Fizjologia - wyklad 4 - Fizjologia miesni i miomechanika

Fizjologia mięśni i miomechanika.

Miomechanika.

Miomechanika bada czynności mięśni jako całości, ich siłę, wielkość ruchu, współzależność między działaniem mięśni, a stanem biernym elementów narządu ruchu, jakimi są dźwignie kostne i wiele innych zjawisk.

Mięśnie, zbudowane z setek tysięcy cienkich włókienek, które kurcząc się poruszają dźwignie kostne, do których są przyczepione ścięgnami. Każdy ruch powstający w następstwie pobudzenia mięśnia jest wynikiem zwiększenia jego napięcia, z wyrównawczym skróceniem jego długości zbliżeniem przyczepu mięśnia często z pokonywaniem dość znacznego oporu. Ruch ciała jest wywołany skurczem nie tylko jednego mięśnia, lecz skoordynowanej czynności szeregu mięśni.

W zależności od rodzaju wykonywanych czynności w realizacji danego ruchu rozróżniamy mięśnie:

1. Synergistyczne są to mięśnie, które biorą bezpośredni udział w wykonywaniu określonego ruchu. (np. zgięcie w stawie)

2. Antagonistyczne są to mięśnie, które przeciwstawiają się wykonywaniu określonego ruchu. (np. prostowanie w stawie)

3. Stabilizatory są to mięśnie, nie biorące bezpośredniego udziału w ruchu.

Podsumowując możemy powiedzieć, że każdy ruch zachodzi pod wpływem działania synergistów przy współdziałaniu antagonistów i stabilizatorów.

Zmiany pozycji ciała i wszystkie czynności pracy zewnętrznej wykonywane są przez układ ruchu składający się z kurczliwej tkanki mięśniowej połączonej z poszczególnymi ogniwami rusztowania kostnego. Ruchy poszczególnych części szkieletu oraz całego ciała względem otoczenia są wynikiem czynności mięśni.

Zjawiska ruchowe można podzielić na trzy grupy:

1. Ruch prosty, np. zgięcie palca w stawie międzypaliczkowym.

2. Ruch złożony, w którym biorą udział liczne mięśnie, stawy i kości, np. przełożenie książki z półki na półkę.

3. Zestrój ruchowy, np. chód będący serią automatycznie powtarzających się ruchów złożonych.

Fizjologia mięśni szkieletowych:

Tkanka mięśniowa stanowi około 40 % masy ciała ludzkiego. Podczas pracy mięśni, przemiana materii ulega kilkunastokrotnemu zwiększeniu, a przepływ krwi przez mięśnie zwiększa się kilkadziesiąt razy. Praca mięśni pozostaje zatem w ścisłym związku z czynnością układu sercowo-naczyniowego, układu oddechowego, nerwowego, jak i z układem gruczołów wydzielania wewnętrznego.

Mięśnie są zbudowane z komórek czyli włókien mięśniowych.

Ze względu na ich budowę i właściwości fizjologiczne wyróżniamy:

1. mięśnie poprzecznie prążkowane, podlegające naszej woli, czyli czynność mięśni szkieletowych jest kontrolowana przez ośrodkowy układ nerwowy. Głównym zadaniem mięśni szkieletowych jest umożliwienie organizmowi wykonywania odpowiednich szybkich ruchów w pożądanym dlań kierunku.

2. mięsień sercowy, również zbudowany jest z mięśni poprzecznie prążkowanych, stanowi jednakże wyjątek, gdyż jest niezależny od naszej woli,

3. mięśnie gładkie, czynność tych mięsni nie podlega naszej woli. Zmiany napięcia w mięśniach gładkich przebiegają wolno, a same mięśnie praktycznie nie ulegają zmęczeniu. Nagły i trwały skurcz jest bardzo bolesny.

Tkanka mięśniowa gładka występuje w narządach wewnętrznych, np. w żołądku, w jelitach, oskrzelach, naczyniach krwionośnych, moczowodach, wewnętrznych narządach płciowych

Zasadniczą cechą czynnościową mięśni jest ich zdolność reagowania skurczem na działanie bodźca.

Zjawiska mechaniczne towarzyszące czynności mięśni:

W zjawiskach mechanicznych towarzyszących czynności mięśni biorą udział: sam mięsień i część elastyczna, czyli ścięgna.

W wyniku działania takiego układu można wyróżnić 3 rodzaje skurczów mięśni:

1. skurcz izotoniczny, gdy mięsień ulega skróceniu, a jego napięcie w zasadzie nie ulega zmianie. Stopień napięcia mięśnia określa przyłożony ciężar.

b) skurcz izometryczny, gdy zmianie ulega napięcie mięśnia przy niezmienionej jego długości,

2. skurcz auksotoniczny, gdy mięsień wykonuje zarówno skurcz izotoniczny, jak też izometryczny. Ten rodzaj skurczów występuje w ustroju najczęściej.

Reakcja mięśni na bodziec może przyjmować różne formy, które określa się jako pracę:

1. Mięsień kurcząc się, wykonuje pracę mechaniczną, przy czym energia chemiczna zamienia się w części na energię mechaniczną, a mięsień wykonuje tzw. pracę dodatnio dynamiczną.

2. Pod wpływem działania siły zewnętrznej mięsień ulega rozciąganiu, wykonując pracę hamowania, czyli ujemnie dynamiczną, a cała wówczas wyzwolona energia zmienia się w ciepło.

3. Mięsień nie zmienia swojej długości, zwiększa swoje napięcie, wykonuje pracę statyczną i nie wykonuje zewnętrznej pracy mechanicznej, a energia chemiczna ulega zmianie na ciepło.

W warunkach fizjologicznych zjawiska mechaniczne towarzyszące czynności mięśni opisywane są przez takie parametr jak:

Siła skurczu zależy przede wszystkim od liczby kurczących się włókien mięśniowych, a to z kolei zależy od siły bodźca.

Maksymalna siła mięśnia oznacza największe napięcie, jakie mięsień może osiągnąć.

Maksymalny skurcz mięśnia, oznacza największe skrócenie długości mięśnia.

Wysokością podniesienia jest to długość, o jaką skraca się mięsień podczas skurczu

Źródło energii mięśnia i procesy biochemiczne w mięśniu:

Dla mięśnia podstawowe źródło energii stanowią takie składniki pokarmu jak węglowodany, a po ich wyczerpaniu tłuszcze. Zgodnie z prawem zachowania energii, energia chemiczna zawarta w mięśniach ulega zamianie na energię mechaniczną i cieplną.

Energia mechaniczna, z której może korzystać komórka mięśniowa w celu wykonania określonej pracy, powstaje w toku procesów biochemicznych, pozostających w związku z utlenieniem substancji pokarmowych.

W obecności tlenu powstały w toku glikolizy kwas pirogronowy ulega spaleniu na dwutlenek węgla i wodę. Przy braku tlenu proces g1ikolityczny zatrzymuje się na etapie powstania kwasu pirogronowego, który ulega redukcji na kwas mlekowy.

CH₃ · CO · COOH + NADH₂ _ CH₃ · CH · OH · COOH + NAD

kwas pirogronowy kwas mlekowy

Im więcej zewnętrznej i wewnętrznej pracy wykonują mięśnie, tym więcej pobierają nośników energii (węglowodanów i tłuszczów). Zapasy glikogenu zgromadzone w tkance mięśniowej ulegają stopniowemu wyczerpaniu, a w ich miejsce gromadzi się kwas mlekowy, który przenika następnie do krwi. Narastanie stężenia kwasu mlekowego zmienia środowisko wewnętrzne w kierunku zakwaszenia aż do całkowitego zahamowania procesów biochemicznych i pojawienia się uczucia bólu i zmęczenia.

W przemianie tlenowej w mięśniu energia chemiczna zostaje zamieniona w dynamiczną w 44 %, a pozostałe 56% przechodzi w energię cieplną - (wydajność 44 %).

W przemianie beztlenowej w mięśniu energia chemiczna zostaje zamieniona w dynamiczną w 29% a pozostałe 71% zostaje stracona w formie ciepła.

Przepływ krwi przez mięśnie szkieletowe

Przepływ krwi przez mięśnie podlega złożonym mechanizmom kontrolnym, które można podzielić na trzy rodzaje.

Pierwszy to umiejscowiony w mięśniach mechanizm samoregulujący. Jego działanie polega na tym, że wraz z rozpoczęciem pracy mięśni występuje miejscowe obniżenie napięcia ścian naczyń krwionośnych i rozszerzenie arterioli, co umożliwia doprowadzenie odpowiedniej ilości tlenu do komórek mięśniowych zanim wystąpi gromadzenie się w nich produktów wzmożonej przemiany materii.

Drugim czynnikiem regulującym przepływ krwi przez mięśnie, jest unerwienie sympatyczne ścian naczyń krwionośnych, zarówno przez włókna sympatyczne zwężające i rozszerzające. Podczas ciężkiej pracy mięśniowej rdzeń nadnerczy wydziela do krwi znaczne ilości adrenaliny, która działa rozszerzająco na naczynia w mięśniach pracujących oraz wzmaga metabolizm w tkance mięśniowej.

Trzeci czynnikiem są mechanizmy odruchowo-nerwowe, które powodują zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi podczas pracy mięśni.

Współpraca tych trzech mechanizmów pozwala na zwiększenie przepływu krwi bogatej w tlen przez pracujące mięśnie dzięki czemu możliwe jest optymalne wykorzystanie pracy mięśnia.

W ścisłym związku ze wzrostem przepływu krwi przez mięśnie pozostaje objętość minutowa serca. Zależnie od liczby pracujących mięśni i ciężkiej pracy objętość minutowa serca może zwiększyć się 3- 4 krotnie.

Do najważniejszych czynników wpływających na wzrost objętości minutowej serca zaliczamy:

1. Rytmiczne skurcze i rozkurcze mięśni - uciskają one na naczynia krwionośne, przyśpieszając i zwiększając przepływ krwi w kierunku serca.

2. Pobudzenie ośrodków sympatycznych w mózgowiu, które powodują uruchomienie krwi z tzw. zbiorników, zwiększając dopływ krwi do przedsionka prawego serca.

3. Rozszerzenie naczyń żylnych w mięśniach, dzięki czemu wzmożony przez nie przepływ powoduje zwiększenie ciśnienia żylnego w prawym przedsionku, które z kolei zwiększa objętość wyrzutową i minutową serca.

Tabela nr 1 przedstawia ilości: zużycia tlenu, wydatku energetycznego i częstości skurczów serca w zależności od rodzaju wykonywanej pracy:

Praca	Zużycie tlenu w l/min.	Wydatek energii w Kcal/min.	Częstość skurczów serca na min. podczas pracy
lekka	0,5- 1,0	2,5- 5,0	60- 100
średnia	1,0- 1,5	5,0- 7,5	100- 125
ciężka	1,5 - 2,0	7,5- 10,0	125- 150
bardzo ciężka	2,0- 2,5	10,0- 12,5	150- 175

Zmęczenie mięśni:

Zmęczenie (z punktu widzenia fizjologicznego) jest to odwracalne zmniejszenie się zdolności funkcjonowania narządu lub całego organizmu, spowodowane pracą.

Zmęczeniem mięśnia nazywamy przemijającą utratę jego zdolności do prawidłowego reagowania i wykonywania pracy, występujące po dłuższym lub krótszym jej trwaniu.

Czas występowania zmęczenia oraz jego przejawy zależą od:

• sił witalnych człowieka,

• rodzaju odbieranych bodźców,

• wielkości obciążenia mięśnia

• dostarczonej ilości tlenu potrzebnego do przemiany energii.

Dopóki intensywność pracy nie przekroczy pewnej granicy, mięsień pracuje w fazie ustabilizowanej, w której praca pozornie może być utrzymywana nieograniczenie długo na tym samym poziomie. Jeżeli jednak granica ta zostanie przekroczona, następuje stopniowy spadek pobudliwości mięśnia, zmniejszenie wydajności i wreszcie bezwład, czyli całkowite ustanie czynności. Zmiany te rozwijają się na tle złożonego zespołu, zmian fizyko-chemicznych powstających podczas pracy. Bezpośrednim następstwem zmęczenia jest spadek siły absolutnej mięśnia. Siła spada równolegle do redukcji włókien mięśniowych zdolnych do reagowania skurczem. Zmęczenie uwidacznia się przede wszystkim w przedłużeniu czasu trwania skurczu, przedłużeniu okresów pobudzenia utajonego i refrakcji. Wskutek gromadzenia się produktu przemiany materii, które nie mogą być na czas usunięte, występuje pewne obrzmienie mięśnia, połączone ze wzrostem jego napięcia i skrócenia (pozostaje w przykurczu), odczuwamy wtedy narastanie bólu. Jedyną reakcją umożliwiającą ograniczenie tego bólu jest przerwa w pracy.

Przerwa w pracy (wypoczynek) przywraca wyjściowy stan gotowości czynnościowej mięśnia, poprzez usunięcie nagromadzonych przejściowych produktów przemiany materii a jej czas trwania jest wprost proporcjonalny do każdorazowego zmęczenia.

Systematycznie powtarzająca się codzienna praca fizyczna prowadzi do usprawnienia czynności mięśni. Wzrasta w nich zdolność do pracy przy znaczniejszym obciążeniu i dłuższym jej trwaniu, bez oznak wyraźnego zmęczenia. Mechanizm wydolności mięśni wzrasta.

4

---