Если поискать ответ на вопрос «как сокращаются мышцы?», то в большинстве случаев мы найдем поверхностную информацию:: «Нервные окончания дают импульс и мышцы сокращаются, тратят запасенную в них энергию. Сигнал в нервных волокнах исчез – мышца расслабилась». В биологии мышцы даже изучает отдельная наука – миология.
Мышечная ткань состоит из групп мышечных волокон. Эти волокна располагаются параллельно друг другу и объединяются соединительной тканью в первичные пучки. К нескольким таким первичным пучкам присоединяются другие, формируя пучки второго порядка, и так далее. В итоге все мышечные пучки разных порядков объединяются под защитной оболочкой соединительной ткани, образуя мышечное брюшко. В мышечной ткани расположены кровеносные и лимфатические сосуды, обеспечивающие её питанием, а также нервные волокна, отвечающие за её управление.
Питанием для мышц является АТФ (аденозин трифосфосфат). Он окисляется кислородом, который приносит кровь, мышца совершает сокращение мышечного волокна при расщеплении молекулы АТФ. В результате чего выделяется энергия, которая идёт на сокращение. В организме АТФ синтезируется из инозина.
Хорошо, если расщепляется молекула АТФ при химических реакциях, но, как мы знаем, выделяется тепловая энергия (или поглощается). Эндотермическая или экзотермическая реакция. Т.к. мы при чрезмерной нагрузке можем вспотеть, организм включает режим охлаждения, то реакции в мышцах точно идут с выделением тепла, выделяется тепловая энергия колебаний молекул (так говорит физика про то, что такое тепло).
А откуда возникает механическая энергия, с помощью какого процесса или поля совершается работа мышцами? Что вообще такое «сокращение мышц»? Причем, у небольшого объема натренированных мышц спортсмена эта работа может быть огромной. Например, подъем тяжестей. Или долгой (марафонский забег).
Вообще, кто-нибудь считал, сколько энергии выделяется при окислении АТФ и соотносится ли эта энергия с той работой, которую совершают мышцы? Таких даже поверхностных и простых для любого студента исследований никто не проводил, т.к. никто об этом даже не задумывался.
Как было сказано, источник энергии этой реакции – АТФ. Как химическая реакция окисления АТФ связана с механическим сокращением мышщ?
Миология сообщает, что сокращение мышц - это реакция мышечных клеток на действие нейромедиаторов, и в редких случаях гормонов, которое проявляется в сокращении длины клетки.
Более подробно про мышечные сокращения в специализированной литературе сказано следующее:
Механизмом мышечного сокращения является взаимодействие белков актина и миозина. В скелетных мышцах за сокращение отвечают миофибриллы (примерно две трети сухого веса мышц). Миофибриллы - структуры толщиной 1-2 мкм, состоящие из саркомеров - структур длиной около 2,5 мкм, состоящих из актиновых и миозиновых (тонких и толстых) филаментов и Z-дисков, соединённых с актиновыми филаментами. Сокращение происходит при увеличении концентрации в цитоплазме ионов Ca2+ в результате скольжения миозиновых филаментов относительно актиновых. Головки миозина расщепляют АТФ и за счет высвобождающейся энергии меняют форму, скользя по актиновым филаментам.
Процесс сокращения может происходить либо до уменьшения концентрации ионов Ca2+, либо до полного исчерпании запаса АТФ. Скорость скольжения миозина по актину ≈15 мкм/сек. В миозиновом сегменте много (около 500) молекул миозина и при сокращении мышцы цикл повторяется сотнями головок сразу, что и приводит к быстрому и сильному сокращению.
В специализированной литературе процесс описан более подробно с точки зрения взаимодействия двух этих белков. Неподготовленному читателю эта информация будет непонятна. Но прочитав ее, складывается впечатление, что далее изучать процесс сокращения мышечных волокон (деформации клеток) нужно с точки зрения электрических взаимодействий молекул белков. Это могут производить лишь группы заряженных ионов за счет электрических сил. Тем более, в этом процессе участвуют ионы кальция.
Т.к. притяжение или отталкивание может происходить и за счет магнитных полей, которых мы у живых организмов не наблюдаем, то остается строить размышления на основе взаимодействия электрических зарядов.
Получается, что мышца – это электрическая машина, которая работает на основе ионного насоса. Есть разные по знаку заряды – белок миозин движется, пока его головка куда-то притягивается. Но как физически этот процесс запускают сигналы в нейронах? Что является спусковым крючком сначала скольжения белка, а потом его остановки? И как это привязать к форме клетки? Как связаны деформации (сокращения клетки и ее волокон) со скольжением миозина в объемной модели? Отдельный аксон нейрона не может подходить к каждой клетке мышц. Тем более, иногда сокращением мышц могут управлять гормоны (адреналин и окситоцин).
Имеется ли аналогия такого сокращения в других известных нам земных процессах? Имеется только на основе электричества, т.е. движения электрического тока и взаимодействия магнитных полей в проводниках (катушках), как составляющей явления под названием электрический ток.
В мышцах же, по всей видимости, происходят взаимодействия только электрических полей у ионных зарядов. Но это не точно. Другая гипотеза будет высказана ниже.
Работа электрических зарядов в молекулах клеток мышц – не единственная электрическая машина у живых организмов. В природе бактерий встречаются нано-электродвигатели, работающие на электрических зарядах ионов.
Так устроен привод (вращение) жгута у жгутиковой бактерии, с помощью которого она передвигается в среде. Похоже на электромотор, не правда ли? У природы (или у Творца, кому как удобно это называть) – точно инженерный подход к живым организмам.
Эта система похожа на современный бесщеточный двигатель.
Биологи пытаются нарисовать модели, объясняющие процесс сокращения мышц, но все они с точки зрения механики и физики выглядят нелепо. Я бы сказал так: то, что показано на вот таких моделях – механически работать не будет.
Какое-то скольжение… А как же торможение этого сокращения? А как управление силой сокращения мышц? Это должна быть система с обратной связью. Первая моя специальность: системы автоматического управления и принцип управления работой мышцами на уровне биохимии непонятен. В описании биохимиков нет физической системы, которая могла бы работать и регулироваться.
Повторюсь, что к каждой мышечной клетке должен подходить отросток нейрона с подачей управляющего сигнала и получением обратной связи от нее. Ведь мы можем регулировать усилие мышц, а не только делать вкл-выкл. Число нейронных клеток должно превышать число мышечных клеток. Работа системы должна происходить по алгоритму. По факту мы видим, что нейроны управляют группой мышц. Как тогда распространяется сигнал между клетками мышц? Без объединения биохимии, физики и электроники – трудно ответить на эти вопросы.
Известно, что мышцы можно нарастить, выполняя силовые упражнения. А так же нарастить силу мышц, нагружая их. Одна из моделей говорит, что мышцы при нагрузке надрываются и вырастают новые, в большем количестве, мышцы увеличиваются в объеме. Получается, что мышцы – это регенерирующая часть тела? Или при нагрузке запускаются какие-то неизвестные пока процессы? В общем, вопросы можно задавать и дальше. Получается, очень загадочный орган в живых организмах – эти мышцы.
Ну, и раз столько вопросов, то как же без альтернативных гипотез.
Наблюдаю, как Александр Мишин развивает не только свои системы оздоровления, но и физические представления об устройстве мира. Его концепция – волновая структура материи. Частицы – это замкнутые стоячие волны. Фотон – распрямленная волна одной из гармоник, которая вырвалась из тороида-частицы. Одинаковые частоты отталкиваются, разные – притягиваются. И, вот на этом принципе один из его подписчиков высказал такую мысль на счет работы мышц:
Мышцы состоят из волокон, которые состоят из саркомеров. По краям саркомеров подключаются нервы-провода. Саркомер состоит из актина и миозина, которые подозрительно похожи на спирали-катушки, только состав у них разный (и частота).
При подаче разности частот (напряжения по нервам) актин и миозин выравнивают частоту и происходит сокращение (притягивание). Внешнее напряжение снимаем, мышца расслабляется. "Сорвал спину" означает, что сколько-то процентов саркомеров в мышце так и не расслабились и сдавили позвонки. Возможно эти актино-миозиновые запчасти при перенапряжении выходят в режим стоячей волны и мышцы постоянно сжаты. Чтобы снять тонус у спазмированных мышц – нужно изменить их частотную характеристику.
Еще интересный вывод из этой информации такой. Для работы мышц и организма в целом, нам нужно электричество в виде зарядов, ионов. Мы едим пищу не только для получения строительного материала для клеток, но и для получения этого электричества вот для таких процессов сокращения мышц. И функция дыхания, возможно, тоже электрический обмен, а не только кислородный. Возможно, эритроциты переносят не кислород, а заряд в нем. Вот почему мы учащенно дышим при физических нагрузках. Интересные вопросы про эритроциты были заданы здесь:
Сейчас большинство живет в городах, пища далеко не того качества, которая была раньше, электричества в атмосфере городов мало. Энергии не хватает и многим без спортзала сложно. Именно спорт и физические нагрузки позволяют держать нашу электрическую машину под названием мышечная система в тонусе.
А, раньше (есть версия), это делали в храмах, работающие на атмосферном электричестве. Пришел, постоял, зарядился и оздоровился. Но это уже другая тема для другой статьи.
