Ефективність м’язового скорочення

Ефективність м'язового скорочення. Скорочення цілої м'язи

Ефективність двигуна або автомашини розраховують як відсоток споживаної енергії, яка перетворюється в роботу замість тепла. У м'язах кількість енергії, здатної перетворюватися в роботу, навіть за найкращих умов становить менше 25% всієї енергії, що доставляється до м'яза (хімічної енергії поживних речовин), а інша енергія перетворюється в тепло. Причина цієї низької ефективності пов'язана з тим, що приблизно половина енергії поживних речовин втрачається під час утворення АТФ, і тільки 40-45% енергії самої АТФ може пізніше перетворитися в роботу.

Максимальна ефективність реалізується лише за умови скорочення м'язи з помірною швидкістю. При повільному скороченні м'яза або без будь-якого її укорочення під час скорочення звільняється невелика кількість підтримуючого тепла, хоча робота практично не виконується, що знижує ефективність перетворення до нуля. Навпаки, якщо скорочення занадто швидке, велика частка енергії використовується на подолання в'язкого тертя всередині самої м'язи, і це також знижує ефективність скорочення. Зазвичай максимальна ефективність розвивається, коли швидкість скорочення становить близько 30%.

Багато особливості скорочення м'язи можна продемонструвати на прикладі одиночних м'язових скорочень. Такі скорочення викликають за допомогою одиночного електричного збудження, иннервирующего м'яз нерва, або короткого електричного роздратування самої м'язи, що веде до розвитку одиночного скорочення, що триває частку секунди.

Ізометричне і изотоническое скорочення. М'язове скорочення називають изометрическим, якщо м'яз не скорочується під час скорочення, і фізіологічним - якщо м'яз коротшає, але її напруга на протязі всього скорочення залишається постійним.

В ізометричної системі м'яз скорочується без зменшення своєї довжини, а в ізотонічний системі м'яз коротшає проти фіксованого навантаження: м'яз піднімає чашу терезів з важками. Ізометрична система строго реєструє зміни сили самого м'язового скорочення, а параметри ізотонічного скорочення залежать від навантаження, проти якої м'яз скорочується, а також від інерції навантаження. У зв'язку з цим при порівнянні функціональних особливостей різних типів м'язів найчастіше використовують изометрическую систему.

Особливості одиночних ізометричних скорочень. зареєстрованих від різних м'язів. У тілі людини є багато м'язів різного розміру - від дуже маленької стремена м'язи в середньому вусі, довжиною в кілька міліметрів і діаметром близько 1 мм, до дуже великий чотириголового м'яза, в 500000 разів більше стремена. При цьому діаметр волокон може бути маленьким (10 мкм) або більшим (80 мкм). Нарешті, енергетика м'язових скорочень значно варіює від однієї м'язи до іншої. Тому не дивно, що механічні характеристики скорочень різних м'язів розрізняються.

На малюнку показані криві реєстрації ізометричних скорочень трьох типів скелетних м'язів: очної м'язи (тривалість ізометричного скорочення менш 1/40 сек), литкового м'яза (тривалість скорочення близько 1/15 сек) і камбаловидной м'язи (тривалість скорочення приблизно 1/3 сек). Цікаво, що ці тривалості скорочень пристосовані до функцій відповідних м'язів. Рухи очей повинні бути надзвичайно швидкими, щоб підтримувати фіксацію очей на об'єкті для забезпечення ясного бачення. Литковий м'яз повинна скорочуватися помірно швидко, щоб забезпечити швидкість руху нижньої кінцівки, достатню для бігу або стрибків. А камбаловидная м'яз має справу в основному з повільними скороченнями для безперервної тривалої підтримки тіла проти сили тяжіння.

Швидкі волокна. (1) великі волокна, що забезпечують більшу силу скорочення; (2) мають добре розвинений саркоплазматический ретикулум для швидкого виділення іонів кальцію, що ініціюють скорочення; (3) містять велику кількість гликолитических ферментів для швидкого звільнення енергії шляхом гліколізу; (4) мають порівняно бідне кровопостачання, оскільки окислювальний метаболізм має другорядне значення; (5) містять небагато мітохондрій також у зв'язку зі другорядністю окисного метаболізму.

Повільні волокна. (1) більш дрібні волокна; (2) иннервируются також більш дрібними нервовими волокнами; (3) мають добре розвинену систему кровоносних судин і капілярів для доставки великої кількості кисню; (4) містять значно більше мітохондрій для забезпечення високих рівнів окисного метаболізму; (5) містять велику кількість міоглобіну - залізовмісного білка, подібного гемоглобіну еритроцитів. Міоглобін зв'язується з киснем і зберігає його до моменту, коли в ньому виникне потреба (це також значно збільшує швидкість транспорту кисню в мітохондрії). Міоглобін надає повільним волокнам червонуватий вигляд, тому їх називають червоними волокнами, а через дефіцит червоного міоглобіну в швидких волокнах їх називають білими волокнами.