BIOMECHANIKA
WYKŁAD 9
Temat: Patomechanika czynności mięśni
Czynność mięśni może ulec zaburzeniu w dwu przeciwnych kierunkach. Mogą one być niewystarczająco czynne
— hipoaktywne w wyniku zmian chorobowych upośledzających ich unerwienie lub w wyniku zaburzeń procesów metabolicznych koniecznych dla wywołania napięcia mięśniowego. Mięśnie mogą też być nadmiernie czynne - hiperaktywne w związku z ich nadmiernym pobudzeniem.
W stanach patologicznych pierwszą grupę reprezentują miopatie lub porażenia neuropatyczne; drugą - porażenia mózgowe i rdzeniowe . Stany te mają swe fizjologiczne odpowiedniki: stan nadmiernej pobudliwości mięśni spostrzega się w pobudzeniu nerwowym, a stan ich hipotonii wynika ze zmęczenia.
Obydwa te stany fizjologiczne przedstawiają zasadniczo zmiany odwracalne, lecz przy dużej ich intensywności i czasie trwania mogą ostatecznie przybrać postać zmian patologicznych i nieodwracalnych. Hipertonia i hipotonia mięśni może doprowadzić do przykurczów. Hipotonia mięśni ( niedowład — paresis) może skończyć się ich porażeniem ( plegia).
ŹRÓDŁA ENERGII MIĘŚNI
Gdy mięsień szkieletowy się kurczy, fundamentalną zmianą chemiczną, jaka w nim zachodzi, jest rozpad glikogenu z wytwarzaniem dwutlenku węgla i wody ora energii w formie ciepła. Część powstałej energii jest pobierana i magazynowana w postaci tzw. wysokoenergetycznych fosforanów we włóknach mięśniowych. Szczególnym fosforanem jest adenozynotrójfosforan ATP, który gdy zachodzi potrzeba uwalnia zawartą w nim energię. Proces magazynowania i uwalniania energii nazywa się oksydatywną fosforylacją i zachodzi w mitochondriach.
DŁUG TLENOWY MIĘŚNIA
Dług tlenowy jest to różnica między ilością zużytego tlenu podczas poważnego wysiłku fizycznego i ilością zużytą w takim samym czasie przed wysiłkiem w spoczynku.
PRODUKTY UBOCZNE METABOLIZMU MIĘŚNIA
Końcowym produktem metabolizmu glikogenu mięśniu jest kwas mlekowy. Większość tego kwasu utlenia się do dwutlenku węgla CO2 i wody H2O, lecz część wypłukuje się do krążenia, przekształca się znowu w glikogen i magazynuje do dalszego użytku w mięśniach. Nadmiar kwasu mlekowego staje się produktem rozpadu ( produktem ubocznym).
ZMĘCZENIE MIĘŚNIA
Zmęczenie mięśnia można rozpatrywać z kilku punktów widzenia: biochemicznego - w kategoriach zmian metabolizmu mięśnia; fizjologicznego - w kategoriach zmian czynności indywidualnego mięśnia i fizycznego
- w kategoriach zmian w wykonywaniu przez mięsień pracy.
a/ Zmęczenie mięśnia w aspekcie biochemicznym
Biochemiczne zmęczenie mięśnia oznacza akumulację w nim kwasu mlekowego i innych produktów ubocznych
w takim stężeniu, które uszkadza kurczliwość mięśnia. Wypłukiwanie kwasu mlekowego z mięśnia przez krew
jest niedostateczne.
Akumulacja kwasu mlekowego w mięśniu może osiągać wartości 10-15-krome w porównaniu z wartościami
spoczynkowymi.
Po intensywnych i gwałtownych ćwiczeniach akumulacja kwasu jest szybsza. Krążenie obwodowe krwi nie
nadąża za wypłukiwaniem kwasu mlekowego i narasta dług tlenowy spłacany w późniejszym czasie .
Anatomicznym miejscem zmęczenia jest płytka motorycżna włókna mięśniowego, ale produkty zmęczenia
dyfundujądo całego mięśnia.
Wypłukanie kwasu o wysokim stężeniu jest procesem dość wolnym. Potrzeba wielu godzin, aby zlikwidować
100 mg % kwasu mlekowego a takie stężenie można osiągnąć w ciągu kilku minut dużego wysiłku fizycznego.
b/ Fizjologiczna definicja zmęczenia mięśnia
Długotrwały skurcz mięśnia wymaga naprzemienności pracy jednostek motorycznych mięśnia, dzięki czemu jeden zestaw włókien skurczonych zwalnia od skurczu inny zestaw, a każde pobudzone włókno jednostki motorycznej kurczy się maksymalnie zgodnie z prawem Scherringtona - „ wszystko albo nic „. Tylko dzięki naprzemiennej pracy różnych jednostek motorycznych mięśnia możliwe jest wielosegmentowe unerwienie mięśni przez nerwy rdzeniowe ma swój wpływ na kontrolę ich zmęczenia. Reakcję mięśnia na zmęczenie można wyraźnie obserwować w obrazie jego prądu czynnościowego (EMG) - amplituda załamków opada, prąd czynnościowy słabnie aż do momentu, gdy nie uzyskuje się żadnego apisu w reakcji na pobudzenie mięśnia.
c/ fizyczna definicja zmęczenia
W kategoriach pracy i wydajności zmęczenie można zdefiniować jako stan, w którym wykonanie pewnej ilości
pracy napotyka na narastające trudności i praca ta jest wykonywana ze zmniejszającym się skutkiem.
Zmęczenie nie jest zaburzeniem dotyczącym tylko układu ruchu. Wszystkie układy i narządy są tym zjawiskiem
dotknięte.
Wzrasta częstość tętna, ciśnienie krwi, przyspiesza oddech, wzrasta wymiana gazowa, ekonomia motoryki
maleje.
SZTYWNOŚĆ MIĘŚNI I BOLESNE SKURCZE MIĘŚNIOWE
a/ sztywność mięśni zdarza się po długotrwałym i intensywnym wysiłku, gdy produkty uboczne metabolimu -głównie kwas mlekowy - nagromadzą się wewnątrz włókien mięśniowych. Gdy to nastąpi, zmniejsza się zakres i szybkość skurczu włókien.
Jest to szczególnie zauważalne u osób nie wytrenowanych. Ustępuje pod wpływem odpoczynku, a szybciej pod wpływem masażu, ciepła a nawet krioterapii.
b/ bolesne skurcze mięśniowe są dobrze znanym zjawiskiem i mogą być przyczyną dręczącego i
unieruchamiającego bólu. Przyczyną jest prawdopodobnie akumulacja ubocznych produktów metabolizmu i
wzrost kwasowości płynów tkankowych. Nie jest również wykluczony mechanizm „ przeładowania
nerwowego".
Występuje nagły, ciągły skurcz mięśniowy. Ustępuje lub zmniejsza się pod wpływem rozciągania. Często
występuje w czasie wypoczynku w obrębie podudzia i stóp.
Inny typ bolesnego skurczu występuje w trakcie długotrwałych ćwiczeń w wysokiej temperaturze. W czasie
obfitej utraty wody i soli. Uzupełnienie wody, przy nie uzupełnieniu soli powoduje zmniejszenie się stężenia soli
w płynach ustrojowych. Dzięki ciśnieniu koloidoosmotycnego płyn przechodzi do włókien mięśniowych i
powoduje ich obrzęk.
PRODUKCJA CIEPŁA
Większość energii uwalnianej w czasie rozpadu glikogenu i ATP ma postać ciepła. Część jest używana syntezy białek, tłuszczów węglowodanów i ich metabolizmu, do ich aktywnego transportu jonów w poprzek błon komórkowych, a także na potrzeby mechanicznych ruchów ciała.
W czasie normalnej procesy biochemiczne w mięśniach ulegają przyspieszeniu i wzrostowi. Powoduje to uczucie ciepła podczas ćwiczeń fizycznych,
REGULACJA CIEPŁOTY CIAŁA
Równowaga w zakresie temperatury ciała, kontrolowana jest przez:
- skórę
- podwzgórze
- oddech
- ubranie
- dieta i przyjmowanie płynów
UDAR CIEPLNY
Udar cieplny jest wynikiem niewydolności mechanizmów regulujących ciepłotę ciała. Może on dotyczyć sportowców, u których, gdy trenują czy walczą w gorącym klimacie, może nastąpić przegrzanie organizmu.
ODNOWA MIĘŚNIA PO ZMĘCZENIU
Odnowa mięśnia po zmęczeniu zachodzi w dwóch stadiach:
l/ wczesnym, w którym szybki spadek zużycia tlenu oznacza szybkie usunięcie kwasu mlekowego z tkanek, 21 późnym, w którym wyczerpane magazyny węglowodanów w pewnym stopniu ulegają odbudowie i uzupełnieniu. Ta część procesu odnowy przebiega wolniej i może wymagać wielu godzin.
PROFILAKTYKA I LECZENIE ZMĘCZENIA MIĘŚNI
Dieta węglowodanowa może być dobrym sposobem na podwyższenie progu zmęczeniowego.
Leczenie zmęczenia polega na odpoczynku, rozluźnieniu mięśni i przywróceniu normalnego krążenia krwi w
mięśniu. Oprócz znanych metod leczenia proponuje się krioterapię, która spełnia warunki lecznicze odnowy.
Zdrowy mięsień wykazuje wtedy znaczną zdolność odnowy.
W dystrofiach mięśniowych zmęczenie występuje wcześnie, lecz i odnowa jest szybka.
W porażeniu obwodowym i poliomyelitis ( Heinego-Medina) zmęczenie mięśni przychodzi szybko, a odnowa
przebiega powoli.
Istnieje duża różnica w wydatku energetycznym między skurczem izometrycznym i izotonicznym mięśnia, jego pracą statyczną a koncentryczną. Praca wykonana w tym drugim typie skurczu wynosi tylko 1/3 teoretycznego maksimum opartego na zużyciu energii.
KONSTYTUCJONALNE I OGÓLNE STANY CHOROBOWE UŁATWIAJĄCE ZMĘCZENIE MIĘŚNI
Zmęczenie .mięśni ułatwiają zaburzenia utrudniające wymianę gazową: nieżyty oskrzeli, rozstrzenia oskrzeli, dychawica oskrzelowa, czasami zmęczenie może być jednym z wczesnych objawów gruźlicy płuc.
Do zwiększonego zmęczenia przyczyniają się również choroby krążenia, miażdżyca, wady zastawkowe i zapalenia mięśnia sercowego. Szczególne znaczenie diagnostyczne ma zmęczenie spotykane w niedokrwistościach.
Szczególnym przykładem chorób metabolicznych, w których szybkie męczenie się stanowi wyróżniający objaw kliniczny, jest cukrzyca.
PRZYKURCZĘ STAWOWE
Przykurczę stawowe nie powstają przypadkowo. Ich rozwojem rządzą pewne biologiczne i fizyczne prawa. Dotyczą one głównie fizycznych właściwości mięśni.
Wyróżniamy skurcze i przykurczę mięśniowe.
Skurcz jest dowolną zmianą w napięciu i jego długości; przykurcz to trwały stan charakteryzujący się długością mięśnia różną od jego długości normalnej. Skurcz jest procesem aktywnym, przykurcz- biernym. Przykurcz jest ponadto stanem patologicznym.
/ Przykurczę mięśniowe można podzielić na cztery rodzaje z punktu widzenia fizycznych właściwości mięśni:
1/ przykurcz jest konsekwencją braku równowagi dynamicznej. Nie wynika on ze stanu choroby samych przykurczonych mięśni, lecz jest rezultatem zmienionej dystrybucji siły mięśniowej wokół stawu, co powoduje, że część normalnych mięśni wokół stawu traci siłę kurczenia się w następstwie porażenia. Nie ma zmian właściwości histologicznych i fizycznych mięśnia, zachowuje on normalny tonus, a nieprawidłowe ustawienie stawów wynika jedynie braku opozycji antagonistów.
2/ Przykurcz jest konsekwencją zaburzeń o podłożu nerwowym. Mówimy o przykurczach spastycznych. Wynikają one z porażenia spastycznego części mięśni zaangażowanych w pracy stawu. Przykurczę spastyczne mogą być pochodzenia odruchowego, np. w reakcji na złamania
3/ Zapalno-włókniste przykurczę wynikają ze zmian podścieliskowych o typie myositis. Są one odzwierciedleniem wewnętrznych zmian w strukturze samego mięśnia. Zmian Zwyrodnieniowych, nacieków zapalnych i zwłóknień. Przykładem może być przykurcz niedokrwienny, czy też u dzieci j atrogenne zmiana
mięśni pośladków i ud, nieraz z uszkodzeniem nerwu kulszowego po iniekcjach antybiotyków. Jeżeli dynamiczne i spastyczne przykurczę są wysoce podatne na korekcję drogą biernego rozciągania, to zapalno-włókniste nie są.
4/ Przykurcz jest kombinacją odruchowego napięcia mięśni i jego zmian zwyrodnieniowo- zapalnych. Przykurcz zaczyna się długim, odruchowym skurczem mięśni, a kończy ich zapaleniem i zwłóknieniem. Odnosi się to szczególnie do przykurczów związanych RZS lub innych stanach zapalnych stawów.
Istnieje konstytucjonalna podatność na przykurczę. Chodzi tu o naturalną „ szczelność" stawu. Jest ona mienna
osobnicze jest różna w zależności od stawu. Zależy ona od szybkości wiotczenia antagonistów podczas ruchu
w stawie.
Stawy „ wiotkie" mają większą amplitudę, „ szczelne „siłę.
Adaptacja mięśnia do przykurczu jest procesem fijologicznym, w którym mięsień redukuje swą rozpiętość
skurczową dostosowując do zredukowanej ruchomości w stawie.
Wnioski praktyczne:
- czysto skurczowe deformacje są podatne na korekcje przez siły mechaniczne mniejsze niż absolutna siła tych mięśni.
- siła korygująca musi działać ciągle, gdyż zmęczony mięsień poddaje się łatwiej rozciąganiu,
- w przykurczach zapalno-włóknistych należy oczekiwać o wiele mniej od działania sił korygujących.
Ścięgno nie kurczy się, lecz jego wytrzymałość na rozciąganie jest wielokrotnie większa niż mięśnia.
Struktury powięziowe i więzadłowe ulegają zapalnemu obkurczeniu, co stanowi wielkie utrudnienie dla korekcji przykurczów i zwykle zabiegi operacyjne są konieczne dla ich zwolnienia.