ćwiczenie 2

Fizjologia mięśni. Skurcz
mięśniowy

Cechy mięśnia

• 1. Pobudliwość

– Reaguje na bodźce

• 2. Kurczliwość

– Zmniejsza swoją długość kiedy zostanie

pobudzony

• 3. Rozciągliwość

– Zdolność do rozciągania

• 4. Elastyczność

– Zdolność do powrotu do wyjściowej długości

po rozciągnięciu

Rozciągliwość

Zapis przyrostu długości mięśnia
w stosunku do przyrostu
obciążenia.

Mięsień jest elastyczny, ale
nie reaguje zgodnie z
prawem Hooke’a, gdyż po
tym samym obciążeniu nie
zwiększa swojej długości
jednakowo (proporcjonalnie
do obciążenia)

po obciążeniu m. wróci do stanu
pierwotnego, ale nie zupełnego.
Jednak m. posiada zdolności małej
regeneracji, także po czasie różnica
długości zostaje zniwelowana.

4. Elastyczność

Mięsień nie działa zgodnie z prawem Hooka tzn. równy
ciężar przyłożony (dodawany) nie powoduje jednakowego
przyrostu długości.
Po dłuższym obciążeniu zmiany elastyczne przekształcają
się w zmiany plastyczne, jednak przy dalszym stosowaniu
obciążenia następuje zniszczenie mięśnia.

L

P

zniszczenie mięśnia

L – przyrost długości
P – przyrost obciążenia

Siła mięśnia

• największa masa, jaką pod wpływem

bodźca maksymalnego zdoła podnieść
mięsień mierzona w kilogramach na
cm2 przekroju fizjologicznego mięśnia

• Siła zależy od wstępnego rozciągnięcia

- optimum działania przy rozciągnięciu
wynoszącym 20% (czyli w sumie 120%)
jego długości spoczynkowej

Wydajność mięśnia

procent energii zamienianej podczas

skurczów na pracę mechaniczną.

Przeciętna – ok. 25% cała reszta

zamieniana na ciepło.

Wydajność skurczu

zależność między wartością obciążenia, a wartością która pozwala na

rozwinięcie pewnej siły

W

[%]

0

P

max

½

Pmax

100% W

P

W

[%]

0

P

max

½

Pmax

100% W

P

1)Największa praca (100%) zostaje

wykonana przez mięsień przy połowie
obciążenia maksymalnego (1/2 Pmax)

2)Pmax - to wartość takiego obciążenia

przy którym mięsień nie może się
skurczyć

Przy 1/3 V

max

mięsień wykona maksymalną pracę przy połowie

maksymalnego obciążenia

V

max

P

max

½

Pmax

1/3Vmax

0

Im mniejsze obciążenie
tym większa szybkość
skurczu

Zależność szybkości
skracania mięśnia od
obciążenia mięśnia

Prawo średnich obciążeń

Jest to zależność między wartością obciążoną a wartością która
pozwala na rozwinięcie pewnej siły

1) Największa praca zostaje wykonana przez mięsień (100%) przy ½

obciążenia maksymalnego

2) Przy szybkości 1/3 V

max

mięsień wykona maksymalną pracę przy ½

maksymalnego obciążenia

Maksymalną pracę będzie wykonywał mięsień przy połowie
obciążenia maksyalnego z prędkością maksymalną przy 1/3V

max

.

W

[%]

0

P

max

½

Pmax

V

max

0

P

max

1/2

Pmax

1/3

Elastyczność mięśnia:

Mięsień wykazuje fizyczne cechy elastycznych

ciał martwych

- zdolność do reagowania odkształceniem na

działającą siłę

Cechy szczególne – właściwości elastyczne:

-mięsień reaguje na przyłożoną siłę i pobudzenie nerwowe (nie jak
ciało martwe),

-mięsień może zmieniać swoje napięcie nie zmieniając długości,

-konsekwencją plastyczności jest rozciągnięcie po zdjęciu ciężaru

-mięsień pęknie jeżeli przyłożymy 3 – krotną jego długość

-wstępne rozciąganie zwiększa siłę skurczu, mięsień rozluźniony
kurczy się słabo,
- Lmax: najkrótsza długość mięśnia rozwijającego maksymalną siłę
skurczu (około 20%)

Siła skurczu

Siła skurczu mięśnia w organizmie zależy od:
1) Liczby jednostek motorycznych biorących udział w skurczu;
2) Częstotliwości, z jaką poszczególne jednostki motoryczne

są pobudzane;

3) Stopnia rozciągnięcia mięśnia przed jego skurczem.

Podsumowanie

-mięsień reaguje na przyłożoną siłę i pobudzenie nerwowe (nie jak
ciało martwe),

-mięsień może zmieniać swoje napięcie nie zmieniając długości,

-konsekwencją plastyczności jest rozciągnięcie po zdjęciu ciężaru

-mięsień pęknie jeżeli przyłożymy 3 – krotną jego długość

-wstępne rozciąganie zwiększa siłę skurczu, mięsień rozluźniony
kurczy się słabo,
- mięśnień rozciągnięty o 20% swojej długości rozwija maksymalną
siłę skurczu

1

2

3

N

a

p

ię

c

ie

Czas (ms)

Zmęczenie

1. dłuższa latencja,
2. zmniejszona amplituda

skurczów,

3. dłuższy czas rozkurczów

Cechy zmęczenia mięśnia

Znużenie mięśnia (zmęczenie):
Wyczerpanie zasobów energetycznych (tlenu i glukozy)
Zatrucie produktami metabolizmu (np. mleczany)
Wpływ ośrodków ruchowych (zmęczeniem neuronu (synapsy – płytki

motorycznej.

Cechy zmęczenia mięśnia:
Dłuższa latencja,
Zmniejszona amplituda skurczów,
Dłuższy czas rozkurczów,
Zmniejszona pobudliwość,
Zmniejszona maksymalna siła skurczów,
Zmniejszone zapasy energetyczne

Rodzaje skurczów mięśniowych:
1) Izotoniczny – mięsień ulega skróceniu, napięcie się nie zmienia

(zmienia się długość, stałe napięcie), (skrócenie mięśnia)

2) Izometryczny – długość taka sama, zmienia się napięcie

(prioproreceptory), (zmiana napięcia mięśniowego)

3) Auksotoniczny – jednoczesne skrócenie i zwiększenie napięcia

mięśnia (L > 0 oraz F > 0) (wykonana praca)

OUN – reguluje efekt skurczu mięśnia poprzez:
1) Siłę mięśnia (skurcz izometryczny, regulacja izometryczna)
2) Szybkość skurczu (regulacja izotoniczna)

Typy włókien mięśniowych

Typy miocytów

Typ I

Typ IIB

Typ IIA

Inne właściwości
miocytów

Miocyty

czerwone – o

wolnym

metabolizmie

tlenowym

Miocyty białe – o

szybkim

metabolizmie

glikolitycznym

Miocyty

czerwone – o

szybkim

metabolizmie

tlenowym

aktywność ATP-azowa
miozyny
izoenzymatyczna

Wolne

Szybkie

Szybkie

Zdolność stężenia
jonów Ca2+ w
siateczce
sarkoplazmatycznej

Umiarkowana

Wysoka

Wysoka

Średnica

Przeciętna

Duża

Mała

Wydajność
glikolityczna

Umiarkowana

Wysoka

Wysoka

Aktywność utleniająca
(współzależna z
ilością mitochondriów,
gęstością naczyń
włosowatych,
zawartością
mioglobiny)

Wysoka

Niska

Niska

Typy miocytów

Typ I

Typ IIB

Typ IIA

Inne właściwości
miocytów

Miocyty

czerwone – o

wolnym

metabolizmie

tlenowym

Miocyty białe – o

szybkim

metabolizmie

glikolitycznym

Miocyty

czerwone – o

szybkim

metabolizmie

tlenowym

aktywność ATP-azowa
miozyny
izoenzymatyczna

Wolne

Szybkie

Szybkie

Zdolność stężenia
jonów Ca2+ w
siateczce
sarkoplazmatycznej

Umiarkowana

Wysoka

Wysoka

Średnica

Przeciętna

Duża

Mała

Wydajność
glikolityczna

Umiarkowana

Wysoka

Wysoka

Aktywność utleniająca
(współzależna z
ilością mitochondriów,
gęstością naczyń
włosowatych,
zawartością
mioglobiny)

Wysoka

Niska

Niska

grupa badana

zawartość % włókien wolnych

m. czworogłowy

uda

m. naramienny

nie wytrenowani

46

36

kolarze

51

61

kajakarze

58

61

pływacy

74

58

biegacze
przełajowi

63

69

Typy włókien mięsniowych

właściwości

mięśnie szybkie

mięśnie wolne

skurcz

30 ms

80 ms

aktywność ATP-azy

dwukrotnie większa

dwukrotnie mniejsza

naczynia

włosowate

rzadsza sieć

gęstsza sieć

mitochondria

mniej

więcej

mioglobina

mniej

więcej

barwa

białe

czerwone

typ przemian

beztlenowe

tlenowe

długość pracy

krótsza

dłuższa

Przykurcz

• Zmiany te narastają wraz z

narastającym zmęczeniem.

• Przy dłuższym zmęczeniu może dojść

do przykurczu – jest wynikiem
wyczerpania się wszystkich zapasów
ATP i fosfokreatyny. Przy braku ATP
nie następuje oswobodzenie główek
miozynowych.

Stężenie pośmiertne

• skrócenie mięśnia
• brak elastyczności
• sztywne, twarde
• Główną przyczyną wystąpienia jest

spadek zawartości

wysokoenergetycznych fosforanów

– aktyna i miozyna pozostają w

stanie ciągłego związania

Mięśnie gładkie

Cechy mięśni gładkich:
1) Pływający potencjał spoczynkowy -25 – 70 mV (zmienny, zależny

od stanu czynnościowego mięśnia)

2) Zmienna amplituda potencjałów czynnościowych,
3) Aktywacja zachodzi zarówno pod wpływem pobudzenia włókien

nerwowych jak i pod wpływem sąsiednich komórek mięśniowych
poprzez niskooporowe złącza syncytium czynnościowe)

4) Powolność skurczu i rozkurczu (toniczność skurczu)
5) Silny automatyzm (może działać bez OUN, albo może posiadać

własny ośrodek automatyzmu poza OUN),

6) Pobudzane również poprzez miejscowe działanie czynników

środowiskowych, hormonów, mediatorów

7) Wrażliwe na rozciąganie (na skutek rozciągania reagują skurczem,

np. działanie układu pokarmowego – ruchy robaczkowe),

8) Duża plastyczność – zdolnością do zmiany długości, bez większej

zmiany napięcia(pęcherz moczowy)

1) Wykazują obecność podwójnego unerwienia (napęd i hamulec –

obecność układu sympatycznego i parasympatycznego)

Mięśnie gładkie

Budowa mikroskopowa mięśni gładkich
1) Brak poprzecznego prążkowania – nieuporządkowany układ

miofibrylli, tworzą małe kurczliwe jednostki - pseudosarkomery

2) Brak siateczki sarkoplazmatycznej- wolne jony Ca++ pochodzą

albo z błony kom. Albo przedostają się z środowiska
zewnątrzkomórkowego.

Energetyka skurczu mięśnia

Źródłem energii niezbędnej do skurczu mięśni

szkieletowych jest ATP

Reakcje energetyczne zachodzące podczas

skurczu :

• Rozpad ATP

• Resynteza ATP z fosfokreatyny

• Beztlenowy rozpad glikogenu do resyntezy

ATP

• Fosforylacja tlenowa glukozy i wolnych

kwasów tłuszczowych w okresie odnowy i
wypoczynku

Energetyka skurczu mięśnia

1. Wysiłki kilkusekundowe

- zapas komórkowego ATP jest

wystarczający na kilka skurczów

1 cząsteczkai ATP =10 skurczów

m.

- resynteza ATP odbywa się

kosztem rozkładu fosfokreatyny i

starcza na kilka sekund pracy.

fosfokreatyna

kreatyna

ADP

ATP

Przemiana beztlenowa

Energetyka skurczu mięśnia

2. Wysiłki trwające do 60

sekund

–

Glukoza magazynowana jest w tkance

mięśniowej w postaci glikogenu.

–

Dług tlenowy – zaciągany od

rozpoczęcia pracy aż do przystosowania

się układu oddechowego i krążenia do

zwiększonego zapotrzebowania na tlen,

odnawiany jest w okresie wypoczynku

(bieganie do autobusu).

–

Gromadzenie się kwasu mlekowego

powoduje silne zakwaszenie środowiska

tkanki mięśniowej (charakterystyczny

skurcz lub ból w przypadku pracy

długotrwałej).

Działanie szlaku ustaje.

–

Kwas mlekowy przenika do krwi i jest

transportowany do wątroby, gdzie ulega

przemianie w glukozę (glikoneogeneza).

Kwas mlekowy rozkłada się przez

kilkanaście do kilkudziesięciu godzin.

glukoza

kwas mlekowy

2 ADP

2 ATP

Przemiana beztlenowa

Energetyka skurczu mięśnia

Energetyka skurczu mięśnia

3. Wysiłki trwające do 60

minut

-

Produkty końcowe tej przemiany

nie zmieniają pH środowiska.

-

Czynnikiem ograniczającym pracę

w tym trybie jest szybkość

dostarczania tlenu do mięśni.

-

Źródłem tlenu jest:

mioglobina – białko mięśniowe

magazynujące tlen;

hemoglobina – białko czerwonych

krwinek krwi transportujące tlen

glukoza

CO

2

+ H

2

O

36 ADP

36 ATP

Przemiana tlenowa

przy bardzo intensywnym wysiłku częściowo beztlenowa

Energetyka skurczu mięśnia

Energetyka skurczu mięśnia

4. Wysiłki trwające ponad

60 minut

-

Zasoby kwasów tłuszczowych w

organizmie są ogromne.

-

Jest to najwolniejszy z

przedstawionych szlaków

metabolicznych.

Czynnikiem ograniczającym tę

przemianę jest szybkość

transportu kwasów tłuszczowych z

krwi do komórek mięśniowych.

-

Czynnikiem ograniczającym

długość pracy mięśni w tym trybie

są inne układy niezdolne do

długotrwałego funkcjonowania

(np. układ nerwowy).

Kwas tłuszczowy

129 ADP

129 ATP

Przemiana tlenowa

CO

2

+ H

2

O

Energetyka skurczu mięśnia

Zestawienie przemian

produkujących ATP w

mięśniach

PRZEMIANY BEZTLENOWE

• fosfokreatyna + ADP → kreatyna + ATP

• Glukoza + 2 ADP + 2P → 2 kwas mlekowy + 2 ATP

PRZEMIANY TLENOWE

• Glukoza + 6 O

2

+ 36 ADP + 36 P → 6 CO

2

+6 H

2

O + 36 ATP

• kwas tłuszczowy (C

16

) + 23 O

2

+129 ADP +129 P →

→

16 CO

2

+16 H

2

O + 129 ATP

• Czerpanie energii potrzebnej do resyntezy ATP w fazie

beztlenowej jest znacznie mniej wydajne w porównaniu z fazą

tlenową i jest ograniczone w czasie ze względu na zmniejszenie

wartości pH w komórce na skutek gromadzenia się mleczanów

• Większa część energii (od 75 do 80%) wytworzonej w komórce

mięśniowej z metabolizowania glukozy jest zamieniana na

energię cieplną. Na energię mechaniczną związaną ze

skracaniem się mięśnia jest wykorzystane tylko 20 do 25%

energii wytworzonej w komórce mięśniowej.

Cykl Coreck

1/5 kwasu mlekowego
+ O

2

E

4/5 kwasu mlekowego

glikogen wątrobowy

glukoza

mięśnie

glikogen mięśniowy

Kwas mlekowy przenika
do krwi i jest
transportowany do
wątroby, gdzie ulega
przemianie w glukozę
(glikoneogeneza). Kwas
mlekowy rozkłada się
przez kilkanaście do
kilkudziesięciu godzin

Równanie Hilla

E całkowita = E aktywacji + E skurczu + E pracy + E
ciepła (około 80% E całkowitej – ciepło Hilla)

Energia cieplna powstaje w komórce mięśniowej w:

–procesie spoczynkowego metabolizmu
wewnątrzkomórkowego,

–czasie reakcji chemicznych związanych z aktywowaniem
miozyny,

–czasie skracania się komórki mięśniowej,

–procesie rozkurczu i wydłużania się komórki mięśniowej,

–procesie odnowy związanej z resyntezą ATP i działaniem
pompy sodowo-potasowej