Fizjologia mięśni: krótki opis

Pod redakcją dr Gianfranco De Angelis

„Przygnębiające jest widzieć instruktorów i trenerów personalnych na siłowniach udzielających „empirycznych” wyjaśnień na różne tematy: masa mięśniowa (przerost), wzrost siły, wytrzymałości itp., nie mając nawet zgrubnej wiedzy na temat budowy histologicznej i fizjologii mięśni .

Niewielu ma tylko mniej lub bardziej dogłębną wiedzę z zakresu anatomii makroskopowej, tak jakby wystarczyło wiedzieć, gdzie znajduje się biceps czy pierś, ignorując strukturę histologiczną, a tym bardziej biochemię i fizjologię mięśni. tematu, dostępnej nawet dla laików nauk biologicznych.

Struktura histologiczna

Tkanka mięśniowa różni się od innych tkanek (nerwowych, kostnych, łącznych) ze względu na oczywistą cechę: kurczliwość, czyli tkanka mięśniowa jest zdolna do kurczenia się, czyli skracania swojej długości. Zanim zobaczymy, jak się skraca i dla jakich mechanizmów, porozmawiajmy o jego budowie. Mamy trzy rodzaje tkanki mięśniowej, różniące się zarówno histologicznie, jak i funkcjonalnie: tkankę mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych, tkankę mięśni gładkich i tkankę mięśnia sercowego. Główna różnica funkcjonalna między pierwszym a pozostałymi dwoma polega na tym, że podczas gdy pierwszy rządzi się wolą, pozostałe dwa są niezależne od woli. Pierwszy to mięśnie poruszające kośćmi, mięśnie, które trenujemy ze sztangą, hantlami i maszynami. Drugi typ dają mięśnie wnętrzności, takie jak mięśnie żołądka, jelit itp., które, jak widzimy na co dzień, nie są kontrolowane przez wolę.Trzeci typ to mięśnie sercowe: serce jest również zbudowany z mięśni, w rzeczywistości jest zdolny do skurczu, w szczególności mięsień sercowy jest również prążkowany, a więc podobny do mięśnia szkieletowego, jednak ważna różnica polega na tym, że jego rytmiczny skurcz jest niezależny od woli.
Mięsień poprzecznie prążkowany jest odpowiedzialny za dobrowolną aktywność motoryczną, a więc za aktywność sportową. Mięsień prążkowany składa się z komórek, podobnie jak wszystkie inne struktury i układy organizmu; komórka jest najmniejszą jednostką zdolną do autonomicznego życia.W organizmie ludzkim są miliardy komórek i prawie wszystkie mają centralną część zwaną jądrem, otoczone galaretowatą substancją zwaną cytoplazmą. Komórki tworzące mięsień nazywane są włóknami mięśniowymi: są to wydłużone elementy, ułożone wzdłuż osi mięśnia i zebrane w pasma.Główne cechy włókien mięśni poprzecznie prążkowanych to trzy:

1. Jest bardzo duży, jego długość może sięgać kilku centymetrów, średnica to 10-100 mikronów (1 mikron = 1/1000 mm.) Pozostałe komórki organizmu, z pewnymi wyjątkami, są mikroskopijnych rozmiarów.
2. Ma wiele jąder (prawie wszystkie komórki mają tylko jedno) i dlatego jest nazywany „syncytium wielojądrowym”.
3. Jest poprzecznie prążkowany, to znaczy przedstawia naprzemienność ciemnych i jasnych pasm. Włókno mięśniowe ma w swojej cytoplazmie wydłużone formacje, ułożone wzdłużnie do osi włókna, a zatem również do mięśnia, zwane miofibrylami, możemy je uznać za wydłużone sznury umieszczone wewnątrz komórki pasm całego włókna.
   Weźmy miofibryl i zbadajmy go: ma ciemne pasma, zwane pasmami A, i jasne pasma zwane I, w środku pasma I c "jest ciemna linia zwana linią Z. Przestrzeń między jedną linią Z a drugą nazywa się sarkomer , który reprezentuje element kurczliwy i najmniejszą funkcjonalną jednostkę mięśnia; w praktyce włókno skraca się, ponieważ jego sarkomery są skrócone.

Zobaczmy teraz, jak powstaje miofibryl, czyli tak zwana ultrastruktura mięśnia. Jest zbudowana z włókien, jedne duże zwane włóknami miozyny, inne cienkie zwane włóknami aktynowymi, te duże pasują do siebie w taki sposób, że pasmo A tworzy duże włókno (dlatego jest ciemniejsze), pasmo I jest zamiast tego utworzone przez tę część cienkiego włókna, która nie jest przyklejona do ciężkiego włókna (utworzona przez cienkie włókno jest lżejsze).

Mechanizm skurczu

Teraz, gdy znamy strukturę histologiczną i ultrastrukturę, możemy wskazać mechanizm skurczu. W skurczu włókna lekkie przepływają między włóknami ciężkimi, tak że pasma I zmniejszają się na długości; w ten sposób sarkomer również zmniejsza swoją długość, to znaczy odległość między jednym pasmem Z a drugim: zatem skurcz występuje nie dlatego, że włókna się skróciły, ale dlatego, że zmniejszyły się długość sarkomeru poprzez przesunięcie. ponieważ miofibryle stanowią włókno, długość włókna zmniejsza się, w konsekwencji mięsień, który jest zbudowany z włókien, ulega skróceniu. Oczywiście, aby te włókna mogły płynąć, potrzebna jest energia i jest to podawane przez substancję: l " ATP ( trifosforan adenozyny), który stanowi walutę energetyczną organizmu ATP powstaje w wyniku utleniania pożywienia: energia z pożywienia jest przekazywana do ATP, który następnie przekazuje ją do włókien, aby umożliwić ich przepływ. , jon Ca ++ (wapń).Komórka mięśniowa utrzymuje jej duże zapasy wewnątrz i udostępnia ją sarkomerowi, gdy musi wystąpić skurcz.

Skurcz mięśni z makroskopowego punktu widzenia

Widzieliśmy, że elementem kurczliwym jest sarkomer, zbadajmy teraz cały mięsień i zbadajmy go z fizjologicznego punktu widzenia, ale makroskopowo. Aby mięsień się skurczył, musi nadejść bodziec elektryczny: ten bodziec pochodzi z silnika nerwu, zaczynającego się od rdzenia kręgowego (jak to się dzieje naturalnie) lub może pochodzić z wyciętego i elektrycznie stymulowanego nerwu ruchowego lub poprzez bezpośrednią stymulację elektryczną mięśnia; w tym momencie pobudzamy go elektrycznie; mięsień skurczy się, to znaczy skróci się, podnosząc ciężar; ten skurcz nazywa się skurczem izotonicznym. Jeśli natomiast przywiążemy mięsień obydwoma końcami do dwóch sztywnych podpór, gdy go pobudzimy, mięsień zwiększy napięcie bez skracania: nazywamy to skurczem izometrycznym. W praktyce, jeśli podniesiemy sztangę z ziemi i podniesiemy ją, będzie to skurcz izotoniczny; jeśli obciążymy go bardzo ciężkim ciężarem i próbując go podnieść, a więc napinając mięśnie do maksimum, nie poruszamy nim, będzie to nazywane skurczem izometrycznym. W skurczu izotonicznym wykonaliśmy pracę mechaniczną (praca = siła x przemieszczenie); w skurczu izometrycznym praca mechaniczna wynosi zero, ponieważ: praca = siła x przemieszczenie = 0, przemieszczenie = 0, praca = siła x 0 = 0
Jeśli stymulujemy mięsień z bardzo dużą częstotliwością (tj. licznymi impulsami na sekundę), rozwinie on bardzo dużą siłę i pozostanie napięty do maksimum: mówi się, że mięsień w tym stanie jest w tężcu, dlatego skurcz tężcowy oznacza maksymalny i ciągły skurcz. Mięsień może być skurczony w niewielkim lub dużym stopniu, do woli; jest to możliwe dzięki dwóm mechanizmom: 1) Kiedy mięsień nie jest w niewielkim stopniu skurczony, kurczą się tylko niektóre włókna; zwiększając intensywność skurczu, dodawane są kolejne włókna 2) Włókno może kurczyć się z mniejszą lub większą siłą w zależności od częstotliwości wyładowania, czyli ilości impulsów elektrycznych docierających do mięśni w jednostce czasu. Modulując te dwie zmienne, centralny układ nerwowy kontroluje siłę skurczu mięśnia. Kiedy nakazuje mocny skurcz, prawie wszystkie włókna mięśnia nie tylko się skracają, ale wszystkie skracają się z dużą siłą: przy słabym skurczu tylko kilka włókien skraca się iz mniejszą siłą.

Zajmijmy się teraz innym ważnym aspektem fizjologii mięśni: napięciem mięśni. Napięcie mięśniowe można zdefiniować jako ciągły stan lekkiego skurczu mięśni, który występuje niezależnie od woli. Jaki czynnik powoduje ten stan skurczu? Przed urodzeniem mięśnie mają tę samą długość co kości, a następnie, w miarę rozwoju, kości rozciągają się bardziej niż mięśnie, tak że te ostatnie są rozciągnięte. Kiedy mięsień jest rozciągany, na skutek odruchu rdzeniowego (odruchu miotatycznego) kurczy się, dlatego ciągłe rozciąganie, któremu poddawany jest mięsień, określa ciągły stan lekkiego, ale trwałego skurczu. Przyczyną jest odruch, a ponieważ główną cechą odruchów jest niedobrowolność, tonem nie rządzi wola. Ton jest zjawiskiem na podstawie odruchu nerwowego, więc jeśli przetnę nerw, który biegnie od ośrodkowego układu nerwowego do mięśnia, wiotcze, całkowicie tracąc ton.

Siła skurczu mięśnia zależy od jego przekroju i wynosi 4-6 kg.cm2. Ale zasada jest ważna w zasadzie, nie ma dokładnego bezpośredniego stosunku proporcjonalności: u sportowca mięsień, który jest nieco mniejszy niż inny sportowiec, może być silniejszy. Mięsień zwiększa swoją objętość, jeśli jest trenowany. jest zasadą, na której opiera się gimnastyka siłowa), należy podkreślić, że zwiększa się objętość każdego włókna mięśniowego, a liczba włókien mięśniowych pozostaje stała.Zjawisko to nazywamy przerostem mięśni.

Biochemia mięśnia

Zajmijmy się teraz problemem reakcji zachodzących w mięśniach. Powiedzieliśmy już, że do wystąpienia skurczu potrzebna jest energia; komórka przechowuje tę energię w tzw. ATP (adenozynotrójfosforanie), który, gdy oddaje energię mięśniowi, przekształca się w ADP (adenozynodifosforan) + Pi (fosforan nieorganiczny): reakcja polega na usunięciu fosforanu. Reakcja zachodząca w mięśniu to ATP → ADP + Pi + energia. Jednak zapasy ATP są nieliczne i konieczna jest ponowna synteza tego pierwiastka. Dlatego, aby mięsień się skurczył, musi również zajść reakcja odwrotna (ADP + Pi + energia> ATP), aby mięsień miał zawsze dostępne ATP. Energia potrzebna do resyntezy ATP jest nam dostarczana z pożywienia: te po strawieniu i wchłonięciu docierają do mięśni przez krew, gdzie uwalniają swoją energię właśnie po to, by wytworzyć ATP.

Substancją energetyczną par excellence są cukry, w szczególności glukoza. Glukoza może ulegać rozkładowi w obecności tlenu (w aerobiozie) i jest, jak mówią niewłaściwie, „spalana”; uwalniana energia jest pobierana przez ATP, podczas gdy wszystko, co pozostaje z glukozy, to woda i dwutlenek węgla. Z jednej cząsteczki glukozy uzyskuje się 36 cząsteczek ATP. Ale glukoza może również zostać zaatakowana przy braku tlenu, w którym to przypadku zamienia się w kwas mlekowy i powstają tylko dwie cząsteczki ATP; Następnie kwas mlekowy, przechodząc do krwi, trafia do wątroby, gdzie ponownie jest przekształcany w glukozę.Ten cykl kwasu mlekowego nazywany jest cyklem Cori. Co praktycznie się dzieje, gdy mięsień kurczy się? Na początku, kiedy mięsień zaczyna się kurczyć, ATP jest natychmiast wyczerpywane, a ponieważ nie doszło do adaptacji krążeniowo-oddechowej, które nastąpią później, tlen, który dociera do mięśnia jest niewystarczający, więc glukoza rozpada się na brak tlen tworzy kwas mlekowy Za drugim razem możemy mieć dwie sytuacje: 1) Jeśli wysiłek będzie trwał lekko, wystarczy tlenu, wtedy glukoza utleni się w wodzie i dwutlenku węgla: kwas mlekowy nie będzie się gromadził i ćwiczenia mogą trwać godzinami (ten rodzaj wysiłku nazywany jest zatem aerobem; na przykład biegi przełajowe) 2) Jeśli wysiłek jest nadal intensywny, pomimo dużej ilości tlenu docierającej do mięśni, duża część glukozy rozpadnie się przy braku tlenu; dużo kwasu mlekowego, który powoduje zmęczenie (mówimy o wysiłku beztlenowym; np. szybki bieg, np. 100 metrów) Podczas odpoczynku kwas mlekowy w obecności tlenu zamienia się z powrotem w glukozę. Na początku, nawet przy wysiłku aerobowym, brakuje nam tlenu: mówimy o długu tlenowym, który zostanie spłacony, gdy odpoczniemy; ten tlen zostanie wykorzystany do ponownej syntezy glukozy z kwasu mlekowego; w rzeczywistości zaraz po wysiłku zużywamy więcej tlenu niż normalnie: spłacamy dług. Jak widać, przytoczyliśmy glukozę jako przykład paliwa, ponieważ reprezentuje najważniejszy mięsień, w rzeczywistości nawet jeśli tłuszcze mają większą ilość energii, do ich utlenienia zawsze potrzebna jest pewna ilość glicydów i znacznie więcej tlenu.W przypadku ich braku dochodzi do znacznych zaburzeń (ketoza i kwasica) Białka mogą być wykorzystywane jako paliwo, jednak ponieważ jako jedyne wykorzystywane są do treningu mięśni, dominuje w nich funkcja plastyczna Lipidy mają tę cechę, że przy tej samej wadze mają więcej energii niż cukry i białka: są idealnie stosowany jako Tak więc glicydy są paliwem, białka są surowcami, a lipidy są rezerwami.

Starałem się w tym artykule na temat fizjologii mięśni, aby był jak najbardziej przejrzysty, nie zaniedbując w najmniejszym stopniu naukowego rygoru: wierzę, że osiągnę doskonały wynik, jeśli pobudzę profesjonalistów fitness do poważniejszego zainteresowania się fizjologią, ponieważ Uważam, że podstawowe pojęcia fizjologii i anatomii muszą być niezbędnym dziedzictwem kulturowym, aby spróbować zrozumieć w jakiś sposób to cudowne ludzkie ciało.