Айзек Азимов - Популярная анатомия. Строение и функции человеческого тела

Мышечные волокна сокращаются по принципу «или все, или ничего». Раздражитель (электрический ток, давление при прикосновении, тепло или определенные химические вещества), воздействующий непосредственно на мышцу или на нерв, ведущий к ней, может быть столь слабым, что мышца никак не реагирует. Если раздражитель усиливается, то наступает такой момент, когда возникает ответ волокна, и отвечает это волокно единственным ему известным способом – полным сокращением, на которое оно в данный момент способно. Не существует средних раздражителей, которые вызывали бы среднее сокращение. Либо все, либо ничего.

Кажется, что это утверждение расходится с действительностью, поскольку мышцу нашего плеча, как самую известную всем нам (именно ее напрягают, чтобы «разработать мускулы»), можно заставить сжиматься до любой степени – от малейшего подергивания, которое просто передвигает плечо на ничтожное расстояние, до быстрого и максимального сгибания в локте.

Это не парадокс, но это явление возникает потому, что в действительности мышца состоит из множества волокон, которые до определенной степени обладают способностью к независимому действию. Если всего несколько волокон мышцы подвергаются раздражению, именно эти несколько волокон и будут сокращаться, но чистый эффект этих «всех» на фоне очень многих «ничего» будет выражаться лишь в легком общем сгибании. По мере того как все больше и больше волокон отвечает на раздражитель, общее сокращение постепенно становится больше.

Ответ волокна полосатой мышцы на раздражение быстр и краток, он длится только долю секунды, в некоторых случаях всего 1/ 40секунды. За этим следует быстрое расслабление. Единичный краткий раздражитель подобного рода называется судорога или конвульсия и обычно не возникает в организме. Как правило, происходит медленное сокращение всей мышцы, или если и происходит ее непрерывное сокращение на протяжении какого-то приемлемого периода времени, то оно поддерживается различными волокнами, включающимися в конвульсии по очереди. Ни одно волокно не может сокращаться долго, но мышца как единое целое способна сокращаться довольно продолжительное время. Однако можно вызвать и единичную судорогу в мышце тела. Наилучший пример – резкий удар под колено, который вызывает знакомый ответ в виде «коленного рефлекса».

Имеется возможность возбудить отдельное волокно так, что оно будет отвечать рядом судорожных подергиваний. Если раздражители часто следуют друг за другом, каждая последующая судорога будет наслаиваться на предыдущую. То есть после одной судороги у мышцы не будет времени на то, чтобы полностью расслабиться до того, как возникнет новая. Вторая судорога, начинающаяся в состоянии большего напряжения, достигнет большей силы, а третья судорога, спешащая следом за второй, будет еще сильнее. К тому времени, как скорость раздражения достигнет 50 импульсов в секунду, волокно будет находиться в состоянии непрерывного стойкого сокращения. Эта разновидность судорожных состояний называется тетания (от греческого слова «растянутый» – несмотря на то, что мышца скорее сокращается, чем растягивается).

Тетания не возникает в мышцах хорошо функционирующего организма, но организм не всегда хорошо функционирует. Даже те способности, которые подчиняются нашей воле, могут выйти из-под контроля. Наше тело – это химический механизм, и он остается послушным нам только тогда, когда его химия в порядке. Например, правильная передача нервного импульса к мышце зависит от надлежащей концентрации ионов определенных металлов в крови. Одни из них – ионы кальция. Если по какой-то причине концентрация ионов кальция в крови падает ниже определенного минимального уровня, нерв начинает передавать быстрые импульсы, и мышцы отвечают тем, что входят в состояние тетании. Если такое состояние не облегчится, последует смерть.

Концентрация ионов кальция в крови хорошо контролируется организмом и не склонна к снижению. Гораздо чаще опасность угрожает извне. Существуют бактерии, называемые Clostridium tetani (по-гречески «веретенообразные»), которые широко распространены и могут попасть в организм через любую рану. Они выделяют токсин (все ядовитое можно назвать «токсин» (от греческого слова «стрела») из-за старинного обычая отравлять копчики стрел), который, в свою очередь, вызывает тетанию мышц обычно со смертельным исходом. Болезнь называется столбняк или, наглядно и довольно отталкивающе, тризм (спазм жевательных мышц), потому что самыми первыми поражаются мышцы челюстей, которые сокращаются и как бы «захлопывают рот на замок».

Столбняк когда-то представлял собой одну из наиболее смертоносных опасностей, сопровождающих раны, на которые в противном случае никто не обратил бы внимания. К счастью, оказалось возможным обработать столбнячный токсин химическим способом так, что он слегка видоизменился и стал вырабатывать анатоксин, или токсоид (обезвреженный бактериальный токсин). Этот токсоид не будет вызывать столбняк, а подтолкнет организм к выработке веществ (антител), которые нейтрализуют не только молекулы токсоида, но и любые молекулы самого токсина, которые попадают в организм. Таким образом, несколько инъекций столбнячного анатоксина, сделанных с определенным промежутком времени, вызовут иммунитет к болезни. Во время Второй мировой войны американским солдатам постоянно делали уколы для того, чтобы у них появился иммунитет к столбняку и другим болезням тоже, и хотя эта процедура была предметом многочисленных препирательств со стороны жертв иглы, по в конечном итоге столбняк исчез. Это стоило укола!

Симптомы похожие на симптомы столбняка и с таким же фатальным исходом вызывает препарат под названием стрихнин (название растения, из которого его получают, по-гречески называется «смертоносный паслен»). Неизвестно, каким именно образом столбнячный токсин или стрихнин вызывают такой эффект.

Мышцы также становятся негибкими и затвердевают, спустя 12–36 часов после смерти, это состояние называется rigor mortis, или трупное окоченение, ставшее известным благодаря детективам с убийствами (которые также внесли свою лепту в ознакомление широкой публики со стрихнином). Трупное окоченение возникает не из-за тетании, а из-за преципитации (осаждения) обычно растворимых белков в тканях мышц. Эффект очень сходен с процессом, который мы наблюдаем при варке яиц. Как только начинается разложение, трупное окоченение исчезает.

Цена, которую платят скелетные мышцы за свой дар скорости и силы, – усталость. Химические изменения, вызываемые нервной стимуляцией мышц, неизбежно истощают относительно небольшой запас в мышечных клетках веществ, высвобождающих энергию. Каким-то образом эти вещества должны быстро восполняться по мере потребления, и это обычно делается посредством других химических реакций, связанных с молекулами кислорода, приносимыми к мышечным клеткам кровотоком, который, в свою очередь, собирает эти молекулы в легких.