Развитие и работа мышц

Развитие мышц. Источником развития мышц тела является средний зародышевый листок — мезодерма. После сегментации мезодермы на сомиты, которых насчитывается 42−43 пары, из их дорсомедиальных отделов (миотомов) формируются закладки мышц туловища, имеющие на данном этапе развития метамерное строение.

Мышцы, развивающиеся в пределах одного миотома, называются мономерными. К ним относятся межреберные мышцы. Мышцы, развивающиеся из слияния нескольких миотомов, называются полимерными, например, прямая мышца живота. Среди соматических мышц различают аутохтонные, трункофугальные и трункопетальные мышцы. К аутохтонным относятся те мышцы, которые остаются на том же участке тела, откуда происходило их развитие. Мышцы, перемещающиеся с туловища на конечности, называются трункофугальными. Мышцы, перемещающиеся в обратном направлении, т. е. с конечностей на туловище, называются трункопетальными. В головном отделе зародыша мышцы развиваются из материала жаберных дуг — это висцеральная мускулатура головы и шеи. Скелетные мышцы развиваются из среднего зародышевого листка — мезодермы, из той его части, которая расположена на задней стороне зародыша по бокам от спинной струны и мозговой трубки. На 32й неделе эмбрионального развития средний зародышевый листок начинает делиться на участки. В каждом дифференцируется три отдела: из одного образуется кожа (дерматом), из другого — скелет (склеротом), из третьего — мышцы (миотом). Из переднего отдела миотома развиваются мышцы конечностей, груди и живота, из заднего — мышцы спины, причем вначале образуются мышцы дистальных отделов конечностей — кисти, стопы, затем мышцы предплечья и голени и, наконец, мышцы плеча и бедра. После рождения скорость роста мышц в проксимальных отделах конечностей больше, чем в дистальных.

Возрастные преобразования мышц касаются всех ее элементов: мышечных волокон, ядер, сосудов, нервов и вспомогательного аппарата.

На 6−7-й неделе на саркоплазмы у эмбриона появляются мышечные фибриллы, последующее развитие которых происходит путем расщепления. Со 2-го месяца появляются мышечные волокна, группирующиеся затем в мышечные пучки. Формирование мышечных волокон в различных мышцах скелета происходит не одновременно. Прежде всего они дифференцируются в важнейших системах жизнеобеспечения (сосания и дыхания): в мышцах языка, губ, диафрагмы и межреберных мышцах.

Тотчас при закладке мышцы в нее врастает нерв. По мере развития и перемещения мышцы растет и нерв. Например, диафрагма закладывается в шейной области, а затем спускается в грудную полость, при этом в ней сохраняется нерв из шейного сплетения, где она образовалась.

К моменту рождения все скелетные мышцы анатомически сформированы; мышечная ткань, составляющая их основу, имеет хорошо выраженную поперечную исчерченность; мышечные волокна в пучках расположены довольно рыхло; соединительнотканные прослойки тонки, эластичны.

В каждом мышечном волокне между миофибриллами много саркоплазмы.

Количество миофибрилл с возрастом увеличивается: к 1 Ѕ года оно удваивается, к 3−4 годам становится больше в 5−6 раз, а к 7 годам — в 15−20 раз. Изменяется также их толщина, что отражается и на макроскопическом строении мышц: величине, поперечнике, объеме. Увеличение мышечных пучков в толщину неодинаково у отдельных групп мышц в связи с их различной функцией. В мышцах руки толщина волокон в проксимально лежащих мышцах больше, чем в дистально расположенных. С возрастом изменяются и форма, и размеры ядер. Количество их в мышечных волокнах с возрастом уменьшается. Наибольшая концентрация ядер находится в месте перехода мышечных волокон в сухожилие в области так называемых «зон роста». Увеличение мышц в длину происходит из этих зон, продолжаясь до 23−25 лет.

Сохранение ядер в «зонах роста» указывает на возможность изменений мышц в течение всей жизни, хотя интенсивность этих процессов постепенно уменьшается. К 14−15 годам дифференцировка элементов мышц на отдельные пучки, развитие внутримышечных перегородок — мягкого скелета мышц, являющегося дополнительной опорой мышечных пучков, начинается еще до рождения и продолжается до 13−15 лет, приводя к заметной перестройке мышц. Фасции с возрастом уплотняются, становятся очень крепкими, а их эластичность снижается.

Внутримышечные сосуды всех калибров в период с 3 до 7 лет характеризуются в основном развитием их эластических элементов; с 7 до 12 лет развивается преимущественно мышечная оболочка и продолжают увеличиваться эластические структуры; с 12 до 16 лет заметно увеличивается толщина стенки.

К 16 годам строение внутримышечных сосудов идентично таковому у взрослого человека. С возрастом количество сосудов уменьшается, стенка их уплотняется, в пожилом возрасте в ней откладываются соли извести. Эти процессы наступают не одновременно как в отдельных мышцах, так и у разных людей. Двигательная активность способствует более позднему развитию процессов старения сосудов.

Становление иннервационного аппарата протекает очень сложно и весьма специфично. Образование чувствительной иннервации начинается с 3−4-го месяца внутриутробного развития.

Если рецепторный аппарат (особенно мышц с динамической функцией) к моменту рождения сформирован и в дальнейшем изменяется мало, то двигательные окончания — эффекторы (моторные бляшки) — совершенствуются в основном после рождения, причем их рост не соответствует изменениям мышц. В возрасте 7−9 лет это несоответствие особенно резкое: при усиленном росте мышечного волокна моторная бляшка почти закончила рост.

В возрасте 11−13 лет двигательные окончания в мышцах сходны с таковыми у взрослых людей. Если у взрослых к каждой мышце подходят нервы из нескольких источников, то у детей до одного года — из одного, что, естественно, обусловливает затруднения в сложных координированных движениях.

Изменение внутренней структуры мышц сопровождается изменением их внешнего строения и проявлением силовых показателей. До 7 лет мышцы растут преимущество в длину, а не в толщину, поперечник мышц увеличивается мало.

У новорожденных сухожилия развиты слабо. После 7 лет они растут более быстро, и к 12−14 годам мышечно-сухожильные соотношения становятся такими, какие характерны для взрослых.

В период полового созревания, когда происходит усиленный рост тела, длина мышц увеличивается больше, чем их толщина, что проявляется в уменьшении прироста силы мышц.

Имеются наблюдения, которые говорят о том, что рост различных мышц идет не одновременно и не с одинаковой скоростью. Более функционально нагруженные мышцы растут быстрее, чем менее нагруженные; мышцы, сокращающиеся с большим размахом, энергичнее растут в длину, а в тех отделах, где превалирует силовая нагрузка, увеличивается преимущественно поперечный размер их. Значит, на развитие мышц можно влиять их функцией.

Изменяются с возрастом и соотношения между сгибателями и разгибателями. У детей первых лет жизни примерно одинаково развиты и те и другие мышцы, за исключением мышц стопы. Постепенно на нижней конечности начинают преобладать разгибатели над сгибателями, а на верхней — наоборот.

Изменяются и весовые соотношения мышц. Мышцы у новорожденного составляют 23,3% веса тела, а у 8-летних — 27,2; в 15 лет — 32,6 и в 18 лет — 44,2%. У новорожденных мышцы головы и туловища составляют 40% веса всех мышц, мышцы верхних конечностей — 27,15, нижних конечностей — 37,9%.

Мышцы у детей прикрепляются к костям дальше от оси вращения суставов, чем у взрослых, поэтому их сокращения происходят с меньшей потерей в силе. Эластичность мышц у детей примерно в 2 раза больше, чем у взрослых, в связи с чем разрывы мышц у них — редкое явление. При сокращении мышцы способны больше укорачиваться, а при растяжении — больше удлиняться.

Что касается показателей силы мышц, то у детей 4 и 7 лет, по показателям кистевой динамометрии, она почти одинакова. Максимум нарастания силы кисти отмечен у мальчиков в возрасте 15−16 лет, а у девочек в 12 лет; наибольший прирост становой силы (силы разгибателей позвоночного столба) у мальчиков наблюдается в период 16−18 лет, а у девочек в 14−16 лет; сила дыхательных мышц увеличивается у мальчиков до 17 лет, а у девочек до 12−13 лет, максимум прироста ее у детей отмечен в возрасте 8−11 лет.

Работа мышц. Физические нагрузки при трудовых процессах, естественных движениях человека, занятиях спортом оказывают влияние на все системы организма, в том числе и на мышцы, изменяя их строение и функцию. Однако в различных видах спорта нагрузка на мышцы различна как по интенсивности, так и по объему, в ней могут преобладать статические или динамические элементы. Она может быть связана с медленными или быстрыми движениями. В связи с этим и изменения, происходящие в мышцах, будут неодинаковы.

Как известно, спортивная тренировка увеличивает силу мышц, эластичность, характер проявления силы и другие их функциональные качества. Вместе с тем иногда, несмотря на регулярные тренировочные занятия, сила мышц начинает снижаться и спортсмен не может даже повторить свой прежний результат. Поэтому очень важно знать, какие изменения происходят в мышцах под влиянием физической нагрузки, какой двигательный режим спортсмену рекомендовать; должен ли спортсмен иметь полный покой (адинамию), перерыв в тренировочном процессе, или минимальный объем движений (гиподинамию), или, наконец, проводить тренировки с постепенным уменьшением нагрузки.

Изменения в строении мышц у спортсменов можно определить методом биопсии (взятия особым способом кусочков мышц) в процессе тренировки. В нашей стране этот метод применяют мало, влияние нагрузки на мышцы изучают косвенным путем на животных, создавая экспериментальную модель. Хотя закономерности, установленные на животных, полностью на человека переносить нельзя, этим путем все же можно получить определенное представление о тех процессах, которые совершаются в мышцах под влиянием физических нагрузок.

Эксперименты на животных показали, что нагрузки преимущественно статического характера ведут к значительному увеличению объема и веса мышц. Увеличивается поверхность их прикрепления на костях, укорачивается мышечная часть и удлиняется сухожильная. Происходит перестройка в расположении мышечных волокон в сторону более перистого строения. Количество плотной соединительной ткани в мышцах между мышечными пучками увеличивается, что создает дополнительную опору. Кроме того, соединительная ткань по своим физическим качествам значительно противостоит растягиванию, уменьшая мышечное напряжение.

Усиливается трофический аппарат мышечного волокна: ядра, саркоплазма, митохондрии. Миофибриллы (сократительный аппарат) в мышечном волокне располагаются рыхло, длительное сокращение мышечных пучков затрудняет внутриорганное кровообращение, усиленно развивается капиллярная сеть, она становится узкопетлистой, с неодинаковым просветом.

При нагрузках преимущественно динамического характера вес и объем мышц также увеличиваются, но в меньшей степени. Происходит удлинение мышечной части и укорочение сухожильной. Мышечные волокна располагаются более параллельно, по типу веретенообразных. Количество миофибрилл увеличивается, а саркоплазмы становится меньше.

Чередование сокращений и расслаблений мышцы не нарушает кровообращение в ней, количество капилляров увеличивается, ход их остается более прямолинейным.

Количество нервных волокон в мышцах, выполняющих преимущественно динамическую функцию, в 4−5 раз больше, чем в мышцах, выполняющих преимущественно статическую функцию. Двигательные бляшки вытягиваются вдоль волокна, контакт их с мышцей увеличивается, что обеспечивает лучшее поступление нервных импульсов в мышцу.

При пониженной нагрузке мышцы становятся дряблыми, уменьшаются в объеме, капилляры их суживаются (некоторые даже испытывают обратное развитие), в результате чего мышечные волокна истончаются, двигательные бляшки становятся меньших размеров. Длительная гиподинамия приводит к значительному снижению силы мышц.

При умеренных нагрузках мышцы увеличиваются в объеме, в них улучшается кровоснабжение, открываются резервные капилляры. По наблюдениям П. З. Гудзя, под влиянием систематической тренировки происходит рабочая гипертрофия мышц, которая является результатом утолщения мышечных волокон (гипертрофии), а также увеличения их количества (гиперплазии). Утолщение мышечных волокон сопровождается увеличением в них ядер, миофибрилл. Увеличение количества мышечных волокон происходит тремя путями: посредством расщепления гипертрофированных волокон на два-три и более тонких вырастания новых мышечных волокон из мышечных почек, а также формирования мышечных волокон из клеток сателлитов, которые превращаются в миобласты, а затем в мышечные трубочки.

Расщеплению мышечных волокон предшествует перестройка их моторной иннервации, в результате чего на гипертрофированных волокнах формируются одно-два дополнительных моторных нервных окончания. Благодаря этому после расщепления каждое новое мышечное волокно имеет собственную моторную иннервацию. Кровоснабжение новых волокон осуществляется новообразующимися капиллярами, которые проникают в щели продольного деления. При явлениях хронического переутомления одновременно с возникновением новых мышечных волокон происходит распад и гибель уже имеющихся.

Важное практическое значение при перетренированности имеет двигательный режим. П. З. Гудзь установил, что гиподинамия действует отрицательно на мышцы. При постепенном же уменьшении нагрузок нежелательных явлений в мышцах не возникает. Широкое применение метода динамометрии позволило установить силу отдельных групп мышц у спортсменов и составить как бы топографическую карту.

Так, в показателях силы мышц верхних конечностей (мышц-сгибателей и разгибателей предплечья, разгибателей плеча) явное преимущество имеют спортсмены, специализирующиеся в хоккее и ручном мяче, по сравнению с лыжниками-гонщиками и велосипедистами. В силе мышц-сгибателей плеча заметно превосходство лыжников над гандболистами, хоккеистами и велосипедистами. Больших различий в силе мышц верхних конечностей между хоккеистами и гандболистами не наблюдается. Довольно четкие различия отмечаются в силе мышц-разгибателей плеча, причем лучший показатель у хоккеистов (73 кг), несколько хуже у гандболистов (69 кг), лыжников (60 кг) и велосипедистов (57 кг). У не занимающихся спортом этот показатель составляет всего 48 кг.

Показатели силы мышц нижних конечностей также различны у занимающихся разными видами спорта. Величина силы разгибателей голени больше у гандболистов (77 кг) и хоккеистов (71 кг), меньше у лыжников-гонщиков (64 кг), еще меньше у велосипедистов (177 кг), тогда как у гандболистов, лыжни ков и велосипедистов существенных различий в силе этой группы мышц нет (139−142 кг).

Особенно интересны различия в силе мышц-сгибателей стопы и разгибателей туловища, способствующих в первом случае отталкиванию, а во втором — удержанию позы. У хоккеистов показатели силы мышц-сгибателей стопы составляют 187 кг, у велосипедистов — 176 кг, у гандболистов — 146 кг. Сила мышц-разгибателей туловища у гандболистов равна 184 кг, у хоккеистов — 177 кг, а у велосипедистов — 149 кг.

В момент нанесения удара в боксе особая нагрузка падает на мышцы-сгибатели кисти и пальцев, активное напряжение которых обеспечивает жесткость звена. Во время боя большую нагрузку в области туловища несут мышцы-разгибатели позвоночного столба, при активном участии которых осуществляется нанесение различных ударов. В области нижних конечностей наиболее сильного развития голени у боксеров достигают сгибатели и разгибатели бедра, разгибатели голени и сгибатели стопы. В значительно меньшей степени развиты мышцы-разгибатели предплечья и сгибатели плеча, сгибатели голени и разгибатели стопы. При этом при переходе от первой весовой группы к шестой увеличение силы наиболее сильных групп мышц происходит в большей степени, чем увеличение относительно «слабых», менее участвующих в движениях боксера, мышц.

Все эти особенности связаны с неодинаковыми биомеханическими условиями в работе двигательного аппарата и требованиями, предъявляемыми к нему в различных видах спорта. При тренировке начинающих спортсменов необходимо обращать особое внимание на развитие силы «ведущих» групп мышц.