Доктор Джанфранко Де Анжелис
Обескураживает то, что инструкторы и персональные тренеры дают «эмпирические» объяснения на различные темы: мышечная масса (гипертрофия), увеличение силы, сопротивление и т. Д., Даже не имея грубых знаний о гистологической структуре и физиологии мышц.
Лишь немногие имеют более или менее глубокое знание макроскопической анатомии, как если бы этого было достаточно, чтобы знать, где находится бицепс или грудная клетка, неправильно понимая гистологическое строение и еще меньше биохимию и физиологию мышц. Я постараюсь, насколько это возможно, сделать краткую и простую трактовку предмета, доступную также для неспециалистов биологических наук.
Гистологическая структура
Мышечная ткань отличается от других тканей (нервной, костной, соединительной) благодаря очевидной характеристике: сократимости, то есть мышечная ткань способна сокращаться или сокращать свою длину. Прежде чем посмотреть, как оно укорачивается и какие механизмы, давайте поговорим о его структуре. У нас есть три типа мышечной ткани, отличающиеся как гистологически, так и функционально: скелетно-полосатая мышечная ткань, гладкая мышечная ткань и ткань сердечной мышцы. Основное функциональное различие между первым и двумя другими состоит в том, что, в то время как первое регулируется волей, два других не зависят от воли. Первый - это мышцы, которые заставляют кости двигаться, мышцы, которые мы тренируем со штангой, гантелями и тренажерами. Второй тип дается мышцами внутренних органов, такими как мышцы желудка, кишечника и т. Д. которые, как мы видим каждый день, не контролируются волей. Третий тип - сердечный: даже сердце состоит из мышц, фактически оно способно сокращаться; в частности, даже сердечная мышца является исчерченной, настолько похожей на скелетную, однако, существенным отличием является то, что ее ритмичное сокращение не зависит от воли.
Скелетно-полосатая мышца ответственна за добровольную двигательную активность и, следовательно, за спортивные занятия. Поперечно-полосатая мышца состоит из клеток, как и все другие структуры и аппараты организма; клетка - самая маленькая единица, способная к самостоятельной жизни. В организме человека находятся миллиарды клеток, и почти все они имеют центральную часть, называемую ядром, окруженную желатиновым веществом, называемым цитоплазмой. Клетки, из которых состоят мышцы, называются мышечными волокнами : они представляют собой удлиненные элементы, расположенные в продольном направлении относительно оси мышцы и собранные в полоски. Основными характеристиками поперечно-полосатых мышечных волокон являются три:
- Он очень большой, длина может достигать нескольких сантиметров, диаметр составляет 10-100 микрон (1 микрон = 1/1000 мм.). Другие клетки тела, за некоторыми исключениями, имеют микроскопические размеры.
- Он имеет много ядер (почти во всех клетках есть только одно) и поэтому называется «многоядерный синцитий».
- Он выглядит поперечно-полосатым, то есть представляет собой чередование темных и светлых полос. Мышечное волокно имеет удлиненные образования в своей цитоплазме, расположенные в продольном направлении к оси волокна и, следовательно, также к мышечной ткани, называемой миофибриллами, мы можем рассматривать их как удлиненные шнуры, расположенные внутри клетки. Миофибриллы также имеют поперечные полосы, и именно они являются причиной полос всего волокна.
Давайте возьмем миофибриллу и изучим его: у него темные полосы, называемые полосами A, и светлые полосы, называемые I, в середине полосы I есть темная линия, называемая линией Z. Пространство между линией Z и другой называется саркомер, представляющий сократительный элемент и наименьшую функциональную единицу мышцы; на практике волокно укорачивается, потому что его саркомеры укорачиваются.
Теперь давайте посмотрим, как производится миофибрилла, то есть то, что называется ультраструктурой мышц. Он сделан из нитей, некоторые крупные, называемые миозиновыми нитями, другие тонкие, называемые актиновыми нитями. Большие соединяются с тонкими таким образом, что полоса А образуется из толстой нити (именно поэтому она темнее), вместо этого полоса I образуется из той части тонкой нити, которая не прилипает к тяжелой нити (образуемой тонкая нить легче).
Сократительный механизм
Теперь, когда мы знаем гистологическую структуру и ультраструктуру, мы можем упомянуть механизм сокращения. При сжатии легкие нити текут между тяжелыми нитями, так что полосы I уменьшаются в длине; так же уменьшается длина саркомера, то есть расстояние между Z-полосой и другой полосой: поэтому сокращение происходит не потому, что нити укоротились, а потому, что они уменьшили длину саркомера. Уменьшение длины саркомера уменьшает длину миофибрилл, поэтому, поскольку миофибриллы составляют волокно, длина волокна уменьшается, и, следовательно, мышца, состоящая из волокон, сокращается. Очевидно, что для того, чтобы эти нити текли, нужна энергия, и это дает вещество: АТФ (аденозинтрифосфат), который является энергетической валютой организма. АТФ образуется в результате окисления пищи: энергия, которую получает пища, передается в АТФ, который затем передает ее элементарным нитям, чтобы заставить их течь. Для того чтобы произошло сжатие, необходим еще один элемент, ион Са ++ (кальций). Мышечная клетка сохраняет большие запасы внутри и делает ее доступной для саркомера, когда должно произойти сокращение.
Сокращение мышц с макроскопической точки зрения
Мы видели, что сократительный элемент - это саркомер, теперь мы исследуем всю мышцу и изучаем ее с физиологической точки зрения, но макроскопически. Чтобы мускул сокращался, на него должен прийти электрический стимул : этот стимул исходит от двигательного нерва, начиная с спинного мозга (как это происходит естественным образом); или это может произойти от резекции двигательного нерва и электрической стимуляции, или от прямой электрической стимуляции мышцы. Представьте себе, что вы берете мышцу: один конец привязан к фиксированной точке, другой конец мы вешаем на вес; в этот момент мы стимулируем это электрически; мышца сокращается, то есть сокращается, поднимая вес; это сокращение называется изотоническим сокращением. Если вместо этого мы связываем мышцу обоими концами с двумя жесткими опорами, когда мы стимулируем ее, мышца будет напрягаться без сокращения: это называется изометрическим сокращением. На практике, если мы возьмем планку в тяге и поднимем ее, это будет изотоническое сокращение; если мы нагружаем его очень тяжелым весом и, пытаясь поднять его, поэтому, даже если мы сокращаем мышцы до максимума, мы не перемещаем его, это будет называться изометрическим сокращением. При изотоническом сокращении мы выполнили механическую работу (работа = сила х смещение); в изометрическом сжатии механическая работа равна нулю, потому что: работа = сила х смещение = 0, смещение = 0, работа = сила х 0 = 0
Если мы будем стимулировать мышцу с очень высокой частотой (то есть с многочисленными импульсами в секунду), она разовьет очень высокую силу и будет сокращаться до максимума: говорят, что мышца в этом состоянии находится в состоянии столбняка, поэтому столбнячное сокращение означает максимальное и непрерывное сокращение. Мышца может сокращаться немного или много, по желанию; это возможно благодаря двум механизмам: 1) когда мышцы сокращаются мало, сокращаются только некоторые волокна; увеличивая интенсивность сокращения, добавляются другие волокна. 2) Волокно может сжиматься с меньшей или большей силой в зависимости от частоты разряда, то есть от количества электрических импульсов, которые достигают мышц в единицу времени. Модулируя эти две переменные, центральная нервная система определяет, с какой силой должна сокращаться мышца. Когда он вызывает сильное сокращение, почти все волокна мышцы сокращаются не только, но все они сокращаются с большой силой: когда он вызывает слабое сокращение, только несколько волокон сокращаются и с меньшей силой.
Теперь мы рассмотрим еще один важный аспект физиологии мышц: мышечный тонус . Мышечный тонус можно определить как постоянное состояние легкого сокращения мышц, которое не зависит от воли. Какой фактор вызывает это состояние сокращения? До рождения мышцы имеют ту же длину, что и кости, а с развитием кости растягиваются больше, чем мышцы, так что последние растягиваются. Когда мышца растягивается из-за спинального рефлекса (миотатического рефлекса), она сокращается, поэтому непрерывное растяжение, которому подвергается мышца, определяет непрерывное состояние легкого, но стойкого сокращения. Причина - это отражение, и поскольку основной характеристикой рефлексов является недобровольный характер, тон не определяется волей. Тонус - это феномен нервно-рефлекторного характера, поэтому, если я перережу нерв, идущий от центральной нервной системы к мышце, он становится вялым, полностью теряя свой тонус.
Сила сокращения мышцы зависит от ее поперечного сечения и равна 4-6 кг.см2. Но принцип действует в принципе, нет точного соотношения прямой пропорциональности: у спортсмена мышца, немного меньшая, чем у другого спортсмена, может быть сильнее. Мышца увеличивает свой объем, если она тренируется с возрастающим сопротивлением (это принцип, на котором основана гимнастика, основанная на весах); Следует подчеркнуть, что объем каждого мышечного волокна увеличивается, а количество мышечных волокон остается постоянным. Это явление называется мышечной гипертрофией.
Мышечная биохимия
Теперь давайте столкнемся с проблемой реакций, которые происходят в мышцах. Мы уже говорили, что для сокращения происходит энергия ; Эту энергию клетка сохраняет в так называемом АТФ (аденозинтрифосфате), который, когда дает энергию мышцам, превращается в АДФ (аденозиндифосфат) + Pi (неорганический фосфат): реакция заключается в удалении фосфата. Таким образом, реакция, которая происходит в мышцах, - это АТФ → АДФ + Pi + энергия. Тем не менее, запасы АТФ немногочисленны и требуют повторного синтеза. Следовательно, для того, чтобы мышцы сокращались, также должна иметь место обратная реакция (АДФ + Pi + энергия> АТФ), чтобы в мышце всегда была доступна АТФ. Энергия, необходимая для ресинтеза АТФ, дает нам пищу: они, после того как они перевариваются и поглощаются, достигают мышц через кровь, где они отдают свою энергию, именно для того, чтобы сформировать АТФ.
Энергетическое вещество преимущественно дают сахара, в частности глюкоза. Глюкоза может расщепляться в присутствии кислорода (в аэробных условиях) и, как неправильно сказано, «сгорает»; высвобождаемая энергия берет его из АТФ, в то время как в глюкозе нет ничего, кроме воды и углекислого газа. 36 молекул АТФ получают из молекулы глюкозы. 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 происходит практически, когда мышцы сокращаются? В начале, когда мышца начинает сокращаться, АТФ немедленно истощается, и, поскольку впоследствии не было сердечной и дыхательной адаптации, кислорода, который достигает мышцы, недостаточно, поэтому глюкоза расщепляется на отсутствие кислорода, образующего молочную кислоту. Во второй раз мы можем столкнуться с двумя ситуациями: 1) Если усилия продолжаются легким способом, кислорода достаточно, то глюкоза будет окисляться в воде и ангидрите углерода: молочная кислота не накапливается, и упражнение может продолжаться часами ( поэтому этот тип усилия называется аэробным, например, нижний бег). 2) Если усилие по-прежнему будет интенсивным, хотя много кислорода достигает мышц, большое количество глюкозы будет разрушаться при отсутствии кислорода; поэтому образуется много молочной кислоты, которая вызывает усталость (мы говорим об анаэробных усилиях; например, о быстром беге, таком как 100 метров). Во время отдыха молочная кислота превращается обратно в глюкозу в присутствии кислорода. В начале, даже в аэробных усилиях нам не хватает кислорода: мы говорим о кислородном долге, который будет выплачен, когда мы отдыхаем; указанный кислород будет использоваться для повторного синтеза глюкозы из молочной кислоты; на самом деле, сразу после усилий мы потребляем больше кислорода, чем обычно: мы расплачиваемся с долгами. Как видите, мы привели глюкозу в качестве примера топлива, потому что она является наиболее важным топливом для мышц; на самом деле, даже если жиры имеют большее количество энергии, для их окисления всегда требуется определенное количество глицидов и гораздо больше кислорода. При их отсутствии возникают значительные нарушения (кетоз и ацидоз). Однако белки можно использовать в качестве топлива, поскольку они являются единственными, которые используются для формирования мышц, в них преобладает пластическая функция. Липиды обладают той характеристикой, что при одинаковом весе они обладают большей энергией, чем сахара и белки: они идеально используются в качестве отложений. Таким образом, глициды - это топливо, белки - это сырье, а липиды - это запасы.
В этой статье я постарался, чтобы физиология мышц была как можно более ясной, не пренебрегая научной строгостью: я думаю, что достигну отличного результата, если буду стимулировать операторов фитнеса проявлять более серьезный интерес к физиологии, потому что я считаю, что фундаментальные понятия физиологии и анатомии должны быть неотъемлемым культурным наследием для того, чтобы попытаться как-то понять это прекрасное человеческое тело.
