Fizjologia
1.
Tkanka mięśniowa (textus muscularis), składa się z włókien mięśniowych, zbudowanych z miocytów (zespołów komórek mięśniowych), posiadających zdolność do aktywnego kurczenia się.
Rodzaje tkanki mięśniowej:
Wykonanie skurczu następuje dzięki występowaniu w nich miofibryli, czyli włókienek kurczliwych zbudowanych z łańcuchów polipeptydowych. Efektywność ruchu w mięśniach jest możliwa dzięki ścisłemu ułożeniu włókien mięśniowych, pomiędzy którymi nie występuje żadna inna tkanka. Mechanizm działania miofibryli jest aktualnie przedmiotem dyskusji naukowej i istnieją na ten temat dwie rozbieżne teorie. Tkanka mięśniowa nie ma własnej substancji międzykomórkowej, a elementy mięśniowe połączone są ze sobą za pomocą tkanki łącznej wiotkiej. Pomimo obecności w komórkach mięśniowych jądra komórkowego oraz pewnej zdolności do podziału, ubytki w tkance mięśniowej tylko w niewielkim stopniu są uzupełniane w wyniku podziału nieuszkodzonych komórek. Najczęściej zostają one zastąpione tkanką łączną tworzącą w tym miejscu bliznę. Tkanki mięśniowe, poprzecznie prążkowana serca i gładka unerwione są przez układ współczulny i działają niezależnie od woli człowieka. Natomiast mięśnie poprzecznie prążkowane, unerwione somatycznie, kurczą się zgodnie z wolą człowieka.
Tkanka poprzecznie prążkowana szkieletowa
Elementami strukturalnymi, z których zbudowany jest ten typ tkanki, są komórki wielojądrzaste, nazwane włóknami mięśniowymi. Włókno mięśniowe ma więc charakter syncytium, które powstało w wyniku zespolenia wielu komórek. Dlatego też w każdym włóknie występuje od kilkudziesięciu do kilkuset jąder, które są położone na obwodzie komórki, pod błoną sarkoplazmatyczną. Włókna mięśniowe mają kształt walcowaty, długość ich sięga od 1 do 5 cm, niekiedy zaś nawet do kilkunastu centymetrów.
Wnętrze włókna wypełniają prawie całkowicie włókienka kurczliwe (miofibryle). Biegną one równolegle do siebie, wzdłuż długiej osi włókna, najczęściej zebrane w pęczki, odizolowane skąpą ilością sarkoplazmy. Sarkoplazma zawiera czerwony barwnik - mioglobinę oraz znaczne ilości ziaren glikogenu. W komórkach tkanki mięśniowej znajdują się liczne mitochondria, słabo rozwinięty układ Golgiego, zlokalizowany w pobliżu jądra oraz siateczka środplazmatyczna gładka. Siateczka śródplazmatyczna występuje w bezpośrednim sąsiedztwie włókien kurczliwych, tworząc bardzo regularny i skomplikowany układ kanalików podłużnych i poprzecznych. Kanaliki podłużne są elementami sieci sarkoplazmatycznej i noszą nazwę sarkotubul. Sarkotubule rozszerzają się na obu końcach sarkomeru tworząc cysterny, które sąsiadują z poprzecznie leżącymi kanalikami utworzonymi w wyniku wypuklenia się sarkolemmy - są to tzw. kanaliki pośrednie T. Do kanalików T przylegają cysterny sąsiadujących kanalików siateczki śródplazmatycznej tworząc tzw. triady. Za pośrednictwem tego systemu kanalików odbywa się wymiana substancji między miofibrylami a środowiskiem zewnętrznym, przewodzenie bodźców skurczowych oraz transport jonów wapnia, niezbędnych do skurczu włókien mięśniowych.
Włókna mięśniowe dzieli się pod względem morfologicznym i czynnościowym na dwa podstawowe typy:
włókna typu I - wolnokurczące się (zwane też z ang. slow twitching "ST")
włókna typu II - szybkokurczące się (fast twitching "FT")
Włókna wolnokurczące zawierają wiele mitochondriów i duże stężenie mioglobiny (stąd zwane są też czerwonymi), co jest istotne, gdyż energię do skurczu czerpią z procesów tlenowych. Charakteryzują się one powolnym narastaniem siły skurczu i dużą wytrzymałością na zmęczenie.
Włókna szybkokurczące się (białe) zawierają mniejsze stężenie mioglobiny, kurczą się szybciej, ale są mniej wytrzymałe. Biorąc pod uwagę główne źródła energii z jakich korzystają, wyróżnia się wśród nich:
włókna typu IIA - glikolityczno-tlenowe, wykorzystujące energię wytworzoną w procesie glikolizy w cytoplazmie oraz w procesie fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach
włókna typu IIB - glikolityczne, korzystające głównie z energii wytworzonej podczas glikolizy - liczba mitochondriów jest w nich mniejsza.
Mięśnie człowieka zawierają oba rodzaje włókien, a ich wzajemny stosunek jest różny u różnych ludzi. U sportowców uprawiających dyscypliny siłowe przeważają włókna typu białego. Trening wytrzymałościowy powoduje zwiększenie potencjału tlenowego mięśni przez zwiększenie liczby naczyń kapilarnych w mięśniach.
Budowa włókienek kurczliwych - miofibryli jest bardzo złożona. Nie mają one jednorodnej struktury, lecz składają się z jaśniejszych i ciemniejszych odcinków, leżących na przemian. Jaśniejsze odcinki zbudowane są z substancji pojedynczo załamującej światło - są to tzw. prążki izotropowe I, prążki ciemniejsze izotropowe jak i anizotropowe leżą we wszystkich miofibrylach na długiej osi włókna mięśniowego, wskutek czego powstaje wrażenie poprzecznego prążkowania całego włókna.
Tkanka gładka
Działa niezależnie od woli i świadomości człowieka. Jest zdolna do ciągłego, lecz bardzo powolnego kurczenia się. Jest elementem budowy naczyń, ścian przewodu pokarmowego, ścian moczowodów, pęcherza moczowego, cewki moczowej, skóry.
Tkanka mięśnia sercowego
Występuje tylko w mięśniu sercowym i choć przypomina budową mięśnia szkieletowego, to wykorzystuje przede wszystkim procesy tlenowe i dzięki dobremu ukrwieniu jest zdolna do ciągłego wysiłku (okres odpoczynku tej tkanki to okres rozkurczu serca).
3.
Skurcz mięśnia - zmiana długości lub napięcia mięśnia, wywierająca siłę mechaniczną na miejsca przyczepu mięśnia lub wokół narządu otoczonego przez mięsień okrężny (np. mięsień okrężny ust). Poruszanie się organizmu możliwe jest dzięki synchronizowanemu skurczowi różnych grup mięśniowych.
W przypadku mięśni szkieletowych skurcz jest efektem potencjałów powstałych w mózgu w korze ruchowej. Skurcz mięśni gładkich oraz mięśnia sercowego odbywa się bez udziału woli, jednak niższe elementy ośrodkowego układu nerwowego wywierają znaczny wpływ na powstawanie i modyfikację siły skurczu.
Skurcze mięśni dzielimy na:
A.
izotoniczny - gdy zmienia się długość mięśnia przy stałym poziomie napięcia mięśniowego (wynikiem skurczu jest ruch)
izometryczny - wzrasta napięcie mięśnia przy stałej długości (wynikiem nie jest ruch ale utrzymanie części ciała w stałym położeniu np. odkręcanie mocno przykręconych śrub, stanie, trzymanie ciężarów); skurcz ten nazywany jest także skurczem izotermicznym, ze względu na utrzymanie ciepłoty ciała (dreszcze)
auksotoniczny - zmiana długości i napięcia mięśni (np. przy chodzeniu, bieganiu).
B. ze względu na częstotliwość docierających do mięśnia impulsów nerwowych.
tężcowy - jeżeli impulsy docierają w czasie krótszym niż zdąży nastąpić rozkurcz mięśnia np. skurcze mięśni żwaczy (szczękościsk), skurcz mięśni twarzy (uśmiech sardoniczny), napadowe skurcze tężcowe mięśni karku.
tężcowy niezupełny - jeżeli impulsy docierają do mięśnia w czasie dłuższym niż skurcz - kiedy mięsień zaczyna się już rozkurczać. Jest to fizjologiczny typ skurczu i takimi skurczami działają wszystkie mięśnie człowieka przez większość czasu.
tężcowy zupełny
pojedynczy - wywołany przez pojedynczy impuls nerwowy lub elektryczny, trwa od kilku do kilkudziesięciu milisekund. Po skurczu następuje rozkurcz mięśnia. Odstępy między impulsami są duże, większe niż czas trwania całego pojedynczego skurczu.
5.
Prawo „wszystko albo nic”: bodziec progowy jest bodźcem maksymalnym
Zgodnie z prawem „wszystko albo nic” reaguje:
pojedyncze włókno nerwowe
pojedyncze włókno mięśniowe
mięsień sercowy (w całości)
jednostka motoryczna
Prawo „wszystko albo nic” nie stosuje się do mięśni szkieletowych
Jednostka motoryczna - motoneuron + włókna mięśniowe, które ten motoneuron unerwia
6.
Zmęczenie mięśnia
Podczas intensywnego wysiłku fizycznego, w warunkach deficytu tlenowego w mięśniach kręgowców powstaje kwas mlekowy. Jest to związek silnie toksyczny powodujący wystąpienie objawów zmęczenia mięsni. Kwas mlekowy przenika do krwi, a następnie transportowany jest do wątroby. W wątrobie ulega przemianie w glukozę. Glukoza znów przez krew transportowana jest do mięśni gdzie jest wykorzystywana jako substrat oddechowy. Kiedy spada zapotrzebowanie na ten cukier, jest on zamieniany na glikogen w czasie glikogenogenezy (glikogenezy) .
Objawy zmęczenia mięśni:
- zmniejszenie zdolności mięśnia do przywracania pierwotnej długości, pojawienie się jego skłonności do powstawania tak zwanych przykurczy ( pozostawania w stania skurczonym)
- wydłużenie czasu skurczu i rozkurczu ( w tym refrakcji)
- przedłużanie okresu utajonego pobudzenia
- spadek siły skurczu mięśnia, ponieważ liczba kurczących się czyli pracujących włókien maleje
- zmniejszenie stopnia skrócenia mięśnia, czyli tzw. amplitudy skurczu
13.
WŁÓKNA BIAŁE zwane szybkokurczliwymi (FT) charakteryzują się małą zawartością mioglobiny, nielicznymi mitochondriami, małą aktywnością enzymów oddechowych, dużą aktywnością ATP-azy miozynowej i enzymów glikolitycznych. Szybko się kurczą i rozkurczają ale i szybko się męczą. Przewaga procentowa tych włókien jest charakterystyczna dla osobników o predyspozycjach szybkościowych. Praktycznie nie podlegają wytrenowaniu.
WŁÓKNA CZERWONE zwane wolnokurczliwymi (ST) są dokładnym przeciwieństwem tych powyższych. Charakteryzują się dużą zawartością mioglobiny i ilością mitochondriów, dużą aktywnością enzymów oddechowych, natomiast małą ATP-azy miozynowej i enzymów glikolitycznych. Skurcz i rozkurcz jest powolny, ale zdolne są do długotrwałej pracy, stąd też przewaga procentowa tych włókien jest charakterystyczna dla osób o predyspozycjach wytrzymałościowych. W przeciwieństwie do włókien FT podlegają zmianom pod wpływem treningu.
16.
Sarkomer - podstawowa jednostka czynnościowa mięśnia poprzecznie prążkowanego. Sarkomer jest podstawową jednostką kurczliwą (miofibryli). Pojedyncza komórka mięśni prążkowanych może zawierać do 100 000 sarkomerów.
Przyjmuje się, że sarkomer leży pomiędzy liniami Z, które regularnie powtarzają się w mięśniu. Linie te są w istocie cienkimi błonami oddzielającymi jedne sarkomery od drugich.
W obrębie sarkomeru można wyróżnić odcinki anizotropowe (prążek A) i izotropowe (prążek I) zależnie od zdolności do załamywania światła w mikroskopie polaryzacyjnym. Część środkowa wykazuje zdolności do podwójnego załamania światła (prążek A), a części końcowe są jednołomne (prążek I). Długość sarkomeru w rozluźnionym mięśniu kręgowca wynosi ok 2,5 mikrometra.
Sakromer jest w istocie złożonym kompleksem kilkunastu białek, które tworzą dwa podstawowe filamenty:
filamenty cienkie, składające się z aktyny, troponiny i tropomiozyny
Wzajemne oddziaływania między obu typami filamentów, pod wpływem jonów wapnia powodują skurcz sarkomerów i co za tym idzie również skurcz całych mięśni.
