СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ М’язового волокна
М'язове скорочення - найбільш досконалаформа біологічної рухливості -являє собоюмеханохімічний процес,який характеризується високим ступенем регуляції.
Основна функція м'яза полягає у розвитку напруги та укорочення. Ця функція, названа скорочувальною, забезпечує різноманітну діяльність організму.
М'яз є складним молекулярним двигуном, здатним перетворювати хімічну енергію безпосередньо на механічну роботу, минаючи проміжні перетворення. Внаслідок цього втрати енергії порівняно невеликі, м'яз має високий коефіцієнт корисної дії (від 30 до 50%).
Під час м'язового скорочення у м'язі протікають різноманітні процеси: синхронна зміна проникності мембран та роботи «іонних насосів», послідовна зміна активності ферментів, швидкості процесів енергозабезпечення, електростатичних взаємодій, структурна перебудова м'язових волокон. Енергія при скороченні витрачається зміну характеру взаємозв'язків скорочувальних білків м'язів та його взаємного розташування.
У тварин і людини єдва основних типум'язів: поперечнополосатые і гладкі. Поперечносмугасті м'язи прикріплені до кісток і тому називаютьсяскелетними. Поперечносмугасті волокна становлять також основу серцевого м'яза, хоча вона і біохімічно і структурно дещо відрізняється від скелетних м'язів.Гладкі м'язи утворюють мускулатуру стінок кровоносних судин і кишечника, пронизують тканини внутрішніх органів та шкіру. Найбільший інтерес для біохімії спорту представляють скелетні м'язи.
Структурною одиницею м'яза є м'язове волокно. М'язові волокна бувають трьох типів:білі швидкі скорочення(FR),проміжні(FT)ічервоні повільно скорочуються (ST ).Біохімічно вони різняться головним чином механізмами енергетичного забезпечення м'язового скорочення. Їх іннервують різні мотонейрони, чим зумовлені неодночасність включення в роботу та різна швидкість скорочень волокон. Різні м'язи мають неоднакове поєднання цих типів волокон.
Кожен м'яз складається з декількох тисяч м'язових волокон, що об'єднуються сполучнотканинними прошарками і такою самою оболонкою. Зусилля м'язи складаються із зусиль усіх м'язових волокон.
Окреме волокно має довжину від 0,1 до 2-3 см (в кравецькому м'язі до 12 см) і товщину від 0,01 до 0,2 мм. М'язове волокно є однією гігантську клітину, а точніше, безклітинне освіту—симпласт. Воно оточене оболонкою - сарколемма, на поверхні якої розташовуються закінчення рухових нервів. До одного волокна може підходити кілька нервових закінчень. Усі скелетні м'язи пронизані безліччю кровоносних судин. Кожен структурний компонент м'язового волокна виконує певну функцію.
Сарколемма являє собою двошарову ліпопротеїдну (плазматичну) мембрану завтовшки близько 10 нм, як би обплетену колагеновими волокнами. При розслабленні м'яза у ній створюються пружні сили; при розслабленні ці сили розтягують м'язове волокно у вихідне положення,
Сарколемма відгороджує внутрішній вміст м'язового волокна від міжклітинної рідини, що омивається. Вона має властивість вибіркової проникності для різних речовин. Через неї не проходять високомолекулярні речовини: жирні кислоти, білки, полісахариди, але проходять глюкоза, молочна та піровиноградна кислоти, кетонові тіла, амінокислоти.я короткі пептиди.Перенесення речовин через сарколему носить активний характер, щодозволяє накопичувати всередині клітини деякі речовини у більшій концентрації, ніж зовні. Зсув реакцій середовища у кислу сторону збільшує проникність сарколеми для високомолекулярних речовин. Виборча проникність сарколеми відіграє велику роль у виникненні збудження м'язового волокна. Сарколемма проникна для іонів К + , що накопичуються всередині волокна, і містить іонний насос, що видаляє з клітини іони Nа +. Концентрація іонів Nа+ у міжклітинній рідині більша, ніж концентрація іонів К+ усередині клітини. У внутрішніх зонах волокна міститься багато органічних аніонів. Усе це призводить до виникнення на зовнішній поверхні сарколеми надлишку позитивних, але в внутрішній — негативних зарядів. Цей мембранний потенціал, який у стані спокою дорівнює 90-100 мВ, є необхідною умовою виникнення та проведення збудження.
Весь внутрішній простір м'язового волокна зайнято саркоплазмою, що являє собою колоїдну білкову структуру, в яку вкраплені глибки глікогену, жирові краплі і деякі інші включення. У саркоплазмі є різні субклітинні частки: ядра, мітохондрії, міофібрили, рибосоми та ін. Їх функція полягає в регуляції обміну речовин у м'язовому волокні шляхом на синтез специфічних м'язових білків.
У момент м'язового скорочення довжина дискаАне змінюється, оскільки залишається постійною довжина товстих протофібрил. Довжина диска S зменшується через те, що тонкі протофібрили всуваються в проміжки між товстими. При цьому можливе скручування тонких протофібрил у спіраль навколо товстих. Довжина помірно скороченого саркомера становить 1,5мк. У момент повного скорочення Z-мембрани упираються в кінці товстих протофібрил. У деяких випадках спостерігається надскорочення, коли кінці тонких ниток у центрі саркомера наповзають один на одного, а Z-мембрани змінюють кінці товстих протофібрил. При повному скороченні саркомір має довжину близько 1 мк. У момент скорочення поперечні містки приймають стрілоподібне положення.
Між міофібрилами розташовуються мітохондрії - "енергетичні станції" м'язових волокон. Кількість мітохондрій у тренованих м'язах порівняно з нетренованими збільшується.
Всередині саркоплазми знаходиться система поздовжніх і поперечних трубочок, мембран, бульбашок, що має назву сарко-плазматичної мережі або саркоплазматичного ретикулума - SR, який ділить саркоплазму на окремі відсіки, де протікають різні біохімічні процеси. Пухирці та трубочки SR обплітають кожну міофібрилу. Через трубочки, пов'язані із зовнішньою клітинною мембраною (Г-система), можливий прямий обмін речовинами між клітинними органелами і міжклітинною рідиною. Трубочки можуть служити і для поширення хвилі збудження від зовнішньої мембрани волокна до внутрішніх його зон. Товщина мембран саркоплазматичного ретикулуму
близько 6 нм. Мембрани бульбашок, прилеглих до міофібрил, містять білки, здатні пов'язувати іони Са++. У безпосередній близькості від мембран розташовуються рибосоми, де відбувається синтез білків. Рибосоми можна виявити також усередині ядер та мітохондрій.