Строение мышцы: как устроены мышцы и как они сокращаются

Что такое мышца

Мышца — орган, который умеет сокращаться, то есть укорачиваться и тянуть. Всё, что в теле движется, движут мышцы: руки и ноги, глаза и язык, сердце, стенки желудка и сосудов. Даже когда человек сидит неподвижно, часть мышц работает — держит позу и голову, иначе она бы падала на грудь.

Мышцы, которые прикреплены к скелету, называют скелетными. У человека их больше шестисот, и вместе они составляют у взрослого примерно от трети до двух пятых массы тела. Эти мышцы мы включаем по своей воле: захотел — поднял руку. Другие мышцы — в сердце и стенках внутренних органов — работают сами, и разговор о них пойдёт ниже.

Из чего состоит скелетная мышца

Скелетную мышцу удобно представить как толстый канат, свитый из всё более тонких нитей. Идём снаружи внутрь.

Часть мышцы	Что делает
Фасция	плотная соединительнотканная оболочка вокруг мышцы, отделяет её от соседних и помогает скользить
Брюшко	мясистая сокращающаяся часть мышцы
Сухожилия	плотные белые тяжи на концах мышцы, крепят её к костям и передают им тягу
Мышечные пучки	группы волокон, каждая в своей тонкой оболочке, с сосудами и нервами
Мышечное волокно	одна огромная клетка с множеством ядер, длиной от миллиметров до многих сантиметров
Миофибриллы	тонкие нити внутри волокна, собственно сократительный аппарат
Саркомеры	короткие повторяющиеся участки миофибриллы, которые укорачиваются при сокращении
Актин и миозин	белковые нити саркомера: тонкие из актина и толстые из миозина

Мышечное волокно — необычная клетка. Оно образуется ещё у зародыша, когда множество мелких клеток сливаются в одну длинную. Поэтому ядер в волокне много, и лежат они у самой оболочки, а всю середину занимают миофибриллы. Между миофибриллами — митохондрии, которые дают энергию, и сеть мембранных мешочков с запасом кальция.

Саркомеры выстроены в миофибрилле друг за другом, как вагоны в поезде. Толстые и тонкие нити в них чередуются правильным узором. Под микроскопом этот узор выглядит как поперечные полоски, поэтому скелетную мышечную ткань называют поперечнополосатой.

Начало и прикрепление. У большинства скелетных мышц два конца. Один крепится к кости, которая при движении почти не сдвигается, — это начало мышцы. Другой крепится к кости, которую мышца тянет, — это прикрепление. Между ними мышца перекидывается через один или два сустава. Названия мышцам дают по форме, по числу головок и по работе: дельтовидная на плече похожа на греческую букву «дельта», у двуглавой две головки начала, у четырёхглавой мышцы бедра — четыре, а сгибатели и разгибатели пальцев названы прямо по тому, что делают.

Сухожилия почти не растягиваются и не сокращаются. Их работа — передать силу брюшка к кости. Самое мощное сухожилие тела — ахиллово: оно соединяет икроножную мышцу с пяточной костью.

Как мышца сокращается

Разберём, что происходит, когда вы сгибаете руку в локте.

1. Мозг даёт команду. По двигательному нерву бежит электрический импульс к двуглавой мышце плеча (бицепсу).
2. Нерв передаёт сигнал волокну. В месте контакта нерва и мышцы выделяется вещество-посредник, и по оболочке волокна пробегает электрическая волна.
3. Выходит кальций. Волна проникает вглубь волокна, и мешочки выпускают кальций к миофибриллам.
4. Нити сцепляются. Кальций открывает на нитях актина места, за которые могут ухватиться выросты миозина — «головки».
5. Нити скользят. Головки миозина тянут актин к середине саркомера, отпускают, перехватываются дальше и тянут снова — как команда, которая перебирает руками канат. На каждый такой гребок уходит молекула АТФ. Саркомеры укорачиваются, а вместе с ними — всё волокно и вся мышца.
6. Мышца тянет кость. Сухожилие передаёт тягу на кость предплечья, и она поворачивается в локтевом суставе.
7. Расслабление. Импульсы прекращаются, кальций закачивается обратно в мешочки, головки миозина отпускают актин. Это тоже требует энергии.

Важно, что сами нити не укорачиваются — они только вдвигаются друг между другом, как пальцы сцепленных рук.

Сила сокращения зависит от того, сколько волокон включилось. Один нерв управляет целой группой волокон. Чтобы поднять карандаш, мозг включает немного таких групп, чтобы поднять ведро — много и почти одновременно.

Мышцы умеют только тянуть. Толкать они не могут, поэтому работают парами. Бицепс сгибает руку в локте, а трёхглавая мышца на задней стороне плеча (трицепс) разгибает её. Когда одна мышца пары сокращается, другая расслабляется и растягивается. Как кости и суставы превращают эту тягу в движение, рассказано в статье о скелете человека.

Три вида мышечной ткани

Признак	Скелетная	Сердечная	Гладкая
Где	мышцы, прикреплённые к костям, язык, мышцы лица	только стенка сердца	стенки желудка, кишечника, сосудов, мочевого пузыря, бронхов
Клетки	длинные многоядерные волокна	ветвящиеся клетки, соединённые в сеть	веретеновидные клетки с одним ядром
Полосатость	есть	есть	нет
Управление	по воле человека	само, нервы лишь меняют ритм	само, без участия воли
Скорость	быстрая	ритмичная	медленная
Утомляемость	устаёт	практически не устаёт	работает долго и экономно

Сердечная мышечная ткань полосатая, как скелетная, но её клетки соединены друг с другом особыми контактами, через которые возбуждение мгновенно переходит от клетки к клетке. Поэтому сердце сжимается целиком, одной волной. Как оно устроено, рассказано в статье о строении сердца.

Гладкая мышечная ткань медленно сокращается и может долго держать напряжение, почти не тратя сил. Именно она сужает сосуды на холоде, гонит пищу по кишечнику и сужает зрачок на ярком свету.

Почему мышцы устают

Утомление — это временное снижение силы, и у него несколько причин.

Кончается быстрая энергия. Запас АТФ в мышце маленький, его хватает на секунды. Потом мышца тратит резервы: сначала быстрый запасной источник, затем гликоген — запасённый в мышце углевод. При долгой работе гликоген истощается.

Не хватает кислорода. При очень интенсивной нагрузке кровь не успевает доставить кислород, и мышца переходит на бескислородное расщепление глюкозы. Оно быстрое, но даёт мало энергии, а продукты обмена накапливаются в волокнах и мешают им сокращаться.

Устаёт управление. Нервная система при долгой нагрузке посылает всё более слабые команды, и мышцы включаются хуже, даже если запасы в них ещё остались.

После отдыха запасы восстанавливаются, продукты обмена уносит кровь, и сила возвращается.

Интересные факты

Белое и тёмное мясо у курицы. Мышечные волокна бывают медленные и быстрые. Медленные — красные: в них много белка миоглобина, который запасает кислород, и много митохондрий, они работают долго и почти не устают. Быстрые — светлые: сильные, но скоро выдыхаются. Домашняя курица почти не летает, а ходит весь день, поэтому грудка у неё белая, а ножки тёмные. У человека в каждой мышце есть оба типа волокон, в разной пропорции.

Почему тело дрожит на холоде. Мышцы при работе нагреваются: большая часть энергии уходит в тепло. Дрожь — это быстрые мелкие сокращения, которые не двигают тело, зато согревают его.

Окоченение. После смерти в мышцах кончается АТФ, и головки миозина не могут отпустить актин. Мышцы застывают, пока белки не начнут разрушаться. Этот факт наглядно показывает, что энергия нужна мышце не только для сокращения, но и для расслабления.

Когда к врачу

Вызывать скорую — если внезапно ослабли рука или нога, перекосило лицо, стала невнятной речь: это признаки нарушения мозгового кровообращения, а не проблема самой мышцы. Так же срочно — при сильной боли в мышцах и тёмной моче после очень тяжёлой нагрузки или травмы.

К неврологу или терапевту — если слабость в мышцах нарастает неделями, появились постоянные подёргивания, частые судороги, мышцы худеют без видимой причины. При травме — растяжении, разрыве, ударе — к травматологу.

Мышцы движут скелетом по командам нервной системы; о ней — статья о нервной системе человека. А место мышечной системы среди других показывает обзор строения тела человека.