Регуляция мышечного напряжения – это процесс, который позволяет организму эффективно управлять физической активностью. Этот процесс осуществляется с помощью трёх основных физиологических механизмов:

1. Количество активных двигательных единиц (ДЕ) мышцы: Двигательные единицы представляют собой группы мышечных волокон, которые управляются одним мотонейроном. Увеличение числа активных ДЕ позволяет распределить нагрузку и увеличить силу сокращения мышцы. В зависимости от необходимости, для выполнения движения могут активироваться разные количества ДЕ.

2. Частота импульсации мотонейронов: Мотонейроны, которые передают импульсы к мышцам, могут вызывать сокращения с разной частотой. Увеличение частоты импульсов приводит к более сильным и кратковременным сокращениям мышц, что увеличивает напряжение в них.

3. Временная связь активности ДЕ: Этот механизм подразумевает координацию сокращений различных ДЕ во времени. Согласование активности разных единиц позволяет избежать конфликтов в работе мышц и способствует более плавному и эффективному движению.

Эти механизмы работают совместно, обеспечивая точное и эффективное управление мышечным напряжением в зависимости от задач, которые необходимо выполнить.

Двигательные единицы (ДЕ) активизируются, когда мотонейрон отправляет импульс для сокращения мышечных волокон. Все волокна в одной ДЕ сокращаются одновременно в соответствии с принципом «все или ничего». Сила сокращения ДЕ зависит от количества мышечных волокон, входящих в ее состав. Малые двигательные единицы (ДЕ) развивают силу всего в несколько миллиньютон, в то время как большие ДЕ могут развивать силу в несколько ньютон. Из-за небольшого силового потенциала одной ДЕ для выполнения движений одновременно «включаются» несколько ДЕ, что называется «пространственной суммацией». При увеличении внешнего сопротивления активируется больше ДЕ, и, соответственно, мышца развивает большее напряжение.
Количество активных двигательных единиц (ДЕ) зависит от интенсивности сигналов, которые более высокие уровни нервной системы посылают мотонейронам этой мышцы.

Реакция мотонейронов на сигналы из нервной системы зависит от их порога возбуждения, который определяется размером мотонейрона. Меньшие мотонейроны имеют нижний порог и активируют малые, медленные двигательные единицы. Таким образом, слабые мышечные напряжения возникают в основном благодаря активности низкопороговых ДЕ.

В нормальных условиях сокращение мышц происходит не за счет одиночных нервных импульсов, а благодаря их серийным посылам с частотой от 5 до 50 импульсов в секунду. Когда новые импульсы приходят до окончания фазы расслабления мышцы от предыдущих, сокращение накладывается на предыдущее, что приводит к увеличению силы. При высокой частоте импульсов спада напряжения и силы мышц не наблюдается. При серийных нервных импульсах, посылаемых с частотой от 5 до 50 в секунду, происходит тетаническое сокращение мышц. Это сокращение более мощное, чем при одиночных импульсах, и может увеличивать силу до 3-4 раз. Продолжительность тетанического сокращения может в десятки и даже тысячи раз превышать длительность сокращения от одиночного импульса.

При постепенном увеличении напряжения мышц активируются сначала малые (низкопороговые) моторные единицы, а затем и более крупные (высокопороговые). Выносливые SO-волокна имеют низкий порог возбуждения, и уже при частоте 20 импульсов в секунду (20 Гц) они могут полностью исчерпать свою силу.

FG-волокна сокращаются и расслабляются быстрее, чем SO-волокна, поэтому для их максимальной активации требуется более высокая частота импульсации. При частоте 25-30 Гц достигается лишь умеренное напряжение, а максимальная сила возникает при 45-50 Гц. Мышцы с большим количеством SO-волокон могут поддерживать максимальное напряжение дольше, но сила будет ниже по сравнению с мышцами, содержащими FG-волокна.

Для достижения полного тетанического сокращения мышц частота импульсации мотонейронов зависит от типа мышечных волокон. Регулировка силы сокращения мышц происходит за счет изменения частоты нервных импульсов, что называется «временной суммацией».

Когда скелетные мышцы работают с низким и умеренным сопротивлением, например, при повседневной деятельности, их возбуждение происходит асинхронно — разные моторные единицы (МЕ) активируются поочередно, что позволяет поддерживать низкое, но стабильное напряжение мышцы.

При длительной мышечной активности умеренной интенсивности, такой как бег или лыжные гонки, сначала активируются низкопороговые моторные единицы. С течением времени, по мере утомления этих единиц, начинают работать более крупные и высокопороговые моторные единицы. Это объясняет более быстрый расход гликогена — основного источника энергии в мышцах — в медленных SO-волокнах на начальном этапе работы и затем в быстрых FG-волокнах по мере продолжения активности.

При проявлении силы для преодоления умеренных и высоких внешних сопротивлений активизируются высокопороговые двигательные единицы (ДЕ) с Fast Twitch (FG) волокнами. Это приводит к сильному и быстрым мышечным сокращениям. Однако после начального рывка происходит блокировка биоэлектрической активности мышц, и они попадают в «паузы», во время которых также быстро сокращаются. Движения в этом режиме заранее планируются в мозге и происходят так быстро, что корректировать их в процессе сложно. Длительность «молчания» мышц после начальной активации зависит от уровня внешнего сопротивления.

Когда внешнее сопротивление мышцы увеличивается до такой степени, что движение останавливается, посылаются новые импульсы с перерывами. Это позволяет справляться с возросшим сопротивлением и продолжать движение.

Движения, происходящие в этом режиме, характеризуются высокой скоростью и силой. Если сопротивление становится максимально возможным, мышцы начинают работать с более длительными сериями частых импульсов, что связано с проявлением максимальной силы.