ). Фасцикуляции возникают через неравные интервалы времени (частота 1-50/мин).

У здорового человека фасцикуляции происходят в период расслабления мышц: во время, перед или после сна, в состоянии покоя. При активных движениях такие подергивания исчезают, но возобновляются вновь в покое. В отличие от фибрилляций не сопровождаются мышечной слабостью, потерей чувствительности и атрофией в мышечной ткани.

Фасцикуляция мышц – причина появления:

Заболевания мотонейрона (БАС — боковой амиотрофический склероз, прогрессирующие спинальные амиотрофии и другие);
Доброкачественные фасцикуляции;
Синдром болезненных мышечных фасцикуляций;
Травматическое повреждение или компрессия корешка и периферического нерва;
Лицевая миокимия (опухоль мозга, рассеянный склероз);
Синдром Исаакса (Синдром Айзекса);
Некоторые формы лицевого гемиспазма;
Постпаралитическая контрактура мимических мышц;
Ятрогенные фасцикуляции.

Фасцикуляции при неврозе

Неврозы – это объединяющее название для группы функциональных нарушений высшей нервной системы, которые сопровождаются астеническим синдромом, истерией либо навязчивыми проявлениями. В тяжелых случаях невротические расстройства могут сопровождаться фасцикуляциями мышц по всему телу, имеющими генерализованный характер. Главная причина неврозов – это психологическая травма. Зачастую все невротические состояния обратимы, однако они имеют тенденцию к затяжному течению.

Фасцикуляции при неврозе бывают различной интенсивности и характера. Например, дергание глаза, мышечные судороги, дрожь в икроножных мышцах. Порой больной может и не заметить такого рода отклонение. Стоит отличать генерализованные фасцикуляции от тиков – навязчивых движений (стук ручкой по столу или сотрясение головой).

Доброкачественный синдром крампи-фасцикуляции

Наиболее распространенным симптомом доброкачественного синдрома крампи-фасцикуляций является подергивание мышц бедер (в том числе фасцикуляции на ягодицах) или голени (фасцикуляции в икроножной мышце).

Люди также могут испытывать:

Внезапные сокращения или непроизвольные мышечные спазмы;

Симптомы тревоги (головная боль, одышка, ощущения кома в горле).

Фасцикуляции в ногах и ягодицах могут продолжаться от нескольких секунд до нескольких лет (появляются с определенной периодичностью, например, два-четыре раза в день).

При проведении исследований, снижения скорости проведения нервного возбуждения не наблюдается, как и снижения чувствительности, изменения рефлексов.

Возникают ли доброкачественные фасцикуляции у здорового человека?

Доброкачественные фасцикуляции у здорового человека возникают, как правило, во время расслабления мышц: во сне, утром, в покое. Однако могут иметь и другие причины:

Чрезмерные физические нагрузки (активное занятие спортом, поднятие тяжестей и т.д.);
Переутомление;
Стресс;
Переохлаждение;
Вредные привычки (употребление алкоголя, курение);
Чрезмерное потребление кофеина.

Мышечные подергивания могут возникать в результате травм, при нехватке минеральных веществ (магний и кальций).

Такие подергивания проходят самостоятельно через определенное время (временные промежутки могут напрямую зависеть от длительности стресса или других перенапряжений нервной системы), не сопровождаются мышечной слабостью, атрофией и потерей чувствительности. Не опасны для жизни человека, не имеют клинического значения, поэтому и называются «доброкачественными».

Фасцикуляции при БАС

Боковой амиотрофический склероз (БАС) является неизлечимой болезнью, при прогрессировании которой у больного развиваются мышечные атрофии, слабость. Фасцикуляции при БАС проявляются спонтанными, быстрыми и неритмичными сокращениями мышц. Фасцикуляции при данном заболевании возникают на начальном этапе вследствие поражения центрального или периферического мотонейронов. При различных формах БАС частота фасцикуляций различна, однако их развитие сопровождается мышечной слабостью.

Пациенты, у которых выявляется фасцикуляция языка при БАС, испытывают трудности при глотании, усиленное слюноотделение и изменение голоса. При проведении оценки степени поражения мышц методом электромиографии специалисты выявляют положительные потенциалы фасцикуляций, свидетельствующие о хронической денервации.

Специалисты диагностического центра Юсуповской больницы имеют необходимые навыки и оборудования для выявления неврологических заболеваний и их признаков. Так, в ходе обследования устанавливается частота фасцикуляций при БАС.

Мышечные подергивания при полинейропатии

Полинейропатия характеризуется множественными поражениями периферических нервов, при которых возникают фасцикуляции непрекращающиеся, мышечная слабость, дрожание пальцев, нарушение дыхательной функции.

Причиной фасцикуляции при полинейропатии может стать повышенная возбудимость нервных окончаний. При фасцикуляции ионные каналы могут регулировать интенсивность проявлений непроизвольных подергиваний. По мере того, как блокируются натриевые каналы, фасцикуляции уменьшаются на фоне приема лекарственных препаратов.

Врачи-неврологи при лечении пациентов, у которых отмечаются вызванные фасцикуляции, используют средства, зарегистрированные на территории РФ. Дополнением медикаментозной терапии при неврологических заболеваниях является лечебная физкультура, физиотерапия и массажи, проводимые специалистами клиники реабилитации Юсуповской больницы.

Диагностика

Диагностикой и лечением фасцикуляций, а также сопутствующих им патологий, занимается врач-невропатолог. Если вы постоянно испытываете мышечные спазмы-подёргивания, то необходимо обратиться к врачу для выяснения причины их возникновения.

В отделении неврологии Юсуповской больницы работают настоящие специалисты своего дела, которые многие годы занимаются патологией нервной системы. На приеме вы получите ответы на интересующие вас вопросы, например, врачи помогут установить, являются ли фасцикуляции мышц ног (фасцикуляции в икрах ног) доброкачественными мышечными подергиваниями или же это симптом серьезного неврологического заболевания.

Исходя из симптомов врач-невропатолог с диагностической целью может назначить прохождение определенного вида обследования:

Электромиограмма (ЭМГ);
Электронейромиография (ЭНМГ);
Нейровизуализация;
Анализ крови.

Профилактика и лечение

Мышечные фасцикуляции – нередко симптом той или иной неврологической патологии. Вот почему так важно сперва обнаружить заболевание, которое привело к возникновению мышечных подергиваний, а затем приступить к лечению болезни.

В некоторых ситуациях найти патологию не удаётся, в таком случае, вероятно, причиной фасцикуляций является недостаток микроэлементов, таких как магний и калий. В Юсуповской больнице вам подберут диету, которая будет включать в себя продукты, содержащие недостающие элементы.

Доброкачественные фасцикулярные подергивания обычно не причиняют вреда, поэтому не требуют лечения. Достаточно просто дождаться их самостоятельного исчезновения.

Фасцикуляциям, возникшим после активных физических нагрузок (чаще всего после бега или поднятия тяжести), больше всего подвержены малотренированные люди, которые ведут пассивный образ жизни. Непроизвольные подёргивания они могут заметить уже после первой тренировки. Именно поэтому занятия лучше начинать с лёгких упражнений.

Переохлаждения также считаются одной из причин возникновения спазма, поэтому следует защищать свой организм, чтобы избежать доброкачественных фасцикуляций. Переохлаждение организма происходит не только в холодное время года, но и как следствие ношения одежды не по сезону.

В жаркое время года к такому приводит купание в водоёмах, поэтому, чтобы избежать неприятных последствий, необходимо соблюдать правила поведения на воде. Злоупотребление алкогольными напитками также может вызвать неконтролируемые подергивания мышц.

Релаксационные мероприятия применяются в борьбе с переутомлением и другими неврологическими расстройствами. Такие занятия полностью ликвидируют последствия стрессовых ситуаций.

Лекарственные средства

Фибрилляция и фасцикуляции возникают при неврологических заболеваниях. При их лечении используются лекарственные препараты, устраняющие фасцикуляции, мембрана мышечных клеток при этом подвергается воздействию. Для лечения неврологических заболеваний и их проявлений следует обратиться к врачу неврологу, самолечение при этом недопустимо, так как оно может спровоцировать прогрессирование болезни.

Пантогам при фасцикуляциях снижает возбудимость нервной системы за счет содержания в составе оксимасляной кислоты. Данное средство показано людям, испытывающим умственное или нервное переутомление, в результате которого могут возникать непроизвольные подергивания мышц.

Если у больного диагностируется БАС, деменция или болезнь Паркинсона, фасцикуляции могут появляться на начальной стадии патологии в одной или нескольких областях. Высокоточная диагностика, проводимая в Юсуповской больнице, позволяет выявлять даже самые незначительные неврологические нарушения.

Оказание помощи в Юсуповской больнице

Главной задачей врачей-неврологов Юсуповской больницы является оказание качественной медицинской помощи. Лечебные мероприятия, проводимые в Юсуповской больнице для пациентов у которых отмечаются фасцикуляции при остеохондрозе, БАС и других нарушениях, способствуют улучшению качества жизни больных.

Врачи-неврологи Юсуповской больницы обращают внимание пациентов на то, что подергивания могут возникать не только при неврологических заболеваниях, но и при интоксикации, переутомлении и истощении организма. Если возникают фасцикуляции при миелорадикулоишемии и других болезнях, они требуют незамедлительного лечения.

Источник