Człowiek w systemie transportowym Wykład 13

Mięśnie Prawie połowa masy ciała człowieka składa się z mięśni, których człowiek ma ok. 640 /Fidelus i inni./ Układ ruchu napędzany jest mięśniami szkieletowymi, których człowiek ma ponad 440 /zawierają ok. 250 milionów włókien mięśniowych/. Wszystkie nasze czynności zewnętrzne są wykonywane za ich pomocą.

Mięśnie są zbudowane z komórek mięśniowych zwanych włóknami mięśniowymi lub miocytami, które stanowią tkankę kurczliwą, czyli reagują pobudzeniem zewnętrznej błony komórkowej (sarkolemy) na działające bodźce. Wyróżnia się dwa rodzaje mięśni: gładkie poprzeczne prążkowane, które dzielą się na mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy.

Komórki mięśniowe, podobnie jak komórki nerwowe, reagują na działanie bodźców pobudzeniem zewnętrznej błony komórkowej (sarkolemy). Prowadzi to do aktywacji ich układów kurczliwych, w wyniku czego zachodzą w nich zmiany napięcia i długości.

Są one podstawą wszelkich ruchów czynnych, zarówno całego organizmu w stosunku do jego środowiska, jak i skurczów serca, napięcia ścian naczyń krwionośnych, ruchu powietrza w drogach oddechowych. Tak więc czynność wszystkich rodzajów mięśni jest niezbędna do zachowania życia.

Mięśnie szkieletowe Mięśnie są zbudowane z wydłużonych, cylindrycznych komórek z licznymi jądrami na obwodzie. Wnętrze włókna wypełnia sarkoplazma, w której przebiegają elementy kurczliwe. Elementy kurczliwe (miofibryle) są to włókienka składające się z cienkich nici dwóch rodzajów białek: aktyny oraz miozyny i stanowią około 80% masy włókna. Nitki aktyny i miozyny są ułożone równolegle w stosunku do siebie i do długiej osi włókna, tak że każdą nitkę miozyny otacza w takich samych odległościach sześć prawie dwukrotnie cieńszych nitek aktyny (układ heksagonalny).

Sarkomer stanowi jednostkę morfologiczno-czynnościową miocytu (włókno mięśniowe).

Mechanizm skurczu mięśnia W komórce mięśnia szkieletowego potencjał spoczynkowy wynosi -85 mV. Potencjał czynnościowy pojawia się wskutek pobudzenia sarkolemy, w jego powstawaniu biorą udział jony Na+ i K+ . Potencjał czynnościowy zaczyna się nieco wcześniej niż skurcz i prowadzi do aktywacji układów kurczliwych – jest tzw. sprzężenie elektromechaniczne.

Pojedyncze pobudzenie błony komórkowej mięśniowej /sarkolemy/ przejawia się potencjałem czynnościowym trwającym kilka ms. To pobudzenie wyzwala pojedynczy skurcz, na którego wykresie można wyróżnić: ramię wstępujące, szczyt, ramię zstępujące. Jeżeli przerwy pomiędzy pobudzeniami sarkolemy są krótsze od czasu trwania pojedynczego skurczu, to każde następne pobudzenie podtrzymuje aktywację układów kurczliwych wywołaną pobudzeniem poprzedzającym.

Rodzaje skurczów mięśnia szkieletowego Pojedynczy powstaje po pobudzeniu bodźcem pojedynczym. Skurcze pojedyncze występują wówczas, gdy kolejne bodźce działają w odstępach dłuższych niż cały okres skurczu i rozkurczu mięśnia /a/

Tężcowy niezupełny występuje wówczas, gdy przerwy pomiędzy kolejnym pobudzeniem są krótsze niż czas trwania całego skurczu, ale dłuższe niż jego połowa – szczyt wykresu jest linią falistą /b/; Tężcowy zupełny pojawia się wtedy, gdy przerwy między kolejnym pobudzeniem są krótsze niż połowa okresu skurczu – szczyt wykresu jest zbliżony do linii prostej /c/,

Izometryczny pojawia się wówczas, gdy obciążenie mięśnia jest większe niż siła, jaką może on rozwinąć: skracanie nie występuje wcale, zmienia się jego napięcie; Izotoniczny występuje wówczas, gdy w czasie pobudzenia mięsień może się skracać, tj. przynajmniej jego jeden koniec jest ruchomy. Oznacza to, że długość mięśnia zmniejsza się, ale jego napięcie pozostaje niezmienione. Jeśli mięsień nie jest w ogóle obciążony, czyli na jego przyczepy nie działa żadna siła, to jest to skurcz izotoniczny nieobciążony.

Auksotoniczny występuje wtedy, gdy na przyczepy mięśnia działa jakaś siła (obciążenie). W początkowej fazie tego skurczu rośnie napięcie w mięśniu, a jego długość nie zmienia się (faza izometryczna), następnie z chwilą zrównoważenia przez napięcie siły działającej na przyczepy mięśnia zaczyna się on skracać, a jego napięcie już nie rośnie (faza izotoniczna). W miarę zwiększania obciążenia szybkość i zakres skracania maleją.

Istnieją dwa mechanizmy nerwowe, za których pośrednictwem siła skurczu może być zwiększana. Pierwszym i najważniejszym mechanizmem jest zwiększanie liczby jednocześnie pobudzonych jednostek motorycznych, drugim – zwiększenie częstotliwości pobudzeń. Siła skurczu zależy ponadto od wyjściowej długości i pozycji ciała lub kończyn.

W warunkach naturalnych, w których zakres rozciągania mięśnia jest ograniczony przez strukturę połączeń stawowych, maksymalną siłę osiąga się przy prawie całkowitym, możliwym do osiągnięcia rozciągnięciu mięśni. Duży wpływ na wielkość momentów siły ma układ dźwigni kostnych, za pośrednictwem których mięsień pokonuje opór zewnętrzny. Układ ten zależy od pozycji ciała i kończyn. Zagadnieniami tymi zajmuje się biomechanika.

Na wielkość maksymalną siły i szybkość skracania się mięśni mają wpływ właściwości morfologiczne mięśni. Maksymalna siła jest sumą sił generowanych przez poszczególne włókna mięśniowe, zależy więc ona od ich liczby. Natomiast siła skurczu pojedynczych włókien zależy od zawartości w nich białek kurczliwych. Zwiększenie zawartości białek kurczliwych w komórkach mięśniowych następuje w wyniku treningu. Skutek odwrotny, czyli zanik mięśni z jednoczesnym ubytkiem ich siły wywołuje unieruchomienie, a także proces starzenia się i niedożywienie organizmu.

Siła maksymalna mięśni kończyn górnych i dolnych człowieka przypadająca na jednostkę powierzchni przekroju mięśnia wynosi w przybliżeniu 40 N/cm2 i nie różni się istotnie u kobiet i mężczyzn. Natomiast liczba włókien i ich grubość różnią się znacznie zależnie od cech konstytucyjnych, płci, wieku i stopnia wytrenowania. Szybkość skracania się mięśni zależy od innych cech morfologicznych mięśnia niż siła. Największą szybkość osiągają mięśnie długie o dużej liczbie sarkomerów i równoległym ułożeniu włókien do długiej osi mięśnia, których przyczepy są umieszczone blisko środka obrotu w stawie.

Elektromiografia (EMG) zajmuje się pomiarem i analizą czynności elektrycznej mięśni szkieletowych. Pobudzenie komórki mięśniowej wywołuje zmianę jej potencjału elektrycznego (który możemy zarejestrować techniką elektromiograficzną), a następstwem tego jest praca mechaniczna mięśnia – jego kurczenie. W badaniach EMG mogą być stosowane elektrody wkłuwane bezpośrednio w mięsień lub elektrody powierzchniowe.

Pomiar elektromiograficzny dostarcza wielu informacji o procesach, które trudno byłoby uchwycić innymi metodami: Pomiar EMG umożliwia precyzyjną, ilościową ocenę aktywności mięśni, daje możliwość jej monitorowania w sposób ciągły, a także pozwala rejestrować zmiany o szybkim przebiegu i niewielkiej amplitudzie. Niektóre procesy psychiczne (na przykład stany emocjonalne) mogą nie ujawniać się w obserwowalnym zachowaniu, lub też ujawniać się w sposób trudno zauważalny, dają się rejestrować za pomocą EMG