Пучки волокон в мышцах могут располагаться разными способами, задавая мышцам разную архитектуру. И это важно потому, что ход волокон напрямую влияет на силу, скорость и диапазон движений.

Сначала, рассмотрим то, какими мышечные архитектуры бывают:

Круговые мышцы образованы волокнами, идущими кругом, они охватывают естественные наружные отверстия тела и замыкают их при своем сокращении. Так образованы все сфинктеры. Например, вокруг глаз и рта.

В продольноволокнистых мышцах волокна идут продольно длинной оси мышц. Они в основном длинные и совершают движения большого размаха.

• Если пучки волокон проходят по прямой линии – мышцы называют лентовидными.
• Если пучки сужаются к сухожилиям с обеих сторон – веретенообразными.

Лентовидные мышцы имеют вид широких тонких мышечных пластин с широкими сухожильными креплениями. Они участвуют главным образом в образовании стенок туловища, брюшной, грудной полостей. Например, прямая мышца живота или портняжная мышца бедра.

Веретенообразные мышцы обычно располагаются на конечностях. В них, благодаря сужающимся краям, вся сила мышцы сосредотачивается на небольшой площади. Так устроен, например, бицепс плеча.

В веерообразных мышцах, мышечные волокна начинаются от широкой площадки и веерообразно сходятся к узкому мосту крепления. Например, так образованы грудные мышцы. Такие мышц способны изменять направление натяжения в зависимости от того, какие моторные единицы сокращаются.

В перистых мышцах волокна располагаются под углом к продольной оси сухожилия, проходящего почти через всю мышцу. Волокон в перистых мышцах много, но они короткие. Располагаются такие мышцы преимущественно на конечностях.

Они могут быть одноперистыми, если мышцы проходят с одной стороны сухожилия. Как в длинном разгибателе пальцев.
Двуперстыми, если с обеих сторон, как в прямой мышце бедра.
Многоперистыми, если с большего количества сторон, как в дельтовидной.

Еще одна, особая категория – мышцы гидростаты. Это те мышцы, которые функционируют независимо от скелетной системы. У человека к ним относятся некоторые мышцы языка. Также устроены хобот слона, конечности моллюсков и тела червей.

В гидростатах, постоянный объем, стабилизирующий мышечную структуру, вместо скелета, задается мембраной из соединительной ткани. А возможность сложных движений дает разнонаправленный ход пучков волокон.

Два наиболее распространенных типа архитектуры - перистые и продольноволокнистые. И на их примере очень хорошо видно то, как архитектура влияет на рабочие характеристики мышц. Перистые могут поднять больший вес на меньшее расстояние. А продольноволокнистые - меньший, но на большее расстояние.

В перистых мышцах, с одной стороны, не вся развиваемая волокнами сила передается сухожилию. Потому что мышечные волокна расположены к сухожилию под углом. Но этот угол варьируется в пределах от 10 до 30 градусов, поэтому проигрыш в силе небольшой.

При этом, благодаря перистой архитектуре, в том же объеме, какой занимает продольноволокнистая мышца, может быть «упаковано» значительно больше мышечных волокон и саркомеров вообще. Поэтому больше и общая сила разеваемая такой мышцей.

Перистые мышцы находятся там, где необходима значительная сила мышечных сокращений при сравнительно небольшом размахе движений. И именно поэтому большинство антигравитационных мышц - перистые.

А у продольноволокнистых мышц другое преимущество. За счет длинных волокон они выигрывают в размахе и скорости сокращений.

Для того, чтобы сравнивать функциональные характеристики мышц, имеющих разный ход волокон, используют понятия анатомического и физиологического поперечников.

Анатомический поперечник - это толщина мышцы, площадь ее поперечного сечения в наиболее широкой части.
Физиологический поперечник - это суммарная площадь поперечного сечения всех мышечных волокон, входящих в состав мышцы.

В продольноволокнистых мышцах поперечники примерно равны. А в перистых физиологический поперечник может быть значительно больше, чем анатомический.

Но, такая компактная упаковка саркомеров не единственное, что дает перистым мышцам большую максимальную силу. Потому что даже при равном объеме волокон, равном количестве саркомеров, перистая архитектура волокон закладывает большие возможности для проявления пиковой силы. А длинная - больший диапазон проявления силы и скорость сокращения.

И дело здесь уже в длине волокон, которые в перистых мышцах короче чем в подольноволокнистых.

Так эта закономерность выглядит на графике. И применима она к любым мышцам, вне зависимости от их архитектуры.

Здесь две мышцы с условно равным количеством саркомеров. В первой - больший поперечник, но волокна короче. Во второй - меньший поперечник, но волокна длиннее.

Максимальная сила больше у первой.
А вторая может - может развивать силу в большем диапазоне. При этом, наложение графиков друг на друга показывает, что силы одинаковы.

Одинаковы, потому что все саркомеры волокон одного типа условно равны в силовых возможностях. А разница в проявлении силы объясняется тем, что даже внутри одного волокна они действуют неоднородно. В то время, как одни саркомеры могут находиться в оптимальной для генерации силы длине, другие могут находиться в состоянии слабого актин-миозинового перекрытия, и генерировать меньше силы. Иначе говоря, они будут находится в разных участках кривой сила-длина. И синхронизация отдельных саркомеров тем хуже, чем длиннее волокно.

Поэтому, при равном количестве саркомеров, большую пиковую силу, за счет лучшей синхронизации саркомеров, будут развивать мышцы с параллельным расположением саркомеров. А длинные мышцы с последовательным расположением саркомеров, будут проявлять силу в большем диапазоне длин. У них будет больший активный диапазон нагрузок.

Также у более длинных волокон будет выше максимальная скорость. Все саркомеры одного МВ сокращаются с примерно одной скоростью. Соответственно, вдвое более длинные волокна за одно и тоже время будут укорачиваться на вдвое большее расстояние.

И есть еще один важный момент. Скелетные мышцы обладают высокой способностью к функциональной адаптации.

То есть, они адаптируют свою структуру, функциональный диапазон, поперечник, длину - под рабочие задачи. Мышцы приспосабливаются под спортивную деятельность, чтобы лучше соответствовать требованиям.

Поэтому спортсмены специализирующиеся в одной дисциплине всегда будут иметь преимущества перед многоборцами. При прочих равных, многоборцы никогда не будут так же успешны в отдельных дисциплинах как специализированные бегуны, пловцы, велосипедисты или любые другие узкопрофильные атлеты.