Принцип работы и закон точности движений
В организме человека количество мышечных клеток, входящих в состав одной нейромоторной единицы, строго специфично для разных групп мышц. Эта вариабельность — эволюционный механизм, который напрямую определяет биомеханические свойства мускулатуры.
В физиологии существует базовая закономерность: чем меньше мышечных волокон иннервируется одним нервным волокном, тем точнее движение, которое способна обеспечить данная мышца. И наоборот, колоссальные скопления мышечных элементов под контролем одного нейрона необходимы для выполнения масштабной, грубой физической работы, где тонкость контроля отходит на второй план.
Рассмотрим классические примеры распределения волокон в нейромоторных единицах:
- Наружные мышцы глазного яблока. Здесь на одно нервное волокно приходится всего 3–6 мышечных волокон. Это обуславливает максимальную, ювелирную точность движений, необходимую для мгновенной фокусировки взгляда и микросаккад.
- Мышцы пальцев руки. В одной НМЕ насчитывается от 10 до 25 мышечных волокон. Благодаря такому соотношению мы способны выполнять мелкую моторику: писать текст, играть на музыкальных инструментах, застегивать пуговицы.
- Икроножная мышца. В этой структуре одно нервное волокно берет на себя управление огромной массой — до 7000 мышечных волокон. Высокая точность здесь не требуется, зато мышца способна генерировать мощное усилие для ходьбы, бега и поддержания вертикальной позы (грубые движения).
Механизм плавности мышечного сокращения
Одна из главных задач нервно-мышечного аппарата — обеспечение мягких и равномерных движений без спазматических рывков. Механизм плавности общего мышечного сокращения кроется во внутрисистемной организации самой нейромоторной единицы.
Внутри НМЕ сокращение отдельных мышечных волокон происходит не одномоментно, а строго последовательно. Это связано с тем, что нервное возбуждение распространяется по терминальным ветвям волокна и приходит к разным мышечным клеткам в разное время. В результате их индивидуальные микросокращения накладываются друг на друга в шахматном порядке. Именно эта неодновременность включения рабочих элементов сглаживает общую кривую напряжения и обеспечивает идеальную плавность работы всей мышцы.
Особенности иннервации и центральный контроль
Система управления мускулатурой имеет сложную архитектуру перекрестных связей. Каждое отдельное мышечное волокно не управляется строго изолированно. В действительности оно иннервируется сразу несколькими нервными волокнами, которые отходят от разных мотонейронов.
Такая множественная иннервация позволяет гибко настраивать работу двигательного аппарата. Регуляция итогового мышечного сокращения осуществляется не одним случайным импульсом, а согласованной работой целой совокупности нейронов центральной нервной системы (ЦНС). Они координируют свои сигналы, формируя адекватный двигательный ответ в зависимости от текущих потребностей организма.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие типы двигательных (нейромоторных) единиц выделяют в зависимости от скорости сокращения и утомляемости?
Каждая двигательная единица содержит свой тип мышечных волокон. По скорости сокращения и утомляемости выделяют:
- Быстрые — длительность сокращения около 100 мс, утомляются быстро (несколько минут).
- Медленные — длительность сокращения около 200 мс, почти неутомляемые.
- Промежуточные — имеют промежуточную длительность сокращения и промежуточную утомляемость.
Какой медиатор обеспечивает передачу возбуждения в нервно-мышечном синапсе нейромоторной единицы?
Передачу возбуждения в нервно-мышечном синапсе скелетных мышц обеспечивает медиатор ацетилхолин.
В синаптической щели ацетилхолин связывается со специфическими рецепторами постсинаптической мембраны (моторной концевой пластинки). Роль этих рецепторов выполняют ионотропные н-холинорецепторы (никотиночувствительные рецепторы мышечного типа). Связывание медиатора с рецепторами приводит к возникновению потенциала концевой пластинки, амплитуда которого в норме достигает критического уровня деполяризации и генерирует потенциал действия, вызывающий сокращение мышцы.
В чем заключается правило (закон) Хеннемана при рекрутировании нейромоторных единиц?
Правило (принцип размера) Хеннемана заключается в том, что при нарастании силы мышечного сокращения вовлечение двигательных единиц происходит в строгом порядке от малых к большим: ME-I → ME-IIA → ME-IIБ.
Мелкие нейроны (тип I) имеют более высокое входное сопротивление и деполяризуются быстрее при слабом синаптическом притоке. Крупные нейроны (тип IIБ) требуют мощной стимуляции для достижения порога. Такой порядок рекрутирования обеспечивает плавность движений и экономию энергии.
Правило кисти и валика: «Меньше волокон — больше точности». Представьте художника с тонкой кисточкой (мало волосков = точный штрих, как в мышцах глаза) и маляра с огромным валиком (много ворса = грубая закраска, как в икроножной мышце).
Вопросы с занятий и экзамена
Что входит в состав одной нейромоторной единицы?
В состав НМЕ входит ровно одно нервное волокно и все те мышечные волокна, которые оно непосредственно иннервирует.
Как количество волокон в НМЕ влияет на функцию мышцы?
Существует обратная зависимость: чем меньше мышечных волокон приходится на одно нервное волокно, тем более точные и тонкие движения может выполнять мышца (например, наружные мышцы глаза).
Почему мышца сокращается плавно, а не рывками?
Плавность обеспечивается неодновременным, последовательным сокращением мышечных волокон внутри НМЕ. Это происходит из-за разного времени прихода нервного возбуждения к отдельным волокнам.
Иннервируется ли одно мышечное волокно только одним мотонейроном?
Нет, каждое мышечное волокно получает иннервацию от нескольких нервных волокон, принадлежащих разным мотонейронам, что позволяет ЦНС точнее регулировать сокращение.
Что ещё разобрать по теме
- Строение и функции нервно-мышечного синапса
- Типы мотонейронов и их локализация в ЦНС
- Структура рефлекторной дуги соматического рефлекса
- Роль двигательной коры в планировании произвольных движений
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Нейромоторные единицы» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 112 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Мышечное сокращение»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.