Биохимические основы работы мышц

Сила мышц определяется главным образом их размером и способностью полностью и координированно мобилизовать усилие. Для успешного выполнения того или иного вида физических упражнений требуется большая мышечная масса и способность развивать высокую мощность в ограниченный интервал времени порядка нескольких секунд. Очень важна техника исполнения, например, при поднятии тяжестей, поскольку атлет должен не только поднять, но и зафиксировать вес.

Рассмотрение биохимических основ работы мышц естественно начинать с уровня белковых молекул, входящих в состав миоцитов — набора клеток, из которых состоит мышечная ткань. В данном разделе рассмотрена структура и основные закономерности функционирования мышцы как системы, включающей молекулярный, клеточный и популяционный уровни.

Одно из известных определений жизни формулируется следующим образом: «жизнь — это движение». В основе движения высших живых организмов лежит саркомер — мономерная единица мышечного двигателя (от греч. «sarx» — мясо).

Системный подход позволяет последовательно рассмотреть устройство и функции мышц. Наиболее очевидным методом анализа (от греч. «analysis» — расчленение) биологических объектов является анатомия (от греч. «anatome» — рассечение) — рассечение биологического объекта на составляющие его части — подсистемы, как это делают анатомы при окончательном диагнозе.

Чтобы понять биохимическую сущность мышечной работы, необходимо рассмотреть структуру и функции скелетных мышц.

По данным анатомии, тело человека содержит приблизительно 500 типов скелетных мышц (рис. 13.4). Кроме них есть еще кардиомышцы, которые устроены в основном так же, как скелетные, и гладкая мускулатура кровеносных сосудов и кишечника.

Рис. 13.4. Скелетные мышцы различных типов.

Более мелкими частями мышечной системы (рис. 13.5, а) являются фрагменты мышцы — крупные нити, которые хорошо видны в лупу, да и просто невооруженным глазом. Эти фрагменты представляют собой связку мышечных клеток — миоцитов (от греч. «mys»-мышца) (рис. 13.5, б).

Рис. /3.5. Строение скелетной мышцы:

а — двуглавая мышца плеча; 6 — миоцит и миофибрилла, в — саркомер. Несколько систем нитей: миозин — толстая нить, актин тонкая нить; тайтиновые и нсбулиновые — тонкие нити; А-диск — толстые нити; 1-диск — гонкие ннги (перекрываются с толстыми в A-диске); ДА — АМФ-дезаминаза. ФФК — фосфофруктокиназа. ММ-КК — креатин киназа Диаметр саркомсра ~1 мкм, длина 1,5 — 3,5 мкм Миоцит из-за особенностей его строения называют также мышечным волокном. Данный фрагмент представляет собой синтиций — сросшуюся цепочку из сотен клеток. Ядра этих соединенных клеток видны в микроскоп. Мышечные волокна — миоциты, в свою очередь, состоят из миофибрипл.

Каждая миофибрилла представляет собой цепь субклеточных звеньев — саркомеров (рис. 13.5, в). Саркомер — образование, наблюдаемое в оптическом микроскопе между Z-линиями (рис. 13.5, б). Саркомеры образуют длинную цепь, соединяясь через Z-пластинки.

Мышечное сокращение обеспечивается миозином — белком мышечных клеток, поэтому необходимо понять структуру и функции этих биомолекул, в частности их ферментативную активность. Особенно важно понимать роль АТФ как энергетической «валюты» мышечных клеток, обеспечивающей поднятие тяжестей.

Кажый вид спорта (теннис, метание копья, футбол) требует определенного уровня мощности, и здесь работают одни и те же закономерности.