Budowa mięśnia poprzecznie prążkowanego - tzw. szkieletowego.
Mięśnie szkieletowe tworzą czynną część układu narządów ruchu, gdyż poruszają ruchomo zestawionym szkieletem. Zbudowane są z tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej szkieletowej. W zależności od ilości zawartej mioglobiny dzielą się na czerwone (kurczą się wolniej, ale są bardziej wytrzymałe) oraz białe (kurczą się szybko, lecz szybko tracą rezerwy energetyczne, stąd ich szybkie zmęczenie).
Mięsień szkieletowy zbudowany jest z brzuśca, będącego skupiskiem włókien mięśniowych oraz ścięgien, które przyczepiają większość mięśni do szkieletu. Tylko mięśnie powierzchniowe tkwią całkowicie w skórze (np. mięśnie mimiczne twarzy). Niektóre mięśnie mogą posiadać więcej brzuśców - nazywane są wówczas odpowiednio dwugłowymi, trójgłowymi, czwórgłowymi, dwubrzuścowe (zawiera ścięgno pośrednie). Włókna mięśniowe w obrębie brzuśca w większych mięśniach skupione są w pęczki otoczone omięsną wewnętrzną, a wszystkie pęczki omięsną zewnętrzną.
Komórka mięśniowa (włókno mięśniowe) wypełnione jest ułożonymi w pęczki włókienkami kurczliwymi (miofibrylami), które zbudowane są z dwóch rodzajów włókienek białkowych (filamentów), odpowiadających za skurcz mięśnia: filamentów cienkich i filamentów grubych. Regularny układ filamentów uwidocznia się w naprzemiennym układzie prążków jasnych i ciemnych wzdłuż miofibryli. W połowie każdego prążka jasnego znajduje się tzn. linia Z, do której z obu jej stron przyczepione są filamenty cienkie. Natomiast filamenty grube są częściowo wsunięte między filamenty cienkie. Obszar zawarty między dwiema liniami Z nosi nazwę sarkomeru i jest funkcjonalną jednostką miofibryli. Filamenty grube zawierają cząsteczki białka miozyny, przy czym każda cząsteczka składa się z części o kształcie pałeczki oraz tzw. główki. Filamenty cienkie zbudowane są z cząsteczek białka aktyny tworzących dwa splecione wokół siebie łańcuchy połączone z białkami troponiną i tropomiozyną.
Rodzaje skurczów mięśniowych.
izotoniczny- dochodzi do zmiany długości mięśnia przy niezmienionym napięciu izometryczny- zmienia się napięcie, ale długość pozostaje bez zmian
auksotoniczny- zmienia się napięcie i długość mięśnia
Skurcz pojedynczy - potencjał czynnościowy trwający kilka milisekund, stanowi odpowiedź na pojedynczy bodziec.
Skurcz tężcowy- nie stanowi odpowiedzi na jeden bodziec lecz serii bodźców, jest wynikiem sumowania się bodźców pojedynczych. Inaczej mówiąc, skurcz wywołany pojedynczym pobudzeniem jest podtrzymywany przez kolejne bodźce. Maksymalna siła jaką mięsień rozwija w czasie skurczu tężcowego jest wprost proporcjonalna do częstości pobudzeń.
Wyróżniamy skurcz tężcowy zupełny - Skurcz tężcowy zupełny występuję wówczas, gdy pobudzenie następuje zanim mięsień zacznie się rozkurczać - mięsień cały czas przebywa w stanie skurczu.
i niezupełny - Skurcz tężcowy niezupełny powstaje przy pobudzenia mięśnia w okresie rozkurczu.
Podział funkcjonalny.
- zginacze- przebiegają po wewnętrznej stronie stawu i powodują zginanie kończyny;
- prostowniki- biegną po zewnętrznej stronie stawu i powodują prostowanie kończyny;
- przywodziciele- biegną przyśrodkowo, powodują przywodzenie kończyny;
- odwodziciele- biegną bocznie, powodują odwodzenie kończyny, np. m. naramienny.
4. Fazy skurczu.
podrażnienie włókna
powstanie potencjału czynnościowego
przewodzenie pobudzenia wzdłuż sarkolemmy i w głąb włókna mięśniowego
uwolnienie jonów wapnia, które dyfundują następnie do miofibryli
zmiana konformacji tropiny po połączeniu się z jonami wapnia skutkuje to odczepieniem się cząsteczki tropiomiozyny od miozyny, odblokowany zostaje punkt przyczepu mostków miozyny do aktyny
obrót mostka miozynowego - wciągnięcie miofilamentów cienkich pomiędzy grube nici miozyny
W tym momencie od nitek miozyny odłącza się ADP i Pi
7) w tym etapie ponownie do miozyny dołącza się ATP, co powoduje odłączenie miozyny od aktyny (spadek stężenia jonów wapnia).
5. Unerwienie mięśni.
Komórki macierzyste nerwów ruchowych unerwiających mięśnie szkieletowe znajdują się w ośrodkowym układzie nerwowym. Skupiska tych komórek nazywamy jądrami ruchowymi. Funkcja komórek ruchowych, tzw. motoneutronów, jest uzależniona od informacji dochodzących z narządu ruchu, a więc z mięśni oraz z innych układów ciała ludzkiego, jak np. z narządu równowagi słuchu i wzroku. Do komórki mięśniowej dochodzą dwa rodzaje włókien nerwowych: włókno somatyczne, a więc ruchowe eferentne i włókno informacyjne, a więc czuciowe aferentne. Komórki mięśniowe są zaopatrzone w tzw. końcową płytkę motoryczną lub ruchową, do której dochodzi włókno nerwowe. W miejscu styku włókna nerwowego z płytką motoryczną mięśnia nazywamy połączeniem nerwowo-mięśniowym. Włókna nerwów informacyjnych czuciowych rozpoczynają się wewnątrz włókna mięśniowego tzw. wrzecionem mięśniowym.
6. Praca mięśni.
Siła napędowa skurczu powstaje w wyniku zmiany kształtu miozyny, z której są zbudowane grube filamenty. Wskutek tej zmiany miozyna przesuwa cienkie filamenty w kierunku środka sarkomeru. Przemieszczenie (ślizganie się) cienkich filamentów po rusztowaniu utworzonym przez grube filamenty powoduje skrócenie sarkomeru. Ani jedne, ani drugie filamenty nie zmieniają przy tym swojej długości. W następstwie skrócenia wielu sarkomerów zachodzi skrócenie całych miofibryli, to z kolei przejawia się jako skurcz mięśnia. Oznacza to, że pracę mięśni wykonują w istocie niewielkie cząsteczki białek, które - zmieniając swój kształt - potrafią wciągnąć filamenty zbudowane z aktyny pomiędzy filamenty zbudowane z miozyny.
W skurczu mięśnia zawsze uczestniczą jony wapnia. Ułatwiają one wytworzenie się nowych połączeń między cienkimi filamentami aktynowymi a grubym filamentem miozynowym, co jest warunkiem niezbędnym do późniejszego przesunięcia cienkich filamentów przez miozynę. W cytoplazmie komórek mięśnia zrelaksowanego (rozluźnionego) stężenie jonów wapnia jest niewielkie; wzrasta ono dopiero w momencie bezpośrednio poprzedzającym skurcz. Jony wapnia dostają się do otoczenia miofibryli ze wspomnianego wcześniej systemu otaczających je kanalików. Są one uwalniane w momencie zapoczątkowania skurczu.
Do wywołania skurczu mięśnia niezbędna jest także energia, dzięki której następuje przesunięcie cienkich filamentów względem grubych filamentów. Energię do pracy mięśnia dostarcza związek nazywany ATP, który powstaje podczas utleniania glukozy w mitochondriach włókien mięśniowych. To właśnie ATP wiąże się z miozyna i wymusza zmianę kształtu tego białka, a w konsekwencji wywołuje skurcz mięśnia. Im większa jest produkcja ATP, tym częściej mięsień może się kurczyć. Mięsień sercowy, zawierający wyjątkowo dużo mitochondriów, może wytwarzać dużą ilość ATP, potrzebną do regularnie powtarzających się cykli: skurcz-relaksacja. Wykorzystanie energii chemicznej, zawartej w ATP, do wykonania pracy przez kurczące się mięśnie wynosi około 30%. Reszta energii zostaje przekształcona w ciepło.
Biomechanika mięśni i wypoczynek.
Mięśnie z punktu widzenia biomechaniki są siłownikami - efektorami zdolnymi do wykonania pracy. To dzięki nim możemy wprowadzać w ruch nasze ciało, chodzić, biegać, poruszać rękoma, robić skłony tułowia, wykonywać bardzo precyzyjne ruchy dłońmi. Aby możliwe stało się poruszanie dowolną częścią ciała, mięśnie muszą mieć odpowiednią siłę, która jest w stanie przełamać opory wewnętrzne i zewnętrzne oraz pokonać siłę grawitacji. Dopiero po ich pokonaniu można zacząć rozwijać szybkość, która jest nieodłącznym elementem każdego ruchu. Dopiero wtedy, gdy ruch staje się faktem, wiemy o możliwościach kinetycznych organizmu.
Jednakże, żaden mięsień nie wprawi żadnej cześci ciała w ruch bez pobudzenia odpowiedniego mięśnia lub grupy mięśni, a to pobudzenie odbywa się za sprawą układu nerwowego. Pobudzone impulsem nerwowym nasze siłowniki czyli mięśnie w bezpośredni sposób oddziałujące na układ kostny człowieka. Kości, którymi poruszają stanowią ramiona dźwigni, z którymi związany jest ruch. To właśnie za ich strawą obserwujemy ruch ciała człowieka. To jakie są te ruchy zależy m.in. od siły mięśni, a ona zależy od ich masy.
No potrzeby biomechaniki wyróżniono czynniki, od których zależy siła mięśniowa:
Wewnętrzne - biologicznie związane z samym mięśniem
- powierzchnia przekroju fizjologicznego - jest to powierzchnia przekroju w najszerszym miejscy brzuśca mięśnia wyznaczona płaszczyzną prostopadłą do przebiegu włókien mięśniowych - im większa powierzchnia przekroju fizjologicznego tym większa jest siła mięśnia.
- budowa mięśnia
- długość mięśnia
- długość ramienia siły mięśniowej - układ kości połączonych stawami z punktu widzenia biomechaniki są dźwigniami, do których przyczepione są mięśnie czyli siłowniki - im dłuższe jest ramię na które działa siła mięśnia, tym większy opór możemy pokonać
- mięsień posiadający brzusiec jest zdolny do wyzwolenia większej siły, gdy jest rozciągnięty niż, gdy jest skrócony
- rodzaj czynności mięśnia podczas pomiaru.
zewnętrzne - umownie tzw. środowiskowe
- systematyczny trening
- staż treningowy
- cykle biologiczne (głównie dobowy) - są godziny, w których osiąga się najlepsze wyniki np. między 9:00 a 10:00 rano i między 17:00 a 18:00 po południu
- temperatura mięśnia
- motywacja badanego
- stan fizyczny podczas pomiaru
Zmęczenie mięśni i wypoczynek.
Długotrwała praca mięśnia powoduje stopniowe osłabienie siły skurczu aż do całkowitego ustania czyli zmęczenia, polega ono na:
- zwiększeniu objętości kwasów zwłaszcza mlekowego,
- obniżenie ilości ATP,
- obniżenie ilości glikogenu;
- obniżenie pobudliwości.
Odpoczynek powoduje, że nagromadzony w mięśniach kwas mlekowy jest transportowany do wątroby gdzie jest utleniony do glukowy. Następuje też odtworzenie zużytych podczas pracy glikogenu, mioglobiny i ATP. Podczas odpoczynku występuje więc zwiększone zapotrzebowanie na tlen i cukier.
Wybrane choroby układu mięśniowego i przyczyny ich powstawania.
Podstawową cechą łączącą choroby układu mięśniowego w jedną grupę jest osłabienie siły mięśniowej wynikacjęce z uszkodzenia które wystąpiło w dowolnym miejscu drogi przewodzenia. Choroby te mogą mieć charakter wrodzony lub nabyty.
Niedomoga mięśniowa - myasthenia gratis
-Cechuje się wystąpieniem napadowego osłabienia mięśni z uczuciem znużenia. Napady te występują w stanach zwiększonego zapotrzebowania acetylocholiny (stres, zakażenia)
-Jako pierwszy porażeniu ulega zazwyczaj mięsień zewnętrzny oka, następnie mięsień twarzowy, żwacze oraz mięśnie biorące udział w połykaniu.
-Osłabienie mięśni przypomina stan jak po wstrzyknięciu tubukuraryny
-Przyczyna choroby polega na zablokowaniu receptorów acetylocholiny w końcowej płytce nerwowo-mięśniowej przez przeciwciała przeciw receptorom acetylocholiny
-Leczenie polega na stosowaniu środków hamujących rozkład acetylocholiny.
Choroba Thomsona - myotonia congenita
-Dziedziczna i dominująca autosomalnie oraz w cięższej postaci dziedziczącej się recesywnie autosomalnie.
-Objawy zaczynać się mogą w niemowlęctwie , wyrażając się trudnościami ssania, zaprzestania krzyku lub nieco później, między 6-12 rż. (forma recesywna). Chorzy mają trudności rozwarcia dłoni po pierwszym uścisku, otworzenia zaciśniętych powiek lub otwarcia ust. Czasem trudno wykonywać im pierwszy krok - objaw ten często wykrywany jest dopiero w czasie odbywania służby wojskowej. Często występuje uderzający przerost mięśni, zwłaszcza ud, podudzi, pośladków i pasa barkowego, co nadaje chorym atletyczny wygląd.
Nagłe osłabienie mięśni
-Dochodzi w nim do nagłego wyczerpania mięśni, mimo że są one zupełnie prawidłowe.
-Napadowi osłabienia można zapobiec przez wstrzykiwanie glukozy, fruktozy lub mleczanów
-Przyczyną choroby jest blok metaboliczny, polegający na zahamowaniu rozpadu glikogenu w mięśniach wskutek braku fosforylazy.
Podział anatomiczny mięśni:
mięśnie głowy:
a)wyrazowe albo mimiczne
b)żwacze
mięśnie szyi
a)powierzchowne
b)średnie lub pośrednie
c)głębokie
mięśnie klatki piersiowej
a)powierzchowne
b)środkowe
c)głębokie lub wewnętrzne
mięśnie brzucha
a)płaskie brzucha
b)podłużne brzucha
mięśnie tylnej powierzchni tułowia lub mięśnie grzbietu
a)grzbietu powierzchowne
b)grzbietu głębokie
mięśnie kończyny górnej
a)obręczy barkowej
b)kończyny górnej wolnej; ramienia, przedramienia, ręki
mięśnie kończyny dolnej
a)obręczy biodrowej
b)kończyny dolnej wolnej uda, podudzia lub goleni, stopy
Przykłady działania synergistycznego i antagonistycznego mięśni
Synergistyczne- mięśnie wykonujące tę samą pracę, np. grupa zginaczy przedramienia.
Antagonistyczne- wykonują pracę przeciwstawne, np. mięśnie dwugłowy ramienia (zgina) i trójgłowy ramienia (prostuje)
Chemizm pracy mięśni
Głównym składnikiem mięśni jest woda, której zawartość waha się w granicach 75-80%. Na suchą masę składają się w 16-20% białka oraz w 4-5% inne związki chemiczne, jak cukry, tłuszcze, sole mineralne, witaminy, enzymy oraz charakterystyczne substancje związane z kurczliwością włókienek mięśniowych lub stanowiące pośrednie produkty przemiany materii. Skład chemiczny tkanki mięśniowej jest względnie stały. Większe różnice obserwuje się w składzie chemicznym mięsa w zależności od stopnia utuczenia zwierzęcia. Wynika to bowiem z różnych proporcji pomiędzy tkanką mięśniową a tłuszczową.
Białka występujące w tkance mięśniowej podzielić można na pięć zasadniczych grup: albuminy (m.in. miogen), globuliny (m.in. miozyna i aktyna), skleroproteiny (kolagen, elastyna) oraz chromoproteiny (mioglobina). Na szczególne wyróżnienie zasługują miozyna i aktyna, które po połączeniu ze sobą w akt o miozynę decydują o kurczliwości włókienek mięśniowych. Białka te stanowią ok. 50% wszystkich białek znajdujących się w tkance mięśniowej. Mioglobina natomiast gra ważną rolę w zaopatrywaniu tkanki mięśniowej w tlen. Białko to bowiem ma zdolność wiązania tlenu znajdującego się W oksyhemoglobinie. Mioglobina stanowi jednocześnie barwnik decydujący o swoistym zabarwieniu tkanki mięśniowej.
Z cukrów znajdujących się w mięśniach wyróżnić można przede wszystkim glikogen oraz glukozę. Glikogen jest głownie zapasowym materiałem energetycznym, z którego czerpana jest energia niezbędna do pracy mięśni.
Tkanka mięśniowa zawiera mało, bo około 1%, tłuszczów, O wicie więcej tłuszczów znajduje się w tkance łącznej otaczającej włókienka mięśniowe.
Z innych związków organicznych, wchodzących w skład tkanki mięśniowej, wymienić trzeba kwas adenozynotrójfosforowy (ATP), kreatynę, fosfokreatynę oraz kwas mlekowy. Związki te odgrywają poważną rolę w kurczliwości tkanki mięśniowej.
W skład związków mineralnych wchodzą głównie: sód, potas, wapń, magnez, cynk, żelazo, fosfor, siarka, krzem, chlor oraz dwutlenek węgla.
Praca statyczna i dynamiczna.
Wysiłek statyczny cechują:
-izometryczne skurcze mięśni (wzrost napięcia bez zmiany długości mięśnia),
-zahamowanie swobodnego przepływu krwi przez kurczące się mięśnie.
-zakwaszenie komórek mięśniowych (bóle mięśni) wskutek gromadzenia się produktów przemiany materii (kwasu mlekowego)
Ze względu na charakterystykę skurczów mięśni podczas wysiłków statycznych, szczególnie zaburzenia w przepływie krwi, nie mogą być one wykonywane przez długi czas. Stopień ciężkości wysiłku statycznego wyraża się w procentach maksymalnej siły skurczu konkretnych mięśni (%MVC).
W praktyce podczas aktywności fizycznej człowieka wysiłek statyczny występuje równocześnie z wysiłkiem fizycznym.
Wysiłek dynamiczny ma miejsce, gdy:
-występują skurcze izotoniczne mięśni (zmiana długości mięśnia, bez zmiany napięcia),
-na przemian występuje skurcz i rozkurcz mięśnia
Podczas wysiłku dynamicznego nie dochodzi do upośledzenia przepływu krwi przez mięśnie. Są one dobrze ukrwione, a więc zaopatrzone w tlen i substancje energetyczne. Wysiłki dynamiczne, jeśli nie są zbyt ciężkie mogą być wykonywane długo. Stopień ciężkości wysiłku dynamicznego wyraża się miarą %V02max, gdzie V02max jest parametrem określającym pobieranie tlenu podczas maksymalnego wysiłku (tzw. wydolność fizyczna). Wykonywanie jakiejkolwiek pracy możliwe jest również dzięki mechanizmom adaptacyjnym innych układów organizmu człowieka, głównie krążenia, oddychania i wydzielania wewnętrznego oraz hormonalnego.