Budowa i rola mięśni szkieletowych
1. BUDOWA:
Biorąc pod uwagę oraz właściwości fizjologiczne, u człowieka można wyróżnia się dwa rodzaje tkanki mięśniowej: tkankę gładką i poprzecznie prążkowaną..
Mięśnie szkieletowe poprzez ścięgna są przyłączone z kośćmi i mają zdolność kurczenia się , dzięki czemu umożliwiają ruchy kości, a co za tym idzie zmianę położenia części ciała lub całego organizmu.
Komórki mają wrzecionowaty lub cylindryczny kształt. Jednostkę strukturalną mięśnia szkieletowego stanowi włókno mięśniowe. Powstawanie włókna mięśniowego ( mięśnia poprzecznie prążkowanego) jest związane ze specyficznym procesem, który zachodzi podczas życia płodowego. Najpierw komórki macierzyste układają się w długie szeregi, a następnie zanikają występujące pomiędzy nimi i oddzielające je błony komórkowe. Powstałe w ten sposób włókno mięśniowe wykazuje charakterystyczne prążkowanie, będące efektem uporządkowanej organizacji aparatu kurczowego. Pojedyncze włókno mięśnia szkieletowego jest zbudowane z wielu drobnych, podłużnych, równolegle ułożonych, kurczliwych włókienek mięśniowych, zwanych miofibrylami. Stanowią one aparat kurczowy mięśni. Miofibryle składają się z jeszcze mniejszych jednostek, zwanych miofilamentami. Grubsze miofilamenty są zbudowane z białka miozyny, natomiast cieńsze z aktyny. Miofilamenty miozowe i aktynowe są ułożone wzdłuż włókien mięśniowych na przemian. Regularny układ zachodzących na siebie miofilamentów daje charakterystyczny efekt prążkowania. Warstwy aktynowych i miozynowych miofilamentów tworzą sarkometr.
Mięśnie ciała ludzkiego można podzielić na typu według różnych kryteriów , np. ich kształtu i rodzaju przyczepów. Ze względu na kształt mięśnie dzielą się na: długie, krótkie, szerokie i okrężne. Mięśnie długie (wydłużone) znajdują się przede wszystkim w kończynach i umożliwiają wykonywanie szybkich ruchów o dużym zakresie. Mięśnie szerokie są spłaszczone, dość cienkie. Wyściełają od wewnątrz i wzmacniają ściany dwóch wielkich jam ciała: klatki piersiowej i jamy brzusznej. Mięśnie krótkie są małe i różnokształtne. Znajdują się wokół kręgosłupa. Zakres ich ruchów jest niewielki, ale siła duża. Do mięśni okrężnych należą m.in. mięsień okrężny oka (zamyka szparę powiek, chroni gałkę oczną) i mięsień okrężny ust.
Ze względu na rodzaj przyczepu wyróżnia się m.in.: mięśnie o zakończeniach rozdwojonych lub potrójnych ( na wysokości ścięgien), mięśnie z wieloma przyczepami, mięśnie o ścięgnie środkowym w kształcie pióra.
Wszystkie ruchy ciała są wynikiem skurczów mięśni działających na układ dźwigni, utworzony przez kości i stawy. Mięśnie wywołują ruch określonej części ciała za pośrednictwem ścięgna, który łączy mięsień z kością. Końce mięśnia są przyczepione do dwóch różnych kości. Skurcz mięśnia przyciąga lub oddala te dwie kości, natomiast stawowe połączenie między nimi działa jak dźwignia.
Mięśnie mogą jedynie ciągnąć, nie mogą pchać. Działają wobec siebie przeciwstawnie (antagonistycznie). Na przykład mięsień dwugłowy ramienia - zginacz, kurcząc się, pozwala na zgięcie ręki, podczas gdy jego antagonista - prostownik, kurczy się, umożliwia ponowne jej wyprostowanie. W czasie gdy pierwszy z nich kurczy się, drugi pozostaje w spoczynku. Na ogół ruchy ciała są wywoływane przez grupy współpracujących ze sobą mięśni, w związku z czym w wykonywaniu jednej czynności może brać udział wiele przeciwstawnych mięśni. Współzależnie funkcjonowanie mięśni antagonistycznych jest regulowane przez układ nerwowy - pozwala to uzyskać harmonijny ruch w stawie.
W zależności od położenia mięśnie dzieli się na: mięśnie głowy, szyi, grzbietu, klatki piersiowej, brzucha, obręczy i kończyn.
2 . FUNKCJE MIĘŚNI SZKIELETOWYCH
Ruch ciała człowieka, podobnie jak i wiele jego podstawowych funkcji życiowych, są związane z funkcjonowaniem mięśni o różnym kształcie i różnych rozmiarach. Pobudzenie mięśni szkieletowych zachodzi za pośrednictwem nerwów ruchowych, które przenoszą impulsy nerwowe z ośrodkowego układu nerwowego. Neuron ruchowy przed wejściem do mięśnia dzieli się na większą liczbę rozgałęzień wnikających do poszczególnych włókien mięśniowych.
Grupę włókien mięśniowych, które unerwia jeden neuron, nazywa się jednostką ruchową. Liczba włókien mięśniowych wchodzących w skład jednostki ruchowej zależy od funkcji, jaką pełni mięsień. W mięśniach odpowiedzialnych za czynności długotrwałe, mało precyzyjne, w skład jednostki ruchowej wchodzi od 100 do 450 włókien mięśniowych, a czasami nawet więcej ( około 1000 w mięśniu dwugłowym ramienia). Odwrotnie jest w mięśniach odpowiedzialnych za czynności precyzyjne oraz kurczących się szybko np. w mięśniach palców - w skład jednostki ruchowej wchodzi zaledwie kilka włókien mięśniowych. Bodźce powodujące napięcie mięśni gładkich w większości pochodzą z samych mięśni i powstają samoistnie, bez udziału nerwów.
Jak wcześniej wspomniano, włókna mięśniowe zbudowane są z mniejszych jednostek - miofilamentow. Miofilamenty zbudowane są z dwóch białek: aktyny i miozyny. Z miofilamentow miozyny wychodzą pary zaokrąglonych wypustek. Każda para to główki pojedynczej cząsteczki miozyny. Tworzą one uporządkowane połączenie tzw. mostek poprzeczny. Mostki poprzeczne stanowią główna część mechanizmu skurczu mięśnia. Mięśnie gładkie kurczą się na takiej samej zasadzie jak mięśnie poprzecznie prążkowane.
Istota skurczu polega na tym, iż główka miozyny wiąże się z nicią aktyny, po czym następuje jej „skręcenie”. W konsekwencji skręcona główka miozyny pociąga nić aktyny w kierunku środka sarkometru, który ulega skręceniu. Następuje więc wciąganie cienkich nitek aktyny pomiędzy grube nitki miozyny. Ani nitki miozyny, ani nitki aktyny nie zmieniają przy tym swojej długości- „wślizgują się” jedynie pomiędzy siebie, wskutek czego dochodzi do skrócenia sarkometru. Ten mechanizm można porównać do koła zębatego przeciągającego jedną grupę nitek po drugiej, role ząbków w tym procesie odgrywają mostki poprzeczne. Energia umożliwiająca ruch mostków pochodzi z rozpadu ATP. W prawidłowych warunkach skurcze skracają sarkometr o jedną piątą długości, a nawet więcej. Wiązania poprzeczne tworzą i przerywają połączenia z miofilamentami aktyny w powtarzających się cyklach. Powtarzają tę akcję jak zespół pracujący ręka w rękę i ciągnący linę, dopóki skurcz nie zostanie zakończony. Im wiecej wiązań poprzecznych, tym silniejszy jest skurcz. Gdy mięsień jest nadmiernie rozciągnięty, kontakt pomiędzy grubymi i cienkimi miofilamentami jest zbyt mały lub nie ma go wcale. W takiej sytuacji nie może powstać wystarczająca do wytworzenia napięcia mięśniowego liczba wiązań poprzecznych. Z drugiej strony, gdy skrócenie mięśnia jest nadmierne, cienkie miofilamenty po każdej stronie sarkometru zaczynają zachodzić na siebie, zakłócając proces tworzenia wiązań poprzecznych. Z tego powodu każdy mięsień ma swoją własną, specyficzna długość, przy której skurcz jest najbardziej efektywny.
Szczegółowo kolejne etapy skurczu mięśnia szkieletowego można przedstawić następująco:
1. Impuls nerwowy z ośrodkowego układu nerwowego dociera za pośrednictwem włókna nerwu (neuronu) ruchowego do jego zakończenia zlokalizowanego w pobliżu błony włókna mięśniowego. W tym miejscu neuron uwalnia chemiczną substancję przekaźnikowa - acetylocholinę.
2. Acetylocholina wywołuje fale aktywności elektrycznej, która rozchodzi się wzdłuż włókna mięśniowego.
3. Zjawisko to powoduje uwolnienie z siateczki śródplazmatycznej (zwanej w mięśniach sarkoplazmatyczną) jonów wapnia, które rozprzestrzeniają się w obrębie miofibryli i zapoczątkowują mechaniczny proces skurczu.
4. Jony wapnia kontaktują się z kurczliwymi białkami włókna mięśniowego, aktyną i miozyną, oraz z dwoma innymi białkami, które wchodzą w skład miofilamentu aktynowego.
5. Główka miozyny „wychwytuje” cząsteczkę ATP i rozkłada ją - powstaje ADP i fosforan nieorganiczny oraz energia, która zostaje zużytkowana na wytworzenie połączenia z aktyną i obrót (skręt) główki miozyny o około 45o. Ten skręt jest właśnie siła napędową, która wciąga cienkie miofilamenty aktyny pomiędzy grube miofilamenty miozyny.
6. Główka miozyny „chwyta” kolejną cząsteczkę ATP i następuje zwolnienie połączenia z aktyną. Zaopatrzona w nową porcję energii główka miozyny odbudowuje mostek poprzeczny i cały proces powtarza się. Dzięki temu jest umożliwione przesunięcie miofilamentu cienkiego względem grubego w skali całego sarkometru. Prowadzi to do skrócenia sarkometru.