Raumenų fiziologija: trumpas aprašymas

Redagavo daktaras Gianfranco De Angelis

„Apmaudu matyti trenerius ir asmeninius trenerius sporto salėse, kurie„ empiriškai “paaiškina įvairias temas: raumenų masę (hipertrofiją), jėgos padidėjimą, ištvermę ir pan., Net neturėdami apytikslių žinių apie raumenų histologinę struktūrą ir fiziologiją. .

Nedaugelis turi tik daugiau ar mažiau išsamių žinių apie makroskopinę anatomiją, tarsi užtektų žinoti, kur yra bicepsas ar krūtinės ląstos, neatsižvelgiant į histologinę struktūrą, o tuo labiau-į raumenų biochemiją ir fiziologiją. Trumpai ir paprastai aptarkite tema, prieinama net biologijos mokslų pasauliečiams.

Histologinė struktūra

Raumenų audinys skiriasi nuo kitų audinių (nervų, kaulų, jungiamojo) dėl akivaizdžios savybės: susitraukimas, ty raumenų audinys gali susitraukti arba sutrumpinti jo ilgį. Prieš matydami, kaip jis sutrumpėja ir kokiems mechanizmams, pakalbėkime apie jo struktūrą. Mes turime trijų tipų raumenų audinius, skirtingus tiek histologiškai, tiek funkciškai: skeleto juostinis raumenų audinys, lygiųjų raumenų audinys ir širdies raumenų audinys. Pagrindinis funkcinis skirtumas tarp pirmojo ir kitų dviejų yra tas, kad nors pirmąjį valdo valia, kiti du yra nepriklausomi nuo valios. Pirmasis yra raumenys, judinantys kaulus, raumenys, kuriuos treniruojame su štanga, hanteliais ir mašinomis. Antrąjį tipą suteikia vidaus organų raumenys, tokie kaip skrandžio, žarnyno ir kt. Raumenys, kurie, kaip matome kiekvieną dieną, nėra kontroliuojami valios. Trečiasis tipas yra širdies: širdis taip pat sudarytas iš raumenų, iš tikrųjų jis gali susitraukti; visų pirma, širdies raumuo taip pat yra dryžuotas, todėl panašus į skeletinį, tačiau yra svarbus skirtumas, jo ritminis susitraukimas nepriklauso nuo valios.
Skeleto dryžuotasis raumuo yra atsakingas už savanorišką motorinę veiklą, taigi ir už sportinę veiklą. Juostelinį raumenį sudaro ląstelės, kaip ir visos kitos organizmo struktūros ir sistemos; ląstelė yra mažiausias vienetas, galintis savarankiškai gyventi. Žmogaus organizme yra milijardai ląstelių ir beveik visos turi centrinę dalį, vadinamą branduoliu, apsupta želatine medžiaga, vadinama citoplazma. Raumenis sudarančios ląstelės vadinamos raumenų skaidulomis: tai pailgi elementai, išsidėstę išilgai raumens ašies ir surinkti juostomis. Pagrindinės juostinės raumenų skaidulos savybės yra trys:

1. Jis labai didelis, ilgis gali siekti kelis centimetrus, skersmuo-10-100 mikronų (1 mikronas = 1/1000 mm.). Kitos organizmo ląstelės, išskyrus kai kurias išimtis, yra mikroskopinių matmenų.
2. Ji turi daug branduolių (beveik visos ląstelės turi tik vieną), todėl vadinama „polinuklearine sincitija“.
3. Jis yra skersai dryžuotas, tai yra, pateikia tamsios ir šviesios juostos. Raumenų skaidulos citoplazmoje yra pailgos formacijos, išdėstytos išilgai pluošto ašies, taigi ir raumens, vadinamos miofibrilėmis, jas galime laikyti pailgomis virvelėmis, esančiomis ląstelės viduje.
   Paimkime miofibrilę ir ją ištyrinėkime: joje yra tamsios juostos, vadinamos A juostomis, ir šviesios juostos, vadinamos aš, I juostos viduryje c "yra tamsi linija, vadinama Z linija. Tarpas tarp vienos Z linijos ir kitos yra vadinamas sarkomeras, kuris yra susitraukiantis elementas ir mažiausias funkcinis raumenų vienetas; praktiškai pluoštas sutrumpėja, nes sutrumpėja jo sarkomerai.

Dabar pažiūrėkime, kaip gaminama miofibrilė, vadinama raumenų ultrastruktūra. Jis pagamintas iš gijų, kai kurios didelės vadinamos miozino gijomis, kitos - plonos, vadinamos aktino gijomis. Didžiosios dera kartu su plonomis taip, kad juosta A susidaro dėl didelio gijos (todėl ji tamsesnė), I juosta ją sudaro plonos gijos dalis, kuri nėra prilipusi prie sunkios gijos (sudaryta iš plonos gijos, ji yra lengvesnė).

Susitraukimo mechanizmas

Dabar, kai žinome histologinę struktūrą ir ultrastruktūrą, galime užsiminti apie susitraukimo mechanizmą. Susitraukiant šviesos siūlai teka tarp sunkiųjų gijų, todėl juostos I sumažėja; Taigi sarkomero ilgis taip pat mažėja, tai yra atstumas tarp vienos Z juostos ir kitos: todėl susitraukimas įvyksta ne dėl to, kad gijos sutrumpėjo, bet dėl ​​to, kad slenkant sumažėjo sarkomero ilgis. kadangi miofibrilės sudaro pluoštą, pluošto ilgis mažėja, todėl raumenys, pagaminti iš pluošto, sutrumpėja. Akivaizdu, kad šiems siūlams tekėti reikia energijos ir tai suteikia medžiaga: l "ATP ( adenozino trifosfatas), kuri yra kūno energijos valiuta.ATP susidaro oksiduojant maistą: maisto turima energija perduodama ATP, kuris vėliau perduoda jį gijoms, kad jos tekėtų. Kad susitraukimas įvyktų, reikalingas dar vienas elementas - Ca ++ jonas (kalcis). Raumenų ląstelė savo viduje laiko dideles jo atsargas ir suteikia galimybę sarkomerei prieiti prie susitraukimo.

Raumenų susitraukimas makroskopiniu požiūriu

Mes matėme, kad susitraukiantis elementas yra sarkomeras, dabar išnagrinėkime visą raumenį ir ištyrinėkime jį fiziologiniu požiūriu, bet makroskopiškai. Kad raumenys susitrauktų, turi atsirasti elektrinis stimulas: šis stimulas kyla iš variklio nervas, pradedant nuo nugaros smegenų (kaip tai atsitinka natūraliai); arba jis gali kilti iš pašalinto ir elektra stimuliuojamo motorinio nervo arba tiesiogiai stimuliuojant raumenis.; šiuo metu mes jį stimuliuojame elektra; raumuo susitrauks, tai yra sutrumpės pakėlus svorį; šis susitraukimas vadinamas izotoniniu susitraukimu. Kita vertus, jei raumenį su abiem galais pririšame prie dviejų standžių atramų, kai jį stimuliuosime, raumenys padidės įtampa, nesutrumpės: tai vadinama izometriniu susitraukimu. Praktiškai, jei nuimsime štangą nuo žemės ir pakelsime, tai bus izotoninis susitraukimas; jei mes jį apkrauname labai dideliu svoriu ir bandydami jį pakelti, todėl maksimaliai susitraukdami raumenis jo nejudiname, tai bus vadinama izometriniu susitraukimu. Izotoninio susitraukimo metu atlikome mechaninį darbą (darbas = jėga x poslinkis); izometriniame susitraukime mechaninis darbas lygus nuliui, nes: darbas = jėga x poslinkis = 0, poslinkis = 0, darbas = jėga x 0 = 0
Jei stimuliuosime raumenis labai dažnai (ty daug impulsų per sekundę), jis sukurs labai didelę jėgą ir liks maksimaliai susitraukęs: sakoma, kad šios būklės raumuo yra stabligės, todėl stabligės susitraukimas reiškia maksimalų ir nuolatinis susitraukimas. Raumenys gali būti sutraukiami mažai arba daug, pagal valią; tai įmanoma dviem mechanizmais: 1) kai raumuo nėra šiek tiek susitraukęs, susitraukia tik kai kurios skaidulos; didinant susitraukimo intensyvumą, pridedami kiti pluoštai.2) Pluoštas gali susitraukti mažesne ar didesne jėga, priklausomai nuo iškrovos dažnio, ty elektros impulsų, pasiekiančių raumenis per laiko vienetą, skaičiaus. Moduliuojant šiuos du kintamuosius, centrinė nervų sistema kontroliuoja, kaip stipriai raumenys turi susitraukti. Kai jis liepia stiprų susitraukimą, beveik visos raumens skaidulos ne tik sutrumpėja, bet ir sutrumpėja su didele jėga: kai jis liepia silpną susitraukimą, tik keli pluoštai sutrumpėja ir su mažesne jėga.

Dabar pakalbėkime apie kitą svarbų raumenų fiziologijos aspektą: raumenų tonusą. Raumenų tonusas gali būti apibrėžiamas kaip nuolatinė nedidelio raumenų susitraukimo būsena, atsirandanti nepriklausomai nuo valios. Koks veiksnys sukelia šią susitraukimo būseną? Prieš gimdymą raumenys yra tokio pat ilgio kaip kaulai, tada, kai jie vystosi, kaulai ištempiami labiau nei raumenys, todėl pastarieji yra ištempti. Kai raumuo yra ištemptas, dėl stuburo reflekso (miotatinio reflekso) jis susitraukia, todėl nenutrūkstamas raumenų tempimas lemia nuolatinį šviesos, bet nuolatinį susitraukimą. Priežastis yra refleksas ir kadangi pagrindinis refleksų bruožas yra savanoriškumas, tonas nėra valdomas valios. Tonas yra reiškinys nervų refleksų pagrindu, todėl jei perpjausiu nervą, einantį iš centrinės nervų sistemos į raumenis, jis tampa suglebęs ir visiškai praranda tonusą.

Raumens susitraukimo jėga priklauso nuo jo skerspjūvio ir yra lygi 4-6 kg.cm2. Tačiau principas galioja iš esmės, nėra tikslaus tiesioginio proporcingumo koeficiento: sportininko raumenys, kurie yra šiek tiek mažesni už kito sportininko raumenis, gali būti stipresni. Raumenys padidina savo apimtį, jei yra treniruojami. Didėjant pasipriešinimui (tai yra principas, kuriuo grindžiama gimnastika pagal svorį); reikia pabrėžti, kad kiekvieno raumenų pluošto apimtis didėja, o raumenų skaidulų skaičius išlieka pastovus. Šis reiškinys vadinamas raumenų hipertrofija.

Raumenų biochemija

Dabar pakalbėkime apie raumenų reakcijų problemą. Mes jau sakėme, kad susitraukimui atsirasti reikalinga energija; ląstelė išsaugo šią energiją vadinamajame ATP (adenozino trifosfate), kuris, suteikdamas energiją raumenims, virsta ADP (adenozino difosfatu) + Pi (neorganiniu fosfatu): reakcija yra fosfato pašalinimas. Taigi reakcija, vykstanti raumenyse, yra ATP → ADP + Pi + energija. Tačiau ATP atsargų yra nedaug, todėl šį elementą būtina susintetinti iš naujo. Todėl, kad raumuo susitrauktų, taip pat turi įvykti atvirkštinė reakcija (ADP + Pi + energija> ATP), kad raumuo visada turėtų ATP. Energiją, kad vyktų ATP sintezė, mums suteikia maistas: šie, suvirškinę ir įsisavinę, per kraują pasiekia raumenis, kur išskiria savo energiją, būtent tam, kad susidarytų ATP.

Energinę medžiagą par excellence suteikia cukrus, ypač gliukozė. Gliukozė gali suskaidyti esant deguoniui (esant aerobiozei) ir, kaip sakoma, netinkamai, „sudeginama“; išsiskiriančią energiją sugeria ATP, o iš gliukozės lieka tik vanduo ir anglies dioksidas. Iš vienos gliukozės molekulės gaunamos 36 ATP molekulės.Tačiau gliukozę galima užpulti ir nesant deguonies, tokiu atveju ji virsta pieno rūgštimi ir susidaro tik dvi ATP molekulės; pieno rūgštis, patekusi į kraują, patenka į kepenis, kur vėl virsta gliukoze.Šis pieno rūgšties ciklas vadinamas Cori ciklu. Kas praktiškai atsitinka, kai raumuo susitraukia? Pradžioje, kai raumuo pradeda susitraukti, ATP iš karto išeikvojamas ir, kadangi nebuvo širdies ir kraujotakos bei kvėpavimo sistemos adaptacijų, kurios įvyks vėliau, deguonis, pasiekiantis raumenį, yra nepakankamas, todėl gliukozė suskaidoma ir trūksta. Antrą kartą galime susidurti su dviem situacijomis: 1) Jei pastangos bus tęsiamos lengvai, deguonies pakanka, tada gliukozė oksiduojasi vandenyje ir anglies diokside: pieno rūgštis nesikaups ir pratimai gali tęstis valandas (todėl šios rūšies pastangos vadinamos aerobinėmis; pavyzdžiui, bėgimas krosu). daug pieno rūgšties, kuri sukels nuovargį (mes kalbame apie anaerobines pastangas; pavyzdžiui, greitas bėgimas, pvz., 100 metrų). Poilsio metu pieno rūgštis, esant deguoniui, vėl virs gliukoze. Pradžioje, net ir dirbant aerobiškai, mums trūksta deguonies: kalbame apie deguonies skolą, kuri bus sumokėta pailsėjus; šis deguonis bus panaudotas gliukozės sintezei iš pieno rūgšties; tiesą sakant, iškart po krūvio sunaudojame daugiau deguonies nei įprastai: mes sumokame skolą. Kaip matote, mes nurodėme gliukozę kaip kuro pavyzdį, nes jis yra svarbiausias raumuo; tiesą sakant, net jei riebalai turi daugiau energijos, norint juos oksiduoti, visada reikia tam tikro kiekio glicidų ir daug daugiau deguonies. Jei jų nėra, yra daug sutrikimų (ketozė ir acidozė) . Baltymai gali būti naudojami kaip kuras, tačiau, kadangi jie yra vieninteliai, naudojami raumenims lavinti, juose vyrauja plastinė funkcija. Lipidai pasižymi tuo, kad vienodam svoriui jie turi daugiau energijos nei cukrus ir baltymai. idealiai naudojamas kaip Taigi glikidai yra kuras, baltymai - žaliavos, lipidai - atsargos.

Šiame straipsnyje apie raumenų fiziologiją stengiausi būti kuo aiškesnis, bent jau nepaisydamas mokslinio griežtumo: manau, kad būsiu pasiekęs puikių rezultatų, jei paskatinsiu kūno rengybos profesionalus rimčiau domėtis fiziologija, nes Manau, kad pagrindinės fiziologijos ir anatomijos sąvokos turi būti nepakeičiamas kultūros paveldas, kad būtų galima kažkaip suprasti šį nuostabų žmogaus kūną.