Muskelfysiologi: Kort beskrivning

Redigerad av Dr Gianfranco De Angelis

Det är "nedslående att se instruktörer och personliga tränare på gym som ger" empiriska "förklaringar om olika ämnen: muskelmassa (hypertrofi), ökad styrka, uthållighet etc., utan att ens ha en grov kunskap om den histologiska strukturen och muskelfysiologin .

Få har bara en mer eller mindre fördjupad kunskap om makroskopisk anatomi, som om det vore nog att veta var biceps eller bröst är, ignorerar den histologiska strukturen och ännu mindre musklernas biokemi och fysiologi. Gör en kort och enkel diskussion av ämnet, tillgängligt även för lekmän inom de biologiska vetenskaperna.

Histologisk struktur

Muskelvävnad skiljer sig från andra vävnader (nervös, ben, bindväv) på grund av en uppenbar egenskap: kontraktilitet, det vill säga muskelvävnad kan dra ihop sig eller förkorta dess längd. Innan vi ser hur det förkortas och för vilka mekanismer, låt oss prata om dess struktur. Vi har tre typer av muskelvävnad, olika både histologiskt och funktionellt: skelettstrimmad muskelvävnad, glatt muskelvävnad och hjärtmuskelvävnad. Den huvudsakliga funktionella skillnaden mellan de första och de andra två är att medan den första styrs av viljan, är de två andra oberoende av viljan. Den första är musklerna som rör benen, musklerna som vi tränar med skivstång, hantlar och maskiner. Den andra typen ges av musklerna i inälvorna, såsom magmusklerna, tarmarna etc. som, som vi ser varje dag, inte styrs av viljan. Den tredje typen är hjärtat: hjärtat är också gjord av muskler, i själva verket är den kapabel att dra sig samman; i synnerhet är hjärtmuskeln också avskalad, därför liknar den skelettmässiga, dock en viktig skillnad, dess rytmiska kontraktion är oberoende av viljan.
Den skelettstrimmade muskeln är den som ansvarar för frivilliga motoriska aktiviteter, därför för sportaktiviteter. Den strimmade muskeln består av celler, liksom alla andra strukturer och system i organismen; cellen är den minsta enhet som kan leva självständigt. I den mänskliga organismen finns miljarder celler och nästan alla har en central del som kallas kärnan, omgiven av en gelatinös substans som kallas cytoplasma. Cellerna som består av muskeln kallas muskelfibrer: de är långsträckta element, anordnade i längdriktningen mot muskelns axel och samlade i band. Huvudegenskaperna hos den strimmade muskelfibern är tre:

1. Den är mycket stor, längden kan nå några centimeter, diametern är 10-100 mikron (1 mikron = 1/1000 mm.) Organismens andra celler har, med några undantag, mikroskopiska dimensioner.
2. Den har många kärnor (nästan alla celler har bara en) och kallas därför för ett "polynukleärt syncytium".
3. Den är tvärstrimmad, det vill säga den presenterar en omväxling av mörka och ljusa band. Muskelfibern har långsträckta formationer i sin cytoplasma, anordnade i längdriktningen till fiberns axel och därför även till muskelns, som kallas myofibriller, vi kan betrakta dem som långsträckta snören placerade inuti cellen. Av strimmorna i hela fibern.
   Låt oss ta en myofibril och studera den: den har mörka band, kallade A -band, och ljusband som heter I, i mitten av band I c "är en mörk linje som heter Z -linje. Mellanrummet mellan en Z -linje och den andra kallas sarcomere, som representerar det kontraktila elementet och muskelns minsta funktionella enhet; i praktiken förkortas fibern eftersom dess sarkomerer förkortas.

Låt oss nu se hur myofibrilen är gjord, det är det som kallas muskelns ultrastruktur. Den är gjord av filament, vissa stora kallade myosinfilament, andra tunna kallade aktinfilament. De stora passar ihop med de tunna på ett sådant sätt att bandet A bildas av det stora filamentet (det är därför det är mörkare), band I det bildas istället av den delen av den tunna glödtråden som inte fastnar på den tunga glödtråden (som bildas av den tunna glödtråden är den lättare).

Kontraktionsmekanism

Nu när vi känner till den histologiska strukturen och ultrastrukturen kan vi antyda mekanismen för sammandragning. Vid sammandragningen flödar de lätta filamenten mellan de tunga trådarna, så att banden I minskar i längd; så minskar sarkomeren också i längd, det vill säga avståndet mellan ett Z -band och det andra: därför uppträder sammandragningen inte för att filamenten har förkortats, utan för att de har minskat sarkomerns längd genom att glida. myofibrillernas längd, därför eftersom myofibrillerna utgör fibern, minskar fiberns längd, följaktligen förkortas muskeln, som är gjord av fibrer. Uppenbarligen krävs energi för att dessa trådar ska strömma och detta ges av en substans: l "ATP ( adenosintrifosfat), som utgör organismens energivaluta ATP bildas genom oxidation av mat: energin som maten har överförs till ATP som sedan överför den till filamenten för att få dem att flöda. sammandragning sker också ett annat element behövs , Ca ++ - jonen (kalcium). Muskelcellen håller stora lager av den inuti och gör den tillgänglig för sarkomeren när sammandragning måste ske.

Muskelkontraktion ur makroskopisk synvinkel

Vi har sett att det kontraktila elementet är sarkomeren, låt oss nu undersöka hela muskeln och studera det ur en fysiologisk synvinkel, men makroskopiskt.För att en muskel ska dra sig samman måste en elektrisk stimulans komma fram: denna stimulans kommer från motorn nerv från ryggmärgen (som det händer naturligt) vid denna tidpunkt stimulerar vi det elektriskt; muskeln kommer att dra ihop sig, det vill säga att den förkortas genom att lyfta vikten; denna sammandragning kallas isotonisk kontraktion. Om vi ​​däremot knyter muskeln med båda ändarna till två styva stöd, när vi stimulerar det ökar muskeln i spänning utan att förkortas: detta kallas isometrisk kontraktion. I praktiken, om vi tar av skivstången från marken och lyfter den, blir detta en isoton sammandragning; om vi belastar den med en mycket tung vikt och, medan vi försöker lyfta den, därför när vi drar ihop musklerna till det maximala, vi inte flyttar den, kommer detta att kallas isometrisk kontraktion. Vid den isotoniska kontraktionen har vi utfört mekaniskt arbete (arbete = kraft x förskjutning); vid isometrisk kontraktion är det mekaniska arbetet noll, eftersom: arbete = kraft x förskjutning = 0, förskjutning = 0, arbete = kraft x 0 = 0
Om vi ​​stimulerar muskeln med en mycket hög frekvens (dvs många impulser per sekund), kommer den att utveckla en mycket hög kraft och kommer att förbli sammandragen maximalt: muskeln i detta tillstånd sägs vara i stelkramp, därför innebär tetanisk kontraktion maximal och kontinuerlig sammandragning. En muskel kan dras ihop lite eller mycket, efter behag; detta är möjligt genom två mekanismer: 1) När en muskel inte dras ihop lite, drar bara några fibrer ihop sig; öka sammandragningens intensitet tillsätts andra fibrer.2) En fiber kan dra ihop sig med mindre eller större kraft beroende på urladdningsfrekvensen, det vill säga antalet elektriska impulser som når musklerna i tidsenheten. Genom att modulera dessa två variabler styr centrala nervsystemet hur starkt muskeln måste dra sig samman. När den kräver en kraftig sammandragning förkortas nästan alla muskelfibrer inte bara, utan alla förkortas med mycket kraft: när den ger en svag kontraktion förkortas bara några fibrer och med en mindre kraft.

Låt oss nu ta upp en annan viktig aspekt av muskelfysiologi: muskeltonus. Muskeltonen kan definieras som ett kontinuerligt tillstånd av lätt muskelsammandragning, vilket sker oberoende av viljan. Vilken faktor orsakar detta tillstånd av sammandragning? Före födseln är musklerna lika långa som benen, då de utvecklas sträcker sig benen mer än musklerna, så att de senare sträcks. När en muskel sträcks, på grund av en ryggmärgsreflex (myotatisk reflex), dras den ihop, därför bestämmer den kontinuerliga sträckning som muskeln utsätts för ett kontinuerligt tillstånd av ljus men ihållande kontraktion. Orsaken är en reflex och eftersom huvuddragen i reflexer är icke-frivillighet styrs inte tonen av viljan. Ton är ett fenomen på en nervös reflexbasis, så om jag skär nerven som går från centrala nervsystemet till muskeln blir den slapp och tappar helt sin ton.

Kontraktionskraften hos en muskel beror på dess tvärsnitt och är lika med 4-6 kg.cm2. Men principen gäller i princip, det finns inget exakt direkt proportionalitetsförhållande: hos en idrottare kan en muskel som är något mindre än en annan idrottsutövare vara starkare. En muskel ökar sin volym om den tränas. Med ökande motstånd (detta är principen för vilken viktgymnastik är baserad); det bör betonas att volymen på varje muskelfiber ökar, medan antalet muskelfibrer förblir konstant. Detta fenomen kallas muskelhypertrofi.

Muskelns biokemi

Låt oss nu ta itu med problemet med de reaktioner som uppstår i musklerna. Vi har redan sagt att energi behövs för att sammandragning ska ske; cellen bevarar denna energi i det så kallade ATP (adenosintrifosfat), som, när det ger energi till muskeln, omvandlas till ADP (adenosindifosfat) + Pi (oorganiskt fosfat): reaktionen består i att ta bort ett fosfat. Så reaktionen som sker i muskeln är ATP → ADP + Pi + energi. ATP-lagren är dock få och det är nödvändigt att syntetisera detta element igen. Därför måste omvänd reaktion också inträffa för att muskeln ska dra sig samman (ADP + Pi + energi> ATP), så att muskeln alltid har ATP tillgängligt. Energin för att få ATP -syntesen att äga rum ges till oss av mat: dessa, efter att de har smälts och absorberats, når muskeln genom blodet, där de släpper ut sin energi, just för att få ATP att bildas.

Energisubstansen par excellence ges av sockerarter, särskilt glukos. Glukos kan brytas ned i närvaro av syre (vid aerobios) och är, som de säger felaktigt, "bränd"; energin som frigörs tas av ATP, medan allt som återstår av glukosen är vatten och koldioxid. 36 molekyler ATP erhålls från en glukosmolekyl. Men glukos kan också attackeras i frånvaro av syre, i vilket fall det övergår till mjölksyra och endast två molekyler ATP bildas; mjölksyra går sedan in i blodet till levern där den omvandlas till glukos. Denna mjölksyracykel kallas Cori -cykeln. Vad händer praktiskt taget när muskeln dras ihop? I början, när muskeln börjar dra ihop sig, utarmas ATP omedelbart och eftersom det inte har skett kardiocirkulations- och andningsanpassningar som kommer att inträffa senare är syret som når muskeln otillräckligt, så glukosen bryts ner i avsaknad av syre som bildar mjölksyra. Vid en andra gång kan vi ha två situationer: 1) Om ansträngningen fortsätter lätt, syre räcker, kommer glukosen att oxideras i vatten och koldioxid: mjölksyra ackumuleras inte och träning kan pågå i timmar (denna typ av ansträngning kallas därför aerob, till exempel terränglöpning. mycket mjölksyra som kommer att orsaka trötthet (vi pratar om anaerob ansträngning; till exempel en snabb löpning, till exempel 100 meter). Under vila kommer mjölksyra, i närvaro av syre, att förvandlas till glukos. I början, även i aerob ansträngning, saknar vi syre: vi talar om syrgasskuld, som kommer att betalas när vi vilar; detta syre kommer att användas för att syntetisera glukos från mjölksyra; i själva verket förbrukar vi mer syre än normalt: vi betalar av skulden. Som ni ser har vi nämnt glukos som ett exempel på bränsle, eftersom den representerar den viktigaste muskeln; faktiskt, även om fetter har en större mängd energi, behövs det alltid en viss mängd glycider och mycket mer syre för att oxidera dem. I avsaknad av dessa finns det betydande störningar (ketos och acidos) Proteiner kan dock användas som bränsle, eftersom de är de enda som används för att träna muskler, råder plastfunktionen i dem. Lipider har den egenskapen att de för samma vikt har mer energi än socker och proteiner: de är idealiskt används som Så glyciderna är bränslet, proteinerna är råvarorna, lipiderna är reserverna.

Jag har försökt i denna artikel om muskelfysiologi att vara så tydlig som möjligt, utan att försumma vetenskaplig noggrannhet i det minsta: Jag tror att jag kommer att ha uppnått ett utmärkt resultat om jag har stimulerat fitnessproffs att ta ett mer seriöst intresse för fysiologi, eftersom Jag tror att grundläggande föreställningar om fysiologi och anatomi måste vara ett oumbärligt kulturarv för att på något sätt försöka förstå denna underbara människokropp.