В поперечном сечении напряжённую мышцу трудно сжать. Пальцы встречают сильное противодействие Откуда возникают такие удивительные силы в мышце? Схема многозвенника это объясняет. Чтобы сжать в поперечном сечении мышцу, надо сблизить уравновешенные положительно заряженные ионы 1-1 многозвенника (см. рис. 38). Но это сделать очень трудно, так как силы Кулона — взаимоотталкивания этих одноимённых зарядов — препятствуют их сближению. Пункт 6 удовлетворяется.
Следовательно, силовой ромб (в первом приближении) правдоподобен. Предложенная схема показывает, что так мог бы выглядеть элементарный мышечный электродвигатель на молекулярном уровне.
Дело усложняется
Но дело усложняется тем, что ромб — это фигура плоскостная, а тонкая протофибрилла в мышце — объёмная трубочка (оболочка), заполненная плазмой и молекулами. Для того чтобы силовой ромб стал объёмной фигурой, ему надо придать вращение вокруг вертикальной оси. Тогда он превратится в два конуса с общим основанием, где расположатся положительные заряды, а в вершинах окажутся отрицательные, по-прежнему в отношении 1:7. Цепочка таких конусов (рис 40 I) и будет представлять силовой каркас объёмных тонких протофибрилл. Но они содержат в семь раз больше отрицательных зарядов, чем положительных, а это привело бы к появлению в мышце огромного свободного электрозаряда. Этого в мышцах не наблюдается значит, где-то рядом с отрицательными зарядами должно располагаться равное количество положительных зарядов, и действительно, с помощью электронного микроскопа можно увидеть, что в центре расположения шести тонких протофибрилл помещается толстая протофибрилла, отделённая от них оболочкой. Для того чтобы в мышце все свободные отрицательные заряды тонких протофибрилл были компенсированы, необходимо, чтобы в толстых протофибриллах цепочки конусных многозвенников имели зеркальное расположение зарядов, то есть в вершинах конусов — положительные заряды, а в основаниях — отрицательные (рис. 40, II). На рис. 40, IV показаны фотография Т. Хайаши, снятая электронным микроскопом с увеличением в 250 000 раз (видны толстые (тёмные) и тонкие (светлые) протофибриллы), и рядом схема автора (рис. 40, III). Для сокращения мышцы надо убавить число зарядов в вершинах конусов. Этого можно достигнуть, удалив часть отрицательных зарядов из тонких протофибрилл и нейтрализовав ими часть положительных зарядов в толстых протофибриллах. Но между толстыми и тонкими протофибриллами находятся оболочки. Как же они устроены, если эта нейтрализация происходит только тогда, когда я «хочу» сократить мышцу?
Рис. 40. Схема объёмных конусных силовых многозвенников заряженных молекул:
I — цепочка конусов; II— зеркальное расположение зарядов положительно
и отрицательно заряженных протофибрилл; III— продольный разрез мио-
фибриллы; IV — то же, снятое с помощью электронного микроскопа.
Как должна была природа устроить механизм волевого сокращения мышц
В технике аналогичные функции выполняет усилительная радиолампа (или кристалл полупроводника). В зависимости от величины потенциала, поступающего на сетку, электропроводность лампы изменяется. Известно, что некоторые клетки и молекулы обладают свойством полупроводников. Следовательно, по нашей схеме оболочки протофибрилл должны иметь свойства радиоламп. Если по ним пропускать слабейшие электротоки — «токи действия», то оболочки становятся электропроводными и через них смогут проходить, например, отрицательные заряды для нейтрализации лоложительных зарядов толстых протофибрилл. Таким образом, токи действия могут регулировать величину взаимной нейтрализации зарядов, силы мышц и степень их сокращения.
Токи действия
Согласно нашей схеме оболочки протофибрилл, так же как волокнистое вещество в нервах — аксонах, насыщены отрицательными зарядами. Мозговое вещество несёт в себе скопление положительных зарядов. Электроны в нервах стремятся нейтрализовать заряды. Для того чтобы это не происходило самопроизвольно, природа должна была создать механизм, регулирующий движение зарядов от нервов к мозгу. По-видимому, этим устройством является нейрон, которым заканчивается каждый аксон в мозгу. К нейрону присоединяются дендриты, связывающие его с другими нервными клетками мозга. Если я хочу поднять гирю, то через соответствующий дендрит поступает слабейший ток в полупроводниковый нейрон, связанный аксоном с мышцей. Нейрон становится электропроводным. Вдоль нерва и оболочек протофибрилл направляются нервные импульсы — токи действия. Они регулируют токи в оболочках и нейтрализацию отрицательных и положительных зарядов в протофибриллах. Многозвенники сокращаются, и мышца совершает работу.
Для того чтобы многозвенник в протофибриллах восстановил свою форму, на место нейтрализованных зарядов должны явиться новые. Они создаются клетками в процессе окислительных реакций. Если токов действия нет, заряды в протофибриллах не нейтрализуются, восстановительных реакций не образуется и нет обмена веществ. Это наблюдается после ранения аксона. Мышца умирает и высыхает. Следовательно, даже когда мы спим, дендриты должны обеспечивать минимальные токи действия, необходимые для беспрестанных химических реакций и обмена веществ.
Чем сильнее и чаще возбуждаются токи действий, тем интенсивнее идёт электрообмен и обмен веществ в мышцах, тем здоровее и сильнее становится человек.
Как поддерживать электрозаряд в органах человека на определённом уровне
Согласно нашей схеме молекулы мышц в организме живого человека через мембраны беспрерывно ионизируются химико-окислительными реакциями и нейтрализуются для совершения работы. Поэтому как только для поднятия груза мы удалим из оболочек протофибрилл часть отрицательных зарядов, это вызовет нейтрализацию главных зарядов. Химические реакции будут стремиться их немедленно восстановить. Но на это нужно время. Вот почему для удержания груза на одной высоте и для поддержания потенциала заряда мышцы на заданном уровне из оболочек протофибрилл должны всё время отбираться отрицательные заряды так быстро, чтобы новые заряды (образованные химическими реакциями) не успевали их восстанавливать. Чем быстрее мы будем отбирать заряды токами действия, тем меньший заряд будет оставаться в оболочках и в мышце и тем большую силу будет развивать она, так как окислительные реакции не будут успевать восстанавливать заряды. Простой пример пояснит этот процесс.
В ванну наливается вода через постоянно открытый кран. Так химико-окислительные процессы беспрерывно рождают в мышце все новые заряды ионов. Но нам надо в ванне держать разный уровень воды (разный потенциал свободных электрозарядов в мышце). Тогда мы открываем кран спуска воды из ванны. Чем больше откроем кран, тем ниже будет поддерживаться уровень воды в ванне, чем груз тяжелее, тем ниже надо держать потенциал зарядов в мышце и тем быстрее и больше электронов (т.е. энергии) надо из мышцы ежесекундно удалять. Пункты 3, 4 и 7 удовлетворены (подробно эта схема приведена на рис. 41). Таким образом, энергия удаляемых (нейтрализуемых) отрицательных зарядов должна быть пропорциональна (за вычетом потерь) механической работе, совершаемой крупными зарядами в конусных цепочках протофибрилл.
Рис. 41.Энергетический баланс. Химико-окислительные реакции могут обеспечить большой запас электроэнергии в мышцах. По аналогии: в сосуде А запас воды поддерживается на высоком уровне. В неработающей мышце в секунду нейтрализуется мало зарядов — левый кран выпускает мало воды, поэтому в левом сосуде (неработающей мышце) поддерживается высокий уровень (потенциал зарядов в мышце). Если мышца начнёт работать, т.е. правый кран полиостью откроется, уровень воды в правом сосуде понизится (понизится потенциал в мышце).
А что же такое усталость? Это — затрата энергии и накопление шлаков. Следовательно, чем больше в секунду нейтрализовывать в мышце электрозарядов, тем больше в каждую секунду в мышце будет отлагаться отбросов продуктов обмена веществ, которые должны удаляться при движении руки сокращением мышц. Но если рука держит груз неподвижно, то шлаки будут уходить очень медленно. Следовательно, усталость будет наступать быстрее. Вот почему при многократном подъёме и опускании гири рука устаёт меньше. По этой же причине лошадь даже на лугу во время еды старается почаще махать головой. Сильная утомляемость мышц руки при удержании гири на одной высоте противоречит законам механики, утверждающим, что работа равна произведению силы на путь. При удержании гири на одной высоте рука пути не совершает, поэтому и энергия затрачиваться не должна! Но мы ощущаем эту затрату, В чём же дело? А дело в том, что законы механики и термодинамики к работе мышцы не применимы, но законы электротехники все наблюдения объясняют полностью.
