Под редакцией доктора Джанфранко Де Анжелиса
«Обидно видеть, как инструкторы и личные тренеры в спортзалах дают« эмпирические »объяснения по различным темам: мышечная масса (гипертрофия), увеличение силы, выносливость и т. Д., Даже не имея грубых знаний о гистологической структуре и физиологии мышц. .
Немногие обладают лишь более или менее глубокими познаниями в макроскопической анатомии, как если бы этого было достаточно знать, где находится двуглавая или грудная клетка, игнорируя гистологическую структуру и тем более биохимию и физиологию мышц. Сделайте краткое и простое обсуждение предмета, доступного даже неспециалистам биологических наук.
Гистологическое строение
Мышечная ткань отличается от других тканей (нервной, костной, соединительной) благодаря очевидной характеристике: сократимость, то есть мышечная ткань способна сокращаться или сокращать свою длину. Прежде чем увидеть, как он укорачивается и для каких механизмов, давайте поговорим о его устройстве. У нас есть три типа мышечной ткани, различающиеся как гистологически, так и функционально: скелетно-полосатая мышечная ткань, гладкая мышечная ткань и ткань сердечной мышцы. Основное функциональное различие между первым и двумя другими заключается в том, что в то время как первый управляется волей, два других не зависят от воли. Первый - это мышцы, которые двигают кости, мышцы, которые мы тренируем со штангами, гантелями и тренажерами. Второй тип представлен мускулами внутренних органов, такими как мышцы живота, кишечника и т. Д., Которые, как мы видим каждый день, не контролируются волей.Третий тип - сердечный: сердце также состоит из мускулов, фактически оно способно сокращаться; в частности, сердечная мышца тоже поперечно-полосатая, поэтому похожа на скелетную, однако, с важным отличием, ее ритмическое сокращение не зависит от воли.
Скелетно-поперечно-полосатая мышца отвечает за произвольную двигательную активность, следовательно, за занятия спортом. Поперечно-полосатая мышца состоит из клеток, как и все другие структуры и системы организма; клетка - это наименьшая единица, способная к автономной жизни. В человеческом организме есть миллиарды клеток, и почти все они имеют центральную часть, называемую ядром. окружен студенистым веществом, называемым цитоплазмой. Клетки, составляющие мышцу, называются мышечными волокнами: они представляют собой удлиненные элементы, расположенные продольно оси мышцы и собранные в группы. У поперечнополосатых мышечных волокон три основных характеристики:
- Он очень большой, длина может достигать нескольких сантиметров, диаметр - 10-100 микрон (1 микрон = 1/1000 мм.) Остальные клетки организма, за некоторыми исключениями, имеют микроскопические размеры.
- Он имеет множество ядер (почти все клетки имеют только одно) и поэтому называется «полиядерный синцитий».
- Он поперечно-исчерченный, то есть представляет собой чередование темных и светлых полос. Мышечное волокно имеет удлиненные образования в цитоплазме, расположенные продольно по отношению к оси волокна и, следовательно, также к оси мышцы, называемые миофибриллами, мы можем рассматривать их как удлиненные тяжи, расположенные внутри клетки, или полосок всего волокна.
Давайте возьмем миофибриллу и изучим ее: у нее есть темные полосы, называемые полосами А, и светлые полосы, называемые I, в середине полосы I c "темная линия, называемая линией Z. Пространство между одной линией Z и другой называется саркомер, который представляет собой сократительный элемент и наименьшую функциональную единицу мышцы; на практике волокно укорачивается, потому что укорачиваются его саркомеры.
Теперь посмотрим, как устроена миофибрилла, то есть ультраструктура мышцы. Он состоит из нитей, некоторые из которых большие, называемые миозиновыми нитями, другие тонкие, называемые актиновыми нитями. Большие соединяются вместе с тонкими так, что полоса А образована большой нитью (поэтому она темнее), полоса I вместо этого образована той частью тонкой нити, которая не прилипает к тяжелой нити (образованная тонкой нитью, она легче).
Механизм сжатия
Теперь, когда мы знаем гистологическую структуру и ультраструктуру, мы можем намекнуть на механизм сокращения. При сжатии легкие нити текут между тяжелыми нитями, так что полосы I уменьшаются в длине; таким образом, длина саркомера также уменьшается, то есть расстояние между одной полосой Z и другой: поэтому сокращение происходит не потому, что филаменты укорачиваются, а потому, что они уменьшили длину саркомера за счет скольжения. длина миофибрилл, следовательно, так как миофибриллы составляют волокно, длина волокна уменьшается, следовательно, мышца, состоящая из волокон, укорачивается. Очевидно, что для движения этих волокон необходима энергия, которая дается веществом: АТФ ( аденозинтрифосфат), который составляет энергетическую валюту организма. АТФ образуется в результате окисления пищи: энергия, которую получает пища, передается АТФ, который затем передает ее нитям, чтобы заставить их течь. , ион Са ++ (кальций). Мышечная клетка удерживает большие запасы его внутри и делает его доступным для саркомера, когда должно произойти сокращение.
Сокращение мышц с макроскопической точки зрения
Мы видели, что сократительным элементом является саркомер, давайте теперь исследуем всю мышцу и изучим ее с физиологической точки зрения, но макроскопически. Чтобы мышца сокращалась, должен прийти электрический стимул: этот стимул исходит от мотора. нерв, начинающийся от спинного мозга (как это происходит в естественных условиях); или он может исходить от резецированного и электрически стимулированного двигательного нерва, или путем прямой электрической стимуляции мышцы; в этот момент мы стимулируем его электрически; мышца сократится, то есть укорачивается при поднятии веса; это сокращение называется изотоническим сжатием. С другой стороны, если мы привяжем мышцу обоими концами к двум жестким опорам, при стимуляции мышца будет увеличиваться в напряжении без укорачивания: это называется изометрическим сокращением. На практике, если мы оторвем штангу от земли и поднимем ее, это будет изотоническое сокращение; если мы нагружаем его очень тяжелым весом и, пытаясь поднять его, поэтому, максимально сокращая мышцы, мы не перемещаем его, это будет называться изометрическим сокращением. При изотоническом сокращении мы выполняем механическую работу (работа = сила x смещение); при изометрическом сжатии механическая работа равна нулю, так как: работа = сила x смещение = 0, смещение = 0, работа = сила x 0 = 0
Если мы стимулируем мышцу с очень высокой частотой (то есть множеством импульсов в секунду), она разовьет очень высокую силу и будет оставаться максимально сжатой: считается, что мышца в этом состоянии находится в состоянии столбняка, поэтому столбнячное сокращение означает максимальное и непрерывное сокращение. Мышца по желанию может сокращаться немного или сильно; это возможно благодаря двум механизмам: 1) когда мышца немного не сокращается, сокращаются только некоторые волокна; увеличивая интенсивность сокращения, добавляются другие волокна.2) Волокно может сокращаться с меньшей или большей силой в зависимости от частоты разряда, то есть количества электрических импульсов, которые достигают мышц в единицу времени. Модулируя эти две переменные, центральная нервная система контролирует, насколько сильно должна сокращаться мышца. Когда он командует сильным сокращением, почти все волокна мышцы не только укорачиваются, но и все сокращаются с большой силой: когда он командует слабым сокращением, только несколько волокон укорачиваются с меньшей силой.
Давайте теперь обратимся к другому важному аспекту физиологии мышц: мышечному тонусу. Мышечный тонус можно определить как непрерывное состояние легкого сокращения мышц, которое происходит независимо от воли. Какой фактор вызывает это состояние сжатия? До рождения мышцы имеют ту же длину, что и кости, затем, по мере развития, кости растягиваются больше, чем мышцы, так что последние растягиваются. Когда мышца растягивается, из-за спинномозгового рефлекса (миотатического рефлекса) она сокращается, поэтому непрерывное растяжение, которому подвергается мышца, определяет непрерывное состояние легкого, но постоянного сокращения. Причина - рефлекс, и, поскольку основная особенность рефлексов - непроизвольность, тон не зависит от воли. Тонус - это явление, обусловленное нервным рефлексом, поэтому, если я перерезаю нерв, идущий от центральной нервной системы к мышце, он становится вялым, полностью теряя тонус.
Сила сокращения мышцы зависит от ее поперечного сечения и составляет 4-6 кг / см2. Но принцип действует в принципе, нет точного отношения прямой пропорциональности: у спортсмена мышца, которая немного меньше, чем у другого спортсмена, может быть сильнее. Мышца увеличивает свой объем, если она тренируется. С увеличением сопротивления (это - принцип, на котором основана силовая гимнастика); следует подчеркнуть, что объем каждого мышечного волокна увеличивается, а количество мышечных волокон остается постоянным. Это явление называется гипертрофией мышц.
Биохимия мышцы
Давайте теперь обратимся к проблеме реакций, которые происходят в мышцах. Мы уже сказали, что для того, чтобы произошло сокращение, нужна энергия; клетка сохраняет эту энергию в так называемом АТФ (аденозинтрифосфат), который, передавая энергию мышцам, превращается в АДФ (аденозиндифосфат) + Pi (неорганический фосфат): реакция заключается в удалении фосфата. Таким образом, в мышцах происходит реакция АТФ → АДФ + Pi + энергия. Однако запасов АТФ мало, и необходимо повторно синтезировать этот элемент. Следовательно, чтобы мышца сокращалась, также должна происходить обратная реакция (АДФ + Pi + энергия> АТФ), чтобы в мышце всегда был доступен АТФ. Энергия, необходимая для повторного синтеза АТФ, дается нам с пищей: после того, как они перевариваются и всасываются, они достигают мышцы через кровь, где высвобождают свою энергию именно для того, чтобы сформировать АТФ.
Энергетическое вещество в первую очередь состоит из сахаров, в частности, глюкозы. Глюкоза может расщепляться в присутствии кислорода (при аэробиозе) и, как говорится, неправильно «сжигается»; высвобождаемая энергия забирается АТФ, в то время как от глюкозы остается только вода и углекислый газ. Из одной молекулы глюкозы получается 36 молекул АТФ. Но глюкоза также может быть атакована в отсутствие кислорода, и в этом случае она превращается в молочную кислоту, и образуются только две молекулы АТФ; Затем молочная кислота, попадая в кровь, попадает в печень, где снова превращается в глюкозу. Этот цикл молочной кислоты называется циклом Кори. Что практически происходит, когда мышца сокращается? Вначале, когда мышца начинает сокращаться, АТФ немедленно истощается, и, поскольку не было кардиоциркуляторной и дыхательной адаптации, которая произойдет позже, кислорода, который достигает мышцы, недостаточно, поэтому глюкоза распадается на отсутствие глюкозы. кислород, образующий молочную кислоту. Во второй раз мы можем иметь две ситуации: 1) Если усилия продолжаются легко, кислорода достаточно, тогда глюкоза будет окисляться в воде и углекислом газе: молочная кислота не будет накапливаться, и упражнения могут продолжаться часами. (поэтому этот тип усилия называется аэробным; например, бег по пересеченной местности). 2) Если усилие продолжает быть интенсивным, несмотря на то, что в мышцы поступает много кислорода, в отсутствие кислорода большое количество глюкозы расщепляется; поэтому много молочной кислоты, которая вызывает усталость (мы говорим об анаэробных усилиях; например, быстрый бег, такой как 100 метров). Во время отдыха молочная кислота в присутствии кислорода снова превращается в глюкозу. Вначале, даже при аэробных нагрузках, нам не хватает кислорода: мы говорим о кислородном долге, который будет выплачен, когда мы отдохнем; этот кислород будет использоваться для повторного синтеза глюкозы из молочной кислоты; фактически, сразу после нагрузки мы потребляем больше кислорода, чем обычно: мы выплачиваем долг. Как видите, мы привели глюкозу в качестве примера топлива, потому что она представляет собой самая важная из мышц; на самом деле, даже если жиры обладают большим количеством энергии, для их окисления всегда требуется определенное количество глицидов и гораздо больше кислорода. При их отсутствии возникают значительные нарушения (кетоз и ацидоз). Белки можно использовать как топливо, однако, поскольку они единственные, которые используются для тренировки мышц, в них преобладает пластическая функция.Липиды обладают тем свойством, что при одинаковом весе они содержат больше энергии, чем сахара и белки: они идеально подходят для хранения. Итак, глициды - это топливо, белки - это сырье, липиды - это запасы.
В этой статье о физиологии мышц я постарался быть как можно более ясным, нисколько не пренебрегая научной строгостью: я верю, что добьюсь отличного результата, если побуду профессионалов фитнеса более серьезно заинтересоваться физиологией, потому что Я считаю, что фундаментальные понятия физиологии и анатомии должны быть неотъемлемым культурным наследием, чтобы попытаться каким-то образом понять это чудесное человеческое тело.
