Fiziologia musculară, Structura, Creștere si dezvoltare, Controlul nervilor, Reproducere, Organizare, Stimularea nervilor
Fiziologia musculară
-Numărul de fibre musculare din organism este determinat la naștere. În acest sens, mușchiul este similar cu țesutul nervos. Numărul de fibre nu se înmulțește, dar fibrele individuale se măresc cu antrenament. Acest lucru explică dimensiunea și puterea mușchilor unui halterofil, în contrast cu cei ai unui funcționar inactiv, chiar dacă mușchii lor conțin același număr de fibre.Teoretic, puterea maximă, energiea unui om este de aproximativ 6 CP. Cea mai mare putere înregistrată până în prezent este de 4,5 CP; 0,5 CP poate fi susținut aproape la nesfârșit.
-Fibrele musculare pot fi scurte sau lungi, dar diametrul lor este întotdeauna mai mic decât lungimea lor (majoritatea fibrelor măsoară între 0,01 mm și 0,1 mm). Multe fibre individuale alcătuiesc fiecare mușchi. Există aproximativ 650 de mușchi scheletici în organism (de aproximativ trei ori mai mulți mușchi decât oase), care conțin aproximativ 250.000.000 de fibre musculare striate. În ochi aceste fibre au un diametru de 20 de microni (un micron este de 1milion de ori mai mic de cat un metru). Fibrele membrelor variază ca mărime de la 10 la 100 de microni, cele mai marifiind la sportivii de sex masculin.
-Fiecare mușchi se supune aceluiași principiu „totul sau nimic” ca fibra nervoasă care îl controlează – fie se contractă, fie nu. Mușchiul funcționează prin conversia energiei chimice în energie mecanică. Mai puțin de jumătate din energia potențială disponibilă este convertită, iar restul se pierde sub formă de căldură. Acesta este motivul pentru care temperatura corpului crește atunci când efectuați o muncă obositoare. Chiar și în repaus, căldura produsă în timpul conversiei relativ eficiente a energiei chimice în energie mecanică în mușchi menține temperatura corpului la animalele expuse la frig.
-Mișcările musculare asociate cu frisonul eliberează căldură, astfel încât aceasta nu este irosită, așa cum este în majoritatea mașinilor create de om. Uneori se produce suficientă căldură pentru a fierbe un litru de apă. Tremurul poate fi mai bun decât un tampon de încălzire sau exercițiu atunci când vine vorba de încălzirea corpului. În unele cazuri de hipotermie modestă, căldura dintr-o sursă externă poate fi de fapt contraproductivă deoarece inhibă răspunsul de frison.
Structura
-Fibra musculară la rândul ei este compusă din elemente mai mici numite miofibrile. Fiecare miofibrilă conține două tipuri de subunități filamentoase, dintre care una groasă și cealaltă subțire. Acestea se interdigitează într-o matrice suprapusă care produce un efect de bandă striată încrucișată, așa cum este relevat de un microscop electronic. Sunt dispuse într-o rețea hexagonală.
-Unitatea structurală a unei fibre musculare este sarcomerul, delimitat de o „linie Z” la fiecare capăt. Microscopia dezvăluie un design repetat al benzilor, zonelor și liniilor în interiorul acestor sarcomere, delimitând suprapunerea filamentelor groase și subțiri și producând aspectul dungat al mușchiului scheletic. După cum vom vedea când ne uităm la baza moleculară a contracției musculare, aranjarea acestor filamente groase și filamente subțiri este de primă importanță.
-Toți mușchii sunt ținuți împreună de țesut fibros gros. Acest țesut fibros le adună împreună la un capăt al unui mușchi, unde este fixat de un os, iar la celălalt capăt unde formează o bandă fibroasă groasă numită tendon, care se fixează de un alt os. Aceste atașamente se numesc respectiv originea si insertia muschiului.
-Tendoanele seamănă cu frânghiile și ca frânghiile, cu cât sunt mai groase cu atât rezistența la tracțiune a mușchilor și a tendonului este mai mare. Apropo, tendoanele sunt fabricate de fibroblasti („producători de fibre”). Aceste celule mobile, versatile, extrud molecule de fibre care se autoasamblează în fire lungi.
-Fibra care face tendonul atât de puternic este colagenul cu trei catene, răsucite ca un cablu, alb și strălucitor. Când aceste fire de colagen sunt aranjate în paralel, ele oferă putere maximă în direcția în care mușchiul trage.
-Fiind fixată la ambele capete, scurtarea mușchiului va deplasa orice articulație care se află între originea și inserția sa. Orice mușchi care mișcă o articulație este asistat de alți mușchi care stabilizează extremitatea și de mușchii antagoniști care lucrează în sens opus(funcții opuse) sau ca frânghii pentru a preveni miscarile violente și necontrolate.
-Tendoanele sunt ușor elastice pentru a proteja mușchii și ligamentele de efortul excesiv. Originea unui mușchi – de obicei capătul său staționar – este ferm atașată de os printr-un tendon scurt. Inserția unui mușchi – de obicei capătul care se mișcă – este atașată de un tendon mai lung. De exemplu, mușchii care mișcă degetele de la picioare sunt legați de picior prin tendoane lungi și subțiri care trec pe partea din față și din spate a gleznei. Benzile de tesut fibros (numite retinacula(retinaculum)) sunt infasurate in jurul tendoanelor de la incheietura mainii si gleznei.
-Ei mențin tendoanele aliniate astfel încât să urmeze direcția corectă de tragere în timp ce alunecă. Tendoanele sunt învelite în teci (teci sinoviale) în locuri unde s-ar putea freca de țesuturile adiacente.Acestea conțin aceleași membrane și fluid lubrifiant care se găsesc în articulații. Așa cum întregul mușchi este ținut într-un plic de țesut fibros, grupurile individuale de fibre musculare sunt conținute în mod similar.
-Învelișul fascial al mușchiului însuși se numește epimisium. Perimisium subdivide macroscopic mușchiul în fascicule de fibre (fascicul), iar endomisiul înconjoară fibrele musculare individuale (unități celulare musculare) legându-le împreună și de perimisium. În cadrul acestui înveliș fibros celulele musculare sunt scăldate într-un fluid care conține substanțele chimice necesare contracției și relaxării. Accesul din sistemul circulator general se face prin tubuli microscopici. În acest sistem intră și vasele de sânge și nervii.
-Minuscule fusuri de celule musculare foarte specializate deservite de nervi care reglează poziția se găsesc în mușchii posturali. Aceste fusuri musculare înregistrează tensiunea musculară, astfel încât ajustările posturale fine să poată fi făcute de către corp acolo unde și când este necesar. Un alt tip de reglator al tensiunii este receptorul de organ al tendonului Golgi care se găsește în tendoane, care furnizează sistemului nervos informații despre tensiunea musculară pentru a preveni contracțiile extrem de puternice care ar putea separa tendonul de os.
-În ciuda variațiilor de mărime și formă, toți mușchii au în esență aceeași structură. Miofibrilele constau din filamente musculare dispuse într-un model care se repetă.Fiecare unitate a acestui model se numește sarcomer. Fiecare sarcomer conține mai multe tipuri de filamente – cele groase care conțin proteina miozină și cele subțiri care conțin proteina actină.
-Aproximativ 100.000 de molecule de miozină așezate una lângă alta ar forma o panglică de 1 mm lățime. Moleculele de actină sunt pe jumătate ca grosime. Alinierea în serie a sarcomerelor din miofibrilele adiacente conferă fibrelor musculare aspectul lor striat (în dungi).
Creșterea și dezvoltarea mușchilor
–Mușchiul se dezvoltă dintr-un grup de celule numit mezenchim (stratul mijlociu). Membranele exterioare ale acestor celule fuzionează în punctele de contact în timpul dezvoltării embriologice, formând o singură unitate închisă într-o membrană continuă numită mioblast (rnyo = mușchi, blast = celulă formativă). Această organizare timpurie are ca rezultat un așa-numit miotub, care la rândul său, se dezvoltă într-o celulă musculară imatură care poate conține sute de nuclei, câte unul din fiecare dintre celulele originale. Creșterea ulterioară produce o celulă musculară matură, sau o fibră, un cilindru lung care măsoară 1/500 de inch în diametru și câțiva inci în lungime. Întreruperea dezvoltării în orice punct de-a lungul acestei căi poate duce la o boală congenitală a mușchilor.
Controlul nervilor
-Deși fiecare fibră se contractă într-un tip de răspuns „tot sau niciunul” la stimularea nervoasă, rareori toate fibrele musculare sunt activate la un moment dat. Sunt trimise doar impulsurile nervoase necesare pentru a satisface nevoia de forță necesară îndeplinirii unei sarcini date, doar câteva pentru a ridica un creion, multe altele pentru a ridica o ganteră.
-Acest lucru este realizat printr-un sistem complex de feedback nervos bazat pe faptul că acțiunea musculară va crește odată cu creșterea sarcinii, la fel cum un motor de tractor este programat să accelereze automat atunci când plugul lovește un sol mai greu. Un astfel de control servo (feedback) este necesar pentru a ne împiedica să consumăm atâta energie ridicând o furculiță cât am ridica un sac de beton de 50 de kile.
Reproducerea
-Celulele musculare plătesc pentru capacitatea lor contractilă specializată. Unul dintre lucrurile pe care nu le pot face este să se dividă pentru a se reproduce în modul convențional ca majoritatea celulelor. La oameni și la majoritatea celorlalte mamifere, numărul de celule musculare pe care le aveți la naștere este numărul cu care trebuie să lucrați pe măsură ce creșteți.
-Masa musculara creste prin volumizare si exercitii fizice, prin cresterea dimensiunii celulelor existente. Cu toate acestea, celulele satelit specializate pot regenera celulele musculare care au fost deteriorate printr-un proces complicat de asamblare a structurilor care plutesc deja în fluidul celular. Celula musculară suferă necroză (moarte), iar celula satelit direcționează regenerarea, care include divizarea nucleului și reduplicarea membranei care conține celula (lamina bazală). În cele din urmă, însă uzura normală care rezultă din îmbătrânire ajunge din urmă acest proces. Greutatea unor mușchi poate scădea cu până la 30 la sută între 35 și 75 de ani.
-O serie de lucruri pot accelera pierderea musculară. Stimularea mușchilor acestuia este întreruptă atunci când un nerv este distrus, ca în cazul poliomielitei, al bolii Lou Gehrig (scleroza laterală amiotrofică sau SLA) sau al traumei, iar fibra musculară devine inactivă, se micșorează și în cele din urmă este înlocuită cu grăsime și țesut conjunctiv. Situația inversă are ca rezultat un mușchi foarte activ care crește în dimensiune și putere. În acest sens, dezvoltarea musculară poate fi privită ca un produs direct al utilizării musculare.
Organizare
-Un singur mușchi scheletic poate fi considerat ca un fel de cablu de tensiune viu. Este plin cu multe sute de mii de fibre musculare care formează un model care se repetă până la nivel molecular. Fiecare dintre fibre este formată din 1.000 până la 2.000 de fire mai mici numite fibrile care se desfășoară paralel una cu cealaltă și sunt elementele contractante, părțile care efectuează munca efectivă. Aceste fibrile au un diametru de aproximativ 1/25.000 de inch, iar spațiul dintre ele este umplut cu un fluid (citoplasmă).
-Dens împachetate în fiecare fibrilă sunt sute de filamente, cea mai mică componentă a mușchiului. Când secțiunea transversală a unei fibrile este mărită de aproximativ 250.000 de ori la microscop electronic, aceste filamente superfine pot fi văzute aranjate într-un model geometric în care filamentele subțiri și filamentele groase alternează. Diverse linii, benzi și zone au fost notate în model și etichetate (Z, I, A, M, H) pentru identificare în timpul examinării microscopice.
-Pe măsură ce fibrila musculară se contractă, filamentele subțiri alunecă între filamentele groase. Brațele moleculare de pe filamentul gros (miozină) angajează locuri specifice pe filamentul subțire (actină) și printr-un fel de acțiune de clichet scurtează fibra în contracție.
Stimularea nervilor
-Procesul începe cu o serie de impulsuri electrice transmise de la creier de-a lungul diferitelor tracturi de fibre nervoase din măduva spinării către nervul periferic care se termină la joncțiunea neuromusculară. Când impulsurile electrice ajung la această joncțiune, se inițiază o reacție chimică care eliberează un strop de acetilcolină. În momentul în care acetilcolina ajunge la receptorii săi de pe mușchi, fibra se asemănă cu o baterie încărcată care poartă o sarcină electrică de 0,09 volți. Acesta se numește potențialul de repaus al mușchilor.
-Acetilcolina este o neuroumor (secreție chimică a sistemului nervos) care poate modifica temporar structura moleculară a membranei musculare, astfel încât să existe un flux în două sensuri de ioni de potasiu și sodiu (un ion este un atom care este încărcat electric) între celula musculară și fluidul care îl înconjoară.
-Pe măsură ce acești ioni sunt schimbați prin membrană, echilibrul electric al fibrei musculare se modifică (se depolarizează) pe măsură ce se descarcă temporar. Aceasta generează un potențial de acțiune, o descărcare electrică care se răspândește pe suprafața celulei, transmițând un mesaj printr-o cale tubulară numită tubuli T către o zonă de reținere (cisterna terminală) din interiorul membranei (reticulul sarcoplasmatic sau SR) care înconjoară elementele contractante cele mai interioare, miofibrilele.
-În cele din urmă, un schimb de ioni de calciu adânc în fibrile inițiază contracția. Timpul total implicat într-o contracție a unei singure celule musculare, inclusiv stimularea, contracția și relaxarea, este de aproximativ 0,1 secunde.
-Milioane de fibre musculare sunt activate cu fiecare mișcare a corpului. Interacțiunile electrice cu modificări chimice ulterioare au loc în mod constant pe măsură ce electricitatea curge înainte și înapoi prin membranele celulare și de-a lungul căilor din interiorul fibrelor. „Pacemakerele” care orchestrează această activitate sunt semnalele nervoase care eliberează acetilcolina la multitudinile de joncțiuni neuromusculare.
By. Bitanu-Alexandru