Контроль нервової системи управління напругою м’язів
Щоб рухати предмет, який називають навантаженням, саркомери в м’язових волокнах скелетного м’яза повинні вкоротитися. Викликається сила, породжена скороченням м’яза (або укороченням саркомерів) напруга м’язів. Однак напруга м’язів також генерується, коли м’яз стискається проти навантаження, яке не рухається, що призводить до двох основних типів скорочень скелетних м’язів: ізотонічного скорочення та ізометричного скорочення.
В ізотонічні скорочення, де напруга в м’язі залишається постійною, навантаження переміщується в міру зміни (вкорочення) довжини м’яза. Існує два типи ізотонічних скорочень: концентричне та ексцентричне. A концентричне скорочення передбачає скорочення м’язів для переміщення навантаження. Прикладом цього є м’язи біцепса плечової м’язи, що скорочуються, коли вага руки піднімається вгору зі збільшенням напруги м’язів. Коли двоголовий м’яз скорочується, кут ліктьового суглоба зменшується, коли передпліччя наближається до тіла. Тут двоголовий м’яз скорочується, оскільки саркомери в м’язових волокнах вкорочуються і утворюються поперечні містки; головки міозину тягнуть актин. Ан ексцентричне скорочення виникає в міру зменшення м’язової напруги і подовження м’язів. У цьому випадку вага рук знижується повільно і контрольовано, оскільки кількість перехресних мостів, що активуються при стимуляції нервової системи, зменшується. У цьому випадку, коли напруга знімається з плечового м’яза біцепса, кут ліктьового суглоба збільшується. Ексцентричні скорочення також використовуються для руху і врівноваження тіла.
Ан ізометричне скорочення виникає, коли м’яз виробляє напругу, не змінюючи кута скелетного суглоба. Ізометричні скорочення передбачають укорочення саркомеру та збільшення напруги м’язів, але не рухають навантаження, оскільки зумовлена сила не може подолати опір, який надає навантаження. Наприклад, якщо спробувати підняти занадто важку вагу кисті, відбудеться активація і укорочення саркомеру до точки, і постійно зростаюче напруження м’язів, але не змінюється кут нахилу ліктьового суглоба. У повсякденному житті ізометричні скорочення активно підтримують поставу і підтримують стабільність кісток і суглобів. Однак утримання голови у вертикальному положенні відбувається не тому, що м’язи не можуть рухати головою, а тому, що мета полягає в тому, щоб залишатися нерухомими і не викликати руху. Більшість дій організму є результатом поєднання ізотонічних та ізометричних скорочень, що діють разом, щоб отримати широкий спектр результатів (рис. 10.13).
Малюнок 10.13. Типи м’язових скорочень Під час ізотонічних скорочень довжина м’язів змінюється для переміщення навантаження. Під час ізометричних скорочень довжина м’язів не змінюється, оскільки навантаження перевищує напругу, яку може породжувати м’яз.
Всі ці м’язові дії знаходяться під вишуканим контролем нервової системи. Нейронний контроль регулює концентричні, ексцентричні та ізометричні скорочення, набір м’язових волокон та м’язовий тонус. Вирішальним аспектом контролю нервової системи скелетних м’язів є роль рухових одиниць.
Моторні агрегати
Як ви дізналися, кожне волокно скелетних м’язів повинно іннервуватися аксоновим кінцем рухового нейрона, щоб скорочуватися. Кожне м’язове волокно іннервується лише одним руховим нейроном. Фактична група м’язових волокон у м’язі, що іннервується одним руховим нейроном, називається а моторний блок. Розмір рухової одиниці мінливий залежно від природи м’яза.
Невелика рухова одиниця - це система, при якій один руховий нейрон постачає в м’язі невелику кількість м’язових волокон. Невеликі рухові одиниці дозволяють дуже точно керувати м’язом. Найкращий приклад у людей - це малі рухові одиниці позаочних очних м’язів, що рухають очними яблуками. У кожному м’язі тисячі м’язових волокон, але кожні шість або близько того волокна постачаються одним руховим нейроном, оскільки аксони розгалужуються, утворюючи синаптичні зв’язки в їх окремих НМД. Це дозволяє чудово контролювати рухи очей, щоб обидва ока могли швидко сфокусуватися на одному і тому ж об’єкті. Невеликі моторні блоки також беруть участь у багатьох тонких рухах пальців і великого пальця кисті для захоплення, надсилання текстових повідомлень тощо.
Велика рухова одиниця - це система, при якій один руховий нейрон постачає велику кількість м’язових волокон у м’язі. Великі рухові одиниці стосуються простих або «грубих» рухів, таких як потужне розгинання колінного суглоба. Найкращий приклад - великі рухові одиниці м’язів стегна або м’язів спини, де один руховий нейрон забезпечить тисячі м’язових волокон м’яза, оскільки його аксон розпадається на тисячі гілок.
У багатьох скелетних м’язах є широкий діапазон рухових одиниць, що дає нервовій системі широкий діапазон контролю над м’язами. Невеликі моторні одиниці в м’язі матимуть менші, нижчі порогові рухові нейрони, які є більш збудливими, стріляючи спочатку в їхні скелетні м’язові волокна, які також, як правило, є найменшими. Активація цих менших рухових одиниць призводить до відносно невеликого ступеня скорочувальної сили (напруги), що генерується в м’язі. Оскільки потрібно більше сили, для активації більших м’язових волокон залучаються більші рухові одиниці з більшими, пороговими руховими нейронами. Ця зростаюча активація рухових одиниць спричиняє збільшення скорочення м’язів, відоме як вербування. У міру набору більшої кількості рухових одиниць скорочення м’язів поступово посилюється. У деяких м’язах найбільші рухові одиниці можуть генерувати скорочувальну силу в 50 разів більше, ніж найменші рухові одиниці м’яза. Це дозволяє підхопити перо за допомогою м’яза руки біцепса плечової кістки з мінімальною силою, а важку вагу підняти тим самим м’язом шляхом набору найбільших рухових одиниць.
При необхідності максимальна кількість рухових одиниць у м’язі може бути набрана одночасно, виробляючи максимальну силу скорочення для цього м’яза, але це не може тривати дуже довго через енергетичні потреби для підтримки скорочення. Щоб запобігти повній м'язовій втомі, рухові одиниці, як правило, не всі одночасно активні, але натомість деякі рухові одиниці відпочивають, тоді як інші активні, що дозволяє продовжувати скорочення м’язів. Нервова система використовує вербування як механізм для ефективного використання скелетних м’язів.