Muskulär fysiologi: Kort beskrivning

Av Dr Gianfranco De Angelis

Det är nedslående att se instruktörer och personliga tränare ge "empiriska" förklaringar på olika ämnen: muskelmassa (hypertrofi), styrka vinster, resistens etc. utan att ha ens grovkännedom om histologisk struktur och muskelfysiologi.

Få har bara en mer eller mindre fördjupad kunskap om makroskopisk anatomi, som om det var tillräckligt att veta var biceps eller pectoral är, missförstå den histologiska strukturen och ännu mindre biokemin och fysiologin i musklerna. Jag kommer så långt som möjligt att försöka göra en kort och enkel behandling av ämnet, även tillgängligt för lekmannen i biologiska vetenskaper.

Histologisk struktur

Muskelvävnad skiljer sig från andra vävnader (nervöst, ben, bindemedel) på grund av en uppenbar karaktäristik: kontraktilitet, det vill säga, muskelvävnad kan kontrahera eller förkorta längden. Innan vi ser hur det förkortas och vilka mekanismer, låt oss prata om dess struktur. Vi har tre typer av muskelvävnad, olika både histologiskt och funktionellt: skelettsträngad 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 andra två oberoende av viljan. Den första är musklerna som gör benen rör sig, musklerna vi tränar med skenor, hantlar och maskiner. Den andra typen ges av musklerna i livmodern, såsom muskler i mage, tarm, etc. som, som vi ser varje dag, inte kontrolleras av viljan. Den tredje typen är hjärtat: även hjärtat är gjort av muskler, det är faktiskt förmågan att samverka; i synnerhet, även hjärtmuskeln är strimmad, så lika med skelettet, men en viktig skillnad är dess rytmiska sammandragning oberoende av vilja.

Den skelettstrimmade muskeln är den som är ansvarig för frivilliga motoraktiviteter, och därför för sportaktiviteter. Den strimmiga muskeln består av celler, som alla andra strukturer och apparater av organismen; cellen är den minsta enheten som kan leva självständigt. I människokroppen finns det miljarder celler och nästan alla har en central del som kallas kärnan, omgiven av en gelatinös substans som kallas cytoplasma. De celler som utgör muskeln kallas muskelfibrer : de är långsträckta element, anordnade i längdriktningen mot muskelaxeln och uppsamlade i remsor. De viktigaste egenskaperna hos strimmig muskelfiber är tre:

1. Det är mycket stort, längden kan nå några centimeter, diametern är 10-100 mikron (1 mikron = 1/1000 mm.). Kroppens andra celler är, med några undantag, mikroskopiska i storlek.
2. Det har många kärnor (nästan alla celler har bara en) och kallas därför för ett "polynukleärt syncytium".
3. Det verkar strimmas tvärsöver, det vill säga det presenterar en växling av mörka band och ljusband. Muskelfibrerna har långsträckta formationer i sin cytoplasma, anordnade i längdriktningen till fiberns axel och därmed också till muskelns benämning, som kallas myofibriller, vi kan betrakta dem som långsträckta sladdar placerade inuti cellen. Myofibriller är också streckade på tvären och de är de som ansvarar för hela fiberens streck.

   Låt oss ta en myofibril och studera den: den har mörka band, som kallas band A, och ljusband som heter I, mitt i bandet finns en mörk linje som heter linje Z. Utrymmet mellan en linje Z och den andra kallas sarkomerer, som representerar det kontraktile elementet och muskel minsta funktionella enhet; i praktiken förkortas fibern eftersom dess sarkomerer förkortas.

Låt oss nu se hur myofibrilen är gjord, det vill säga det kallas muskelets ultrastruktur. Den är gjord av filament, några stora som kallas myosinfilament, andra tunna kallas aktinfilament. De stora passar ihop med de tunna på ett sådant sätt att bandet A bildas av den tjocka filamentet (det är därför det är mörkare), bandet jag istället bildas av den delen av det tunna filamentet som inte sitter fast vid det tunga filamentet (bildas av tunn filament är lättare).

Kontraktionsmekanism

Nu när vi känner till den histologiska strukturen och ultrastrukturen, kan vi nämna sammandragningsmekanismen. Vid sammandragningen flyter de lätta filamenten mellan de tunga filamenten, så att banden minskar i längd; så sarkomererna minskar i längden, det vill säga avståndet mellan ett Z-band och det andra: därför sker sammandragningen inte för att filamenten har förkortat, men för att de har minskat sarkomererlängden. Minskar längden av sarkomeren minskar längden på myofibrillerna, så eftersom myofibrillerna utgör fibern minskar fiberns längd, följaktligen förkortas muskeln, som är tillverkad av fibrer. För att dessa trådar skall flöda krävs det givetvis energi och detta ges av ett ämne: ATP (adenosintrifosfat), vilket är kroppens energimvaluta. ATP bildas genom oxidation av mat: energin som mat har passeras till ATP som sedan ger den till filamenten för att få dem att flöda. För att sammandragning ska förekomma behövs också ett annat element, Ca ++ jon (kalcium). Muskelcellen håller stora lager i sitt inre och gör den tillgänglig för sarkomeren när sammandragningen måste ske.

Muskelkontraktion ur makroskopisk synvinkel

Vi har sett att kontraktilelementet är sarkomeren, vi undersöker nu hela muskeln och studerar den ur fysiologisk synvinkel, men makroskopiskt. För att en muskel ska kunna komma i kontakt måste en elektrisk stimulans komma fram till den: denna stimulans kommer från motornerven, från ryggmärgen (som händer naturligt); eller det kan komma från en motorns nerv återställd och elektriskt stimulerad, eller genom att stimulera muskeln direkt elektriskt. Tänk dig att ta en muskel: den ena änden är bunden till en fast punkt, den andra änden vi hänger på en vikt; Vid denna tidpunkt stimulerar vi det elektriskt muskeln kommer att komma i kontrakt, det vill säga det kommer att förkorta, lyfta vikten; denna sammandragning kallas isotonisk sammandragning. Om vi ​​i stället binder muskeln med båda ändarna till två styva stöd, när vi stimulerar det kommer muskeln att öka i spänning utan förkortning: detta kallas isometrisk sammandragning. I praktiken, om vi tar baren i dödliftet och lyfter den, blir det en isotonisk sammandragning. om vi laddar det med mycket tung vikt och samtidigt försöker lyfta det, så även om vi träffar musklerna maximalt flyttar vi inte det, det kallas isometrisk sammandragning. Vid isotonisk sammandragning har vi utfört ett mekaniskt arbete (arbete = kraft x förskjutning); I 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 (det vill säga många impulser per sekund), kommer den att utvecklas en mycket hög styrka och förbli kontrakterad till maximalt: muskeln i detta tillstånd sägs vara i stelkramp, därför innebär tetanisk kontraktion maximal och kontinuerlig sammandragning. En muskel kan komma ihop lite eller mycket, i vilo; detta är möjligt genom två mekanismer: 1) när en muskel är kontraherad liten, bara några fibrer kontrakt; ökning av intensiteten i sammandragningen tillsätts andra fibrer. 2) En fiber kan komma i kontakt med mindre eller större kraft beroende på utmatningsfrekvensen, dvs antalet elektriska impulser som når musklerna i en tidsenhet. Genom att modulera dessa två variabler, bestämmer centralnervsystemet med vilken kraft muskeln måste samverka. När det bestämmer en kraftig sammandragning, kommer nästan alla fibrerna i muskeln att förkortas, inte bara, men de kommer alla att förkortas med stor kraft: när det bestämmer en svag sammandragning, kommer bara några fibrer att förkortas och med mindre kraft.

Vi tar nu en annan viktig aspekt av muskelfysiologi: muskelton. Muskelton kan definieras som ett kontinuerligt tillstånd av liten muskelkontraktion, som är oberoende av vilja. Vilken faktor orsakar detta sammandragningssätt? Före födseln är musklerna lika långa som benen, då med förlängning förlänger benen mer än musklerna, så att de senare sträcker sig. När en muskel sträcker sig, på grund av en spinalreflex (myotatisk reflex) kontraherar den kontinuerliga sträckningen som muskeln utsätts för, vilket bestämmer ett kontinuerligt tillstånd av liten men ihållande sammandragning. Orsaken är en reflektion och eftersom huvudkännetecknet för reflexerna är det icke-frivilliga är tonen inte styrd av viljan. Tonen är ett fenomen på en nervreflexbasis, så om jag skär nerven som går från centrala nervsystemet till muskeln blir det slap, helt och hållet förlorar tonen.

Kraften av sammandragning av en muskel beror på dess tvärsnitt och är lika med 4-6 kg.cm2. Men principen är giltig i princip, det finns inget exakt förhållande till direkt proportionalitet: i en idrottsman kan en muskel som är något mindre än den hos en annan idrottsman vara starkare. En muskel ökar sin volym om den är utbildad med ökande motstånd (det är principen för vilken viktbaserad gymnastik är baserad); Det bör betonas att volymen av varje muskel fiber ökar, medan antalet muskelfibrer förblir konstanta. Detta fenomen kallas muskulär hypertrofi.

Muskelbiokemi

Låt oss nu möta problemet med de reaktioner som sker i musklerna. Vi har redan sagt att för att sammandragning ska inträffa sker energi ; Denna energi bevarar cellen i det så kallade ATP (adenosintrifosfat), som, när det ger energi till muskeln, blir till ADP (adenosindifosfat) + Pi (oorganiskt fosfat): reaktionen består i att avlägsna ett fosfat. Så den reaktion som sker i muskeln är ATP → ADP + Pi + energi. ATP-lager är dock få och behöver åter syntetiseras. För att muskeln ska kunna komma i kontakt måste därför den omvända reaktionen (ADP + Pi + energi> ATP) ske så att muskeln alltid har ATP tillgänglig. Energin för att göra ATP-resyntesen ger oss mat: Dessa, efter att de har smält och absorberats, når muskeln genom blodet, där de ger upp sin energi, exakt för att göra ATP-formuläret.

Den energiska substansen par excellence ges av sockerarter, i synnerhet glukos. Glukos kan klyvas i närvaro av syre (under aeroba förhållanden) och är, som det är felaktigt sagt, "bränt"; Den energi som släpps tar den från ATP, medan glukos har ingenting annat än vatten och koldioxid. 36 molekyler av ATP erhålles från en glukosmolekyl. Men glukos kan också attackeras i frånvaro av syre, i vilket fall det omvandlas till mjölksyra och endast två ATP-molekyler bildas; då mjölksyra, som passerar in i blodet, går till levern där den omvandlas igen till glukos. Denna cykel mjölksyra kallas Cori-cykeln. Vad händer när muskeln träffas? I början, när muskeln börjar bli kontraherad, är ATP omedelbart uttömd och eftersom det inte har förekommit några hjärt- och andningsanpassningar efteråt är syre som når muskeln otillräcklig, därför bryter glukosen in i frånvaro av syrebildande mjölksyra. I en andra gång kan vi ha två situationer: 1) Om ansträngningen fortsätter på ett ljust sätt, är syret tillräckligt, då glukos oxideras i vatten och kolanhydrit: Mjölksyra kommer inte att ackumuleras och träningen kan fortsätta i timmar ( Denna typ av ansträngning kallas därför aerob, till exempel bottenkörningen). 2) Om insatsen fortsätter att vara intensiv, trots att mycket syre når muskeln kommer mycket glukos att bryta ner i frånvaro av syre; Därför kommer mycket mjölksyra att bildas, vilket kommer att orsaka trötthet (vi talar om anaeroba ansträngningar, till exempel en snabb körning, till exempel 100 meter). Under vilan återvänder mjölksyra till glukos i närvaro av syre. I början, även i den aeroba ansträngningen, saknar vi syre: vi talar om en syregäld som betalas när vi vilar; nämnda syre kommer att användas för att syntetisera glukos från mjölksyra; i själva verket, direkt efter ansträngningen förbrukar vi mer syre än normalt: vi betalar skulden. Som du kan se, citerade vi glukos som ett exempel på bränsle, eftersom det är det viktigaste bränslet i muskeln; i själva verket, även om fetter har större energi, för att oxidera dem behöver du alltid en viss mängd glycider och mycket mer syre. I avsaknad av dessa finns signifikanta störningar (ketos och acidos). Proteiner kan användas som bränsle, men eftersom de är de enda som används för att bilda muskler, råder plastfunktionen i dem. Lipider har karaktäristiken att de för samma vikt har mer energi än sockerarter och proteiner. De används idealiskt som en insättning. Så glyciderna är bränslet, proteinerna är råvarorna, lipiderna är reserverna.

Jag försökte i denna artikel om muskelens fysiologi vara så tydlig som möjligt utan att försumma den vetenskapliga rigor: Jag tror att jag kommer att ha uppnått ett bra resultat om jag stimulerade fitnessoperatörerna att ta ett mer allvarligt intresse för fysiologi, för jag tror att grundläggande begrepp av fysiologi och anatomi måste vara ett oumbärligt kulturarv för att försöka förstå den här underbara människokroppen på något sätt.