fiziologie

Fiziologia musculară: Scurtă descriere

De Dr. Gianfranco De Angelis

Este disperat să vezi instructori și traineri personali care oferă explicații "empirice" cu privire la diverse subiecte: mase musculare (hipertrofie), creșteri de rezistență, rezistență etc. fără să aibă o cunoaștere grosolană a structurii histologice și fiziologiei mușchilor.

Puțini au o cunoaștere mai mult sau mai puțin aprofundată a anatomiei macroscopice, ca și când ar fi suficient să știe unde sunt localizate bicepsii sau pectorali, fără a ține seama de structura histologică și chiar de biochimia și fiziologia mușchilor. Voi încerca, pe cât posibil, să fac o scurtă și simplă discuție a subiectului, accesibilă și laicului științelor biologice.

Structura histologică

Țesutul muscular diferă de alte țesuturi (nervos, osoasă, conjunctiv), datorită unei caracteristici evidente: contractilitatea, adică țesutul muscular poate contracta sau scurta lungimea acestuia. Înainte de a vedea cum devine mai scurt și pentru ce mecanisme, să vorbim despre structura sa. Avem trei tipuri de țesut muscular, atât din punct de vedere histologic cât și funcțional: țesut muscular scheletic strivit, țesut muscular neted și țesut muscular cardiac. Principala diferență funcțională dintre primul și celelalte două este că, în timp ce prima este guvernată de voință, celelalte două sunt independente de voință. Primul este mușchii care mișcă oasele, mușchii pe care îi antrenăm cu mănunchiuri, gantere și mașini. Al doilea tip este dat de mușchii viscerelor, cum ar fi mușchii din stomac, intestine etc. care, așa cum vedem în fiecare zi, nu sunt controlate de voință. Cel de-al treilea tip este cardiacul: inima este formată și din mușchi, de fapt se poate contracta; în special, de asemenea, mușchiul inimii este striat, de aceea similar cu cel scheletic, cu toate acestea, o diferență importantă, contracția sa ritmică este independentă de voință.

Mișcările scheletice sunt responsabile pentru activitățile de voluntariat și, prin urmare, pentru activitățile sportive. Muschiul striat este alcătuit din celule, ca toate celelalte structuri și sisteme ale organismului; celula este cea mai mică unitate capabilă de viață autonomă. În organismul uman există miliarde de celule și aproape toate au o parte centrală numită nucleu, înconjurată de o substanță gelatinoasă numită citoplasmă. Celulele care alcătuiesc mușchiul sunt numite fibre musculare : ele sunt elemente alungite, dispuse longitudinal pe axa mușchiului și colectate în benzi. Principalele caracteristici ale fibrei musculare striate sunt trei:

  1. Este foarte mare, lungimea poate ajunge la câțiva centimetri, diametrul este de 10-100 microni (1 micron = 1/1000 mm). Celelalte celule ale organismului sunt, cu unele excepții, de dimensiuni microscopice.
  2. Are multe nuclee (aproape toate celulele au numai unul) și din acest motiv este definit un "sincițial polinuclear".
  3. Apare transversal striat, adică prezintă o alternanță între benzi întunecate și benzi luminoase. Fibrele musculare prezintă în formațiunile lor alungite, dispuse longitudinal pe axa fibrei și, prin urmare, și pe cea a mușchiului, numite miofibrili, le putem considera drept corduri alungite plasate în interiorul celulei. Myofibrilele sunt, de asemenea, striate transversal și sunt responsabile pentru strivirea întregii fibre.

    Luați un miofibril și studiați-l: are benzi întunecate, numite benzi A și benzi luminoase numite I, în mijlocul benzii I există o linie întunecată numită linie Z. Spațiul dintre o linie Z și celălalt se numește sarcomere, care reprezintă elementul contractil și cea mai mică unitate funcțională a mușchiului; în practică, fibra este scurtată deoarece sarcomerele sale sunt scurtate.

Acum, să vedem cum se face myofibrilul, care este ceea ce se numește ultrastructura musculară. Este fabricat din filamente, unele mari spun filamente de miozină, alte filamente subțiri de actină. Cele mari se potrivesc cu cele subțiri, astfel încât banda A este formată din filamentul grosier (de aceea este mai întunecată), banda I este formată de acea parte a filamentului subțire care nu este lipită de filamentul greu (fiind format din filamentul subțire este mai ușor).

Mecanism de contracție

Acum, când cunoaștem structura histologică și ultrastructura, putem menționa mecanismul de contracție. În contracție, filamentele luminoase rulează între filamentele grele, astfel încât benzile I să scadă în lungime; astfel sarcomerul, de asemenea, scade în lungime, adică distanța dintre o bandă Z și cealaltă: prin urmare, contracția nu se produce deoarece filamentele au fost scurtate, ci pentru că au scăzut lungimea sarcomerului. Scăderea lungimii sarcomerului scade lungimea miofibrililor, deci din moment ce miofirile formează fibra, lungimea fibrei scade, în consecință mușchiul, care este fabricat din fibre, este scurtat. Evident, pentru ca aceste filamente să curgă energia este necesară și aceasta este dată de o substanță: ATP (adenozin trifosfat), care este moneda energetică a organismului. ATP se formează prin oxidarea alimentelor: energia pe care o are alimentele este trecută la ATP, care le dă filamentelor să le facă să curgă. Pentru ca contracția să apară, este necesar un alt element, ionul de Ca ++ (calciu). Celula musculară deține stocuri mari în ea și o pune la dispoziția sarcomerului atunci când contracția trebuie să aibă loc.

Contracția musculară din punct de vedere macroscopic

Am văzut că elementul contractil este sarcomerul, examinăm acum toate mușchii și îl studiem din punct de vedere fiziologic, dar macroscopic. Pentru ca un mușchi să se contracteze, este necesar ca acesta să ajungă la un stimulent electric : acest stimul provine de la nervul motor, pornind de la măduva spinării (așa cum se întâmplă în mod natural); sau poate proveni dintr-un nerv motor motor rezecat și stimulat electric sau direct stimulând mușchiul electric. Imaginați-vă că luați un mușchi: o extremitate legată de un punct fix, cealaltă extremă atârnând-o cu o greutate; în acest moment îl stimulăm electric; muschiul se va contracta, adica se va scurta prin ridicarea greutatii; această contracție se numește contracție izotonică. Dacă, în schimb, legăm mușchiul cu ambele capete la două suporturi rigide, atunci când îl stimulează, mușchiul va crește tensiunea fără scurtare: se numește contracție izometrică. În practică, dacă luăm barba de pe sol și o ridicăm, aceasta va fi o contracție izotonică; dacă îl încarcăm cu o greutate foarte mare și, încercând să-l ridicăm, atunci, deși contractăm mușchii la maxim, nu-l mișcăm, se va numi contracție izometrică. În contracția izotonică, am efectuat o lucrare mecanică (muncă = forță x deplasare); în contracția izometrică, lucrarea mecanică este zero, deoarece: forța = forța x deplasarea = 0, deplasarea = 0, forța = forța x 0 = 0

Dacă stimulăm musculatura cu o frecvență foarte mare (adică numeroase impulsuri pe secundă), ea va dezvolta o forță foarte mare și va rămâne contractată la maxim: mușchiul în această stare este considerat tetanos, prin urmare contracția tetanică înseamnă contracție maximă și continuă. Un mușchi poate contracta puțin sau mult, la nevoie; acest lucru este posibil prin două mecanisme: 1) Când un mușchi este contractat puțin, doar câteva fibre contract; crescând intensitatea contracției, se adaugă și alte fibre. 2) O fibră poate contracta cu forță mai mică sau mai mare în funcție de frecvența de descărcare, adică numărul de impulsuri electrice care ajung la mușchii în unitatea de timp. Prin modularea acestor două variabile, controalele sistemului nervos central care forțează mușchiul trebuie să se contracteze. Când o comandă puternică contractează, aproape toate fibrele musculare sunt scurtate, nu numai, dar toate vor fi tocate cu forță mare: atunci când o contracție slabă comanda doar câteva fibre sunt scurtate și cu o forță mai mică.

Să ne confruntăm acum cu un alt aspect important al fiziologiei musculare: tonusul muscular. Tonul muscular poate fi definit ca o stare continuă de contracție ușoară a mușchilor, care este independentă de voință. Care factor cauzează această stare de contracție? Înainte de naștere, mușchii au aceeași lungime ca și oasele, apoi, odată cu dezvoltarea, oasele se întind mai mult decât mușchii, astfel încât acestea din urmă sunt întinse. Atunci când un mușchi este întins, printr-un reflex spinal (reflexul miotatic) se contractează, prin urmare întinderea continuă la care este supusă mușchiul determină o stare continuă de contracție ușoară, dar persistentă. Cauza este o reflecție și, din moment ce principala caracteristică a reflexelor este non-voluntaritatea, tonul nu este guvernat de voință. Tonul este un fenomen bazat pe un reflex nervos, așa că, dacă taie nervul care vine de la sistemul nervos central până la mușchi, devine slab, pierzând complet tonul.

Forța de contracție a unui mușchi depinde de secțiunea transversală și este egală cu 4-6 kg.cm2. Dar principiul este valabil în principiu, nu există un raport specific al proporționalității directe: într-un atlet, un mușchi puțin mai mic decât cel al unui alt atlet poate fi mai puternic. Un mușchi crește volumul său dacă este instruit cu rezistență crescătoare (este principiul pe care se bazează gimnastica cu greutăți); este important să subliniem faptul că volumul fiecărei fibre musculare crește, în timp ce numărul fibrelor musculare rămâne constant. Acest fenomen se numește hipertrofie musculară.

Biochimie musculară

Să ne confruntăm acum cu problema reacțiilor care apar în mușchi. Am spus deja că pentru contracția energetică să apară; această energie conservă celula din așa-numitul ATP (adenozin trifosfat), care, atunci când dă energie mușchiului, se transformă în ADP (adenozin difosfat) + Pi (fosfat anorganic): reacția constă în îndepărtarea unui fosfat. Deci, reacția care are loc în mușchi este ATP → ADP + Pi + energie. Cu toate acestea, stocurile de ATP sunt puține și trebuie să reanimalizăm acest element. Deci, pentru ca mușchiul să se contracte, trebuie să apară și reacția inversă (ADP + Pi + energie> ATP), astfel încât mușchiul să aibă întotdeauna ATP disponibil. Energia pentru a face resinteza ATP este dată de alimente: acestea, după ce sunt digerate și absorbite, prin sânge ajung la mușchi, unde își dau energia, doar pentru a face ATP.

Substanța energetică prin excelență este dată de zaharuri, în special de glucoză. Glucoza poate fi descompusă în prezența oxigenului (într-o atmosferă aerobă) și este, așa cum se spune în mod necorespunzător, "arsă"; energia care scapă de ea ia ATP, în timp ce glucoza nu rămâne decât apă și dioxid de carbon. 36 molecule de ATP sunt obținute dintr-o moleculă de glucoză. Dar glucoza poate fi, de asemenea, atacata in absenta oxigenului, caz in care se transforma in acid lactic si se formeaza doar doua molecule de ATP; atunci acidul lactic, trecând în sânge se duce în ficat, unde se transformă din nou în glucoză. Acest ciclu de acid lactic se numește ciclul Cori. Ce se întâmplă practic atunci când mușchiul este contractat? La inceput, cand muschiul incepe sa se contracte, ATP este imediat epuizat si, din moment ce nu au existat adaptari cardio-circulatorii si respiratorii care vor aparea mai tarziu, oxigenul care ajunge la muschi este insuficient, astfel incat glucoza se descompune in absența acidului lactic care formează oxigen. Într-o a doua oară, putem avea două situații: 1) Dacă efortul continuă ușor, oxigenul este suficient, atunci glucoza se va oxida în apă și anhidritul de carbon: nu se va acumula acid lactic și exercițiile pot continua ore întregi ( acest tip de efort este, prin urmare, numit aerobic, de exemplu cursa de fond). 2) Dacă efortul continuă să fie intens, în ciuda apariției mușchiului mult oxigen, o cantitate mare de glucoză se va împărți în absența oxigenului; prin urmare, se va forma o mulțime de acid lactic, ceea ce va provoca oboseală (se numește stres anaerob, de exemplu o alergare rapidă, cum ar fi 100 de metri). În timpul repausului, acidul lactic, în prezența oxigenului, se va transforma din nou în glucoză. La început, chiar și în efortul aerobic, lipsesc oxigenul: vorbim despre datoria de oxigen, care va fi plătită atunci când ne odihnim; oxigenul menționat va fi utilizat pentru a re-sintetiza glucoza din acidul lactic; de fapt, imediat după efort, consumăm mai mult oxigen decât normal: plătim datoriile. După cum puteți vedea, am citat glucoza ca un exemplu de combustibil, deoarece este cel mai important combustibil din mușchi; de fapt, chiar dacă grăsimile au o cantitate mai mare de energie, pentru a le oxida, este întotdeauna necesar să existe o anumită cantitate de glicozide și mult mai mult oxigen. În absența acestora există tulburări semnificative (ketoză și acidoză). Proteinele pot fi folosite drept combustibil, totuși, deoarece acestea sunt singurele care sunt folosite pentru a antrena mușchii, funcția plastică predomină în ele. Lipidele au caracteristica că, la aceeași greutate, au mai multă energie decât zaharurile și proteinele: ele sunt în mod ideal folosite ca depozitare. Deci, glicidele sunt combustibilul, proteinele sunt materii prime, lipidele sunt rezervele.

Am încercat în acest articol de fiziologie musculară să fie cât mai clar posibil, fără a neglija rigiditatea științifică: Cred că am obținut un rezultat excelent dacă am stimulat operatorii de fitness să aibă un interes mai serios în fiziologie, deoarece cred că noțiunile fundamentale de fiziologie și anatomie trebuie să fie un bun cultural esențial pentru a încerca să înțelegem într-un fel acest minunat corp uman.