Fizjologia mięśni i miomechanika
Studia / Medycyna / Fizjologia mięśni i miomechanika
FIZJOLOGIA MIĘŚNI I MIOMECHANIKA
Miomechanika bada czynności mięśni jak całości, ich siłę, wielkość, ruch, współzależność między działaniem mięśni a stanem biernym elementów narządu ruchu, jakim są dźwignie kostne i wiele innych zjawisk.
Mięsnie zbudowane są z setek tysięcy cienkich włókien, które kurczą się i 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 pokonaniem dość znacznego oporu. Ruch ciała wywołany jest skurczeniem nie tylko jednego mięśnia, lecz skoordynowaną czynnością szeregu mięsni.
W zależności od rodzaju wykonywanych czynności w realizacji danego ruchu wyróżniamy mięśnie:
1) Synergistyczne- są to mięsnie, które biorą udział w wykonywaniu określonego ruchy, np. zgięcie w stawie
2) Antagonistyczne- są to mięsnie, które przeciwstawiają się wykonywaniu określonego ruchu, np. prostowanie w stawie
3) Stabilizatory- mięśnie, które nie biorą bezpośredniego udziału w ruchu
Podsumowując może my powiedzieć, że każdy ruch zachodzi pod wpływem działanie synergistów przy współudziale antagonistów i stabilizatorów.
Zmiana 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 mięsni, wobec których zjawiska ruchome możemy podzielić na:
1) ruch prosty:, np. zgięcie palca w stawie międzypaliczkowym
2) ruch złożony, w którym biorą udział liczne mięsnie, stawy i kości, np. przełożenie książki z półki na półkę.
3) zestrój ruchowy, czyli chód serią automatycznie powtarzających się ruchów złożonych
Tkanka mięśniowa stanowi około 40% masy ciała ludzkiego. Podczas pracy mięśni przemiana materii ulega kilkunastokrotnemu zwiększeniu, a przepływ krwi przez mięsnie zwiększa się kilkadziesiąt razy. Praca mięsni pozostaje zatem w ścisłym związku z czynnością układu sercowo- naczyniowego, układu oddechowego, nerwowego, jak i gruczołów wydzielania wewnętrznego. Mięsnie zbudowane są z komórek, czyli włókien mięśniowych, które ze względu na ich budowę i właściwości fizjologiczne możemy podzielić na:
· Mięsnie poprzecznie prążkowane, podlegają naszej woli, ich czynności kontrolowane są przez ośrodkowy układ nerwowy. Głównym zadaniem mięsni szkieletowych jest umożliwienie organizmowi wykonywania odpowiednich szybkich ruchów w pożądanym dla niego kierunku.
· Mięsień sercowy zbudowany jest z mięsni poprzecznie prążkowanych, stanowi jednak wyjątek, ponieważ nie jest zależny od naszej woli.
· Mięsnie gładkie- czynności tych mięsni nie podlegają naszej woli. Zmiany napięcia w mięśniach gładkich przebiegają wolno, a same mięśnie praktycznie nie ulegają zmęczeniu. Nagły i trwały skurcz tych mięśni jest bardzo bolesny. Tkanka mięśniowa gładka występuje w narządach wewnętrznych, np. żołądku, jelitach, oskrzelach, naczyniach krwionośnych, wewnętrznych narządach płciowych itp.
Zasadniczą cechą czynnościową mięsni jest zdolność reagowania na działanie bodźca.
W zjawiskach mechanicznych towarzyszących czynnościom mięsni biorą udział sam mięsień i jego część elastyczna, czyli ścięgna. W wyniku działania takiego układu możemy wyróżnić trzy rodzaje skurczów mięśniowych:
1) Izotoniczny, gdy miesień ulega skróceniu, a jego napięcie w zasadzie nie ulega zmianie. Stopień napięcia mięśnia określa przyłożony ciężar.
2) Izometryczny, gdy zmianie ulega napięcie mięśnia przy niezmiennej jego długości.
3) Auksotoniczny, gdy mięsień wykonuje zarówno skurcz izotoniczny jak i izometryczny. Ten rodzaj skurczów występuje w ustroju najczęściej.
Reakcja mięśnia na bodziec może przyjmować różne formy, które określa się jako pracę:
1) mięsień kurcząc się wykonuje pracę mechaniczną, przy czym energia chemiczna zmienia się w części na energię mechaniczną, a mięsień wykonuje tzw. pracę dodatnio- dynamiczną.
2) pod wpływem działania siły zewnętrznej miesień ulega rozciąganiu, wykonując pracę hamowania, czyli ujemnie dynamiczną, a cała wówczas wyzwolona energia zmienia się w ciepło.
3) miesień nie zmienia swojej długości, zwiększ za to swoje napięcie. Wykonuje pracę statyczną i nie wykonuje zewnętrznej pracy mechanicznej, a energia chemiczna ulega zmianie w ciepło
W warunkach fizjologicznych zjawiska chemiczne towarzyszące czynności mięśni opisywane, są przez takie parametry jak:
· Siła skurczy, zależy przede wszystkich od liczby kurczących się włókien mięśniowych, mięśniowych ta z kolei zależy od siły bodźca
· Maksymalne siły mięsni- oznacza największe napięcie, jakie mięsień może osiągnąć
· Maksymalny skurcz mięśnia- oznacza największe skrócenie długości mięśnia
· O wysokości podniesienia- długość z jaką skraca się mięsień podczas skurczy
ŹRÓDŁO ENERGII MIĘSNIA I PROCESY BIOCHEMICZNE ZACHODZĄCE W MIĘŚNIACH
Dla mięśnia podstawowego 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 mechaniczną i cieplną. Energia mechaniczna, z której może korzystać komórka mięśniowa w celu wykonywania określonej pracy powstaje w toku procesów biochemicznych powstających w związku z utlenianiem substancji pokarmowych. W obecności tlenu powstały w toku glikozy kwas pirogronowy ulega spaleniu na dwutlenek węgla i wodę. Przy braku tlenu proces glikolityczny zatrzymuje się na etapie powstawania kwasu pirogronowego, który ulega redukcji na kwas mlekowy. Im więcej zewnętrznej i wewnętrznej pracy wykonują mięsnie, tym więcej pobierają nośników energii (węglowodany i tłuszcze). Zapasy glikogenu zgromadzone w tkance mięśniowej ulegają stopniowemu wyczerpaniu, a na ich miejscu 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 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 znaczna ilości adrenaliny, która działa rozszerzająco na naczynia w mięśniach pracujących oraz wzmaga metabolizm w tkance mięśniowej.
§ Trzecim składnikiem 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 mięsnie, dzięki czemu możliwe jest optymalne wykorzystanie pracy mięśnia. W ścisłym związku ze wzrostem przepływu krwi przez mięsnie 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 naczynia krwionośny, przyspieszając i zwiększając przepływu krwi w kierunku serca.
zoot09lbl