Всего за 209.9 руб. Купить полную версию
Естественно, ученых не мог не заинтересовать вопрос о том, как генетический аппарат мышечного волокна "узнает" о столь продолжительном сокращении.
Дело в том, что в цитоплазме мышечных волокон и других клеток ученые выявили наличие особого белка кальцинейрина, который взаимодействует с ионами кальция. В свою очередь, физиологам давно известно, что именно резкий выброс ионов кальция из внутриклеточных цистерн запускает всякое мышечное сокращение, которое осуществляется благодаря взаимодействию белков актина и миозина.
Сигналом для этого процесса является электрический импульс, который из мозга через отростки нервных клеток подается на мышечное волокно. Резкое же повышение уровня кальция в цитоплазме позволяет ему эффективно связываться с кальцинейрином. Он же, в свою очередь, активирует молекулы специальных белков, которые без особых проблем проникают в ядро мышечной клетки и ускоряют в ней синтез мРНК, кодирующей медленные изоформы миозина.
Таким образом, весь этот процесс начинает активно функционировать, когда количество кальция в цитоплазме клеток становится больше некой пороговой величины.
Когда же в ходе постоянных тренировок этот цикл многократно повторяется, то это приводит к накоплению в мышечном волокне медленных белков миозина, и оно со временем из быстрого превращается сначала в гибридное, а затем и в медленное.
Это всего лишь один из возможных механизмов. Принципиальны здесь два момента. Имеется пусковой фактор, непосредственно вовлеченный в процесс мышечного сокращения (в данном случае – резкое повышение концентрации ионов кальция), и молекула, специфически воспринимающая изменения этого фактора (в данном случае – кальцинейрин) и воздействующая на механизмы экспрессии генов.
УДИВИТЕЛЬНАЯ СКЕЛЕТНАЯ МЫШЦА
Скелетные, или поперечно-полосатые мышцы – один из видов мышечной ткани, которая сокращается под воздействием нервных импульсов. Они формируют скелетную мускулатуру человека и животных, с помощью которой выполняются самые разные действия: движения тела, сокращения голосовых связок, дыхание.
Для обеспечения точных механических движений в скелетных мышцах находится огромное количество рецепторов, посылающих в головной мозг сигналы о том, каково состояние этих мышц, степень их напряженности, о положении тела в пространстве и т. д. То есть скелетные мышцы вместе с сухожилиями являются гигантской чувствительной системой человека.
Но, кроме всего прочего, скелетная мышца выделяет еще и тепло. Именно по этой причине великий русский физиолог И.П. Павлов назвал ее "печкой", которая согревает наш организм.
Благодаря столь важным и разнообразным функциям, которые выполняют скелетные мышцы в организме, уже многие десятилетия их разносторонне и тщательно исследуют биологи и медики самых разных специальностей. Однако до сих пор эти структурные образования содержат в себе еще немало загадок…
Скелетные мышцы до сих пор тщательно изучаются учеными-медиками
Вот, к примеру, одна из них. Так, если у кролика извлечь икроножную мышцу, измельчить ее и полученную суспензию поместить на прежнее место, то через какое-то время из этой бесструктурной смеси сформируется новая икроножная мышца, почти идентичная прежней.
Другая удивительная особенность скелетных мышц связана с механизмом их функционирования. Физиологам давно известно, что, когда те или иные органы испытывают нагрузку, к ним увеличивается приток крови: например, к органам пищеварения – после еды, а к мозгу – при решении сложной задачи.
Такое повышенное снабжение органов кровью называется гиперемией. И связано оно с расширением сосудов. Соответственно, и повышенный приток крови к скелетным мышцам тоже стали объяснять теми же причинами, то есть расширением сосудов. Но такому взгляду на это явление противоречили некоторые экспериментальные данные.
Так, в ходе одного из экспериментов было установлено, что если мышца находится в покое, то крови через нее проходит мало. Однако при раздражении мышечного нерва электродами количество протекающей через мышцу крови увеличивается в десятки раз.
Объяснить это явление исключительно расширением сосудов невозможно по ряду причин.
К примеру, при различных видах сокращения, особенно длительных, давление мышцы на находящиеся в ней кровеносные сосуды возрастает до 300–400 мм рт. ст. и даже более. В то же время давление внутри самих сосудов, например, внутри вен, равняется 3–5 мм рт. ст., в капиллярах – 10–20 мм рт. ст., в артериях – 120 мм рт. ст. То есть внешнее давление на стенки сосудов в несколько раз больше, чем давление внутри самих сосудов. А это значит, что в результате такой разности давлений просвет во внутримышечных сосудах должен значительно уменьшиться и тем самым воспрепятствовать кровоснабжению мышцы. Но, тем не менее, все происходит вопреки логике: кровоток не только не останавливается, но даже увеличивается.
Чтобы объяснить этот парадокс, была выдвинута так называемая вибрационная гипотеза кровеобеспечения скелетных мышц. В ее основе лежат два факта. Во-первых, известно, что скелетная мышца состоит из множества тонких волокон, каждое из которых, а это уже, во-вторых, под влиянием поступающих из головного мозга импульсов быстро сокращается и расслабляется. Причем процесс этот происходит асинхронно, то есть в то время как одни волокна находятся в напряженном состоянии, другие – в расслабленном. При этом все эти процессы происходят настолько быстро, что волокна постоянно вибрируют, словно струны на гитаре.
В свою очередь, эта вибрация воздействует на капилляры, расположенные вдоль мышечных волокон. И именно благодаря ей, кровь и перемещается из сосудов с большим давлением в сосуды с меньшим давлением.
Тот факт, что каждая скелетная мышца активно участвует в перемещении крови от сердца к органам, подтвердили многочисленные эксперименты. Например, опытным путем было установлено, что в состоянии покоя давление крови, вытекающей из открытой вены, совсем небольшое. Однако при раздражении скелетной мышцы или, когда она находилась в работе, при пережатом венозном сосуде давление поднималось до максимального значения в 120 мм рт. ст., а позже и превышало его более, чем в два раза!
Затем, в ходе более тщательных экспериментов было установлено, что на пути от сердца к органам находится еще один насос, который, принимая в себя кровь под значительным давлением, проталкивает ее дальше с еще большей силой. При этом по своим способностям нагнетать и проталкивать кровь скелетная мышца порой превышает давление, создаваемое центральным "насосом" – сердцем, и, следовательно, является его важным помощником. А поскольку в организме человека находится более 600 скелетных мышц, то их роль в обеспечении циркуляции крови в теле довольно значительна.
Именно благодаря этим своим особенностям скелетные мышцы и получили название "периферических сердец".
Но скелетная мышца, помимо свойств нагнетательного, демонстрирует еще и функции присасывающего насоса. То есть если давление поступающей в скелетную мышцу крови снизится, то скелетная мышца начнет присасывать к себе кровь, а затем проталкивать ее в вены с намного большей силой.
В эксперименте скелетная мышца демонстрировала еще одно свое удивительное свойство. Для этого сначала из тела извлекали икроножную мышцу и соединяли ее сосуды (артерию и вену) с искусственным кругом кровообращения, состоящим из стеклянных и резиновых трубок, заполненных кровью или замещающей ее жидкостью. Затем мышцу с помощью электрических импульсов заставляли сокращаться. В результате она приводила в движение кровь по искусственному кругу кровообращения. А ведь, казалось бы, эта особенность присуща исключительно сердцу.
На основании этих и других экспериментов ученые пришли к выводу, что скелетная мышца по своим функциональным особенностям является самым настоящим "периферическим сердцем". В опытах было показано, что она может работать даже тогда, когда в искусственном круге отсутствует напор крови: она перекачивает кровь внутри себя и прогоняет ее дальше.
Вот такими удивительными и до конца еще не изученными особенностями обладает скелетная мышца – миниатюрное периферическое сердце человека.
Удивительная и загадочная кожа
ЧУДО-ЖЕЛЕЗА
Кожа, которая составляет в среднем около 20 процентов от массы человеческого тела, выполняет самые разные функции: она играет важную роль в дыхании, регуляции температурного режима, синтезе ферментов и медиаторов, в реакциях обмена, освобождении организма от вредных веществ и излишней воды.
Так, в нормальных условиях в течение суток через кожу выделяется около 650 граммов воды и приблизительно 10 граммов углекислоты. А при усиленном потоотделении, например, во время занятий физической культурой или во время некоторых заболеваний, объем выделяемой углекислоты и влаги возрастает в несколько раз. Порой в течение часа кожа может выделить от 1 до 3,5 литра пота, что равносильно выведению из тела 2500–8700 килоджоулей тепла.
О том, что кожа принимает активное участие в процессах дыхания, медики знали еще во времена Леонардо да Винчи. Теперь же установлен еще более любопытный и удивительный факт. Заключается он в том, что единица кожной поверхности поглощает кислорода больше, чем единица поверхности легочной ткани. Более того, кожа, вернее, эпидермис полностью обеспечивает себя кислородом непосредственно из окружающего воздуха, то есть кожа дышит в прямом смысле этого слова.
Кожа выполняет и защитную функцию. При этом одни ее структуры обеспечивают защиту от проникновения внутрь микроорганизмов, другие – от ультрафиолетовой радиации, третьи – нейтрализуют кислоты, щелочи и прочее.