Микроструктура мышечных волокон изменение ее с возрастом кратко

Обновлено: 04.07.2024

Хорошо известно, что максимальная сила с возрастом уменьшается. Связано ли это с процессом старения или с уменьшением двигательной активности? И то, и другое.

Из этого графика следует, что силовая тренировка в течение всей жизни остается весьма эффективным средством для поддержания силы мышц. Однако, где-то после 60 лет уровень силы быстро падает, несмотря на тренировки. Возможно, здесь сказывается влияние заметных изменений в уровне гормонов. Количество и тестостерона, и гормона роста уменьшается гораздо быстрее после 60. Сила уменьшается из-за атрофии мышечных волокон. Важно отметить, что тренирующий силу 60-летний человек может быть сильнее своих нетренирующихся сыновей! А некоторые исследования показали, что увеличение силы возможно и в 90 лет. Так что начать тренировать силу никогда не поздно!

Тип мышечных волокон и возраст

Выносливость мышц и возраст

Для тех, кто тренируется на выносливость, важно то, что окислительная способность скелетных мышц мало изменяется с возрастом (если не прекращать тренироваться). Плотность капилляров в мышцах примерно одинакова у атлетов разных возрастов. Уровни окислительных энзимов одинаковы или чуть ниже у более старших. Это небольшое снижение, возможно, связано с уменьшением тренировочных объемов у спортсменов-ветеранов. Более того, даже пожилой человек, начинающий тренироваться, сохраняет потенциал улучшения выносливости мышц.

Выводы

Оказывается, что у спортсменов старшего возраста, которые продолжают тренировки на выносливость и на поддержание силы, заметные изменения в скелетных мышцах не проявляются лет до 50. После этого возраста начинаются изменения в количестве, но не в качестве мышечной массы. Эти изменения, однако, можно нивелировать тренировками. В общем, выявленные изменения снижают максимальную силу и мощность в большей степени, чем выносливость. Так можно объяснить то, что более возрастные атлеты выступают лучше на более длинных дистанциях.

Мышцы триатлета.

Как Вы видите, 74-летние ноги триатлета мало чем отличаются от ног 40-летнего спортсмена. Авторы исследования пишут:

“Обычно считается, что со старением происходит неизбежное снижение мышечной массы и потеря силы. Это зависит от образа жизни. Скелетно-мышечное старение в прямой зависимости от сидячего образа жизни и питания. Это исследование показывает, что мы способны к сохранению и массы мускула, и силы благодаря физической активности. Как специалисты спортивной медицины, мы призываем людей не останавливаться в занятиях спортом и оставаться активными в любом возрасте! Все зависит от образа жизни.”
40 летний триатлет

74-х летний человек с сидячим образом жизни

74-х летний триатлет

Часть 2: Энергообеспечение мышечной деятельности. Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения.

January 2, 2022 -->

Естественный бег. Случай из практики

Описаны возрастные изменения структуры и функции скелетных мышц. Причину возрастной атрофии (саркопении) скелетных мышц авторы видят в уменьшении количества ДЕ. Приведены данные о возрастной потере количества мышечных волокон и ДЕ в латеральной широкой мышце бедра.

Faulkner, J.A. Age-related changes in the structure and function of skeletal muscles / J.A. Faulkner, L. M. Larkin, D.R. Claflin, S. V. Brooks // Proceedings of the Australian Physiological Society, 2007. – 38. – p. 69-75.

ДЖ. А. ФОЛКНЕР С СОАВТ.

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

АННОТАЦИЯ

ТИПЫ МЫШЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

В противоположность этому, повреждение мышцы при сокращении происходит только при ее работе в уступающем режиме (2,3). Faulkner & Brooks (4) выяснили, что травма провоцирует механическое разрушение отдельных саркомеров с последующим блокированием очага травмы (5). Более серьезное дальнейшее повреждение проявляется спустя несколько дней из-за появления в мышцах, воспалительных клеток и образования свободных радикалов (4,6,7). Травмы скелетной мышцы часто связаны либо с одним сильным растяжением максимально активированной мышцы, например, во время падения, или сразу нескольких небольших растяжений сильно активизированной мышцы, как, например, мышцы бедра и разгибатели колена во время марафонского бега (4). Полное восстановление после травмы, вызванной растяжением, требуется несколько недель, а если растяжения тяжелые, то даже больше (4,6, 7). У старых животных работа в эксцентрическом режиме ведет к большему количеству повреждения, при этом после тяжелого повреждения восстановление может быть неполным (4). Неполное восстановление повреждения, вызванного сокращением, может привести к необратимой потере мышечной массы и силы (6,7).

СЛАБОСТЬ И НЕСПОСОБНОСТЬ РАЗВИВАТЬСЯ

МЕХАНИЗМЫ, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА АТРОФИЮ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

Мышечная масса является функцией от среднего объема всех мышечных волокон (длина мышечных волокон, умноженная на площадь поперечного сечения (ППС) и числа волокон, имеющихся в данной скелетной мышце. В зрелом возрасте длина мышечных волокон изменяется только в сочетании со значительной гипертрофией или атрофией. (29). Более того, несмотря на то, что возможно расщепление мышечных волокон (30), их количество не увеличивается (31). Вследствие этого, для взрослых людей изменение массы данной мышцы происходит прежде всего из-за изменения в поперечного сечении мышечных волокон или потери определенного количества волокон. У большинства людей оба фактора способствуют уменьшению мышечной массы по мере старения, но доля снижения у каждого индивида зависит от наследственности так же, как и от ряда неизвестных факторов в дополнение к привычным уровням физической активности (16). Для многих атрофия скелетных мышц первично замечается после 40 лет и практически у всех после 50 лет (15). Возникающая потеря мышечной массы до 50 лет напрямую связана с уменьшением площади поперечного сечения отдельных волокон из-за сидячего образа жизни, поскольку не наблюдается различий в количестве волокон от 20 вплоть до 50 лет (Рисунок 2а). Между 50 и 80 годами жизни число волокон в латеральной широкой мышце бедра у мужчин уменьшается с 600000 волокон до 323000 волокон (Рисунок 2а). Хотя сопоставимое исследование для женщин не проводилось, возрастные изменения в мышечной массе предполагают аналогичные изменения (16,18). Неизбежно теряется часть мышечных волокон 2 типа (11,15), но потеря мышечной массы в значительной степени зависит от регулярности и интенсивности физической активности, в которую вовлечены пожилые люди. Физическая активность непосредственно воздействует на ППС оставшихся мышечных волокон, и вместо атрофии, волокна могут сохранять свою ППС (32,33), или даже гипертрофироваться (10,11, 34). Тенденция такова — ППС быстрых мышечных волокон 2 типа с возрастом уменьшается, в то время как медленные волокна 1 типа сохраняют свою ППС, даже у пожилых индивидов (11, 15).

Крупные мышцы бедра человека состоят из сотен тысяч волокон (15). Несмотря на значительные проблемы в получении образцов из мышц с помощью игольчатой биопсии и влияния площади поперечного сечения на измерения, полученные данные оказались достоверными (32,33,35). Исследования мужчин и женщин, как молодых, так и старшей возрастной группы, проводившиеся с учетом тщательно разработанных программ тяжелой атлетики и при условии единых показателей структуры и функционирования проницаемых тканей, продемонстрировали гипертрофию в мышечных волокнах 1 и 2 типа (32, 35). В остальных случаях изменений в площади поперечного сечения не было (33). Расхождения в этих данных вероятно связаны с различиями в первоначальном уровне физической подготовки исследуемых, в интенсивности программы тренировок, а также в том, что при биопсии изучаются только несколько сотен мышечных волокон из крупных мышц бедра (32-35).

Рисунок 2. А. Соотношение между общим числом волокон в латеральной широкой мышце бедра и возрастом мужчин от 18 до 82 лет. Среднее количество мышечных волокон в латеральной широкой мышце не изменяется от 18 до 50 лет, а в возрасте 80 лет, среднее число волокон уменьшается до 50% от числа молодых мужчин. 2В. Соотношение между количеством двигательных единиц в коротком разгибателе пальцев и возрастом мужчин от 5 до 88 лет. Количество двигательных единиц оставалось постоянным в возрасте от 5 до 50 лет, но затем линейно убывало к нулевой отметке по достижению 95 летнего возраста.

МЕХАНИЗМЫ, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА ПОТЕРЮ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН

Уменьшение мышечной массы и количества мышечных волокон наблюдается у каждого вида, у которого были изучены возрастные изменения: людей (11, 15), крыс (36-39) и мышей (40). Хотя происхождение многих механизмов, лежащих в основе возрастных изменений в скелетных мышцах остается неизвестным, однако четко установлен вклад денервации в потерю мышечных волокон (41), двигательных единиц (42-44), и их ремоделирование (45). Потеря двигательных единиц (ДЕ) стала основополагающим фактором в возрастных изменениях скелетных мышц и являлась причиной потери мышечных волокон (Рисунок 2В). Феномен потери ДЕ наблюдается как в мышцах крыс (43, 45-47), так и в мышцах человека (42, 48, 49). Хотя, у людей количество ДЕ измерялось в мышцах ладони (48,49) и пальцев (42) с помощью косвенных методов, в то время как у крыс подсчитывали количество волокон напрямую в крупных мышцах бедра (15).

ПРИВЫЧНЫЙ УРОВЕНЬ И ТИП ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

REFERENCES

ПЕРЕВОД ОСУЩЕСТВЛЯЛИ МАГИСТРАНТЫ:

Аннотация – Шершнева А.А.

Типы мышечных сокращений – Прошина В.А.

Слабость и неспособность развиваться – Андрейчик Е.О., Вуколова Е.В.

Механизмы, ответственные за атрофию скелетных мышц – Мищенко А.Д., Макаров Я.Н.

Механизмы, ответственные за потерю мышечных волокон – Козлов А.В.

Привычный уровень и тип физической активности – Матвеева М.С., Пивоварова Ю.В.

Анатомически у новорожденных имеются все скелетные мышцы, но относительно веса тела они составляют всего 23% (у взрослого 44%). Количество мышечных волокон в мышцах такое же, как у взрослого. Однако микроструктура мышечных волокон отличается. Волокна меньше диаметром, в них больше ядер. По мере роста происходит утолщение и удлинение волокон. Это происходит за счет утолщения миофибрилл, оттесняющих ядра на периферию. Размеры мышечных волокон стабилизируются к 20 годам.

Мышцы у детей эластичнее, чем у взрослого, т.е. быстрее укорачиваются при сокращении и удлиняются при расслаблении. Возбудимость и лабильность новорожденных ниже, чем у взрослых, но с возрастом растет.

У новорожденных даже во сне мышцы находятся в состоянии тонуса. Развитие различных групп мышц происходит неравномерно. В 4-5 лет более развиты мышцы предплечья, отстают в развитии мышцы кисти. Ускоренное созревание мышц кисти происходит в 5-6 лет. Причем разгибатели развиваются медленнее сгибателей. С возрастом изменяется соотношение тонуса мышц. В раннем детстве повышен тонус мышц кисти, разгибателей бедра и т.д. Постепенно распределение тонуса нормализуется.

Показатели силы и работы мышц в процессе роста.

Физиология процессов межклеточной передачи возбуждения. Проведение возбуждения по нервам.

Функцию быстрой передачи возбуждения к нервной клетке и от нее выполняют ее отростки – дендриты и аксоны, т.е. нервные волокна. В зависимости от структуры их делят на мякотные, имеющие миелиновую оболочку, ибезмякотные. Эта оболочка формируетсяшванновскими клетками, являющимися видоизмененными глиальными клетками. Они содержат миелин, который в основном состоит из липидов. Он выполняет изолирующую и трофическую функции. Одна шванновская клетка образует оболочку на 1 мм нервного волокна. Участки, где оболочка прерывистая, т.е. не покрыта миелином, называютперехватами Ранвье. Ширина перехвата 1 мкм.

Функционально все нервные волокна делятся на 3 группы:

Волокна типа А– это толстые волокна, имеющие миелиновую оболочку. В эту группу входят 4 подтипа:

А альфа– двигательные волокна скелетных мышц и афферентные нервы, идущие от мышечных веретен – рецепторов растяжения. Скорость проведения 70-120 м/с.

А бета – афферентные волокна, идущие от рецепторов давления и прикосновения кожи. Скорость 30-70 м/с.

А гамма– эфферентные волокна, идущие к мышечным веретенам (15-30 м/с).

А дельта – афферентные волокна от температурных и болевых рецепторов кожи (12-30 м/с).

Волокна группы В– тонкие миелиновые волокна, являющиеся преганглионарными волокнами вегетативных эфферентных путей. Скорость проведения 3-18 м/с.

Волокна группы С– безмиелиновые постганглионарные волокна вегетативной нервной системы. Скорость 0,5-3 м/с.

Проведение возбуждения по нервам подчиняется следующим законам:

Закон анатомической и физиологической целостности нервов, т.е. нерв способен выполнять свою функцию лишь при обоих этих условиях. Первые нарушения при перерезке, вторые – при действии веществ, блокирующих проведение, например, новокаин.

Закон двустороннего проведения возбуждения.Оно распространяется в обе стороны от места раздражения. В организме чаще всего возбуждение по афферентным путям идет к нейрону, а по эфферентным – от нейрона. Такое распространение называетсяортодромным. Очень редко возникает обратная илиантидромноераспространение возбуждения.

Закон изолированного проведения. Возбуждение не передается с одного не нервного волокна на другое волокно, входящее в состав этого же нервного ствола.

Закон без декрементного проведения.Возбуждение проводится по нервам без декремента, т.е. без затухания. Следовательно, нервные импульсы не ослабляются, проходя по нервам.

Скорость проведения прямо пропорциональна диаметру нервов.

Нервные волокна обладают свойствами электрического кабеля, у которого не очень хорошая изоляция. В основе механизма проведения возбуждения лежит возникновение местного тока. В результате генерации потенциала действия в аксонном холмике и реверсии мембранного потенциала, мембрана аксона приобретает положительный заряд. Снаружи она становится отрицательной, внутри положительной. Мембрана нижележащего невозбужденного аксона заряжена противоположным образом. Поэтому между этими участками по наружной и внутренней поверхностям мембран начинают проходить местные токи. Эти токи деполяризуют мембрану нижележащего невозбужденного участка нерва до критического уровня, и в нем также генерируется потенциал действия. Затем процесс повторяется и возбуждается более отдаленный участок нерва и т.д.

Так как по мембране безмякотного волокна местные токи текут не прерываясь, то такое проведение называется непрерывным. При непрерывном проведении местные токи захватывают большую поверхность волокна, поэтому им требуется длительное время для прохождения по участку волокна. В результате дальность и скорость проведения по безмякотному волокну небольшая.

Изучение изменений двигательной функции с возрастом представляет для исследователя огромный интерес. Это одна из тех функций организма, изменения в которых происходят постоянно, практически на всем протяжении онтогенетического развития человека. Возрастная эволюция двигательной функции человека - процесс многогранный, включающий в себя скоординированное и гетерохронное развитие звеньев нескольких систем, в первую очередь - мышечной и нервной системы.

10.1. Изменение микростроения и функциональных возможностей мышц в онтогенезе

10.2. Возрастная изменчивость двигательных качеств

Изменение микростроения и функциональных возможностей мышц в онтогенезе

10.1.1. Микроструктура мышечного волокна

10.1.2. Показатели мышц в онтогенезе

10.1.3. Иннервация и кровоснабжение мышечных единиц

10.1.4. Лабильность мышц

10.1.5. Причины изменения лабильности мышц в онтогенезе

10.1.7. Уровень работоспособности мышц в онтогенезе

Микроструктура мышечного волокна

В мышце различают среднюю часть - брюшко, состоящее из мышечной ткани, и сухожилие, образованное плотной соединительной тканью. Каждая мышца состоит из большого количества волокон поперечно-полосатой скелетной мускулатуры, расположенных параллельно и связанных между собой прослойками рыхлой соединительной ткани, по которым к ним подходят нервные волокна и сосуды.

Снаружи поперечно-полосатое мышечное волокно покрыто сарколеммой, внутри в саркоплазме расположены миофибриллы, сократительный аппарат мышечного волокна, а также митохондрии и другие органеллы клеток. Волокно разделено на правильно чередующиеся участки (диски), обладающие разными оптическими свойствами (рис. 29). Одни участки анизотропны (А), то есть в обыкновенном свете выглядят темными. Другие участки в обыкновенном свете выглядят светлыми - они изотропны (I). В середине диска А различается светлая полоска Н, посередине диска I - темная полоса Z, представляющая собой ионную мембрану с проходящими через нее миофибриллами.

Рисунок . Строение миофибрилл.

Каждая миофибрилла в свою очередь состоит из 2800 протофибрилл, представляющий собой длинные цепочки молекул белков миозина и актина. Миозиновые нити вдвое толще актиновых.

В состоянии покоя нити расположены таким образом, что тонкие длинные актиновые нити входят в промежуток между толстыми и более короткими нитями миозина. Важным компонентом микроструктуры миофибриллы является наличие многочисленных поперечных мостиков, соединяющих между собой актиновые и миозиновые нити.

При сокращении мышечного волокна за счет этих мостиков нити начинают скользить друг по другу, актиновые нити вдвигаются в промежуток между миозиновыми.

Причиной скольжения является химическое взаимодействие между актином и миозином в присутствии ионов кальция и АТФ. Наблюдается нечто подобное зубчатому колесу, протягивающего одну группу нитей относительно другой. Роль зубчиков в этом процессе принадлежит поперечным мостикам, за счет которых взаимодействуют между собой молекулы актина и миозина.

Иннервация и кровоснабжение мышечных единиц

Двигательные нервные окончания в мышцах появляются еще задолго до рождения и длительное время после рождения их сеть продолжает развиваться. А вот проприорецепторный аппарат формируется более быстрыми темпами, и опережает в своем развитии моторные окончания.

К моменту рождения нервно-мышечное веретено уже имеет хорошо выраженную капсулу, извитые и разветвленные нервные волокна и мышечный стержень.

С возрастом меняется не только структура, но и их распределение в мышце.

Так, если у новорожденного "веретена" расположены более или менее равномерно, то к 4-11 годам нервно-мышечные веретена обнаруживаются в большей мере в концевых третях, чем в середине.

Примерно до 17 лет и старше особенно быстро увеличивается количество мышечных веретен в участках мышц, испытывающих наибольшее растяжение.

Кровоснабжение мышц в эмбриональном и в раннем детском возрасте развито уже хорошо, но в отличие от взрослого организма в этом периоде тип ветвления сосудов мышц иной: он бывает рассыпной или переходный, а у взрослого - магистральный. В общем можно отметить, что структура артериального русла мышц формируется уже к рождению.

В ходе онтогенеза существенным образом изменяются и функции мышц.

Лабильность мышц

Одним из важных показателей функции мышц является их лабильность. Под лабильностью или функциональной подвижностью Н.Е. Введенский понимал большую или меньшую скорость тех элементарных реакций, которыми сопровождается физиологическая деятельность данного аппарата, в нашем случае мышечного. Мерой лабильности по Введенскому является наибольшее число потенциалов действия, которое возбудимый субстрат способен воспроизвести в 1 сек под влиянием раздражителя.

Наиболее низкая лабильность отмечается во внутриутробном периоде. Скелетная мускулатура воспроизводит лишь 3-4 сокращения в секунду, тогда как у взрослого - до 60-80. Во внутриутробном периоде при превышении оптимальной величины частоты раздражения мышца продолжает сокращаться столько времени, сколько длится раздражение, при этом отсутствует свойственное у взрослого состояние пессимума. Пессимальное торможение заключается, как известно, в уменьшении величины тетанического сокращения при очень высокой частоте раздражения мышцы, при этом сила ее сокращения снижается.

Хронаксия

Для характеристики изменений функционального состояния двигательного аппарата в онтогенезе значительный интерес представляет оценка роли времени в рефлекторных реакциях мышц.

Хронаксия (характеризует скорость возникновения возбуждения) мышц у новорожденных от 1,5 до 10 раз больше, чем у взрослых.

По величине хронаксии было показана гетерохронность развития отдельных мышечных групп в онтогенезе.

Так, например, хронаксия двуглавой и трехглавой мышцы плеча формируется на уровне взрослого уже к 5 годам, тогда как для большинства мышц это происходит в пределах 9-15 лет. Достигнув определенной величины, показатели хронаксии удерживаются на этом уровне всю жизнь, несколько снижаясь в старости.

Быстрота движений

Выносливость

Быстрота движений

Быстрота движений характеризует способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени.

Развитие этого качества определяется состоянием самого двигательного аппарата и деятельностью центральных иннервационных механизмов, то есть высокий уровень быстроты движений тесно связан с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения. С возрастом быстрота движений увеличивается.

Определяя этот показатель по максимальной частоте оборотов педалей велоэргометра, удалось установить, что наибольшее развитие этого качества достигается у детей 14-15 лет.

Быстрота движения тесно связана и с другими качествами - силой и выносливостью. Примечательно, что максимальные показатели быстроты вращения педалей зависят от сопротивления движению педалей, так как увеличение нагрузки, прилагаемой в упражнении, приводило к смещению максимальных значений скорости в сторону более старших возрастов.

Такая же картина была обнаружена и при увеличении длительности педалирования, то есть когда испытуемым требовалось проявить большую выносливость.

Таким образом, быстрота движений на разных этапах онтогенеза зависит от степени функционального развития нервных центров и периферических нервов, что определяет в конечном счете скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным единицам.

Исследования показали, что скорость проведения импульсов в волокнах периферических двигательных нервов достигает величин взрослых уже к 5 годам. Это положение подтверждается данными гистологии, показывающими, что строение волокон передних спинномозговых корешков у человека начинает соответствовать строению взрослого организма между 2 и 5 годами, а волокон задних корешков - между 5 и 9 годами.

Выносливость

Выносливость - это способность продолжать работу при развивающемся утомлении. Но несмотря на большую практическую значимость выяснения возрастных особенностей развития выносливости, развитие этой стороны двигательных качеств менее всего изучено.

Некоторые данные, представленные ниже на рис. 30, указывают на то, что статическая выносливость (измеряемая по времени сжимания рукой кистевого динамометра при силе, равной половине от максимального) с возрастом значительно увеличивается.

Например, у мальчиков 17 лет выносливость была в 2 раза выше, чем у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только в 20-29 лет. К старости выносливость уменьшается примерно в 4 раза.

Примечательно, что в разные возрастные периоды выносливость не зависит от развития силы. Если наибольший прирост силы наблюдается в 15-17 лет, то максимум повышения выносливости происходит в возрасте 7-10 лет, то есть при быстром развитии силы развитие выносливости замедляется.

Рис. 30. Максимальная сила сжатия правой кисти (Леонова, Гарсия, 1986 г.).

Вопросы.

1. Какие изменения происходят в микростроение и функциональных возможностях мышц в онтогенезе.

2. Особенности микроструктуры мышечного волокна

3. Функциональные показатели мышц в онтогенезе

4. Особенности иннервации и кровоснабжения мышечных единиц

5. Что такое лабильность мышц

6. Укажите основные причины изменения лабильности мышц в онтогенезе

7. Что такое хронаксия

8. Как изменяется уровень работоспособности мышц в онтогенезе

9. В чем заключается возрастная изменчивость мышц.

10. Как изменяются показатели силы мышц с возрастом

11. Как изменяется быстрота движений с возрастом

12. Как изменяется выносливость с возрастом

13. Как изменяется координация деятельности мышц с возрастом.

ГЛАВА 10. ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ