Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow Биомеханика. Основные понятия. Эндопротезирование тканей и органов

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Отличительной особенностью мышечной ткани является наличие в ее структуре сократительных элементов. Различают гладкие и поперечно-полосатые мышцы. Из гладких мышц состоит мускулатура стенок кровеносных сосудов и всех внутренних органов (кроме сердца), из поперечных - скелетная мускулатура и сердечная мышца (выделяют в отдельную группу).

Всякое мышечное волокно (рис. 6.1) представляет собой многоядерную цилиндрическую клетку диаметром от 10 до 100 мкм и длиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Мышечные волокна окружены соединительной тканью, состоящей из волокон коллагена и эластина. Пучки волокон окружены плотной оболочкой - фасцией.

Расположение отдельных мышечных волокон и их пучков, а также структурная организация группы волокон, генерируемых общим нервом, зависят от функционального типа скелетной мышцы. Мембрана мышечной клетки носит название сарколемма. Мышечные клетки содержат смещенные к периферии ядра и заполнены миофибриллами. Поперечные мембраны разделяют каждую миофибриллу на волокна поменьше - саркомеры, мельчайшие образования, обладающие способностью сокращаться.

В состав миофибрилл входят собранные в пучки миофиламенты. Миофиламенты состоят из плотно упакованных продольно вытянутых миозиновых (60 %) и актиновых (15 %) филаментов.

Каждая тонкая нить (актин) окружена тремя толстыми (миозин), а каждая толстая нить - шестью тонкими.

Миозиновые филаменты имеют длину 1 мкм и диаметр 20 нм. На боковых сторонах миозиновой нити обнаруживаются выступы, получившие название поперечных мостиков. Они ориентированы по отношению к оси миозиновой нити под углом 120°. Поперечные мостики состоят из стержня и головки, способной к ферментативному гидролизу АТФ.

Мышечное волокно является не только структурной, но и функциональной единицей.

Все мышцы работают по одному принципу. Механизм, осуществляющий сокращение мышц, основан на реализации химической реакции отщепления молекулы фосфорной кислоты из АТФ, сопровождае-

мой выделением энергии, необходимой для приведения в действие сократительных элементов.

Строение скелетной мышцы

Рис. 6.1. Строение скелетной мышцы:

а - организация цилиндрических волокон в скелетной мышце; б - структурная организация филаментов в волокне скелетной мышцы

Мостики в процессе сокращения саркомера многократно прикрепляются, создают усилие, сгибаются, продвигая нить вдоль нити, и открепляются. В процессе сокращения нити актина приникают глубоко в промежутки между нитями миозина, причем длина обеих структур не меняется, а лишь сокращается общая длина актомиозинового комплекса - скользящий способ сокращения мышц (рис. 6.2). Сокращение саркомера происходит приблизительно на 20 %. Энергия, обеспечивающая скольжение, высвобождается в результате взаимодействия акто- миозина с АТФ.

Элементарный цикл мышечного сокращения

Рис. 6.2. Элементарный цикл мышечного сокращения:

А-Г - стадии цикла: 1 - толстая нить (миозиновый филамент); 2 - головка миозиновой молекулы; 3 - тонкая нить (актиновый филамент); 4 - мембрана

Различают два типа мышечных сокращений. Если оба конца мышцы неподвижно закреплены, происходит изометрическое сокращение, и при неизменной длине напряжение увеличивается. Если один конец мышцы свободен, то в процессе сокращения длина мышцы уменьшается, а напряжение не уменьшается - такое сокращение называют изотоническим (выполнение движений).

При сокращении мышцы развиваются большие усилия, которые зависят от поперечного сечения начальной длины волокон и ряда других факторов. Силу мышцы, приходящуюся на 1 см2 поперечного сечения, называют абсолютной мышечной силой. Она равна значению в диапазоне от 50 до 100 Н. Максимальную силу, развиваемую мышцей, определяют при изометрическом тетанусе (сокращение мышц при высокой частоте стимуляции) продолжительностью 1,5...5 с.

Механические свойства мышцы зависят от силы, препятствующей укорочению. На рис. 6.3 приведены зависимости укорочения и силы тяги мышцы от времени для изотонического одиночного сокращения при большой 7, средней 2 и малой 3 нагрузках.

Изотоническое одиночное сокращение

Рис. 6.3. Изотоническое одиночное сокращение:

а - изменение силы во времени; б - соответствующее изменение длины

Укорочение мышцы может начаться только с момента, когда развиваемая мышцей сила превысит нагрузку. Поэтому начало укорочения мышцы с ростом нагрузки смещается дальше от начала координат, и в то же время уменьшаются абсолютная величина сокращения и время изотонического сокращения.

Для многих мышц стационарная скорость изотонического сокращения V зависит от нагрузки (рис. 6.4). Эта скорость для ненагружен- ной мышцы достигает максимума Vo- Если нагрузка Р равна Р0 - предельной нагрузке для данной мышцы, то скорость сокращения падает до нуля.

Зависимость силы от скорости при сокращении и удлинении мышц

Рис. 6.4. Зависимость силы от скорости при сокращении и удлинении мышц

Поперечно-полосатые мышцы имеют высокую скорость концентрации и быстро утомляются. Часть этих мышц работает под влиянием нервных импульсов, идущих от головного мозга, а другая часть - автоматически, не подчиняясь сознанию.

В таблице приведены значения пределов прочности ар, при растяжении, и относительного удлинения в для поперечно-полосатых мышц человека.

Механические свойства мышц

Мышцы

ар, МПа

  • *
  • ? ,%

Тонкая мышца

0,32

65

Двуглавая мышца плеча

0,16

65

Икроножная мышца

0,09

100

Гладкие мышцы по своим свойствам существенно отличаются от скелетных: расположение сократительных белков в них не упорядочено, размеры волокон меньше. Возбудимость мышц этого типа гораздо меньше, чем поперечно-полосатых, а период мышечного сокращения длиннее. Гладкие мышцы отличаются так называемым автоматизмом, т. е. способностью приходить в состояние возбуждения в результате воздействия продуктов обмена, вырабатываемых в мышце или доставляемых кровью. В пищеводе, мочевом канале возбуждения передаются от одной мышечной клетки к следующей. Что касается сокращения мышц, находящихся в стенках кровеносных сосудов и в радужной оболочке глаза, то оно вызывается нервными импульсами, доставляемыми через симпатические и парасимпатические нервы автономной (вегетативной) нервной системы.

Мышечная ткань анизотропна и обладает упругими и вязкими свойствами. Вязкость мышцы обусловлена в основном микрофибриллами, а упругость - соединительной тканью (составляет 3...30 % всех мышечных белков). Соединительнотканные оболочки мышцы, скрепленные с сухожилиями, и сеть кровеносных сосудов, проходящих вдоль групп мышечных волокон, играют при сокращении мышцы роль упругих элементов [5, 15].

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы