Af Dr. Gianfranco De Angelis
Det er nedslående at se instruktører og personlige trænere give "empiriske" forklaringer på forskellige emner: muskelmasse (hypertrofi), styrkegevinster, modstand mv. Uden at have engang kendskab til histologisk struktur og muskelfysiologi.
Få har kun en mere eller mindre grundig viden om makroskopisk anatomi, som om det var nok at vide, hvor biceps eller pectoral er, misforstå den histologiske struktur og endnu mindre biokemien og fysiologien i musklerne. Jeg vil så vidt muligt prøve at lave en kort og enkel behandling af emnet, der også er tilgængelig for lege i biologiske videnskaber.
Histologisk struktur
Muskelvæv adskiller sig fra andre væv (nervøs, knogle, bindende) på grund af en tydelig karakteristik: kontraktilitet, det vil sige, muskelvæv er i stand til at indgå kontrakt eller forkorte dets længde. Før vi ser hvordan det forkortes og hvilke mekanismer, lad os tale om dets struktur. Vi har tre typer muskelvæv, forskellige både histologisk og funktionelt: skelettet striberet muskelvæv, glat muskelvæv og hjertemuskelvæv. Den vigtigste funktionelle forskel mellem de første og de andre to er, at mens den første styres af viljen, er de to andre uafhængige af viljen. Den første er de muskler, der gør knoglerne bevæge sig, musklerne vi træner med skiver, håndvægte og maskiner. Den anden type gives af musklerne i indvolde, såsom musklerne i mave, tarm osv. som, som vi ser hver dag, ikke styres af viljen. Den tredje type er den kardiale: selv hjertet er lavet af muskler, det er faktisk i stand til at indgå kontrakter; Især hjertemusklen er især strimmet, så ligner skelettet en, men en vigtig forskel er dens rytmiske sammentrækning uafhængig af vilje.
Den skeletlignende muskel er den ene, der er ansvarlig for frivillige motoraktiviteter, og derfor til sportsaktiviteter. Den striated muskel består af celler, ligesom alle andre strukturer og apparater af organismen; cellen er den mindste enhed, der er i stand til selvstændig levevis. I menneskekroppen er der milliarder celler, og næsten alle af dem har en central del kaldet kernen, omgivet af et gelatinøst stof, der hedder cytoplasma. De celler, der udgør musklerne, hedder muskelfibre : de er aflange elementer, der er anbragt i længderetningen til muskelaksen og samlet i strimler. De vigtigste egenskaber ved striated muskel fiber er tre:
- Det er meget stort, længden kan nå nogle centimeter, diameteren er 10-100 mikron (1 mikron = 1/1000 mm.). Kroppens andre celler er med nogle undtagelser mikroskopiske i størrelse.
- Det har mange kerner (næsten alle celler har kun en) og kaldes derfor et "polynukleært syncytium".
- Det ser ud som strikket tværgående, det vil sige, det præsenterer en afveksling af mørke bånd og lysbånd. Muskelfibre har langstrakte formationer i sin cytoplasma, der er anbragt i længderetningen til fiberens akse og derfor også til muskelkredsen, kaldet myofibriller, vi kan betragte dem som aflange ledninger placeret inde i cellen. Myofibriller er også stribet på tværs, og de er dem der er ansvarlige for hele fiberens striber.
Lad os tage en myofibril og studere den: Den har mørke bands, kaldet bands A, og lyse bands kaldes jeg, midt i bandet I er der en mørk linje kaldet linje Z. Mellemrummet mellem en linje Z og den anden kaldes sarkomer, som repræsenterer det kontraktile element og muskel mindste funktionelle enhed; I praksis forkortes fiberen, fordi dens sarkomerer forkortes.
Lad os nu se, hvordan myofibrillen er lavet, det er det, der kaldes muskel-ultrastruktur. Den er lavet af filamenter, nogle store kaldes myosinfilamenter, andre tynde kaldet actinfilamenter. De store passer sammen med de tynde på en sådan måde, at båndet A er dannet af det tykke filament (det er derfor det er mørkere), bandet jeg er i stedet dannet af den del af den tynde filament, der ikke sidder fast i den tunge filament (der dannes af tyndt tråd er lettere).
Kontraktionsmekanisme
Nu hvor vi kender den histologiske struktur og ultrastrukturen, kan vi nævne mekanismen for sammentrækning. I sammentrækningen strømmer de lette filamenter imellem de tunge filamenter, således at båndene jeg formindsker i længden; også sarkomeren falder i længden, det vil sige afstanden mellem et Z-band og det andet. Derfor sker sammentrækningen ikke, fordi filamenterne er forkortet, men fordi de har reduceret sarkomerens længde. At reducere længden af sarkomeren mindsker længden af myofibrillerne, så da myofibrillerne udgør fiberen, falder fiberens længde, følgelig forkortes muskelen, som er fremstillet af fibre. For at disse filamenter skal kunne flyde, er det naturligvis nødvendigt med energi, og dette er givet af et stof: ATP (adenosintrifosfat), som er kroppens energivaluta. ATP er dannet ved oxidation af mad: Den energi, som mad har, sendes til ATP'et, som derefter giver det til filamenterne for at få dem til at strømme. For at sammentrækning skal forekomme er der også brug for et andet element, Ca ++ ion (Calcium). Muskelcellen holder store lagre i sit indre og gør den tilgængelig for sarkomeren, når sammentrækningen skal forekomme.
Muskelkontraktion fra et makroskopisk synspunkt
Vi har set, at det kontraktile element er sarkomeren, vi undersøger nu hele muskelen og studerer den fra det fysiologiske synspunkt, men makroskopisk. For at en muskel skal indgå, skal en elektrisk stimulus komme frem til den: Denne stimulus kommer fra motorens nerve, der starter fra rygmarven (som det sker naturligt); eller det kan komme fra en motor nerve resekteret og elektrisk stimuleret, eller ved direkte at stimulere musklerne elektrisk. Forestil dig at tage en muskel: den ene ende er bundet til et fast punkt, den anden ende vi hænger på en vægt; på dette tidspunkt stimulerer vi det elektrisk; musklen vil sammentrække, det vil sige det vil forkorte, løfte vægten; denne sammentrækning kaldes isotonisk sammentrækning. Hvis vi i stedet binder musklerne med begge ender til to stive understøtninger, når vi stimulerer det, vil musklen stige i spænding uden forkortelse: dette kaldes isometrisk sammentrækning. I praksis, hvis vi tager baren i dødløftet og løfter den, vil dette være en isotonisk sammentrækning; hvis vi lægger det meget tungt, og når vi forsøger at løfte det, så selvom vi kontrakterer musklerne til det maksimale, bevæger vi os ikke, det kaldes isometrisk sammentrækning. I den isotoniske sammentrækning har vi udført et mekanisk arbejde (arbejde = kraft x forskydning); i isometrisk sammentrækning er det mekaniske arbejde nul, fordi: arbejde = kraft x forskydning = 0, forskydning = 0, arbejde = kraft x 0 = 0
Hvis vi stimulerer musklerne med en meget høj frekvens (det vil sige mange impulser per sekund), vil den udvikle en meget høj styrke og forblive kontraheret til det maksimale: muskelen i denne tilstand siges at være i stivkrampe, derfor betyder tetanisk sammentrækning maksimal og kontinuerlig sammentrækning. En muskel kan indgå lidt eller meget efter ønske; dette er muligt gennem to mekanismer: 1) når en muskel er kontraheret lidt, kun nogle fibre kontrakt; forøgelse af intensiteten af sammentrækningen tilsættes andre fibre. 2) En fiber kan sammentrække med mindre eller større kraft afhængigt af udladningsfrekvensen, dvs. antallet af elektriske impulser, der når musklerne i en tidsenhed. Ved at modulere disse to variabler, styrer centralnervesystemet med hvilken kraft muskelen skal indgå. Når det beordrer en stærk sammentrækning, forkortes næsten alle musklernes fibre, ikke kun, men de vil alle forkortes med stor kraft: Når det kommanderer en svag sammentrækning, forkortes kun nogle få fibre og med mindre kraft.
Vi adresserer nu et andet vigtigt aspekt af muskelfysiologi: muskeltonen. Muskeltonen kan defineres som en kontinuerlig tilstand af let muskelkontraktion, som er uafhængig af vilje. Hvilken faktor forårsager denne tilstand af sammentrækning? Før fødslen er musklerne lige så lange som knoglerne, og med udvikling forlænger knoglerne mere end musklerne, så de sidstnævnte strækkes. Når en muskel strækker sig, på grund af en spinalrefleks (myotatisk refleks) det kontraherer, er den kontinuerlige strækning, som musklen udsættes for, afgørende for en kontinuerlig tilstand af let men vedvarende sammentrækning. Årsagen er en refleksion, og da refleksernes hovedkarakteristika er den ikke-frivillige, er tonen ikke styret af viljen. Tonen er et fænomen på en nervereflekse basis, så hvis jeg skærer nerveen, der går fra centralnervesystemet til musklen, bliver det slap og taber helt sin tone.
Kraften af sammentrækning af en muskel afhænger af dens tværsnit og er lig med 4-6 kg.cm2. Men princippet er principielt gyldigt, der er ikke noget præcist forhold mellem direkte proportionalitet: i en atlet kan en muskel lidt mindre end en anden atlet være stærkere. En muskel øger dens volumen, hvis den trænes med stigende modstand (det er princippet om, at vægtbaseret gymnastik er baseret); Det bør understreges, at volumenet af hver muskel fiber stiger, mens antallet af muskelfibre forbliver konstant. Dette fænomen kaldes muskulær hypertrofi.
Muskel biokemi
Lad os nu stå over for problemet med de reaktioner, der finder sted i musklerne. Vi har allerede sagt at for at sammentrækning skal ske, finder energi sted; Denne energi bevarer cellen i det såkaldte ATP (adenosintrifosfat), der, når det giver energi til musklen, bliver til ADP (adenosindiphosphat) + Pi (uorganisk phosphat): Reaktionen består i at fjerne et fosfat. Så reaktionen, der finder sted i musklen, er ATP → ADP + Pi + energi. Imidlertid er ATP-aktier få og skal gen-syntetiseres. Derfor skal den omvendte reaktion (ADP + Pi + energi> ATP) for at muskelkontrakten skal indgå, således at muskelen altid har ATP til rådighed. Energien til ATP-resyntese giver os mad: Disse, efter at de er fordøjet og absorberet, når musklerne gennem blodet, hvor de opgiver deres energi netop for at gøre ATP-formularen.
Den energiske substans par excellence er givet af sukkerarter, især glucose. Glukose kan spaltes i nærværelse af ilt (under aerobiske forhold) og er, som det fejlagtigt er sagt, "brændt"; Den energi, der frigives, tager den fra ATP, mens glukose kun indeholder vand og kuldioxid. 36 molekyler af ATP opnås ud fra et glucosemolekyle. Men glucose kan også angribes i fravær af ilt, i hvilket tilfælde den omdannes til mælkesyre, og kun to ATP-molekyler dannes; derefter mælkesyre, der går ind i blodet, går til leveren, hvor den igen omdannes til glucose. Denne cyklus af mælkesyre hedder Cori-cyklen. Hvad sker der praktisk talt, når muskelkontrakterne? I begyndelsen, når musklen begynder at blive kontrakt, er ATP straks opbrugt, og da der ikke har været nogen hjerte- og respiratoriske tilpasninger bagefter, er oxygenet, der når muskelen, utilstrækkelig, derfor spredes glukosen i fravær af iltdannende mælkesyre. I en anden gang kan vi have to situationer: 1) Hvis indsatsen fortsætter på en let måde, er oxygenet nok, så glukosen oxiderer i vand og kulhydrater: mælkesyre vil ikke ophobes, og træningen kan fortsætte i timer ( Denne type anstrengelse kaldes derfor aerob, for eksempel den nederste runde). 2) Hvis indsatsen fortsætter med at være intens, selvom meget ilt når muskelen, vil meget glukose bryde ned i fravær af ilt; derfor vil der blive dannet en masse mælkesyre, som vil medføre træthed (vi taler om anaerob indsats, for eksempel et hurtigt løb som f.eks. 100 meter). I hvile vil mælkesyre vende tilbage til glucose i nærværelse af ilt. I starten, selv i den aerobiske indsats, mangler vi ilt: vi taler om en iltgæld, som vil blive betalt, når vi hviler; oxygenet vil blive anvendt til at gen-syntetisere glucose fra mælkesyre; Faktisk, umiddelbart efter indsatsen bruger vi mere ilt end normalt: vi betaler gælden. Som du kan se, citerede vi glukose som et eksempel på brændstof, fordi det er muskelens vigtigste brændstof; Faktisk, selvom fedtstoffer har en større mængde energi, for at oxidere dem, har du altid brug for en vis mængde glycider og meget mere ilt. I mangel af disse er der signifikante forstyrrelser (ketosis og acidose). Proteiner kan bruges som brændstof, men da de er de eneste der bruges til at danne muskler, råder plastikfunktionen i dem. Lipider har den egenskab, at de af samme vægt har mere energi end sukker og proteiner. De bruges ideelt som depositum. Så glyciderne er brændstoffet, proteinerne er råmaterialerne, lipiderne er reserverne.
Jeg forsøgte i denne artikel om muskelens fysiologi at være så klar som muligt uden at forsømme videnskabelig stringens: Jeg tror, jeg vil have opnået et godt resultat, hvis jeg stimulerede fitnessoperatørerne til at tage en mere alvorlig interesse for fysiologi, fordi jeg tror, at Grundlæggende begreber om fysiologi og anatomi skal være en uundværlig kulturarv for at forsøge at forstå denne vidunderlige menneskekrop på en eller anden måde.
