физиология

Физиология на мускулите: Кратко описание

Д-р Джанфранко Де Анджелис

Смущаващо е да се видят инструктори и лични треньори, които дават „емпирични“ обяснения за различните теми: мускулна маса (хипертрофия), повишаване на силата, съпротивлението и т.н., без дори да имат грубо познание за хистологичната структура и физиологията на мускулите.

Малцина имат само повече или по-малко задълбочени познания за макроскопичната анатомия, сякаш са достатъчни, за да знаят къде се намират бицепсите или гръдните мускули, пренебрегвайки хистологичната структура и още по-малко биохимията и физиологията на мускулите. Ще се опитам, доколкото е възможно, да направя кратка и проста дискусия по темата, достъпна и за миряна от биологичните науки.

Хистологична структура

Мускулната тъкан се различава от другите тъкани (нервна, костна, съединителна), поради очевидна характеристика: контрактилност, т.е. мускулната тъкан е в състояние да се свие или да скъси дължината си. Преди да видим как става по-кратък и за какви механизми, нека поговорим за неговата структура. Разполагаме с три вида мускулна тъкан, хистологично и функционално различни: тъкан с набраздена скелетна мускулатура, гладка мускулна тъкан и сърдечна мускулна тъкан. Основната функционална разлика между първата и другите две е, че докато първата се управлява от воля, другите две са независими от волята. Първото е, че мускулите, които движат костите, мускулите, които тренираме с щанги, гири и машини. Вторият тип се дава от мускулите на вътрешностите, като мускулите на стомаха, червата и др. които, както виждаме всеки ден, не се контролират от волята. Третият тип е сърдечен: сърцето е също от мускули, всъщност е в състояние да се свие; по-специално, и сърдечният мускул е набразден, следователно, подобен на скелетния, обаче, важна разлика, ритмичното му свиване е независимо от волята.

Стриезният скелетен мускул е отговорен за доброволните моторни дейности и следователно за спортните дейности. Набразденият мускул се състои от клетки, като всички други структури и системи на организма; клетката е най-малката единица, способна на автономен живот. В човешкия организъм има милиарди клетки и почти всички от тях имат централна част, наречена ядро, заобиколена от желатиново вещество, наречено цитоплазма. Клетките, които образуват мускула, се наричат мускулни влакна : те са удължени елементи, разположени надлъжно спрямо оста на мускула и събрани в ленти. Основните характеристики на набраздените мускулни влакна са три:

  1. Той е много голям, дължината може да достигне няколко сантиметра, диаметърът е 10-100 микрона (1 микрона = 1/1000 mm.). Другите клетки на организма са с някои изключения микроскопични по размер.
  2. Той има много ядра (почти всички клетки имат само едно) и по тази причина се дефинира "полинуклеарно синцитиално".
  3. Тя изглежда напречно набраздена, т.е. представлява редуване на тъмни и светли ленти. Мускулното влакно представя в цитоплазмата удължени образувания, разположени надлъжно на оста на влакното и следователно и на мускула, наречен миофибрили, можем да ги разглеждаме като удължени корди, поставени вътре в клетката. Миофибрилите също са набраздени напречно и са отговорни за набраздяването на цялото влакно.

    Вземете миофибрил и го изучете: има тъмни ленти, наречени ленти А, а на светлинните ленти, наречени I, в средата на лента I има тъмна линия наречена линия Z. Пространството между линия Z и другата се нарича. саркомер, който представлява контрактилния елемент и най-малката функционална единица на мускула; на практика влакното се съкращава, тъй като саркомерите му се съкращават.

Сега да видим как се прави миофибрил, това е така наречената ултраструктура на мускула. Той е направен от нишки, някои големи миозинови влакна, други тънки филаменти на актин. Големите се събират заедно с тънките, така че лентата А се образува от грубата нишка (поради което е по-тъмна), лентата I се образува от онази част от тънката нишка, която не е прилепнала към тежката нишка (образувана от тънка нишка е по-светла).

Механизъм на свиване

Сега, след като познаваме хистологичната структура и ултраструктурата, можем да споменем механизма на свиване. При свиването светлите нишки протичат между тежките влакна, така че лентите I намаляват по дължина; следователно саркомерът също намалява по дължина, това е разстоянието между Z лентата и другото: следователно свиването не се дължи на това, че нишките са скъсени, а защото са намалили дължината на саркомера. Намаляването на дължината на саркомера намалява дължината на миофибрилите, така че тъй като миофибрилите съставляват влакното, дължината на влакното намалява, следователно мускулът, който е направен от влакна, се съкращава. Очевидно е, че за тези потоци е необходима енергията на потока и това се дава от вещество: АТФ (аденозин трифосфат), който е енергийната валута на организма. АТФ се образува от окисляването на храната: енергията, която храната има, се предава на АТФ, която след това я придава на нишките, за да ги накара да текат. За да се получи свиване, е необходим друг елемент, Ca ++ йонът (калций). Мускулната клетка държи големи запаси в нея и я прави достъпна за саркомера, когато свиването трябва да се осъществи.

Мускулна контракция от макроскопска гледна точка

Видяхме, че контрактилният елемент е саркомерът, сега изследваме целия мускул и го изучаваме от физиологична гледна точка, но макроскопично. За да се свие мускул, е необходимо той да достигне до електрически стимул : този стимул идва от моторния нерв, започвайки от гръбначния мозък (както се случва естествено); или може да идва от електрически резециран и стимулиран двигателен нерв, или директно стимулира електрически мускула. Представете си, че приемате мускул: единият край е свързан с фиксирана точка, а другият - с тежест; в този момент ние го стимулираме електрически; мускулът ще се свие, т.е. ще се съкрати чрез вдигане на теглото; това свиване се нарича изотонично свиване. Ако вместо това обвържем мускула с двата края с две твърди опори, когато го стимулираме, мускулът ще увеличи напрежението без съкращаване: това се нарича изометрично свиване. На практика, ако извадим мряна от земята и я вдигнем, това ще бъде изотонично свиване; ако я заредим с много тежко тегло и докато се опитваме да я вдигнем, тогава, макар да мускулираме максимално, не го движим, това ще се нарича изометрично свиване. При изотоничното свиване се извършва механична работа (работа = сила x изместване); при изометричното свиване механичната работа е нула, тъй като: работа = сила x изместване = 0, изместване = 0, работа = сила x 0 = 0

Ако стимулираме мускула с много висока честота (това са многобройни импулси в секунда), тя ще развие много висока сила и ще остане свита до максимум: за мускулите в това състояние се казва, че е тетанус, следователно тетаничната контракция означава максимална и непрекъсната контракция. Мускулът може да се свие малко или много, по желание; това е възможно чрез два механизма: 1) Когато мускулите се свиват малко, се свиват само някои влакна; увеличавайки интензивността на свиването, се добавят други влакна. 2) Влакно може да се свие с по-малка или по-голяма сила в зависимост от честотата на изпускане, т.е. броя на електрическите импулси, които пристигат в мускулите в единица време. Чрез модулиране на тези две променливи централната нервна система контролира силата, на която мускулът трябва да се свие. При силна контракция командват почти всички влакна на мускула не само, но всички те ще бъдат нарязани с голяма сила: когато слабо свиване командва само няколко влакна, се съкращават и с по-малка сила.

Нека сега се сблъскаме с друг важен аспект на мускулната физиология: мускулен тонус . Мускулен тонус може да се определи като непрекъснато състояние на леко свиване на мускулите, което е независимо от волята. Кой фактор причинява това състояние на свиване? Преди раждането мускулите са със същата дължина като костите, а след това с развитието костите се разтягат по-дълго от мускулите, така че последните се разтягат. Когато мускулът е опънат, чрез гръбначен рефлекс (миотичен рефлекс) той се свива, следователно непрекъснатото разтягане, на което е подложен мускулът, определя непрекъснато състояние на светлината, но постоянно свиване. Причината е отражение и тъй като основната характеристика на рефлексите е не-доброволност, тонът не се управлява от волята. Тонът е феномен, основан на нервен рефлекс, така че ако отрежа нерва, който преминава от централната нервна система към мускула, той става отпусната и напълно губи тона.

Силата на свиване на мускула зависи от напречното й сечение и е равна на 4-6 kg.cm2. Принципът обаче е валиден по принцип, няма специфично съотношение на пряката пропорционалност: при спортист, мускул малко по-малък от този на друг спортист може да бъде по-силен. Мускул увеличава обема си, ако е обучен с нарастваща съпротива (това е принципът, на който се основава гимнастиката с тежести); важно е да се подчертае фактът, че обемът на всяко мускулно влакно се увеличава, докато броят на мускулните влакна остава постоянен. Това явление се нарича мускулна хипертрофия.

Мускулна биохимия

Нека сега се сблъскаме с проблема с реакциите, които се случват в мускулите. Вече казахме, че за свиване на енергията ; тази енергия запазва клетката в така наречения АТФ (аденозин трифосфат), който, когато дава енергия на мускула, се превръща в ADP (аденозин дифосфат) + Pi (неорганичен фосфат): реакцията се състои в отстраняване на фосфат. Така че реакцията, която се случва в мускула е АТР → ADP + Pi + енергия. Въпреки това запасите от АТР са малко и ние трябва да ре-синтезираме този елемент. Така че, за да се свие мускула, трябва да възникне и обратната реакция (ADP + Pi + energy> ATP), така че мускулът винаги да има ATP. Енергията да се осъществи ресинтеза на АТР се дава от храната: те, след като се усвояват и абсорбират, през кръвта достигат до мускула, където се отказват от енергията си, само за да направят АТФ.

Енергийното вещество par excellence се дава от захари, особено глюкоза. Глюкозата може да бъде разградена в присъствието на кислород (в аеробна атмосфера) и е, както се казва неправилно, "изгорена"; енергията, която се отървава от нея, приема АТФ, докато глюкозата не остава нищо друго освен вода и въглероден диоксид. 36 молекули АТР се получават от глюкозна молекула. Но глюкозата може да бъде атакувана и в отсъствието на кислород, в който случай тя се превръща в млечна киселина и се образуват само две молекули АТР; След това млечната киселина, преминаваща в кръвта, отива в черния дроб, където отново се трансформира в глюкоза. Този цикъл на млечна киселина се нарича цикъл на Cori. Какво се случва на практика, когато мускулите се свиват? В началото, когато мускулът започне да се свива, АТФ веднага се изчерпва и тъй като няма кардиоциркулаторни и дихателни адаптации, които да се появят по-късно, кислородът, който пристига в мускула, е недостатъчен, така че глюкозата се разпада на липса на кислород, образуващ млечна киселина. За втори път можем да имаме две ситуации: 1) Ако усилието продължава леко, кислородът е достатъчен, тогава глюкозата ще окислява във вода и въглероден анхидрит: няма да се натрупва млечна киселина и упражнението може да продължи часове ( Този вид усилие се нарича аеробно, например фоновата раса). 2) Ако усилието продължава да бъде интензивно, въпреки пристигането на мускула много кислород, много глюкоза ще се раздели в отсъствието на кислород; следователно, ще се образува много млечна киселина, което ще причини умора (нарича се анаеробен стрес, например бърз ход, например 100 метра). По време на покой млечната киселина, в присъствието на кислород, отново ще се превърне в глюкоза. В началото дори при аеробни усилия липсва кислород: говорим за кислородния дълг, който ще се изплаща, когато почиваме; споменатият кислород ще бъде използван за повторно синтезиране на глюкоза от млечна киселина; всъщност, веднага след усилието консумираме повече кислород, отколкото обикновено: изплащаме дълга. Както можете да видите, ние цитирахме глюкозата като пример за гориво, защото тя е най-важното гориво в мускула; всъщност, дори ако мазнините имат по-голямо количество енергия, за да ги окислят, винаги е необходимо да има определено количество глициди и много повече кислород. При липса на такива се наблюдават значителни нарушения (кетоза и ацидоза). Протеините могат да се използват като гориво, но тъй като те са единствените, които се използват за обучение на мускулите, в тях преобладава пластичната функция. Липидите имат характеристиката, че при едно и също тегло те имат повече енергия от захарите и протеините: те са идеално използвани за съхранение. Така че глицидите са гориво, протеините са суровини, липидите са резервите.

Опитах в тази мускулна физиология да бъде възможно най-ясна, без да пренебрегвам научната строгост: мисля, че ще съм постигнал отличен резултат, ако съм стимулирал фитнес операторите да вземат по-сериозен интерес към физиологията, защото вярвам, че фундаменталните понятия на физиологията и анатомията трябва да бъдат съществен културен актив, за да се опитат да разберат по някакъв начин това прекрасно човешко тяло.