Физиология клетки

3.1. СКЕЛЕТНЫЕ МЫШЦЫ

Взаимодействие человека с внешней средой не может осуществляться без сокращений его мышц. Производимые при этом движения необходимы как для выполнения простейших манипуляций, так и для выражения самых тонких мыслей и чувств посредством речи, письма, с помощью мимики или жестов. Масса скелетных мышц намного больше, чем других органов; они составляют 40-50% массы тела. Мышцы - это “машины”, преобразующие химическую энергию непосредственно в механическую работу и в теплоту.
Поперечнополосатые мышцы (мышцы двига­тельного аппарата скелета, жевательные, ды­хательные, глазодвигательные мышцы и т.д.) полностью лишены автоматизма, они не спо­собны работать без управляющей импульсации из ЦНС. Эти мышцы называют произ­вольной мускулатурой, так как их сокраще­нием можно управлять произвольно, по соб­ственному желанию.

3.1.1. Структурно-функциональная характеристика

Структурной и сократительной единицей мышцы является мышечное волокно, пред­ставляющее собой сильно вытянутую много­ядерную клетку. Толщина волокна — в пре­делах 10—100 мкм, чаще всего около 50 мкм. Длина волокна определяется размером мышцы и может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
У человека количество мышечных воло­кон устанавливается через 4—5 месяцев после рождения и затем практически не меняется. При рождении ребенка их диаметр составля­ет примерно 1/5 толщины волокон взрослых людей. Диаметр мышечных волокон может значительно увеличиваться под воздействи­ем тренировки (функциональная гипертро­фия).
Основными структурно-функциональными элементами мышечной клетки являются:
− мембранная оболочка;
− саркоплазма с органоидами;
− миофиламенты.
Как и всякая клетка, мышечное волокно имеет мембранную оболочку — сарколемму. Мембрана мышечного волокна образована типичной плазматической мембраной, укрепленной соединительно-тканными волокнами. Эти волокна объединяясь у концов мышечных волокон образуют сухожилия, с помощью которых мышца крепится к костям.
В саркоплазме (цитоплазме) мышечного во­локна находится типичный набор органоидов: многочисленные ядра, митохондрии, саркоплазматический ретикулум (см. ниже), растворимые белки (миоглобин), капельки жира, гранулы гликогена, фосфатсодержащие вещества, другие малые молеку­лы, ионы.
От одного конца мышечного волокна до другого тянется масса нитей — миофибрилл, с которыми связана способность мышцы к сокращению. Их диаметр составляет 1— 2 мкм, так что в одном мышечном волокне может насчитываться более 2000 миофибрилл. Миофибриллы группируются в пучки, по 4—20 штук в каждом. В одиночной мио­фибрилле насчитывается 2000—2500 протофибрилл — толстых и тонких.
Они располагаются параллельно друг другу внутри мышечной клетки. Миофибриллы представляют собой сократимые пучки “нитей” (филаментов) диаметром около 1 мкм. Перегородки, называемые Z-пластинками, разделяют их на несколько компартментов – саркомеров − длиной примерно по 2,5 мкм. Структура саркомеров схематически показана на рис. С помощью светового микроскопа в них можно видеть регулярно чередующиеся поперечные светлые и темные полосы. Согласно теории Хаксли и Хансон [1954], такая поперечная полосатость миофибрилл обусловлена особым взаиморасположени­ем актиновых и миозиновых филаментов. Середину каждого саркомера занимают несколько тысяч толстых нитей миозина диаметром примерно по 10 нм. На обоих концах саркомера находятся около 2000 тонких (толщиной по 5 нм) нитей актина, прикрепленных к Z-пластинкам наподобие щетинок в щетке. Пучок лежащих в определенном порядке миозиновых нитей длиной 1,6 мкм в середине саркомера выглядит в световом микроскопе темной полосой шириной 1,6 мкм. Из-за свойства двойного лучепреломления в поляризованном свете (т. е. ани­зотропии) она называется А-диском. По обе сторо­ны от А-диска находятся изотропные участки, со­держащие только тонкие нити и поэтому выглядя­щие светлыми; эти так называемые I-диски тянутся до Z-пластинок.