Клетки иннервируются не соматической нервной системой, а двумя видами вегетативных нервных волокон: одни из них относятся к симпатической, а другие — к парасимпатической нервной системе (разд. 16.2.3). Противоположное действие, которое оказывают эти волокна на иннервируемый ими орган, позволяет быстро изменять состояние органа в соответствии с возможными изменениями условий. На активность гладких мышц могут также влиять адреналин и ряд других гормонов.
17.5.4. Мышечные веретена и рефлекс на растяжение
В скелетных мышцах имеются проприоцепторы, называемые мышечными веретенами (рис. 17.28). В середине каждого такого веретена находится несколько видоизмененных, несократимых мышечных волокон, названных интрафузальными волокнами, которые заключены в соединительнотканную оболочку. Их обвивают аннулоспиральные нервные окончания, принадлежащие афферентному нерву, который идет к спинному мозгу. Вокруг веретена параллельно интрафузальным волокнам лежат обычные мышечные (экстрафузальные) волокна. В обоих концах веретена содержатся сократимые мышечные волокна, которые иннервируются эфферентными нервами, идущими от центральной нервной системы.
Рис. 17.28. А. Мышца позвоночного, мышечное веретено и сухожильный орган. Б. Мышечное веретено (детали строения). Стрелками показано направление передачи нервных импульсов
При растягивании мышцы в аннулоспиральных окончаниях веретена возникает напряжение, вызывающее залп нервных импульсов, которые идут по афферентным нейронам к спинному мозгу. Эти нейроны образуют синапсы непосредственно с эфферентными нейронами, которые посылают импульсы к экстрафузальным мышечным волокнам, вызывая их рефлекторное сокращение. Это рефлекс на растяжение. Чем сильнее будет растянуто веретено, тем больше импульсов пойдет в спинной мозг и тем сильнее сократится мышца. Таким образом, этот рефлекс направлен на поддержание постоянной длины мышцы при изменении нагрузки на нее.
Мышечные веретена работают не все одновременно: разные веретена возбуждаются в разное время в зависимости от нужд организма. В любой момент времени всегда есть несколько веретен, стимулируемых непрерывным потоком сигналов из центральной нервной системы. Это поддерживает частично сокращенное состояние мышц, называемое мышечным тонусом. Для хорошего мышечного тонуса нужна систематическая работа мышц, например физические упражнения.
Важную роль в поддержании мышечного тонуса играют концевые участки веретена. При стимуляции их импульсами эфферентного нерва они сокращаются, и этим обеспечивается некоторое напряжение ненагруженной мышцы. Если бы мышца не поддерживалась в таком состоянии, то в случае внезапной нагрузки она могла бы быть повреждена в результате чрезмерного растяжения.
17.5.5. Тормозные рефлексы
Для перемещения конечности в том и другом направлении нужны по меньшей мере две противоположно действующие мышцы или группы мышц. Когда одна из них сокращается, другая должна расслабляться. Достигается это благодаря простым тормозным рефлексам. Как мы уже видели, сигналы, возникшие в мышечном веретене, поступают от мышцы по афферентному нейрону в спинной мозг и в конце концов возвращаются к той же мышце и вызывают ее сокращение. Афферентный нейрон образует также синапсы с промежуточными нейронами в сером веществе спинного мозга (рис. 17.29). При соответствующей стимуляции они блокируют эфферентные нейроны, идущие к мышце-антагонисту, и эта мышца, таким образом, оказывается неспособной к сокращению и остается расслабленной.
Рис. 17.29. Реципрокное торможение. При сокращении мышцы А импульсы направляются в спинной мозг, где они передаются на промежуточный тормозный нейрон; торможение им соответствующего двигательного нейрона, иннервирующего мышцу Б, заставляет эту мышцу расслабиться
Хорошим примером может служить механика ходьбы. Сначала конечность сгибается, чтобы стопа оторвалась от земли. Во время сгибания мышцы-антагонисты — разгибатели — растягиваются, но рефлекторное торможение делает их сокращение невозможным. Затем согнутая конечность выпрямляется и стопа вновь опускается на землю. По окончании сокращения мышц-сгибателей торможение с мышц-разгибателей снимается, и теперь становится возможным рефлекс на растяжение, приводящий к сокращению мышцы-разгибателя. Когда конечность выпрямлена, мышечное веретено разгибателя не подвергается больше растяжению и рефлекс на растяжение исчезает. После этого весь процесс может начаться снова.