Dr Gianfranco De Angelis
To przygnębiające widzieć instruktorów i osobistych trenerów, którzy dają „empiryczne” wyjaśnienia na różne tematy: masa mięśniowa (przerost), przyrost siły, opór itp., Bez znajomości struktury histologicznej i fizjologii mięśni.
Niewielu ma tylko mniej lub bardziej dogłębną wiedzę na temat anatomii makroskopowej, jakby wystarczyło, by wiedzieć, gdzie jest biceps lub piersiowy, nie rozumiejąc struktury histologicznej, a jeszcze mniej biochemii i fizjologii mięśni. Postaram się, w miarę możliwości, dokonać krótkiego i prostego traktowania tematu, dostępnego także dla laika nauk biologicznych.
Struktura histologiczna
Tkanka mięśniowa różni się od innych tkanek (nerwowa, kostna, łączna), ze względu na ewidentną cechę: kurczliwość, to znaczy, że tkanka mięśniowa może się skurczyć lub skrócić jej długość. Zanim zobaczymy, jak się skraca i jakie mechanizmy, porozmawiajmy o jego strukturze. Mamy trzy rodzaje tkanki mięśniowej, różniące się zarówno histologicznie, jak i funkcjonalnie: tkanką mięśni poprzecznie prążkowanych, tkanką mięśni gładkich i tkanką mięśnia sercowego. Główną różnicą funkcjonalną między pierwszą a drugą jest to, że podczas gdy pierwsza jest regulowana wolą, pozostałe dwie są niezależne od woli. Pierwszym z nich są mięśnie, które powodują ruch kości, mięśnie, które trenujemy ze sztangą, hantlami i maszynami. Drugi typ jest podawany przez mięśnie wnętrzności, takie jak mięśnie żołądka, jelita itp. które, jak widzimy każdego dnia, nie są kontrolowane przez wolę. Trzeci typ to serce: nawet serce jest zbudowane z mięśni, w rzeczywistości jest zdolne do kurczenia się; w szczególności nawet mięsień sercowy jest prążkowany, tak podobny do szkieletu, jednak istotna różnica, jego rytmiczny skurcz jest niezależny od woli.
Mięsień poprzecznie prążkowany jest tym, który odpowiada za dobrowolne czynności ruchowe, a zatem za aktywność sportową. Mięsień prążkowany składa się z komórek, podobnie jak wszystkie inne struktury i urządzenia organizmu; komórka jest najmniejszą jednostką zdolną do samodzielnego życia. W ludzkim ciele są miliardy komórek i prawie wszystkie z nich mają centralną część zwaną jądrem, otoczoną galaretowatą substancją zwaną cytoplazmą. Komórki, które tworzą mięśnie, nazywane są włóknami mięśniowymi : są to elementy wydłużone, ułożone wzdłużnie do osi mięśnia i zebrane w paski. Główne cechy włókna mięśni poprzecznie prążkowanych to trzy:
- Jest bardzo duża, długość może osiągnąć kilka centymetrów, średnica wynosi 10-100 mikronów (1 mikron = 1/1000 mm). Inne komórki ciała są, z pewnymi wyjątkami, mikroskopijne.
- Ma wiele jąder (prawie wszystkie komórki mają tylko jedno) i dlatego jest nazywany „syncytium wielordzeniowym”.
- Wydaje się prążkowany poprzecznie, to znaczy przedstawia przemianę ciemnych pasm i jasnych pasm. Włókno mięśniowe ma wydłużone formacje w cytoplazmie, rozmieszczone wzdłużnie do osi włókna, a zatem także do mięśnia, zwanego miofibrylami, możemy uznać je za wydłużone sznury umieszczone wewnątrz komórki. Miofibryle są również smugowe poprzecznie i są one odpowiedzialne za smugi całego włókna.
Weźmy miofibril i zbadajmy go: ma ciemne pasma, zwane pasmami A, i lekkie pasma zwane I, w środku pasma I znajduje się ciemna linia zwana linią Z. Przestrzeń między linią Z a drugą nazywa się sarcomere, który reprezentuje element kurczliwy i najmniejszą jednostkę funkcjonalną mięśnia; w praktyce włókno jest skrócone, ponieważ skraca się jego sarkomery.
Zobaczmy teraz, jak powstaje miofibryla, czyli tak zwana ultrastruktura mięśniowa. Jest wykonany z włókien, niektóre duże zwane włóknami miozyny, inne cienkie zwane filamentami aktynowymi. Te duże pasują do cienkich w taki sposób, że pasmo A jest utworzone przez grube włókno (dlatego jest ciemniejsze), natomiast pasmo I jest utworzone przez tę część cienkiego włókna, która nie jest przyklejona do ciężkiego włókna (tworzonego przez cienkie włókno jest lżejsze).
Mechanizm skurczu
Teraz, gdy znamy strukturę histologiczną i ultrastrukturę, możemy wspomnieć o mechanizmie skurczu. W skurczu lekkie włókna przepływają między ciężkimi włóknami, tak że pasma I zmniejszają się; tak więc sarkomery zmniejszają swoją długość, to jest odległość między pasmem Z a drugim: dlatego skurcz występuje nie dlatego, że włókna uległy skróceniu, ale dlatego, że zmniejszyły długość sarkomeru. Zmniejszenie długości sarkomeru zmniejsza długość miofibryli, więc ponieważ miofibryle tworzą włókno, długość włókna zmniejsza się, w wyniku czego mięsień, który jest wykonany z włókien, ulega skróceniu. Oczywiście, aby te włókna mogły płynąć, potrzebna jest energia, a ta jest dostarczana przez substancję: ATP (adenozynotrifosforan), która jest walutą energetyczną organizmu. ATP powstaje w wyniku utleniania żywności: energia, którą ma żywność, jest przekazywana do ATP, który następnie przekazuje ją do włókien, aby je przepłynęły. Aby nastąpił skurcz, potrzebny jest również inny pierwiastek, jon Ca ++ (wapń). Komórka mięśniowa utrzymuje duże zapasy w swoim wnętrzu i udostępnia je sarkomerowi, gdy musi wystąpić skurcz.
Skurcz mięśni z makroskopowego punktu widzenia
Widzieliśmy, że elementem kurczliwym jest sarkomer, badamy teraz cały mięsień i badamy go z fizjologicznego punktu widzenia, ale makroskopowo. Aby mięsień skurczył się, musi do niego dotrzeć bodziec elektryczny : ten bodziec pochodzi z nerwu ruchowego, zaczynając od rdzenia kręgowego (jak to się dzieje naturalnie); lub może pochodzić z nerwu ruchowego wyciętego i stymulowanego elektrycznie lub bezpośrednio stymulującego mięśnie. Wyobraź sobie, że bierzesz mięsień: jeden koniec przywiązany do stałego punktu, drugi koniec wieszamy na ciężarze; w tym momencie pobudzamy go elektrycznie; mięsień skurczy się, to znaczy skróci się, podnosząc ciężar; skurcz ten nazywany jest skurczem izotonicznym. Jeśli zamiast tego połączymy mięsień z obydwoma końcami z dwoma sztywnymi podporami, kiedy go pobudzimy, mięsień zwiększy napięcie bez skracania: nazywa się to skurczem izometrycznym. W praktyce, jeśli weźmiemy pręt w martwym ciągu i podniesiemy go, będzie to skurcz izotoniczny; jeśli załadujemy go bardzo ciężkim ciężarem i próbując go podnieść, nawet jeśli skurczymy mięśnie do maksimum, nie będziemy go ruszać, 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 pobudzimy mięsień z bardzo wysoką częstotliwością (to znaczy licznymi impulsami na sekundę), rozwiną one bardzo wysoką siłę i pozostaną skurczone do maksimum: mówi się, że mięsień w tym stanie znajduje się w tężcu, dlatego skurcz tężcowy oznacza maksymalny i ciągły skurcz. Mięsień może skurczyć się trochę lub dużo, wedle woli; jest to możliwe dzięki dwóm mechanizmom: 1) Gdy mięsień jest mało skurczony, tylko część włókien ulega kontrakcie; zwiększając intensywność skurczu, dodaje się inne włókna. 2) Włókno może kurczyć się z mniejszą lub większą siłą w zależności od częstotliwości rozładowania, tj. Liczby impulsów elektrycznych, które docierają do mięśni w jednostce czasu. Modulując te dwie zmienne, centralny układ nerwowy rozkazuje z jaką siłą musi się skurczyć mięsień. Kiedy wywołuje silny skurcz, prawie wszystkie włókna mięśnia skracają się, nie tylko, ale wszystkie skracają się z dużą siłą: gdy powoduje słabe skurcz, tylko kilka włókien skraca się i z mniejszą siłą.
Zajmujemy się teraz innym ważnym aspektem fizjologii mięśni: napięcie mięśniowe . Napięcie mięśniowe można zdefiniować jako ciągły stan lekkiego skurczu mięśni, który jest niezależny od woli. Jaki czynnik powoduje ten stan skurczu? Przed urodzeniem mięśnie mają taką samą długość jak kości, a następnie, wraz z rozwojem, kości wydłużają się bardziej niż mięśnie, więc te ostatnie są rozciągnięte. Gdy mięsień się rozciąga, z powodu odruchu rdzeniowego (odruch miotatyczny), kurczy się, dlatego ciągłe rozciąganie, któremu poddawany jest mięsień, określa ciągły stan lekkiego, ale trwałego skurczu. Przyczyna jest refleksją, a ponieważ główną cechą refleksów jest nie-dobrowolność, ton nie podlega woli. Ton jest zjawiskiem odruchowym nerwowo, więc jeśli odetnę nerw, który przechodzi z centralnego układu nerwowego do mięśnia, staje się on wiotki, całkowicie tracąc ton.
Siła skurczu mięśnia zależy od jego przekroju poprzecznego i wynosi 4-6 kg.cm2. Ale zasada jest zasadna, nie ma dokładnego stosunku proporcjonalności bezpośredniej: u sportowca mięsień nieco mniejszy niż u innego sportowca może być silniejszy. Mięsień zwiększa swoją objętość, jeśli jest trenowany z rosnącym oporem (jest to zasada, na której opiera się gimnastyka oparta na ciężarze); należy podkreślić, że objętość każdego włókna mięśniowego wzrasta, podczas gdy liczba włókien mięśniowych pozostaje stała. Zjawisko to nazywa się przerostem mięśni.
Biochemia mięśni
Teraz zmierzymy się z problemem reakcji zachodzących w mięśniach. Powiedzieliśmy już, że w przypadku skurczu występuje energia ; energia ta zachowuje komórkę w tak zwanym ATP (trójfosforanie adenozyny), który, gdy dostarcza energię do mięśni, zamienia się w ADP (difosforan adenozyny) + Pi (fosforan nieorganiczny): reakcja polega na usunięciu fosforanu. Tak więc reakcja zachodząca w mięśniu to ATP → ADP + Pi + energia. Jednak zapasy ATP są nieliczne i wymagają ponownej syntezy. Dlatego, aby mięsień skurczył się, musi również nastąpić reakcja odwrotna (ADP + Pi + energia> ATP), aby mięsień zawsze miał dostęp do ATP. Energia do przeprowadzenia resyntezy ATP daje nam pożywienie: te, po strawieniu i wchłonięciu, docierają do mięśnia przez krew, gdzie oddają swoją energię, dokładnie po to, aby utworzyć formę ATP.
Substancja energetyczna par excellence podawana jest przez cukry, w szczególności glukozę. Glukoza może być rozszczepiona w obecności tlenu (w warunkach tlenowych) i jest, jak jest niewłaściwie powiedziane, „spalona”; uwolniona energia pobiera ją z ATP, podczas gdy glukoza ma tylko wodę i dwutlenek węgla. 36 cząsteczek ATP uzyskuje się z cząsteczki glukozy. Ale glukozę można również zaatakować pod nieobecność tlenu, w którym to przypadku przekształca się ona w kwas mlekowy i powstają tylko dwie cząsteczki ATP; następnie kwas mlekowy, przechodząc do krwi, trafia do wątroby, gdzie ponownie przekształca się w glukozę. Ten cykl kwasu mlekowego nazywa się cyklem Cori. Co dzieje się praktycznie, gdy mięsień kurczy się? Na początku, kiedy mięsień zaczyna się kurczyć, ATP jest natychmiast wyczerpany, a ponieważ później nie było adaptacji serca i układu oddechowego, tlen docierający do mięśnia jest niewystarczający, dlatego glukoza dzieli się na brak kwasu mlekowego tworzącego tlen. Po raz drugi możemy mieć dwie sytuacje: 1) Jeśli wysiłek będzie kontynuowany w lekki sposób, tlen jest wystarczający, a glukoza utlenia się w wodzie i anhydrycie węglowym: kwas mlekowy nie gromadzi się i ćwiczenie może trwać godzinami ( ten rodzaj wysiłku jest zatem nazywany aerobowym, na przykład biegiem dolnym). 2) Jeśli wysiłek będzie nadal intensywny, chociaż dużo tlenu dociera do mięśni, dużo glukozy rozpadnie się pod nieobecność tlenu; dlatego powstanie dużo kwasu mlekowego, który spowoduje zmęczenie (mówimy o wysiłku beztlenowym; na przykład szybki bieg, taki jak 100 metrów). W spoczynku kwas mlekowy powróci do glukozy w obecności tlenu. Na początku, nawet w wysiłku tlenowym, brakuje tlenu: mówimy o długu tlenowym, który zostanie wypłacony, gdy odpoczniemy; wspomniany tlen będzie używany do ponownej syntezy glukozy z kwasu mlekowego; w rzeczywistości natychmiast po wysiłku zużywamy więcej tlenu niż normalnie: spłacamy dług. Jak widać, jako przykład paliwa podaliśmy glukozę, ponieważ jest to najważniejsze paliwo mięśniowe; w rzeczywistości, nawet jeśli tłuszcze mają większą ilość energii, do ich utlenienia zawsze potrzebna jest pewna ilość glicydów i dużo więcej tlenu. W przypadku ich braku występują znaczne zaburzenia (ketoza i kwasica). Białka mogą być używane jako paliwo, jednak ponieważ są jedynymi, które tworzą mięśnie, przeważa w nich funkcja plastyczna. Lipidy mają tę cechę charakterystyczną, że przy tej samej masie mają więcej energii niż cukry i białka: są idealnie stosowane jako depozyt. Tak więc glicydy są paliwem, białka są surowcami, lipidy są rezerwami.
W tym artykule starałem się, aby fizjologia mięśnia była możliwie jak najjaśniejsza, nie zaniedbując rygoru naukowego: myślę, że osiągnęłem wspaniały wynik, jeśli zachęciłbym operatorów fitness do poważniejszego zainteresowania fizjologią, ponieważ wierzę, że podstawowe pojęcia fizjologii i anatomii muszą być niezbędnym dziedzictwem kulturowym, aby spróbować w jakiś sposób zrozumieć to cudowne ludzkie ciało.
