פיזיולוגיה של השרירים: תיאור קצר

נערך על ידי ד"ר ג'אנפרנקו דה אנג'ליס

זה "מייאש לראות מדריכים ומאמנים אישיים במכוני כושר שנותנים הסברים" אמפיריים "בנושאים שונים: מסת שריר (היפרטרופיה), עלייה בכוח, סיבולת וכו ', מבלי להכיר אפילו את המבנה ההיסטולוגי והפיזיולוגיה של השרירים. .

למעטים יש רק פחות או יותר ידע מעמיק על האנטומיה המקרוסקופית, כאילו מספיק לדעת היכן נמצא הדו ראשי או החזה, תוך התעלמות מהמבנה ההיסטולוגי ואף פחות מהביוכימיה והפיזיולוגיה של השרירים. ערוך דיון קצר ופשוט. של הנושא, נגיש אפילו להדיוטות במדעי הביולוגיה.

מבנה היסטולוגי

רקמת השריר שונה מרקמות אחרות (עצבים, עצמות, חיבורים), בשל מאפיין ברור: התכווצות, כלומר רקמת השריר מסוגלת להתכווץ, או לקצר את אורכה. לפני שנראה כיצד הוא מתקצר ולאילו מנגנונים, בואו נדבר על המבנה שלו. יש לנו שלושה סוגים של רקמת שריר, השונים מבחינה היסטולוגית ותפקודית: רקמת שריר מפוספסת שלד, רקמת שריר חלק ורקמת שריר לב. ההבדל התפקודי העיקרי בין הראשון לשני האחרים הוא שבעוד שהראשון נשלט על ידי הרצון, השניים האחרים אינם תלויים ברצון. הראשון הוא השרירים שמניעים את העצמות, השרירים שאנו מאמנים בעזרת משקולות, משקולות ומכונות. הסוג השני ניתן על ידי שרירי הקרביים, כגון שרירי הקיבה, המעיים וכו 'שכפי שאנו רואים כל יום אינם נשלטים על ידי הרצון. הסוג השלישי הוא הלב: הלב הוא עשוי גם משרירים, למעשה הוא מסוגל להתכווץ; בפרט, גם שריר הלב מפוספס, ולכן דומה לשרידי, אולם הבדל חשוב, ההתכווצות הקצבית שלו אינה תלויה ברצון.
השריר מפוספס השלד הוא זה שאחראי לפעילות מוטורית וולונטרית, ולכן לפעילות ספורטיבית. השריר המפוספס בנוי מתאים, כמו כל שאר המבנים והמערכות של האורגניזם; התא הוא היחידה הקטנה ביותר המסוגלת לחיים אוטונומיים. באורגניזם האנושי ישנם מיליארדי תאים ולכולם כמעט יש חלק מרכזי הנקרא גרעין, מוקף בחומר ג'לטיני הנקרא ציטופלזמה. התאים המרכיבים את השריר נקראים סיבי שריר: הם אלמנטים מוארכים, המסודרים לאורך לאורך ציר השריר ונאספים ברצועות. המאפיינים העיקריים של סיב השריר המפוספס הם שלושה:

1. הוא גדול מאוד, האורך יכול להגיע לכמה סנטימטרים, הקוטר הוא 10-100 מיקרון (1 מיקרון = 1/1000 מ"מ.) התאים האחרים של האורגניזם הם, למעט כמה יוצאים מן הכלל, ממדים מיקרוסקופיים.
2. יש לו גרעינים רבים (כמעט לכל התאים יש רק אחד) ולכן הוא נקרא "סינציטום רב גרעיני".
3. הוא מופשט לרוחב, כלומר, הוא מציג חילוף של להקות כהות ובהירות. לסיב השריר יש תצורות מוארכות בציטופלזמה שלו, המסודרות לאורך לאורך ציר הסיב ולכן גם לזה של השריר, הנקראות מיופיברילים, נוכל לראות אותן כמיתרים מוארכים הממוקמים בתוך התא. של פסי הסיב השלם.
   בואו ניקח מיופיבריל ונלמד אותו: יש לו להקות כהות, הנקראות להקות A, ולהקות בהירות בשם I, באמצע רצועת I c "הוא קו כהה הנקרא קו Z. המרווח בין קו Z אחד לשני נקרא סרקומר, המייצג את האלמנט המכווץ ואת היחידה התפקודית הקטנה ביותר של השריר; בפועל, הסיב מתקצר מכיוון שהסרקומרים שלו מתקצרים.

עכשיו בואו נראה איך מיופיבריל נוצר, זה מה שנקרא מבנה אולטרה של השריר. הוא עשוי מחוטי נימה, חלקם גדולים הנקראים נימי מיוזין, אחרים דקים הנקראים נימי אקטין. הגדולים משתלבים יחד עם הדקים בצורה כזו שהרצועה A נוצרת על ידי הנימה הגדולה (לכן היא כהה יותר), להקת I היא נוצרת במקום זאת על ידי אותו חלק של נימה דקה שאינה דבוקה לנימה הכבדה (נוצר על ידי נימה דקה הוא בהיר יותר).

מנגנון התכווצות

כעת, כאשר אנו מכירים את המבנה ההיסטולוגי ואת המבנה האולטרה, אנו יכולים לרמוז על מנגנון ההתכווצות. בהתכווצות החוטים הקלים זורמים בין החוטים הכבדים, כך שהלהקות שאני מקטינה באורך; כך גם הסרקומר יורד באורך, כלומר המרחק בין להקת Z אחת לשנייה: לכן ההתכווצות מתרחשת לא בגלל שהחוטים התקצרו, אלא בגלל שהם הפחיתו את אורך הסרקומר על ידי הזזה. אורך המיופיברילים, לכן מכיוון שמיופיברילים מהווים את הסיבים, אורך הסיב פוחת, וכתוצאה מכך השריר, העשוי מסיבים, מתקצר. ברור שכדי לחוטים אלה לזרום יש צורך באנרגיה וזה ניתן על ידי חומר: l "ATP ( אדנוזין טריפוספט), המהווה את מטבע האנרגיה של האורגניזם. ATP נוצר מחמצון המזון: האנרגיה שהמזון מועבר ל- ATP ולאחר מכן מעבירה אותו לנימים כדי לגרום להם לזרום. התכווצות מתרחשת ויש צורך גם באלמנט נוסף. , יון Ca ++ (סידן). תא השריר שומר מניות גדולות שלו בפנים והופך אותו לזמין לסרקומר כאשר כיווץ חייב להתרחש.

התכווצות שרירים מנקודת מבט מאקרוסקופית

ראינו שהמרכיב המכווץ הוא הסרקומר, בואו נבחן כעת את כל השריר ונלמד אותו מנקודת מבט פיזיולוגית, אך מקרוסקופית. על מנת ששריר יתכווץ חייב להגיע גירוי חשמלי: גירוי זה מגיע מהמנוע עצב, החל מחוט השדרה (כפי שהוא קורה באופן טבעי); או שהוא יכול לבוא מעצב מוטורי שנחתך ומעורר חשמלית, או על ידי גירוי ישיר של השריר באופן חשמלי.; בשלב זה אנו מגרים אותו באופן חשמלי; השריר יתכווץ, כלומר יתקצר בהרמת המשקל; התכווצות זו נקראת התכווצות איזוטונית. אם, לעומת זאת, נקשר את השריר עם שני קצותיו לשתי תומכות נוקשות, כאשר נמריץ אותו השריר יגדל במתח מבלי להתקצר: זה נקרא התכווצות איזומטרית. בפועל, אם נוריד את המשקולת מהקרקע ונרים אותה, זו תהיה התכווצות איזוטונית; אם אנו מעמיסים אותו במשקל כבד מאוד, ובעוד ניסיון להרים אותו, לכן תוך כדי כיווץ השרירים עד למקסימום, לא נזיז אותו, זה ייקרא התכווצות איזומטרית. בהתכווצות האיזוטונית ביצענו עבודות מכניות (עבודה = כוח x תזוזה); בהתכווצות איזומטרית העבודה המכנית היא אפס, שכן: עבודה = כוח x תזוזה = 0, עקירה = 0, עבודה = כוח x 0 = 0
אם נמריץ את השריר בתדירות גבוהה מאוד (כלומר דחפים רבים בשנייה), הוא יפתח כוח גבוה מאוד ויישאר מכווץ עד למקסימום: השריר במצב זה הוא בטטנוס, ולכן התכווצות טטנית פירושה מקסימלי והתכווצות רציפה. שריר יכול להתכווץ מעט או הרבה, כרצונו; זה אפשרי באמצעות שני מנגנונים: 1) כאשר השריר אינו מכווץ מעט, רק כמה סיבים מתכווצים; מגבירים את עוצמת ההתכווצות, מוסיפים סיבים אחרים .2) סיב יכול להתכווץ עם פחות או יותר כוח בהתאם לתדירות הפריקה, כלומר מספר הדחפים החשמליים המגיעים לשרירים ביחידת הזמן. על ידי אפנון שני המשתנים הללו, מערכת העצבים המרכזית שולטת באיזו עוצמה השריר חייב להתכווץ. כשהוא מצווה על התכווצות חזקה, כמעט כל סיבי השריר לא רק מתקצרים, אלא כולם יתקצרו בעוצמה רבה: כאשר הוא מצווה על התכווצות חלשה רק כמה סיבים מתקצרים ובעוצמה פחותה.

בואו נתייחס כעת להיבט חשוב נוסף של פיזיולוגיה של השרירים: טונוס השרירים. ניתן להגדיר את טונוס השרירים כמצב רציף של התכווצות שרירים קלה, המתרחש ללא תלות ברצון. איזה גורם גורם למצב התכווצות זה? לפני הלידה השרירים באורך זהה לעצמות, ואז, כשהם מתפתחים, העצמות נמתחות יותר מהשרירים, כך שהאחרונים נמתחים. כאשר השריר נמתח, עקב רפלקס עמוד השדרה (רפלקס מיוטי) הוא מתכווץ, לכן המתיחה הרציפה שאליה נשען השריר קובעת מצב מתמשך של אור אך התכווצות מתמשכת. הסיבה היא רפלקס ומכיוון שהמאפיין העיקרי של הרפלקסים הוא חוסר וולונטריות, הטון אינו נשלט על ידי הרצון. הטון הוא תופעה על בסיס רפלקס עצבי, כך שאם אני חותך את העצב שעובר ממערכת העצבים המרכזית לשריר, הוא הופך להיות רפוי, לגמרי מאבד את הטון שלו.

כוח ההתכווצות של השריר תלוי בחתך שלו ושווה ל 4-6 ק"ג. סמ"ר. אבל העיקרון תקף עקרונית, אין יחס מידתי ישיר מדויק: אצל ספורטאי שריר שהוא מעט קטן מזה של ספורטאי אחר יכול להיות חזק יותר. שריר מגביר את נפחו אם הוא מאומן. עם התנגדות גוברת ( הוא העיקרון שעליו מבוססת התעמלות משקל); יש להדגיש כי נפח כל סיב שריר עולה, בעוד שמספר סיבי השריר נשאר קבוע. תופעה זו נקראת היפרטרופיה של השרירים.

הביוכימיה של השריר

הבה נעסוק כעת בבעיית התגובות המתרחשות בשרירים. כבר אמרנו שצריך אנרגיה בכדי להתרחש כיווץ; התא שומר את האנרגיה הזו ב- ATP (אדנוזין טריפוספט), שכאשר הוא נותן אנרגיה לשריר הופך ל- ADP (אדנוזין דיפוספט) + פי (פוספט אנאורגני): התגובה מורכבת בהסרת פוספט. אז התגובה המתרחשת בשריר היא ATP → ADP + Pi + אנרגיה. עם זאת, מניות ה- ATP מעטות ויש צורך לסנתז מחדש רכיב זה. לכן, על מנת שהשריר יתכווץ, חייבת להתרחש גם התגובה ההפוכה (ADP + Pi + אנרגיה> ATP), כך שלשריר תמיד יהיה ATP זמין.האנרגיה לגרום לסינתזת ה- ATP להתקיים ניתנת לנו על ידי מזון: אלה, לאחר שהם מתעכלים ונספגים, מגיעים לשריר דרך הדם, שם הם משחררים את האנרגיה שלהם, בדיוק ליצירת ATP.

חומר האנרגיה מצטיין ניתן על ידי סוכרים, במיוחד גלוקוז. גלוקוז יכול להתפרק בנוכחות חמצן (באירוביוזה) והוא, כמו שאומרים לא נכון, "נשרף"; האנרגיה שמשתחררת נלקחת על ידי ATP, ואילו כל שנותר מהגלוקוז הוא מים ופחמן דו חמצני. 36 מולקולות של ATP מתקבלות ממולקולת גלוקוז אחת. אבל גלוקוז יכול להיות מותקף גם בהיעדר חמצן, ובמקרה זה הוא הופך לחומצה לקטית ויוצרות רק שתי מולקולות של ATP; חומצה לקטית ואז, עוברת לדם, עוברת לכבד ושם היא הופכת שוב לגלוקוז. מחזור זה של חומצת חלב נקרא מחזור הקורי. מה קורה למעשה כאשר השריר מתכווץ? בהתחלה, כאשר השריר מתחיל להתכווץ, ה- ATP מתרוקן מיד, ומכיוון שלא היו התאמות הלב וכלי הדם והנשימה שיתרחשו מאוחר יותר, החמצן המגיע לשריר אינו מספיק, ולכן הגלוקוז מתפרק להיעדר חמצן יוצר חומצת חלב. בפעם השנייה נוכל לקבל שני מצבים: 1) אם המאמץ ימשיך בקלילות, החמצן מספיק, אז הגלוקוז יתחמצן במים ופחמן דו חמצני: חומצת חלב לא תצטבר והפעילות הגופנית יכולה להימשך שעות. (מאמץ מסוג זה נקרא אפוא אירובי; למשל ריצה קרוס-קאנטרית) .2) אם המאמץ ימשיך להיות אינטנסיבי, למרות שהרבה חמצן מגיע לשריר, הרבה גלוקוז יתפצל בהיעדר חמצן; לכן הרבה חומצה לקטית שתגרום לעייפות (אנחנו מדברים על מאמץ אנאירובי; למשל ריצה מהירה, כמו 100 מטר). בזמן מנוחה, חומצה לקטית, בנוכחות חמצן, תהפוך חזרה לגלוקוז. בהתחלה, אפילו במאמץ אירובי, חסר לנו חמצן: אנו מדברים על חוב חמצן, שישולם כאשר ננוח; חמצן זה ישמש לסנתז מחדש של גלוקוז מחומצה לקטית; למעשה, מיד לאחר מאמץ אנו צורכים יותר חמצן מהרגיל: אנו משלמים את החוב. כפי שאתה יכול לראות, הבאנו גלוקוז כדוגמה לדלק, כי הוא מייצג את השריר החשוב ביותר; למעשה, גם אם יש לשומנים כמות אנרגיה גדולה יותר, כדי לחמצן אותם תמיד יש צורך בכמות מסוימת של גליצידים ועוד הרבה יותר חמצן. בהעדר אלה יש הפרעות ניכרות (קטוזיס וחמצת) עם זאת, ניתן להשתמש בחלבונים כדלק מכיוון שהם היחידים המשמשים לאימון שרירים, הפונקציה הפלסטית שוררת בהם. לשומנים יש את המאפיין שלאותו משקל יש להם יותר אנרגיה מאשר לסוכרים וחלבונים: הם בשימוש אידיאלי כמו הגליצידים הם הדלק, החלבונים הם חומרי הגלם, השומנים הם העתודות.

ניסיתי במאמר זה על פיזיולוגיה של השרירים להיות ברור ככל האפשר, מבלי להזניח את הקפדנות המדעית לפחות: אני מאמין שאשיג תוצאה מצוינת אם הייתי מגרה את אנשי הכושר להתעניין יותר ברצינות בפיזיולוגיה, כי אני מאמין שרעיונות יסוד של פיזיולוגיה ואנטומיה חייבים להיות מורשת תרבותית הכרחית כדי לנסות להבין בדרך כלשהי את גוף האדם הנפלא הזה.