Текст книги "Взламывая анатомию"

Каждая мышца состоит из пучков мышечных волокон, выстланных слоем фасции – плотной соединительной ткани. Она покрывает как саму мышцу, позволяя ей двигаться обособленно, так и внутримышечные волокна. Фасция пронизана нервами и кровеносными сосудами, что делает ее неотъемлемой частью мышечной деятельности. В скелетных мышцах выделяют три слоя фасции: эпимизий (покрывает всю мышцу), перимизий (покрывает пучки мышечных волокон) и эндомизий (покрывает мышечные волокна).

Сухожилия, или жилы, – это прочные и неэластичные фасциальные тяжи на концах мышцы, позволяющие выполнять оптимальные сократительные движения. Один конец сухожилия прикрепляется к брюшку мышцы, а другой – к нужной кости. Часто мышцы передают часть своей работы сухожилиям, особенно в ограниченных участках тела с множеством суставов. Например, мышцы тыльной стороны ладоней расположены выше запястий, а все действия кисти выполняют сухожилия. Вот несколько главных сухожилий.

Сухожилие стремечка (ухо) – прикрепляет самую короткую мышцу (стременную) к самой маленькой кости (стремечку) в среднем ухе.

Сухожильные хорды (сердце), более известные как сухожильные нити, – помогают фиксировать клапаны сердца.

Бедренное сухожилие (нога) – хорошо чувствуется в задней части колена.

Ахиллово сухожилие (стопа) – самое сильное, прочное и крупное сухожилие. Соединяет икроножную мышцу с пяточной костью.

Почему они красные?

Красноту мышцам придает миоглобин – богатый железом белок, близкий родственник гемоглобина. Железо в миоглобине связывается с кислородом, который окрашивает мышцу в определенный цвет и позволяет мышечным волокнам дольше удерживать кислород. Кроме того, мышечные клетки пронизывают густая сеть кровеносных капилляров и митохондрии (богатые железом органеллы, компенсирующие большой расход энергии).

Нервно-мышечные синапсы

Мышечные движения обычно воспринимаются как нечто автоматическое, однако в действительности они состоят из серии сложных и высокоточных действий. Сначала мозг генерирует электрический нервный импульс, или потенциал действия, который проводится по двигательной коре. Далее импульс проходит через спинной мозг в двигательные нервы (они разветвляются на двигательные нейроны) и стимулирует отдельные участки мышечных волокон – нейромышечные синапсы, или концевые пластины.

Нервно-мышечное соединение – это участок, в котором встречаются две разные структуры: двигательный нейрон (нервная клетка, создающая путь для проведения импульса от мозга к мышце) и другая мышечная клетка. Каждое мышечное волокно иннервируется одним двигательным нейроном. По сути, нервно-мышечное соединение – это синапс. Передача импульсов осуществляется мгновенно за счет диффузии химического вещества, или нейромедиатора.

Рефлексы

Соматические рефлексы созданы для того, чтобы защищать нас от потенциально опасных взаимодействий. Они характеризуются движениями скелетных мышц, которые начинаются вне мозга. Это автоматические непроизвольные движения, возникающие в ответ на внешний стимул. Соматические рефлексы обходят мозг, поэтому они происходят почти мгновенно. Это возможно благодаря нервному пути (рефлекторной дуге), образованному двумя или тремя типами нейронов: чувствительным, двигательным и иногда вставочным (он передает импульсы между нейронами).

Моносинаптическая рефлекторная дуга.

Это простейший тип рефлекторной дуги, образованный чувствительным и двигательным нейронами. Пример: коленный рефлекс, который возникает при легком ударе по сухожилию четырехглавой мышцы бедра (чуть ниже колена). Удар растягивает сухожилие, тензорецепторы мышцы это улавливают. Они генерируют импульс, который передается по чувствительному нейрону в двигательный нейрон спинного мозга. Затем импульс передается из двигательного нейрона в мышцу, и нога сгибается. Этот рефлекс связан с удержанием равновесия.

Полисинаптическая рефлекторная дуга.

Этот тип рефлекторной дуги включает чувствительный, вставочный и двигательный нейрон. Примером может служить сгибательный рефлекс, возникающий, когда раздражитель вызывает болевые ощущения в пальце. Сенсорные рецепторы на коже улавливают боль. Они генерируют импульс, который передается через чувствительный нейрон во вставочный нейрон спинного мозга, где соединяется с двигательным нейроном. Активизируются двигательные нервы, а затем импульс передается в мышцу через нейроны и рука сгибается (отдергивается).

Полисинаптическая рефлекторная дуга соединяет чувствительные и двигательные нейроны с помощью одного или нескольких вставочных нейронов. Такая дуга позволяет быстро реагировать на внезапные изменения.

Как только электрический импульс достигает синапса, высвобождается ацетилхолин. Он связывается с белковыми рецепторами на мембране мышечного волокна, или сарколеммы, из-за чего она возбуждается (деполяризуется), а электрический импульс проходит через мембрану. Это способствует высвобождению кальция в клетке. Под действием кальция микрофиламенты начинают скользить друг по другу и переплетаются, приводя к сокращению мышцы.

В нервно-мышечном синапсе импульсы передаются от двигательного нейрона в мышечное волокно.

Один двигательный нейрон образует множество синапсов по всей длине мышечных волокон, благодаря чему пучок мышечных волокон сокращается как единая двигательная структура. Чтобы мышцы не пребывали в состоянии сокращения постоянно, ацетилхолин вырабатывает фермент ацетилхолинэстеразу, которая расслабляет мышцы.

Мышечное сокращение

У наших мышц одна работа – сокращаться. Одна мышца может отодвигать кость, а при работе в команде мышцы способны возвращать кость в исходное положение. Для этого используются пары мышц-агонистов и мышц-антагонистов. Чтобы выполнить обратное действие, сокращенная мышца расслабляется, а расслабленная мышца – сокращается. Благодаря этому сгибаются и разгибаются суставы.

Сгибание сустава – это медицинское название сгибательного действия, приводящего к уменьшению угла между двумя костями сустава. Например, когда вы сгибаете руку, бицепс сокращается, а трицепс расслабляется. Разгибание сустава равнозначно его выпрямлению, это увеличение угла между костями. Мышцы, которые разгибают сустав, – это мышцы-разгибатели, а мышцы, которые сгибают сустав, – это мышцы-сгибатели.

Если вы попытаетесь поднять предмет, не соизмеримый с силовыми возможностями мышцы, то она начнет сокращаться «изометрически»: при увеличении давления на мышцу ее длина останется неизменной. При «изотонических» сокращениях (т. е. при поднятии соизмеримого веса) напряжение в мышце останется постоянным, а длина мышцы изменится. Для мышц характерно остаточное напряжение в состоянии покоя (тонус мышц), которое возникает из-за сокращения двигательных единиц, находящихся в стадии расслабления, что обеспечивает стабильное положение костей и суставов.

Когда трицепс сокращается, бицепс расслабляется.

В состоянии покоя мышечное волокно может укорачиваться (сокращаться) до половины своей длины. Но для перемещения нитей актомиозина мышечному волокну требуется много энергии, которую оно может получать аэробно (с участием кислорода) или анаэробно (без кислорода).

Аэробное дыхание происходит в митохондриях и использует кислород для распада глюкозы и жирных кислот. В результате реакции выделяются углекислый газ и энергия в виде АТФ. Побочным продуктом этой реакции является выделение тепла. Именно поэтому при интенсивных тренировках нам становится жарко.

Анаэробное дыхание происходит в жидком содержимом цитоплазмы (цитозоли), и в результате выделяется молочная кислота. Эта кислота препятствует сокращению мышц, что приводит к их истощению и жжению.

Чтобы избавиться от молочной кислоты, человек начинает часто и глубоко дышать, компенсируя нехватку кислорода, который затем превращает молочную кислоту в глюкозу.

Типы мышечного волокна

По своей способности вырабатывать энергию (аэробно или анаэробно) мышечные волокна делятся на два типа. 1-й тип волокон очень медленно утомляется и чаще встречается у бегунов на длинные дистанции. Волокна 2-го типа характерны для спринтеров – они проявляются короткими всплесками высокоинтенсивной активности. Эти волокна быстрее утомляются и используют анаэробное дыхание, поскольку должны вырабатывать энергию быстрее, чем получают кислород от организма.

Тренировка мышц

Арнольд Шварценеггер очень метко сказал: «Для меня мышцы – это такая же тема для разговора, как и некто, гуляющий с гепардом по 42-й улице». Если у вас есть мышцы – покажите их. К сожалению, все мы знаем, что не каждому дано стать культуристом, а рельефность мышц зависит от тренировок и наследственности.

Скелетные мышцы – это особый тип ткани. Можно даже сказать, что спортсмены в некоторой степени склонны к мазохизму, ведь определенная боль лишь улучшает качество мускулатуры. Немецкий философ XIX века Фридрих Ницше придумал гениальную фразу: «То, что нас не убивает, делает нас сильнее». И это особенно актуально для наших мышц.

«Отцом современного бодибилдинга» считают немецкого циркового атлета Евгения Сандова. Этот силач, родившийся в 1867 году, первым в мире придумал соревнование по бодибилдингу.

Мышечная сила – это количество силы, которую мышцы прилагают при одном максимальном усилии. Тренировка с различными уровнями сопротивления повышает мышечную силу за счет увеличения размера и количества отдельных мышечных волокон. Это происходит, потому что повторное сокращение мышц приводит к разрыву мышечных волокон. А наше тело автоматически реагирует на это, пытаясь восстановить их с помощью сателлитных клеток (мышечных стволовых клеток) во внеклеточном матриксе мышечных волокон.

Самая сильная мышца

Представляем наших претендентов.

Тонические (постуральные) мышцы.

К ним относятся мышцы спины (мышца, выпрямляющая позвоночник), бедра (четырехглавая мышца бедра) и ягодиц (большая ягодичная мышца). Все они поддерживают суставы или кости, на которые действует гравитация. Это длинные и сильные мышцы, выполняющие большой объем работы. Самая крупная из них – большая ягодичная мышца.

Сердечная мышца (миокард).

Самая трудолюбивая мышца: она постоянно бьется и никогда не останавливается. Эта непроизвольная мышца является главной основой для стенок сердца (см. стр. 111).

Жевательные мышцы.

Эти парные мышцы (по одной на каждой стороне лица) плотно сжимают челюсть. Жевательная мышца соединяет нижнюю челюсть со скулой.

Так кто же победит? Трудно сказать, ведь мышечную силу можно измерять по-разному. К тому же она зависит от питания, наследственности и уровня физической активности каждого человека.

В числе прочего, лицевые мышцы позволяют нам выражать эмоции.

Полноценный отдых способствует высвобождению гормонов, необходимых для восстановления мышц и создания новых волокон, что в итоге укрепляет мышцы. Тренировка сердечно-сосудистой системы, наоборот, увеличивает мышечную силу за счет укрепления уже существующих сердечных волокон, а не роста новых.

Старение опорно-двигательной системы

Старение неизбежно. Оно связано с накоплением генетических повреждений и истощением стволовых клеток. Старение определенным образом влияет на опорно-двигательную систему. Характерным признаком являются затяжные болезни (например, остеопороз и остеоартрит).

При остеопорозе развивается потеря костной массы – из-за увеличения численности остеокластов («поедателей» костей) и костномозговой жировой ткани, а количество остеобластов и остеоцитов («создателей» костей) сокращается. Таким образом, кость не успевает перестроиться и самовосстановиться и ей приходится оставаться деформированной и с измененным рельефом – микротрещинами и микропереломами. Ситуацию усугубляет и сопутствующее снижение уровня содержания минеральных веществ (запасов кальция и фосфата). Риск разрушения костей увеличивается, и такие кости постепенно теряют способность защищать наши внутренние органы. В особой зоне риска находятся женщины в постменопаузе, ведь уровень эстрогена в их организме снижается до такой степени, что оказывается неспособным подавлять деятельность остеокластов, а это приводит к увеличению реабсорбции кости.

В здоровых костях костные пластины и балки губчатого вещества образуют прочные трабекулярные сети.

При остеопорозе наблюдаются потеря плотности кости и массивное отслоение костных балок.

Хрящ, покрывающий концы длинных костей, из-за низкой скорости деления клеток также подвержен процессу старения. В возрасте от 40 до 80 лет человек теряет около половины хондроцитов, поддерживающих хрящевой матрикс, что увеличивает вероятность возникновения артритных заболеваний.

Здоровые рука и суставы.

Рука с артритными суставами.

Кроме того, старение приводит к дефициту проприоцептивных навыков – ощущения положения тела и ориентации в пространстве. Он возникает при снижении количества тензорецепторов в связках, из-за чего нарушается восприятие расположения суставов в пространстве.

Старение суставного хряща приводит к воспалению и аномальному росту.

Саркопения – это термин, под которым подразумевают снижение массы скелетных мышц и их возможностей нормального функционирования. Этот прогрессирующий возрастной синдром сопряжен и с другими недостатками: снижением качества жизни и повышенным риском инвалидности и смерти.

К потере мышечной массы приводит истончение миофибрилл внутри мышечных волокон, из-за чего снижается толщина самого волокна (чаще встречается у волокон 2-го, быстро сокращающегося типа). Миофибриллы атрофируются со скоростью от 3 % до 8 % в каждые 10 лет (в возрасте от 30 лет). А для людей старше 65 лет этот показатель еще больше возрастает. Потеря мышечной массы может быть связана c уменьшением количества самих волокон. В возрасте от 24 до 50 лет скорость атрофии мышечных волокон увеличивается с 5 % до 35 %. Считается, что возрастные изменения в нервно-мышечном соединении приводят к тому, что связанный с ним нейрон отделяется от мышечного волокна (лишается иннервации), а затем умирает в результате апоптоза (см. параграф «Запрограммированная гибель клетки: апоптоз» на стр. 51).

На этих МРТ-снимках изображены бедра здорового 31-летнего мужчины (вверху) и здорового 81-летнего мужчины (внизу). Потеря мышечной массы и увеличение фиброзно-жировой ткани – характерные признаки саркопении.

Процесс старения не щадит и сателлитные клетки, которые в норме отвечают за восстановление поврежденных мышц. С возрастом их популяция сокращается на целых 50 %.

Считается, что танцы – это увлекательный способ замедлить или обратить вспять процесс потери скелетных мышц. Кроме того, у пожилых людей танцы улучшают здоровье мозга.

На работоспособность мышц влияет и тип разрушенных мышечных волокон. Оказывается, что старение приводит к потере двигательных нейронов, которые иннервируют 2-й тип мышечных волокон, быстро сокращающихся. Такое изменение не только уменьшает количество волокон, но и способствует тому, что некоторые волокна начинает иннервировать 2-й, медленно сокращающийся тип двигательных нейронов. Это, в свою очередь, изменяет скорость реакции, удельную мощность мышц, их координацию и силу.

Мышечная архитектура страдает и из-за разрастания фиброзно-жировой ткани. Все это накладывается на сопутствующие возрастные изменения и влияет на динамику мышечно-костных отношений. В результате снижается действенность упражнений, направленных на увеличение мышечной силы и костной массы. Многие исследователи говорят, что скорость потери мышечной массы можно компенсировать регулярными упражнениями (особенно танцами), поэтому пословица «движение – жизнь» глаголет истину.

Глава 5
Кроваво-красная магистраль

Сердечно-сосудистая система

Все упорядоченные структуры знают, что для функционирования системы нужна бесперебойная циркуляция ее составных частей. Без нее все рассыпается на части и приходит в упадок. Наша сердечно-сосудистая система прекрасно помнит об этом и потому выстаивает вокруг циркуляции все свое существование.

Сердечно-сосудистая система – это замкнутая система, в которой кровь течет только в одном направлении.

За счет тока крови сердечно-сосудистая система создает идеальную транспортную систему, в которой каждая клетка нашего тела получает не только живительный газообразный кислород и набор питательных веществ, но и прочную защиту. Кроме того, сердечно-сосудистая система выступает в роли жидкообразного способа передвижения гормонов от их основного органа к клеткам-мишеням. Если этого мало, то вот еще один факт: сердечно-сосудистая система является настоящим ликвидатором отходов, избавляя нас от углекислого газа и всех ненужных веществ. Эта трудолюбивая структура помогает другим системам поддерживать гомеостаз и однородность крови.

Непроизвольно сокращающиеся мышцы

Существует два типа мышечной ткани, позволяющих телу двигаться без сознательного контроля с нашей стороны. Наглядный пример – волосковая мышца на коже. Кроме того, эта мышечная ткань выстилает стенки некоторых внутренних органов и полых трубок.

Сердечная мышца.

Сердечная мышца и все скелетные мышцы (см. параграфы «Скелетные мышцы» и «Архитектура мышц» на стр. 94–97) относятся к типу поперечно-полосатой мускулатуры. То есть эта ткань испещрена темными и светлыми прослойками. Сердечная мышца состоит из параллельных нитей актомиозина, которые формируют структурные единицы – саркомеры. В отличие от скелетной мускулатуры, сердечная мышца генерирует нервный импульс без вмешательства мозга. Волокна сердечной мышцы переплетаются друг с другом, что способствует быстрому распространению электрических импульсов в соседние клетки. Сердечная мышца есть только в сердце.

Гладкая мускулатура.

Этот тип встречается во всем теле, будь то органы с сокращающимися полыми трубками или мышцы, перемещающие другие структуры без нашего сознательного контроля (например, в глазах или коже). Эти длинные клетки конической формы отвечают за медленные волнообразные движения, которые позволяют клеткам долго работать не уставая. В сердечно-сосудистой системе они выстилают стенки кровеносных сосудов, в том числе и тех, которые участвуют в циркуляции крови по всему организму.

От всего сердца

Древние египтяне были первой цивилизацией, задокументировавшей идею, что сердце – центр многих процессов организма. Хотя они и правильно поняли особую взаимосвязь легких и крови, духовные и религиозные убеждения этой нации заставили их верить в то, что сердце было источником всех мыслей, эмоций и интеллекта. Дихотомия (война разума и сердца при принятии решения) может оказаться вполне реальной, хотя бы потому что сердце и мозг вместе влияют на наши чувства. Сердце – это нечто большее, чем просто механическая структура или насос: в нем содержится источник специализированных нейронов. А это, по мнению некоторых, доказывает, что сердце обладает собственным интеллектом.

Наше сердце – это одна сплошная мышца размером примерно с кулак. Мы привыкли думать, что сердце расположено в левой стороне тела, но в действительности оно находится на срединной линии, слегка наклоняясь влево. Похожее по форме на закругленный треугольник, топографически оно располагается между легкими, спереди от позвоночника и сзади от грудной кости. Нижняя вершина сердца проходит чуть ниже левого соска.

Этот фанатичный орган-насос требует больше кислорода, чем любая другая мышца в нашем теле, из-за чего в нем налажена система внутреннего кровоснабжения в виде коронарных артерий. Они позволяют сердцу перекачивать по 7500 л крови ежедневно.

Кровь насыщается кислородом из легких и питательными веществами из пищеварительной системы, а после распределяется по всему телу. Затем кровь устремляется обратно в сердце, перенося отходы жизнедеятельности клеток. Это хорошо скоординированный процесс, который доставляет кровь к сердцу (вены) или из сердца (артерии) с помощью сосудистой сети.

Схематически в сердце можно выделить три стенки. Внешняя стенка, или перикард, и внутренняя стенка, или эндокард, состоят из тонкой соединительной ткани. Функция перикарда заключается в том, чтобы защитить сердце от постоянных сокращений. Эндокард обеспечивает гладкую поверхность для бесперебойной циркуляции крови и предотвращает свертывание. Между этими слоями располагается основная ткань – миокард. Эта толстая сердечная мышца состоит из клеток, соединенных между собой за счет мышечных ветвей.