Από τον Δρ. Gianfranco De Angelis
Είναι απογοητευτικό το γεγονός ότι οι εκπαιδευτές και οι προσωπικοί εκπαιδευτές δίνουν «εμπειρικές» εξηγήσεις σχετικά με διάφορα θέματα: μυϊκή μάζα (υπερτροφία), κέρδη αντοχής, αντίσταση κ.λπ., χωρίς να έχουν ακόμη και ακατέργαστη γνώση της ιστολογικής δομής και της μυϊκής φυσιολογίας.
Λίγοι έχουν μόνο μια περισσότερο ή λιγότερο σε βάθος γνώση της μακροσκοπικής ανατομίας, σαν να ήταν αρκετό να ξέρει πού είναι ο δικέφαλος ή ο θωρακικός, παρεξηγήσει την ιστολογική δομή και ακόμη λιγότερο τη βιοχημεία και τη φυσιολογία των μυών. Θα προσπαθήσω, στο μέτρο του δυνατού, να κάνω μια σύντομη και απλή επεξεργασία του θέματος, προσβάσιμη και στον λαϊκό των βιολογικών επιστημών.
Ιστολογική Δομή
Ο μυϊκός ιστός διαφέρει από τους άλλους ιστούς (νευρικός, οστικός, συνδετικός), λόγω ενός εμφανούς χαρακτηριστικού: η συσταλτικότητα, δηλαδή ο μυϊκός ιστός μπορεί να συστέλλεται ή να συντομεύει το μήκος του. Πριν να δούμε πώς ελαττώνεται και ποιοι μηχανισμοί, ας μιλήσουμε για τη δομή της. Έχουμε τρεις τύπους μυϊκού ιστού, διαφορετικούς τόσο ιστολογικώς όσο και λειτουργικά: μυϊκό ιστό με σκελετικές διακλαδώσεις, λείο μυϊκό ιστό και καρδιακό μυϊκό ιστό. Η κύρια λειτουργική διαφορά μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου είναι ότι, ενώ η πρώτη διέπεται από τη βούληση, οι άλλες δύο είναι ανεξάρτητες από τη βούληση. Ο πρώτος είναι οι μύες που κάνουν τα οστά να κινούνται, οι μυς που γυμνάζουμε με barbells, dumbbells και μηχανές. Ο δεύτερος τύπος δίνεται από τους μύες των σπλάχνων, όπως οι μύες του στομάχου, του εντέρου κ.λπ. που, όπως βλέπουμε κάθε μέρα, δεν ελέγχονται από τη βούληση. Ο τρίτος τύπος είναι ο καρδιακός: ακόμη και η καρδιά είναι κατασκευασμένη από μύες, στην πραγματικότητα είναι ικανή να συρρικνώνεται. Ειδικότερα, ακόμη και ο καρδιακός μυς είναι γραμμωμένος, τόσο παρόμοιος με τον σκελετικό, ωστόσο, μια σημαντική διαφορά, η ρυθμική συστολή του είναι ανεξάρτητη από τη θέληση.
Ο σκελετικός μυς είναι εκείνος που είναι υπεύθυνος για εθελοντικές κινητικές δραστηριότητες και επομένως για αθλητικές δραστηριότητες. Ο συσπειρωμένος μυς αποτελείται από κύτταρα, όπως όλες οι άλλες δομές και συσκευές του οργανισμού. το κελί είναι η μικρότερη μονάδα ικανή για ανεξάρτητη διαβίωση. Στο ανθρώπινο σώμα υπάρχουν δισεκατομμύρια κύτταρα και σχεδόν όλα αυτά έχουν ένα κεντρικό τμήμα που ονομάζεται πυρήνας, που περιβάλλεται από μια ζελατινώδη ουσία που ονομάζεται κυτταρόπλασμα. Τα κύτταρα που σχηματίζουν τον μυ έχουν την ονομασία τους μυικές ίνες : είναι επιμήκη στοιχεία, διατεταγμένα διαμήκως στον άξονα του μυός και συλλέγονται σε λωρίδες. Τα κύρια χαρακτηριστικά των ρινικών μυϊκών ινών είναι τα τρία:
- Είναι πολύ μεγάλο, το μήκος μπορεί να φτάσει μερικά εκατοστά, η διάμετρος είναι 10-100 micron (1 micron = 1/1000 mm). Τα άλλα κύτταρα του σώματος είναι, με μερικές εξαιρέσεις, μικροσκοπικά σε μέγεθος.
- Έχει πολλούς πυρήνες (σχεδόν όλα τα κύτταρα έχουν μόνο ένα) και επομένως ονομάζεται «πολυπυρηνικό συγκύτιο».
- Εμφανίζεται εγκάρσια, δηλαδή παρουσιάζει μια εναλλαγή από σκοτεινές ζώνες και ελαφρές ζώνες. Η μυϊκή ίνα έχει επιμηκυσμένους σχηματισμούς στο κυτταρόπλασμα της, διατεταγμένος κατά μήκος του άξονα της ίνας και επομένως και σε εκείνο του μυός, που ονομάζεται myofibrils, μπορούμε να τις θεωρήσουμε ως επιμήκη κορδόνια τοποθετημένα μέσα στο κύτταρο. Τα μυοϊμπρίλια είναι επίσης ραβδωτά εγκάρσια και είναι αυτά που είναι υπεύθυνα για τις ραβδώσεις ολόκληρης της ίνας.
Ας πάρουμε ένα myofibril και το μελετήσουμε: έχει σκοτεινές ζώνες, που ονομάζονται μπάντες Α, και ελαφρές μπάντες που ονομάζονται I, στη μέση της μπάντας Ι υπάρχει μια σκοτεινή γραμμή που ονομάζεται γραμμή Z. Ο χώρος μεταξύ της γραμμής Ζ και της άλλης καλείται το σαρκομερές, το οποίο αντιπροσωπεύει το συσταλτικό στοιχείο και τη μικρότερη λειτουργική μονάδα μυών. Στην πράξη, η ίνα μειώνεται επειδή τα σαρκομερή της είναι συντομευμένα.
Τώρα ας δούμε πώς γίνεται η μυϊκή ταινία, αυτό είναι που ονομάζεται υπερδομή των μυών. Είναι κατασκευασμένο από νήματα, μερικά μεγάλα που ονομάζονται νημάτια μυοσίνης, άλλα λεπτά λεγόμενα νημάτια ακτίνης. Οι μεγάλες ταιριάζουν μαζί με τις λεπτές με τέτοιο τρόπο ώστε η ταινία Α να σχηματίζεται από το πυκνό νήμα (γι 'αυτό είναι πιο σκοτεινό), η ταινία Ι διαμορφώνεται αντί αυτού του τμήματος του λεπτού νήματος που δεν είναι κολλημένο στο βαρύ νήμα (που σχηματίζεται από το λεπτό νήμα είναι ελαφρύτερο).
Μηχανισμός συστολής
Τώρα που γνωρίζουμε την ιστολογική δομή και την υπερδομή, μπορούμε να αναφέρουμε τον μηχανισμό συστολής. Στη σύσπαση τα ελαφρά νημάτια ρέουν μεταξύ των βαριών νημάτων, έτσι ώστε οι ταινίες Ι να μειώνονται σε μήκος. έτσι και το sarcomere μειώνεται στο μήκος, δηλαδή η απόσταση μεταξύ της ζώνης Ζ και της άλλης: επομένως η συστολή δεν συμβαίνει επειδή τα νημάτια έχουν μειωθεί, αλλά επειδή έχουν μειώσει το μήκος του σαρκομεριού. Η μείωση του μήκους του σαρκομεριού μειώνει το μήκος των μυϊκών ινών, οπότε επειδή τα μυοϊμπρίλια αποτελούν την ίνα, το μήκος της ίνας μειώνεται, συνεπώς ο μυς, που είναι φτιαγμένος από ίνες, συντομεύεται. Προφανώς, για να ρέουν αυτά τα νημάτια, χρειάζεται ενέργεια και αυτό δίνεται από μια ουσία: ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη), που είναι το ενεργειακό νόμισμα του σώματος. Το ΑΤΡ σχηματίζεται από την οξείδωση της τροφής: η ενέργεια που έχει το φαγητό περνάει στο ΑΤΡ και το δίνει στη συνέχεια στα νημάτια για να τα κάνει να ρέει. Προκειμένου να συμβεί συστολή, χρειάζεται επίσης ένα άλλο στοιχείο, το ιόν Ca ++ (ασβέστιο). Η μυϊκή κυψέλη διατηρεί μεγάλα αποθέματα στο εσωτερικό της και την καθιστά διαθέσιμη στο σαρκομέρι όταν πρέπει να συμβεί η συστολή.
Μύες συρρίκνωση από μακροσκοπική άποψη
Έχουμε δει ότι το συσταλτικό στοιχείο είναι η σαρκομερία, τώρα εξετάζουμε ολόκληρο το μυ και την μελετάμε από φυσιολογική άποψη, αλλά μακροσκοπικά. Για να συστέλλεται ένας μυς, πρέπει να φτάσει σε αυτό ένα ηλεκτρικό ερέθισμα : αυτό το ερέθισμα προέρχεται από το κινητικό νεύρο, ξεκινώντας από το νωτιαίο μυελό (όπως συμβαίνει φυσικά). ή μπορεί να προέρχεται από κινητικό νεύρο που έχει αποκοπεί και ηλεκτρικά διεγείρεται, ή με άμεση διέγερση του μυός ηλεκτρικά. Φανταστείτε να πάρετε έναν μυ: το ένα άκρο δεμένο σε ένα σταθερό σημείο, το άλλο άκρο το κρεμάμε σε βάρος. σε αυτό το σημείο τον διεγείρουμε ηλεκτρικά. ο μυς θα συρρικνωθεί, δηλαδή, θα μειώσει, ανυψώνοντας το βάρος? αυτή η συστολή ονομάζεται ισοτονική συστολή. Αν αντίθετα συνδέσουμε τον μυ με αμφότερες τις άκρες σε δύο άκαμπτα υποστηρίγματα, όταν τον διεγείρουμε, ο μυς θα αυξηθεί σε τάση χωρίς να λιώσει: αυτό ονομάζεται ισομετρική συστολή. Στην πράξη, εάν παίρνουμε τη ράβδο στο deadlift και την ανυψώσουμε, αυτή θα είναι μια ισοτονική συστολή. αν το φορτώνουμε με ένα πολύ μεγάλο βάρος και ενώ προσπαθούμε να το σηκώσουμε, έτσι κι αν συμβολίσουμε τους μυς στο μέγιστο, δεν το μετακινούμε, αυτό θα ονομάζεται ισομετρική συστολή. Στην ισοτονική σύσπαση, έχουμε κάνει μια μηχανική εργασία (εργασία = δύναμη x μετατόπιση)? στην ισομετρική συστολή η μηχανική εργασία είναι μηδέν, επειδή: εργασία = δύναμη x μετατόπιση = 0, μετατόπιση = 0, εργασία = δύναμη x 0 = 0
Εάν διεγερθεί ο μυς με πολύ υψηλή συχνότητα (δηλαδή, πολλοί παρορμήσεις ανά δευτερόλεπτο), θα αναπτύξει μια πολύ υψηλή αντοχή και θα παραμείνει συμβατή στο μέγιστο: ο μυς σε αυτή την κατάσταση λέγεται ότι είναι στον τετάνο, επομένως η τετανική συστολή σημαίνει μέγιστη και συνεχή σύσπαση. Ένας μυς μπορεί να συστέλλεται λίγο ή πολύ, κατά βούληση. αυτό είναι δυνατό μέσω δύο μηχανισμών: 1) Όταν ένας μυς έχει συσπαστεί ελάχιστα, μόνο μερικές ίνες συστέλλονται. αυξάνοντας την ένταση της σύσπασης, προστίθενται και άλλες ίνες. 2) Μια ίνα μπορεί να συστέλλεται με λιγότερη ή μεγαλύτερη δύναμη ανάλογα με τη συχνότητα εκφόρτισης, δηλαδή τον αριθμό των ηλεκτρικών παλμών που φθάνουν στους μυς σε μια μονάδα χρόνου. Με τη διαμόρφωση αυτών των δύο μεταβλητών, το κεντρικό νευρικό σύστημα εντολών με ποια δύναμη πρέπει να συστέλλεται ο μυς. Όταν διοχετεύει μια ισχυρή συστολή, σχεδόν όλες οι ίνες του μυός μειώνονται, όχι μόνο, αλλά όλες θα μειωθούν με μεγάλη δύναμη: όταν διοχετεύει μια ασθενή σύσπαση λίγες μόνο ίνες συντομεύονται και με μικρότερη δύναμη.
Απευθύνουμε τώρα μια άλλη σημαντική πτυχή της μυϊκής φυσιολογίας: τον μυϊκό τόνο . Ο μυϊκός τόνος μπορεί να οριστεί ως συνεχής κατάσταση ελαφράς συστολής των μυών, η οποία είναι ανεξάρτητη από τη θέληση. Ποιος παράγοντας προκαλεί αυτή την κατάσταση συστολής; Πριν από τη γέννηση οι μύες έχουν το ίδιο μήκος με τα οστά, τότε, με την ανάπτυξη, τα οστά επιμηκύνονται περισσότερο από τους μύες, έτσι ώστε τα τελευταία να τεντώνονται. Όταν ένας μυς εκτείνεται, λόγω ενός νωτιαίου αντανακλαστικού (μυωτικού αντανακλαστικού) συστέλλεται, επομένως η συνεχής έκταση στην οποία υποβάλλεται ο μυς καθορίζει μια συνεχή κατάσταση ελαφράς αλλά ανθεκτικής συστολής. Η αιτία είναι μια αντανάκλαση και δεδομένου ότι το κύριο χαρακτηριστικό των αντανακλαστικών είναι η μη εθελοντική, ο τόνος δεν διέπεται από τη θέληση. Ο τόνος είναι ένα φαινόμενο που βασίζεται σε αντανακλαστικό των νεύρων, οπότε αν κόψω το νεύρο που πηγαίνει από το κεντρικό νευρικό σύστημα στο μυ, γίνεται λεπτό, χάνοντας εντελώς τον τόνο του.
Η δύναμη συστολής ενός μυός εξαρτάται από την εγκάρσια τομή του και είναι ίση με 4-6 kg.cm2. Αλλά η αρχή ισχύει κατ 'αρχήν, δεν υπάρχει ακριβής λόγος άμεσης αναλογικότητας: σε έναν αθλητή, ένας μυς ελαφρώς μικρότερος από αυτόν ενός άλλου αθλητή μπορεί να είναι ισχυρότερος. Ένας μυς αυξάνει τον όγκο του εάν εκπαιδεύεται με αυξανόμενη αντίσταση (είναι η αρχή στην οποία βασίζονται τα βάρη γυμναστική). θα πρέπει να τονιστεί ότι ο όγκος κάθε μυϊκής ίνας αυξάνεται, ενώ ο αριθμός των μυϊκών ινών παραμένει σταθερός. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται μυϊκή υπερτροφία.
Βιοχημεία μυών
Τώρα ας αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα των αντιδράσεων που συμβαίνουν στους μύες. Έχουμε ήδη πει ότι για να συμβεί συστολή, λαμβάνει χώρα ενέργεια . αυτή η ενέργεια διατηρεί το κύτταρο στο λεγόμενο ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη), το οποίο, όταν δίνει ενέργεια στον μυ, μετατρέπεται σε ADP (διφωσφορική αδενοσίνη) + Pi (ανόργανο φωσφορικό άλας): η αντίδραση συνίσταται στην απομάκρυνση ενός φωσφορικού άλατος. Έτσι, η αντίδραση που λαμβάνει χώρα στο μυ είναι ΑΤΡ → ADP + Pi + ενέργεια. Ωστόσο, τα αποθέματα ATP είναι λίγα και πρέπει να επανασυνθετηθούν. Επομένως, για να συστέλλεται ο μυς, πρέπει να λάβει χώρα και η αντίστροφη αντίδραση (ADP + Pi + ενέργεια> ATP), έτσι ώστε ο μυς να διαθέτει πάντα ATP. Η ενέργεια που κάνει την αναγέννηση του ATP μας δίνει τροφή: αυτά, αφού αφομοιωθούν και απορροφηθούν, φτάσουν στο μυ, μέσω του αίματος, όπου παραιτούνται από την ενέργεια τους, ακριβώς για να κάνουν τη μορφή ATP.
Η ενεργός ουσία κατ 'εξοχήν δίνεται από τα σάκχαρα, και ιδιαίτερα από τη γλυκόζη. Η γλυκόζη μπορεί να διασπαστεί παρουσία οξυγόνου (σε αερόβιες συνθήκες) και είναι, όπως λέγεται λανθασμένα, "καμένη". η ενέργεια που απελευθερώνεται το παίρνει από το ATP, ενώ η γλυκόζη δεν έχει παρά νερό και διοξείδιο του άνθρακα. 36 μόρια ΑΤΡ λαμβάνονται από ένα μόριο γλυκόζης. Αλλά η γλυκόζη μπορεί επίσης να προσβληθεί απουσία οξυγόνου, οπότε μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ και σχηματίζονται μόνο δύο μόρια ΑΤΡ. τότε το γαλακτικό οξύ, περνώντας μέσα στο αίμα, πηγαίνει στο ήπαρ όπου και πάλι μετασχηματίζεται σε γλυκόζη. Αυτός ο κύκλος γαλακτικού οξέος ονομάζεται κύκλος Cori. Τι συμβαίνει στην πράξη όταν οι μυϊκές συμβάσεις; Στην αρχή, όταν ο μυς αρχίζει να συστέλλεται, το ΑΤΡ εξαντλείται αμέσως και, αφού δεν έχουν υπάρξει καρδιακές και αναπνευστικές προσαρμογές μετά, το οξυγόνο που φθάνει στο μυ είναι ανεπαρκές, επομένως η γλυκόζη χωρίζεται σε απουσία γαλακτικού οξέος που σχηματίζει οξυγόνο. Για δεύτερη φορά μπορούμε να έχουμε δύο καταστάσεις: 1) Εάν η προσπάθεια συνεχίζεται με ελαφρό τρόπο, το οξυγόνο είναι αρκετό, τότε η γλυκόζη θα οξειδωθεί σε νερό και τον άνυδρο άνθρακα: το γαλακτικό οξύ δεν θα συσσωρευτεί και η άσκηση μπορεί να συνεχιστεί για ώρες αυτός ο τύπος προσπάθειας επομένως ονομάζεται αερόβια, για παράδειγμα το κατώτατο όριο). 2) Αν η προσπάθεια εξακολουθεί να είναι έντονη, αν και πολύ οξυγόνο φτάνει στο μυ, πολύ γλυκόζη θα σπάσει απουσία οξυγόνου. κατά συνέπεια θα σχηματιστεί πολύ γαλακτικό οξύ το οποίο θα προκαλέσει κόπωση (μιλάμε για αναερόβια προσπάθεια, για παράδειγμα ένα γρήγορο πρόγραμμα, όπως τα 100 μέτρα). Κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης, το γαλακτικό οξύ θα γυρίσει πίσω στη γλυκόζη παρουσία οξυγόνου. Στην αρχή, ακόμη και στην αερόβια προσπάθεια, λείπει το οξυγόνο: μιλάμε για ένα χρέος οξυγόνου, το οποίο θα πληρώνεται όταν ξεκουραζόμαστε. το εν λόγω οξυγόνο θα χρησιμοποιηθεί για την εκ νέου σύνθεση της γλυκόζης από το γαλακτικό οξύ. στην πραγματικότητα, αμέσως μετά την προσπάθεια καταναλώνουμε περισσότερο οξυγόνο από το κανονικό: πληρώνουμε το χρέος. Όπως μπορείτε να δείτε, αναφέραμε τη γλυκόζη ως παράδειγμα καυσίμου, επειδή είναι το πιο σημαντικό καύσιμο μυών. στην πραγματικότητα, ακόμη και αν τα λίπη έχουν μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας, για να τα οξειδώσετε χρειάζεστε πάντα μια ορισμένη ποσότητα γλυκιδίων και πολύ περισσότερο οξυγόνο. Ελλείψει αυτών υπάρχουν σημαντικές διαταραχές (κέτωση και οξέωση). Οι πρωτεΐνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμα, ωστόσο, αφού είναι οι μόνες που χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό μυών, η πλαστική λειτουργία τους επικρατεί. Τα λιπίδια έχουν το χαρακτηριστικό ότι, για το ίδιο βάρος, έχουν περισσότερη ενέργεια από τα σάκχαρα και τις πρωτεΐνες: χρησιμοποιούνται ιδανικά ως κατάθεση. Έτσι τα γλυκίδια είναι το καύσιμο, οι πρωτεΐνες είναι οι πρώτες ύλες, τα λιπίδια είναι τα αποθέματα.
Προσπάθησα σε αυτό το άρθρο σχετικά με τη φυσιολογία του μυός να είμαι όσο το δυνατόν σαφέστερος, χωρίς να παραβλέπω την επιστημονική αυστηρότητα: Νομίζω ότι θα είχα επιτύχει ένα μεγάλο αποτέλεσμα αν ώθησα τους φορείς φυσικής κατάστασης να ασχοληθούν περισσότερο με τη φυσιολογία, διότι πιστεύω ότι οι θεμελιώδεις έννοιες της φυσιολογίας και της ανατομίας πρέπει να είναι μια απαραίτητη πολιτιστική κληρονομιά για να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε με κάποιο τρόπο αυτό το θαυμάσιο ανθρώπινο σώμα.
