Популярная анатомия. Строение и функции человеческого тела

Коленный сустав – это еще один шарнирный сустав. Такие же суставы между первой и второй фалангами, а также между второй и третьей фалангами пальцев руки. Это также относится и к аналогичным суставам пальцев ног, таким образом, в конечностях всего 40 шарнирных суставов.

Некоторые суставы позволяют движение вокруг каждой из двух осей. Например, вы можете не только согнуть пальцы ног, но также и раздвинуть их. То же самое относится и к пальцам рук.

Нижняя челюсть Может двигаться вверх и вниз и по большей части является шарнирным суставом, но она также может немного двигаться из стороны в сторону, и обычное жевательное действие связано скорее с вращательным движением, чем с простым соприкосновением зубов. Понаблюдайте за коровой, жующей свою жвачку, если хотите увидеть такое вращательное движение в замедленном и полном достоинства виде. Наша голова способна еще более свободно двигаться в месте ее соединения с позвоночным столбом, поскольку она может наклоняться вперед, назад, влево, вправо или вращаться вокруг вертикальной оси.

Плечевая кость может поворачиваться под углом 180 градусов, так что ладонь кисти руки может быть обращена либо вверх, либо вниз без движения в локтевом или плечевом суставе. Это возможно из-за того, что проксимальный эпифиз лучевой кости входит в углубление на локтевой кости. В пределах этого углубления лучевая кость может поворачиваться. Если вы держите руку перед собой ладонью вверх, лучевая и плечевая кости параллельны, поверните руку ладонью вниз, и лучевая кость, поворачиваясь, пересекает локтевую. В этом отношении нога гораздо менее гибкая, чем рука.

Когда эпифиз одной кости входит в чашеобразную впадину другой, вы имеете шаровидный сустав, или артродию. Самый очевидный случай – это бедро, входящее в вертлужную впадину тазовой кости. При этом обеспечивается самое свободное, насколько возможно, движение, поэтому ноге можно придать почти любое положение, особенно при тренировке, вот почему в балетных танцах такие грациозные движения.

Подобный шаровидный сустав между плечевой костью и лопаткой обеспечивает еще более свободное движение, поскольку впадина в этом случае мельче, чем впадина в бедре. Вы можете повернуть руку, описав полный круг относительно плеча, и этот сустав, вне всяких сомнений, самый маневренный из всех суставов человеческого тела. (Понаблюдайте за подающим в бейсболе, который делает сложную подачу крученым мячом.) Это очень неплохо, принимая во внимание, что обладание рукой, способной к манипуляции с почти неограниченной гибкостью, – один из факторов, которые способствовали превращению обезьяны в человека.

Резкие движения в суставе могут вызвать выпадение одной из костей из сопряжения с другой (вывих), в результате чего движение костей в этом месте становится невозможным, а все попытки его совершить становятся чрезвычайно болезненными. Шаровидный сустав подвержен вывихам гораздо сильнее, чем любой другой, а мелкий плечевой сустав подвержен вывихам больше остальных, за ним следует сустав бедра. Локоть тоже иногда подвержен вывиху, как и различные фаланги пальцев. Одним из несчастий, которое порой даже вызывает смех (у всех, кроме жертвы), является вывих нижней челюсти в результате слишком энергичной зевоты.

Для того чтобы по мере возможности предотвратить вывихи, недостаточно только синовиальных мембран или давления окружающих мышц, поддерживающих суставы в сцепленном состоянии. Соседние кости в синовиальных суставах соединяются полосами упругой ткани, называемыми связками. Связки помогают ограничить движение суставов до разумных пределов. Однако эти пределы при экстремальных условиях могут быть превышены настолько, что связки разорвутся с вывихом самого сустава или без такового. Подобные растяжения связок наиболее часто случаются в запястье или лодыжке. Появляющиеся в результате боль и отек знакомы нам всем, поскольку счастливчиков, которым удалось избежать растяжения связок, не так уж и много.

Связки могут быть либо белыми, либо желтыми. Белые связки в основном состоят из коллагена и лишены эластичности. Желтые связки содержат эластин, поэтому, естественно, эластичны. Первые встречаются довольно часто, а последние редко и у человека находятся лишь в шее.

Сильные белые связки связывают кости стопы так, что те изгибаются, образуя арку. Эти пружинистые связки амортизируют толчки при движении, а утрата эластичности этих связок вызывает плоскостопие.

Несмотря на все предосторожности, движущиеся части особенно склонны к неполадкам и в человеческом организме столь же уязвимы, сколь уязвимы различные сочленения машин и механизмов. В колене (пожалуй, наиболее уязвимом суставе тела, несмотря на дополнительную защиту коленной чашечки) после травмы может скапливаться синовиальная жидкость; такое состояние в народе известно как водянка колена или синовиальной сумки. Мембрана соединительной ткани, окружающей сустав, может воспалиться и стать болезненной. Это случается, когда на колено оказывается постоянное давление, как это в старые времена происходило у поломоек, которые вечно драили полы, стоя на коленях, поэтому такое заболевание стали называть «колено поломойки», или, по-научному, препателлярный бурсит. Синовиальная сумка по-латыни называется «bursa» (потому что сустав находится в ней, словно содержимое сумки). Воспаление синовиальной сумки, следовательно, может носить название бурсит. Он часто поражает и плечевой сустав.

Любое воспаление суставов, по какой бы причине оно ни возникло, – это разновидность артрита (по-гречески «воспаление сустава»). Самый опасный и самый распространенный – ревматоидный артрит, причина которого неизвестна, по который может поразить любого человека независимо от возраста, хотя наиболее часто случается в возрасте между тридцатью и сорока пятью годами. Он называется ревматоидным, потому что его симптомы ассоциируются с тем, что называется ревматизмом, то есть болью в суставах. Кроме боли, которую вызывает, болезнь в крайних проявлениях может деформировать сустав или даже обездвижить его навсегда из-за образования волокон и отложения солей. Таким образом, в конечном счете больной ревматоидным артритом оказывается прикованным к постели.

Глава 4

Мышцы

Живое движение

Хотя считается, что скелет предусматривает возможность движения, – в конце концов, он имеет суставы, – он не может двигаться сам по себе. Скелет, из которого делают страшилку для детей в сказках и мультфильмах, гремя костями, бросается в погоню за жертвой, угрожающе протягивая к ней костлявые руки. Однако не требуется особой искушенности, чтобы понять: кости, даже живые, с нетронутыми и живыми клетками, могут двигаться сами по себе с таким же успехом, как и пластиковый макет этих самых костей. Движение мы должны искать где-то в другом месте, и если и есть характерная черта, которая у нас ассоциируется с жизнью, так это осознанное движение.

В основном мы связываем такое движение с животной жизнью, поскольку небрежный взгляд приводит нас к предположению, что растения не передвигаются, за исключением тех случаев, когда они склоняются под ветром или их несет водяным потоком. Это конечно же не совсем верно. Стебли растений медленно поворачиваются в направлении света и против силы притяжения, в то время как их корни медленно движутся к воде и в направлении силы притяжения. Очевидно, такое медленное движение объясняется тем, что рост растения обусловлен клеточным делением. То есть клетки на одной стороне стебля или корня делятся быстро, а на другой – медленно, поэтому та или иная структура отклоняется в направлении нерастущей стороны. Если свет или влага замедляют рост на той стороне структуры, куда попадают, эта часть растения будет поворачиваться к свету или воде.

Для более быстрых движений в ответ на прикосновение или свет растения используют водяной тургор, что означает, что определенные полости у основания лепестков могут наполняться жидкостью под давлением. Когда эти основания становятся жесткими, лепестки раскрываются. Когда полости пусты, лепестки становятся вялыми и закрываются. Это примитивное приспособление, но и животные не лишены его. Тело человека имеет части, обычно вялые, которые могут набухать и становиться твердыми, когда губкообразные полости наполняются кровью под давлением. Самым известным примером конечно же является мужской пенис.

Тем не менее ни о чем таком мы не думаем, размышляя о жизни в движении. На ум приходят антилопы, лошади, гепарды, страусы (и, некоторым образом, мы сами), бегущие по земле, мы вспоминаем летящих птиц, летучих мышей и насекомых, ползущих змей, плывущих рыб и дельфинов, роющих нору кротов и так далее. (Однако существуют животные, такие, как моллюски и кораллы, которые большую часть своей жизни не более подвижны, чем растения.)

Если мы собираемся открыть механизм движения, то должны обратиться к клетке, которая является биологической единицей жизни. Мы обнаружим, что все клетки – людей, орлов, моллюсков и платановых деревьев – проявляют способность к внутреннему движению. Протоплазма внутри клетки постоянно циркулирует, подчиняясь определенной закономерности. Этот процесс называется течение (движение) протоплазмы, а иногда циклоз (от греческого слова «циркуляция»).

Ценность циклоза для любой клетки заключается в том, что в ходе этого процесса ее содержимое хорошо распределяется при условии, что различные части проводят довольно значительное время рядом с оболочкой, где из внешнего мира можно получить вещества или, наоборот, выбросить их в окружающее пространство. К тому же вещества могут транспортироваться посредством циклоза между оболочкой и жизненно важными структурами клетки, более или менее постоянно располагающимися внутри ее.

Такое течение протоплазмы может преобразовываться так, что в результате происходит передвижение всей клетки. Протоплазма клетки может существовать в одном из двух состояний: в виде жестковатого полутвердого вещества, называемого гель (белок, который надлежащим образом перемешан с водой, представляет наиболее известный пример такого состояния), или в виде свободно передвигающейся жидкости, называемой золь. Равновесие между двумя этими состояниями очень хрупкое, небольшого перевеса достаточно для того, чтобы часть протоплазмы перешла из гелеобразного состояния в золь или наоборот.

Представьте, что протоплазма вдоль центральной оси клетки представляет собой золевую форму, а оставшаяся часть находится в гелеобразном состоянии. Если с гелем в заднем конце каким-то образом происходит контакт, он выдавит золь вперед подобно тому, как зубная паста выдавливается из тюбика. Передняя часть клетки будет выпячиваться наружу.

По мере того как золь течет, он превращается в гель вдоль стенок, в то время как некоторое количество геля в задней части превращается в золь и, в свою очередь, проталкивается вперед. Таким образом, внутреннее движение преобразуется в движение вперед, и вся клетка целиком медленно передвигается.

Эта форма движения была тщательнейшим образом изучена у одноклеточных животных, называемых амеба (что по-гречески означает «изменение»), и поэтому была названа амебное передвижение. Само название этого существа произошло от способа его передвижения – по мере того, как клетка выпячивается в том или ином направлении, образуя псевдоподы (по-гречески «ложные ноги»), таким образом, его форма постоянно меняется.

У других одноклеточных существ с прошествием веков образовались специальные приспособления, которые создают возможность более быстрого движения. Это микроскопические, похожие на волоски структуры, которые, как весла, загребают воду и двигают клетку. Таких приспособлений может быть немного, и они сравнительно длинные, в этом случае их называют flagella – жгутик (от латинского слова «хлыст»), единственное число – flagellum. К тому же таких приспособлений может быть много, и они относительно короткие, в этом случае они называются cilia (что по-латыни значит «ресничка»), единственное число – cilium.

Хотя эти формы движения могут поразить нас, поскольку в основном приспособлены для примитивных клеток, гордые многоклеточные существа, которые развивались веками, не отказались от них. Возьмем, к примеру, человека. В нашей крови имеются клетки, производящие амебное движение, медленно ползая внутри нас посредством старинного чередования геля и золя. Клетка человеческой спермы прокладывает путь к яйцеклетке с помощью быстрых движений единственного жгутика. (Оттого, что его называют хвостом, он не перестает быть жгутиком.) Реснитчатые клетки есть в дыхательной системе (подвижные реснички здесь служат для того, чтобы выметать инородные частицы из легких) и в женской репродуктивной системе, где предназначены для того, чтобы вытолкнуть яйцеклетку из яичника в матку.

Может показаться, что перетекание вперед золя при амебном движении – результат сокращения геля сзади. Именно сокращение может быть причиной движения ресничек и жгутиков. Как реснички, так и жгутики состоят из 11 тонких волосков, 9 из которых образуют кружок вокруг центральной пары. Одна теория относительно причины их движения состоит в том, что волоски сжимаются сначала с одной стороны от центра, а потом – с другой, изгибая всю структуру то назад, то вперед.

То, что сокращения обусловлены амебным движением и движениями ресничек, пока лишь предположение, но кажется вполне приемлемым, что способность к сокращению части целого основополагающее свойство животной клетки. Давайте вспомним, что почти в начале эволюции многоклеточной жизни образовались определенные клетки, которые, если можно так выразиться, посвящали свою жизнь исключительно сокращениям. Эти сокращения заметны и очевидны, и логично предположить, что подобная специализация не могла возникнуть из ничего, а представляет собой продолжение и развитие свойства, которое уже существовало, хотя и в несколько ослабленной форме, у клеток вообще.

Сокращение мышц

Клетки, специализирующиеся на сокращении мышц, составляют те части тела, которые мы называем мышцами или мускулами, а отдельные клетки, соответственно, являются мышечными клетками. Слово «мышца», в соответствии с одной из теорий, происходит от латинского слова «мышка», потому что человек может заставить свои мышцы бугриться таким образом, что кажется, будто маленькая мышка бежит под кожей. Это несколько странное предположение, и по другой теории, которая мне нравится больше, это слово произошло от греческого выражения, смысл которого «окружать», поскольку слой мышц покрывает тело.

В человеческом организме есть несколько типов мышечной ткани, которые различаются по ряду признаков. Например, под микроскопом видно, что определенные мышцы состоят из волокон, по виду полосатых или бороздчатых, с чередованием более светлых и более темных полос. Это – полосатые мышцы. Другой тип мышц, у которых нет таких полос, – это гладкие мышцы. (Существует еще один тип мышц, совершенно непохожих ни на те, ни на другие, – это те, что составляют структуру сердца, но о них мы поговорим в другой главе.)

Именно полосатые мышцы были наиболее тщательно изучены. Под поляризованным освещением более темные полосы преломляют свет по-разному, в зависимости от направления светового луча. Если свойства каких-то структур изменяются в зависимости от направления светового луча, говорят, что они антизотропические (что по-гречески значит «поворачивающиеся неравномерно»), поэтому более темные полоски называются анизотропическими полосами или просто А-полосами. Более светлые полосы не изменяют свойств в зависимости от направления светового луча и являются изотропическими (что по-гречески значит «поворачивающиеся равномерно»), поэтому представляют собой I-полосы. А-полоса разделяется на две части топкой линией, называемой Н-диском (это сокращение происходит от фамилии Виктора Хенсена, немецкого анатома XIX века). Ниже середины каждой полосы проходит темная линия, которая называется Z-линия. Воспользовавшись электронным микроскопом, можно увидеть, что А-полоса состоит из группы широких волокон, а I-полоса – из группы тонких волокон, заякоренных к Z-линии. Когда мышечные волокна находятся в расслабленном состоянии, они перекрываются не полностью, и волокна прилегающей полосы не встречаются. Именно пробел между полосой волокон и представляет собой Н-диск.

Теперь перед нами картина движения. Нервный импульс достигает волокна, вызывая серию химических изменений, которые наряду с другими факторами высвобождают энергию. Изменения, видимые под электронным микроскопом, проясняют то, что происходит в результате. Волокна I-полосы медленно продвигаются друг к другу, таща за собой Z-линию, словно якорь. I-полосы встречаются друг с другом между волокнами А-полосы, уничтожая Н-диск.

Волокна А-полосы остаются по большей мере без изменений, так что, проще говоря, мускульные волокна в расслабленном состоянии – это вся длина темных полос плюс светлые полосы. Однако при сокращении – это только длина темных полос.

Что заставляет двигаться волокна I-полосы, пока точно не совсем установлено, но наиболее приемлема догадка, что на волокнах А-полосы имеются крошечные выступы, которые в определенных местах могут соединяться с волокнами I-полосы. Это соединение происходит под воздействием притока энергии, возникающей от химических изменений, вызванных нервным импульсом, мостик движется вперед (предположительно вследствие изменений в межмолекулярном притяжении), стягивая волокна I-полосы вместе. Затем он движется назад к новому соединению, и снова вперед. Процесс повторяется снова и снова, точно некий храповой механизм.

Полосатые мышцы

Полосатые мышцы устроены так, что способны быстро и сильно сокращаться. В этом отношении храповые механизмы умножаются и нагромождаются до тех пор, пока они не становятся видимыми вооруженному микроскопом глазу как полосы светлого и темного цвета. Такие мышцы, предназначенные для быстрого сокращения, необходимы для управления костями скелета, и большинство их прикреплены к этим костям именно с такой целью. Это именно те мышцы, которые участвуют в процессе ходьбы, прыжков, хватания, в повороте туловища, кивании, в процессе дыхания и так далее. Поскольку полосатые мышцы так тесно связаны со скелетом, их иногда называют скелетными мышцами.

Если такие мышцы предназначены нести полезную нагрузку, они обязаны быстро реагировать на изменения окружающей среды. Животное должно быть готово к тому, чтобы быстро передвигаться при виде пищи или врага, маневрировать без задержки, чтобы совершить все необходимое. Короче говоря, такие мышцы должны приводиться в действие простым усилием воли. Верно то, что мы можем вызвать сокращение мышц, чтобы причинить вред самим себе, если именно этого и добиваемся. Каждое преднамеренное самоубийство вызвано таким сокращением мышц, которое приводит жизнь к концу, и, хотя самоубийца может передумать в любой момент до наступления смерти, его мышцы не откажутся повиноваться ему, если, конечно, он не изменит своего намерения. По этой причине полосатые мышцы также называются «произвольно сокращающимися» мышцами.

В гладких мышцах волокна сокращаются плохо (достаточно плохо, чтобы быть не полосатыми, но по такому же принципу, что и полосатые). Вследствие медленного сокращения гладких мышц сфера их действия ограничивается органами, где в быстром движении нет жизненной необходимости. Как оказалось, именно из них состоят стенки внутренних органов, таких, как кровеносные сосуды и пищеварительный тракт. Поскольку внутренние органы называются висцеральными, гладкие мышцы иногда называются мышцами внутренних органов, или висцеральными мышцами.

Висцеральные мышцы относительно медленно реагируют на изменения внутри организма и делают это без вмешательства воли. Стенки кровеносных сосудов сжимаются или расширяются под действием определенных химических веществ, появляющихся в крови, или под температурным воздействием, но мы не можем сами намеренно заставить их это делать безо всякого усилия, как мы поднимаем руку или облизываем губы. По этой причине гладкие мышцы также называются непроизвольно сокращающимися мышцами.

Различия на клеточном уровне также имеются. Отдельные клетки гладких мышц напоминают по форме сигару (обычно их называют веретенообразные, но осталось очень мало людей, которые когда-либо имели дело с веретеном или хотя бы точно знают, как оно выглядит) и имеют всего одно ядро. Полосатые мышцы состоят из цилиндрических структур, которые отличаются от обычных клеток тем, что имеют несколько ядер, расположенных то там, то тут, как будто несколько отдельных клеток слились воедино с целью, чтобы общая сила сокращения могла быть больше и лучше скоординирована.

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 1/₄₀ секунды. 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.

Висцеральные мышцы, работая медленно и в ответ на регулярные изменения во внутреннем окружении, поддерживают темп, соответствующий своим запасам кислорода. Они все время поддерживают вещества, выделяющие энергию, на необходимом уровне и не подвержены усталости.

Однако скелетные мышцы подвергаются интенсивной активности, превышающей нормальную, довольно продолжительное время. Тогда может показаться, что необходимо проследить, чтобы подача крови была больше все время, «просто на всякий случай», и все-таки было бы неэффективно предназначать мышцы для непрерывной работы на уровне выкапывания траншеи, когда большая часть жизненной активности значительно менее интенсивна. И все-таки иногда возникает необходимость выкопать канаву, нарубить дров или бежать изо всех сил, чтобы спастись от опасности. И если уж на то пошло, иногда хочется сыграть несколько сетов в теннис. В таких случаях организм может адаптироваться к большим потребностям в кислороде. Тяжелая работа или интенсивная игра вызывают увеличение как скорости, так и глубины дыхания (мы задыхаемся), а также усиление сердцебиения (сердце колотится) и способность кровеносных сосудов подпитывать мышцы (мы краснеем). И все-таки жизнь может зависеть от того, найдется ли путь, хотя бы временный, позволяющий обойти все то, что делают для организма легкие, сердце и кровь.

Мышцы добиваются этого, получая запас энергии (конечно, ограниченный запас) за счет химических изменений, не связанных с кислородом. В процессе этих химических реакций выделяется сложное вещество, известное как молочная кислота. Эта увертка, дающая мышце дополнительный рывок, возможно сохраняющий жизнь, тоже имеет свою цену. По мере того как молочная кислота накапливается, мышце становится все труднее сокращаться, и мы испытываем ощущение усталости. Волей-неволей замедляем движения и в конечном счете, даже если на карту поставлена жизнь, вынуждены остановиться в крайнем изнеможении.

Когда утомительная работа прекращается, мы не можем полностью прийти в себя до тех пор, пока молочная кислота не будет удалена из мышцы. Это требует кислорода – всего кислорода, который был бы использован, если бы общее потраченное усилие оказалось достаточно медленным для привычной организму скорости подачи кислорода. Мы как бы взяли кислород в долг, который теперь нужно отдавать. Это делается с помощью обеспечения мышцы кислородом с самой большой скоростью до тех пор, пока молочная кислота частично не сгорит, а частично не перестроится в изначальные вещества, вырабатывающие энергию. По этой причине мы продолжаем тяжело дышать, краснеть, а наше сердце сильно бьется довольно долго, после того как мы прервали свою деятельность и свалились от усталости на землю или в кресло.

Как раз потому, что полосатые мышцы способны выполнять более напряженную и более интенсивную работу, чем мышцы внутренних органов, они подвержены усталости, но не в равной степени. Те мышцы, что предназначаются для особенно быстрого и требующего напряжения сокращения, гораздо быстрее утомляются, чем те, которые для этого не предназначены. В общем, особенно быстро сокращающиеся и особенно быстро утомляющиеся мышцы те, которые светлее цветом, чем более медленные и более выносливые. Такое разделение наиболее нам заметно, когда мы едим курицу или индейку. Грудные мышцы, предназначенные для управления крыльями, а следовательно, для тяжелой работы, – это так называемое белое мясо. Мышцы лап, предназначенные для менее интенсивной работы на протяжении более продолжительного периода времени, представляют собой темное мясо.

У человека тоже есть более темные и более светлые мышечные волокна. Когда человек стоит, большие мышцы спины постоянно поддерживают его в этом состоянии, чтобы он не потерял равновесия. (Такое положение не слишком устойчиво, и, когда человек, например, слегка пьян, так что координация мышц его подводит, ему становится совсем легко упасть.) Эти мышцы спины относятся к разновидности темных, медленно устающих мышц, и даже если в конце концов мы устаем стоять, скажем, то устаем копать гораздо быстрее, ведь в этом случае вступают в игру быстро устающие мышцы руки.

Существует продолжительная адаптация к интенсивной работе мышц, которая предназначена для того, чтобы снизить эффект усталости. Сама мышца под действием продолжающейся долгое время работы в напряженном темпе (либо из-за необходимости физического труда, либо из каприза заниматься физическими упражнениями) увеличивается в размере. Это называется гипертрофия (по-гречески «разрастание»). У лесоруба или спортсмена мышцы больше, чем у продавца или конторского служащего, и эти большие мышцы могут сохранять больший запас веществ, выделяющих энергию, и обеспечить больше места для молочной кислоты. Легкие большего объема и сердце, перекачивающее кровь более интенсивно, снабжают большие мышцы дополнительным количеством кислорода, в результате чего появляется возможность прилагать большую силу на протяжении более продолжительного времени с меньшей усталостью.

Хотя из-за недостатка физической нагрузки мышцы относительно слабые и маленькие, при обычных условиях нет опасности, что мышца потеряет свою способность функционировать на приемлемом, однако соответствующем сидячему образу жизни человека уровне. Поэтому нормальная мышца постоянно подвержена небольшим сокращениям, даже когда кажется, что тело находится в расслабленном состоянии. Это в некотором смысле означает, что мы постоянно упражняемся, поддерживаем мышечный тонус, то есть готовность мышц человека к немедленному сокращению. Мышцы начинают, так сказать, с фальстарта. Люди в состоянии нервного возбуждения обычно имеют более напряженный мышечный тонус, им требуется меньший стимул для того, чтобы привести мышцы в действие. По этой причине они напряжены и «нервны». Тем не менее принцип остается ценным, даже если с ним можно «переусердствовать».

Во время сна мышечный тонус снижается до минимального уровня, и мышцы могут пребывать в состоянии поистине полной релаксации (расслабления), чего не могут испытывать во время бодрствования. Такая «навязанная» релаксация мышц, несомненно, является одной из жизненно важных функций сна. И это одна из причин, почему сон не только приятен, но и гораздо больше необходим, чем пища. (Бессонница – гораздо худшая пытка, чем голод, и человек умрет от отсутствия сна быстрее, чем от отсутствия пищи.)

Если мышечный тонус отсутствует постоянно, как при перерезании нерва, который ведет к мышце, тогда мышца действительно чахнет. Она подвергается атрофии (что по-гречески значит «нет роста»). Если разрушающая нервы болезнь, такая, как полиомиелит, парализует ноги, мышцы ног сохнут, несмотря на то что остальное тело остается сильным и хорошо развитым. Висцеральные мышцы тогда сохраняют тонус и, следовательно, полезность, даже без нервной стимуляции, так что они не поражаются полиомиелитом. Самая большая опасность этой болезни состоит в том, что происходит паралич мышц, которые двигают грудную клетку вверх и вниз. Эти мышцы полосатые, и они обеспечивают возможность дыхания. Когда они парализованы, становится необходимым использование «искусственного легкого»; когда больной подсоединен к аппарату, изменения давления воздуха будут выполнять ту же функцию, что и грудные мышцы тех, кого не постигло такое несчастье.

Сухожилия

Самые знакомые нам мышцы – это мышцы рук и ног, поскольку мы свободно пользуемся своими конечностями, а участвующие в этом процессе мышцы заметно изменяют форму при движении конечностей. Рассмотрим мышцу плеча: она толстая в середине («брюшко» мышцы) и сужается по мере приближения к кости. Она проходит через локтевой сустав и прикрепляется к каждой из двух костей (к плечевой и лучевой костям), встречающихся в этом суставе. Когда эта мышца или любая похожая на нее сокращается, одна из костей, к которой она прикреплена, остается неподвижной в результате уравновешивающего действия других мышц (иммобилизующих мышц), присоединенных к той же кости. Место соединения этой мышцы с неподвижной костью называется местом прикрепления мышцы. Когда мышца сокращается, в движение приходит вторая кость, поворачиваясь в суставе, чтобы приблизиться к первой кости. Присоединение мышцы к кости, которая движется, – это тоже место прикрепления этой мышцы.

Место прикрепления мышцы не обязательно одно, как в случае с мышцей плеча, где одно место прикрепления находится на верхнем конце плечевой кости рядом с плечевым суставом, а второе – над лопаткой. Такая мышца является примером бицепса (что по-латыни означает «двуглавый»), иногда она так и называется. В действительности это не единственная мышца с двумя местами прикрепления, поэтому ее более точное латинское название «biceps brachii» («двуглавая мышца плеча»). Прикрепление двуглавой мышцы плеча находится в верхнем конце лучевой кости рядом с локтем. Когда двуглавая мышца плеча сокращается, плечевая кость остается неподвижной, а лучевая движется в ее направлении. Рука сгибается в локте в знакомом жесте, демонстрирующем мускулы, и мускул, который таким образом образуется, – это сократившееся, утолщенное и затвердевшее «брюшко» двуглавой мышцы плеча.

Мышца обычно сужается ближе к месту прикрепления до прочного плотного тяжа соединительной ткани, образованного в сочетании с тонкой оболочкой соединительной ткани, окружающей каждое мускульное волокно. Такой тяж, прикрепляющий мышцу к кости, называется сухожилием. Сухожилия на удивление прочные и в лабораторных испытаниях выдерживали силу растяжения до 9 тони на квадратный дюйм до того, как разорваться. Такое может произойти при сильном мышечном спазме, хотя скорее сломается кость, к которой прикрепляется мышца, чем разорвется сухожилие, соединяющее эту мышцу с костью. Вы можете прощупать сухожилие, соединяющее двуглавую мышцу плеча с лучевой костью, если согнете руку под прямым углом в локте и положите пальцы с внутренней стороны сустава.

Сухожилия служат для концентрации всей силы мышцы в одном месте кости. Естественно, случается, что нужно сдвинуть группу костей, и тогда сухожилие должно быть широким и плоским. Например, есть мышца, имеющая по-латыни название palmaris longus («длинная мышца ладони»), которая прикрепляется с одной стороны к плечевой кости, а с другой к фасции ладони. Термин фасция (по-латыни «полоса») означает пластину волокнистой ткани, окружающую тело под кожей и прилегающую к мышцам и группам мышц. Фасция ладони – это отрезок волокнистой ткани, которая располагается под кожей ладони.

Функция длинной мышцы ладони состоит в сгибании запястья. Если вы вытянете руку перед собой ладонью вверх, то будете использовать эту мышцу, когда согнете руку в запястье так, что ладонь будет обращена к вам. Если бы у этой мышцы было обычное сухожилие, прикрепленное в каком-нибудь определенном месте на фасции ладони, напряжение в этой точке было бы самым большим и относительно широкая ладонь подвергалась бы неравномерной нагрузке. По этой причине сухожилие расширяется в широкую плоскую пластину, которая прикрепляется по всей ширине ладони. Такое широкое плоское сухожилие называется апоневроз (что значит «от сухожилия», потому что до точки, в которой оно начинает расширяться, сухожилие сохраняет свою обычную форму).

Сухожилия также служат для того, чтобы обеспечить действие на расстоянии, так сказать, когда в каком-либо месте иметь мышцы непрактично. Таким образом, полезность пальцев заключается в том, что они тонкие и маневренные, и, если вы потрогаете их, они кажутся не чем иным, как кожей и костями.

Если бы в их конструкции присутствовали мышцы, они были бы гораздо толще и мягче и потеряли бы многое из того, что ценно. Мышцы, которые действительно двигают их, находятся в предплечье и ладони. Они имеют сухожилия, которые проходят по всей длине пальцев. Пальцы сгибаются по тому же принципу, каким кукловод управляет своими марионетками: натягивая веревки. Если напрячь пальцы, словно когти, вы почувствуете сухожилия сразу под кожей с тыльной стороны кисти руки. Иногда вы также можете их видеть, особенно там, где они проходят по суставам пальцев. Похожие сухожилия располагаются на поверхности стопы и проходят вдоль пальцев.

В качестве примера особенно длинного и прочного сухожилия возьмем то, что прикрепляется к большой мышце с тыльной стороны голени; вы можете почувствовать его сразу под коленом. Голень выпячивается в этом месте, и название этой мышцы – икроножная. Обычно она называется икра или задняя часть голени.

Эта мышца двуглавая, обе головки начинаются на бедренной кости сразу над коленом. В другом направлении она доходит только до середины голени (как вы можете убедиться, если напряжете ее). Ниже находится длинное крепкое сухожилие с местом прикрепления на пяточной кости (calcaneus). Это сухожилие по-латыни называется tendo calcaneus (то есть «пяточное сухожилие»), но более известное его название – ахиллово сухожилие. В греческой мифологии, как вам, вероятно, известно, есть легенда, в которой повествуется, что мать воина Ахилла, когда тот был еще младенцем, опускала его в воды реки Стикс, чтобы сделать неуязвимым для вражеского оружия. Однако мать держала мальчика за пятку, когда погружала в реку, и забыла опустить после этого пятку в воду. Пятка осталась незащищенной, Ахилл был убит отравленной стрелой, попавшей в пятку, – и оставил свое имя сухожилию.

Наличие ахиллова сухожилия означает, что, хотя икра и снабжена мощными мышцами, голень, лодыжки и стопы – стройные. У определенных животных, которые должны много бегать, таких, как лошади, олени и антилопы, нижняя часть конечности (соответствующая нашим лодыжкам и стопе) сильно вытянута. Эта часть, как и у нас, остается без больших мышц.

Если вы посмотрите на лошадь, то увидите, что мощные мышцы сконцентрированы в верхней части конечности рядом с туловищем, тогда как сами конечности, снабженные сухожилиями, тонкие и изящные. Это важно в связи с их способностью развивать скорость – небольшое сокращение далеко расположенных мышц заставит тонкую легкую ногу описывать большую дугу.

Пяточное сухожилие таких животных называется еще подколенное сухожилие, поскольку оно соединяет нижнюю часть конечности с верхней (окороком, или ляжкой). Действие этих верхних мышц важно для ходьбы, и перерезать подколенное сухожилие животному – значит искалечить его.

У человека пяточное сухожилие соединяет пятку с икрой ноги, а не с тыльной стороной бедра. Тем не менее, вы можете почувствовать два сухожилия за своим коленом, по одному с каждой стороны, которые определяют места прикрепления к большеберцовой и малоберцовой костям нескольких мышц, проходящих по тыльной стороне бедра. Эти мышцы сгибают ногу в колене, и именно эти сухожилия у человека эквивалентны подколенным сухожилиям у животных.

Мышцы в действии

Одна из функций мышц – их сокращение. Когда мышца закончила сокращаться, ей не остается ничего иного, как расслабиться. Она не может нейтрализовать или отменить предыдущее действие. К примеру, если вы сжимаете бицепс, ваша рука сгибается в локте. Если вы придадите своей руке такое положение, что предплечье будет располагаться сверху и опираться на плечо в результате сокращения бицепса, а затем расслабите бицепс, предплечье по-прежнему будет находиться в том же положении. Если определенным образом передвинуть плечо, сила гравитации станет тянуть предплечье вниз, и тогда ваша рука, вытянувшись, свободно повиснет. Но как вы сможете вытянуть руку вопреки силе гравитации, если расслабленные бицепсы этого не делают?

Ответом на этот вопрос является наличие второй мышцы, сокращение которой служит для того, чтобы вызвать движение, противоположное движению бицепса. Напротив бицепса находится вторая мышца, по-латыни называемая triceps brachii (то есть трехглавая мышца плеча). Она названа так, потому что имеет три места прикрепления мышцы, два на плечевой кости и одно на лопатке. Фиксированное место прикрепления ее находится на локтевой кости, на стороне, противоположной той, где находится место прикрепления бицепса.

Когда трицепс сокращается, предплечье, если оно согнуто под действием сжатия бицепса, распрямляется. Действительно, сгибание руки – это результат действия не какой-то одной мышцы по ее собственному усмотрению, а хорошо скоординированное действие обеих мышц. Сила одной мышцы может распределяться очень медленно и постепенно при наличии другой мышцы, которая почти нейтрализует ее силу, по не полностью. (Это похоже на опускание рояля с помощью веревки, перекинутой через систему блоков. Действие одной силы гравитации было бы катастрофическим, но, поскольку большая часть гравитационного притяжения нейтрализуется посредством противовеса, управляемого человеком или группой людей, рояль опускается плавно.)

Вы можете сильно сжать бицепс, вообще не шевеля рукой, если трицепс равнозначно отвечает на напряжение. Держите предплечье под прямым углом к плечу и напрягите бицепс, не двигая рукой. Вы почувствуете, что трицепс на другой стороне плечевой кости тоже напрягается.

Мышцы всегда действуют по меньшей мере парами, а обычно даже в более сложных скоординированных группах, так что одна мышца или группа мышц уравновешивают другую. Если есть ряд сухожилий, которые сгибают пальцы, соответствующее количество таких же сухожилий на другой стороне пальцев могут распрямлять их.

Иногда мы можем полагаться на силу притяжения, чтобы отменять работу мышцы. Одна из функций большой икроножной мышцы задней части голени состоит в том, чтобы поднимать нас на цыпочки. Никакой равной по величине мышцы на другой стороне большеберцовой кости не требуется, чтобы опустить нас с положения «на цыпочках». Этой цели служит сила притяжения. Именно по этой причине фронтальная часть ноги, можно сказать, не имеет мышц, и мы можем чувствовать большеберцовую кость сразу под кожей от начала и до конца.