Mięśnie - Muscle

Mięsień
Mięsień szkieletowy.jpg
Widok z góry na mięśnie szkieletowe
Detale
Prekursor Mezoderma
System Układ mięśniowo-szkieletowy
Identyfikatory
łacina mięśnie
Siatka D009132
TA98 A04.0.00.000
TA2 1975
FMA 5022 30316, 5022
Terminologia anatomiczna

Mięsień jest tkanką miękką występującą u większości zwierząt i jest jedną z czterech podstawowych tkanek zwierzęcych , obok tkanki nerwowej , nabłonka i tkanki łącznej . Komórki mięśni zawierają włókna białkowe zwane filamenty z aktyny i miozyny , że suwak obok siebie, tworząc skurcz , który zmienia zarówno długość i kształt komórki. Mięśnie działają, wytwarzając siłę i ruch . Odpowiadają one przede wszystkim za utrzymanie i zmianę postawy , lokomocji , a także za ruchy narządów wewnętrznych , takie jak skurcze serca i przemieszczanie pokarmu przez układ pokarmowy poprzez perystaltykę .

Tkanka mięśniowa pozyskiwana jest z embrionalnej mezodermalnej listki zarodkowej w procesie zwanym miogenezą . Istnieją trzy rodzaje mięśni, z których mięsień szkieletowy i mięsień sercowyprążkowane, a mięśnie gładkie nie. Działanie mięśni można sklasyfikować jako dobrowolne lub mimowolne. Mięśnie sercowe i gładkie kurczą się bez świadomej myśli i określane są jako mimowolne, podczas gdy mięśnie szkieletowe kurczą się na polecenie. Mięśnie szkieletowe z kolei można podzielić na włókna szybko i wolnokurczliwe.

Mięśnie są zasilane głównie przez utlenianie z tłuszczów i węglowodanów , ale beztlenowe reakcje chemiczne są również używane, w szczególności przez szybki skurcz włókien. Te reakcje chemiczne wytwarzają cząsteczki adenozynotrifosforanu (ATP), które są wykorzystywane do napędzania ruchu główek miozyny .

Termin mięsień pochodzi od łacińskiego musculus, co oznacza „mała myszka”, być może ze względu na kształt niektórych mięśni szkieletowych lub dlatego, że kurczące się mięśnie wyglądają jak myszy poruszające się pod skórą.

Struktura

Anatomia mięśni obejmuje anatomię gruboziarnistą , która obejmuje wszystkie mięśnie organizmu oraz mikroanatomię , która obejmuje strukturę pojedynczego mięśnia.

Rodzaje

Ciało zawiera trzy rodzaje tkanki mięśniowej: (a) mięsień szkieletowy, (b) mięsień gładki i (c) mięsień sercowy. (To samo powiększenie)

Tkanka mięśniowa jest tkanką miękką i jest jednym z czterech podstawowych typów tkanek występujących u zwierząt. U kręgowców rozpoznawane są trzy rodzaje tkanki mięśniowej :

  • Mięsień szkieletowy lub „mięsień dobrowolny” jest zakotwiczony przez ścięgna (lub rozcięgna w kilku miejscach) do kości i służy do wykonywania ruchów szkieletowych , takich jak lokomocja i utrzymywanie postawy. Chociaż ta kontrola postawy jest ogólnie utrzymywana jako odruch nieświadomy , odpowiedzialne mięśnie reagują na świadomą kontrolę, podobnie jak mięśnie niezwiązane z postawą. Przeciętny dorosły mężczyzna składa się z 42% mięśni szkieletowych, a przeciętna dorosła kobieta składa się z 36% (jako procent masy ciała).
  • Mięśnie gładkie lub „mięśnie mimowolne” znajdują się w ścianach narządów i struktur, takich jak przełyk , żołądek , jelita , oskrzela , macica , cewka moczowa , pęcherz , naczynia krwionośne i przywieracze w skórze (w których kontroluje erekcję Włosy na ciele). W przeciwieństwie do mięśni szkieletowych, mięśnie gładkie nie są pod świadomą kontrolą.
  • Mięsień sercowy ( mięsień sercowy) jest również „mięśniem mimowolnym”, ale ma strukturę bardziej zbliżoną do mięśnia szkieletowego i znajduje się tylko w sercu.

Mięśnie sercowe i szkieletowe są „prążkowane”, ponieważ zawierają sarkomery, które są upakowane w bardzo regularne układy wiązek; miofibryle komórek mięśni gładkich nie są ułożone w sarkomery, a więc nie są prążkowane. Podczas gdy sarkomery w mięśniach szkieletowych są ułożone w regularne, równoległe wiązki, sarkomery mięśnia sercowego łączą się pod rozgałęzionymi, nieregularnymi kątami (tzw. dyskami interkalowanymi). Mięśnie prążkowane kurczą się i rozluźniają w krótkich, intensywnych seriach, podczas gdy mięśnie gładkie wytrzymują skurcze dłuższe, a nawet prawie trwałe.

Rodzaje włókien mięśni szkieletowych

Włókna mięśniowe osadzone w mięśniu szkieletowym są stosunkowo podzielone na szereg typów, biorąc pod uwagę ich właściwości morfologiczne i fizjologiczne. Biorąc pod uwagę pewien zestaw tych właściwości, włókna mięśniowe są klasyfikowane jako wolnokurczliwe (niska siła, wolno męczące włókna), szybkokurczliwe (duża siła, szybko męczące włókna) lub gdzieś pomiędzy tymi dwoma typami (tj. włókna pośrednie). Niektóre z definiujących właściwości morfologicznych i fizjologicznych stosowanych do kategoryzacji włókien mięśniowych obejmują: liczbę mitochondriów zawartych we włóknie, ilość glikolitycznych, lipolitycznych i innych enzymów oddychania komórkowego, charakterystykę pasm M i Z, źródło energii (tj. glikogen lub tłuszczu), kolor histologiczny oraz szybkość i czas trwania skurczu. Nie ma standardowej procedury klasyfikacji typów włókien mięśniowych, właściwości wybrane do klasyfikacji zależą od konkretnego mięśnia.

  • Typ I, mięsień wolnokurczliwy lub „czerwony”, jest gęsty od naczyń włosowatych i jest bogaty w mitochondria i mioglobinę , co nadaje tkance mięśniowej charakterystyczny czerwony kolor. Może przenosić więcej tlenu i podtrzymywać aktywność tlenową , wykorzystując tłuszcze lub węglowodany jako paliwo. Wolnokurczliwe włókna kurczą się przez długi czas, ale z niewielką siłą.
  • Typ II, mięsień szybkokurczliwy , ma trzy główne podtypy (IIa, IIx i IIb), które różnią się zarówno szybkością skurczu, jak i generowaną siłą. Szybkokurczliwe włókna kurczą się szybko i silnie, ale męczą się bardzo szybko, utrzymując tylko krótkie, beztlenowe okresy aktywności, zanim skurcze mięśni staną się bolesne. W największym stopniu przyczyniają się do wzrostu siły mięśni i mają większy potencjał przyrostu masy. Typ IIb to beztlenowy, glikolityczny , „biały” mięsień, który jest najmniej gęsty w mitochondriach i mioglobinie. U małych zwierząt (np. gryzoni) jest to główny typ mięśnia szybkiego, wyjaśniający blady kolor ich ciała.

Typy komórek mięśniowych bezkręgowców

Właściwości stosowane do rozróżniania szybkich, pośrednich i wolnych włókien mięśniowych mogą być różne w przypadku mięśni latających i skokowych bezkręgowców. Aby jeszcze bardziej skomplikować ten schemat klasyfikacji, zawartość mitochondriów i inne właściwości morfologiczne we włóknie mięśniowym mogą zmieniać się w locie tse-tse wraz z ćwiczeniami i wiekiem.

Mikroanatomia

Włókno mięśni szkieletowych jest otoczone błoną plazmatyczną zwaną sarkolemmą , która zawiera sarkoplazmę , cytoplazmę komórek mięśni poprzecznie prążkowanych . Włókno mięśniowe składa się z wielu miofibryli .

Mięśnie szkieletowe są otoczone twardą warstwą tkanki łącznej zwanej epimysium . Epimysium zakotwicza tkankę mięśniową do ścięgien na każdym końcu, gdzie epimysium staje się grubsze i kolagenowe. Chroni również mięśnie przed tarciem o inne mięśnie i kości. W epimysium są liczne wiązki zwane Zeszyty , z których każdy zawiera 10 do 100 lub więcej włókien mięśniowych łącznie osłoniętych przez perimysium . Poza otaczaniem każdego pęczka, perimyz jest ścieżką dla nerwów i przepływu krwi w mięśniu. Włókna mięśniowe nitkowate są poszczególne komórki mięśni , a każda komórka jest zamknięty w swoim własnym endomysium z kolagenowych włókien. Zatem cały mięsień składa się z włókien (komórek), które są połączone w pęczki, które same są zgrupowane, tworząc mięśnie. Na każdym poziomie wiązania wiązka otacza błona kolagenowa, która wspiera funkcjonowanie mięśni zarówno poprzez przeciwdziałanie biernemu rozciąganiu tkanki, jak i poprzez rozprowadzanie sił przyłożonych do mięśnia. W mięśniach rozrzucone są wrzeciona mięśniowe, które dostarczają informacji zwrotnej sensorycznej do ośrodkowego układu nerwowego . (To zgrupowanie struktura jest analogiczna do organizacji nerwów który wykorzystuje epineurium , onerwia i endoneurium ).

Ta sama struktura wiązek w wiązkach jest replikowana w komórkach mięśniowych . W komórkach mięśnia znajdują się miofibryle , które same są wiązkami włókien białkowych . Terminu „miofibryl” nie należy mylić z „miofibryną”, która jest po prostu inną nazwą komórki mięśniowej. Miofibryle to złożone nici kilku rodzajów włókien białkowych, zorganizowane razem w powtarzające się jednostki zwane sarkomerami . Prążkowany wygląd zarówno mięśnia szkieletowego, jak i mięśnia sercowego wynika z regularnego wzorca sarkomerów w ich komórkach. Chociaż oba te typy mięśni zawierają sarkomery, włókna w mięśniu sercowym są zazwyczaj rozgałęzione, tworząc sieć. Komórki mięśnia sercowego są połączone ze sobą za pomocą wstawionych krążków , nadając tej tkance wygląd syncytium .

Włókna sarkomeru składają się z aktyny i miozyny .

Anatomia brutto

Wiązki włókien mięśniowych, zwane pęczkami, pokryte są perimyzem. Włókna mięśniowe są pokryte przez endomysium.

Ogólna anatomia mięśnia szkieletowego jest najważniejszym wskaźnikiem jego roli w organizmie. Istnieje ważne rozróżnienie między mięśniami pięciopierścieniowymi a innymi mięśniami. W większości mięśni wszystkie włókna są zorientowane w tym samym kierunku, biegnąc w linii od początku do przyczepu . Jednak w mięśniach pięciopierścieniowych poszczególne włókna są zorientowane pod kątem w stosunku do linii działania, przyczepiając się do początku i ścięgna przyczepu na każdym końcu. Ponieważ kurczące się włókna ciągną się pod kątem do ogólnego działania mięśnia, zmiana długości jest mniejsza, ale ta sama orientacja pozwala na większą liczbę włókien (a tym samym większą siłę) w mięśniu o danej wielkości. Mięśnie pięciopierścieniowe są zwykle spotykane tam, gdzie zmiana ich długości jest mniej ważna niż siła maksymalna, jak np. rectus femoris.

Tkanka mięśni szkieletowych ułożona jest w odrębne mięśnie , czego przykładem jest biceps . Twarde, włókniste epimysium mięśni szkieletowych jest zarówno połączone ze ścięgnami, jak i stale z nimi . Z kolei ścięgna łączą się z otaczającą kości warstwą okostnej , umożliwiając przeniesienie siły z mięśni na szkielet. Razem te włókniste warstwy wraz ze ścięgnami i więzadłami tworzą głęboką powięź ciała.

System mięśniowy

Na przednim i tylnym widoku układu mięśniowego powyżej, mięśnie powierzchniowe (te na powierzchni) są pokazane po prawej stronie ciała, podczas gdy mięśnie głębokie (te pod mięśniami powierzchniowymi) są pokazane po lewej stronie ciała. W przypadku nóg mięśnie powierzchowne są pokazane w widoku z przodu, podczas gdy widok z tyłu pokazuje zarówno mięśnie powierzchowne, jak i głębokie.

Układ mięśniowy składa się ze wszystkich mięśni obecnych w ciele. W ludzkim ciele jest około 650 mięśni szkieletowych, ale dokładna liczba jest trudna do określenia. Trudność polega częściowo na tym, że różne źródła w różny sposób grupują mięśnie, a częściowo na tym, że niektóre mięśnie, takie jak palmaris longus , nie zawsze są obecne.

Poślizg mięśniowy to wąski odcinek mięśnia, który działa, aby wzmocnić większy mięsień lub mięśnie.

U człowieka układ mięśniowy jest jednym z elementów układu mięśniowo-szkieletowego , który obejmuje nie tylko mięśnie, ale także kości, stawy, ścięgna i inne struktury umożliwiające ruch.

Rozwój

Zarodek kurczaka, ukazujący przyosiową mezodermę po obu stronach fałdu nerwowego. Część przednia (przednia) zaczęła tworzyć somity (oznaczone „segmentami pierwotnymi”).

Wszystkie mięśnie pochodzą z mezodermy przyosiowej . Mezoderma przyosiowa jest podzielona wzdłuż długości zarodka na somity , odpowiadające segmentacji ciała (najwyraźniej widocznej w kręgosłupie . Każdy somit ma 3 podziały, sklerotom (który tworzy kręgi ), dermatom (który tworzy skórę), i miotom (który tworzy mięsień).Miotom jest podzielony na dwie części, epimer i hipomer, które tworzą odpowiednio mięśnie przyosiowe i przyśrodkowe.Jedynymi mięśniami przyosiowymi u ludzi są prostownik grzbietu i małe mięśnie międzykręgowe, które są unerwione przez grzbietowe gałęzie nerwów rdzeniowych Wszystkie inne mięśnie, w tym mięśnie kończyn, są przysadkowe i unerwione przez brzuszne gałęzie nerwów rdzeniowych.

Podczas rozwoju mioblasty (komórki progenitorowe mięśni) pozostają w somicie, tworząc mięśnie związane z kręgosłupem lub migrują do organizmu, tworząc wszystkie inne mięśnie. Migracja mioblastów poprzedzona jest tworzeniem się szkieletów tkanki łącznej , zwykle tworzonych z mezodermy somatycznej płytki bocznej . Mioblasty podążają za sygnałami chemicznymi do odpowiednich miejsc, gdzie łączą się w wydłużone komórki mięśni szkieletowych.

Fizjologia

Skurcz

Trzy rodzaje mięśni (szkieletowe, sercowe i gładkie) mają znaczące różnice. Jednak wszystkie trzy wykorzystują ruch aktyny przeciwko miozynie, aby wywołać skurcz . W mięśniach szkieletowych skurcz jest stymulowany przez impulsy elektryczne przekazywane przez nerwy , w szczególności neurony ruchowe . Skurcze mięśnia sercowego i gładkiego są stymulowane przez wewnętrzne komórki rozrusznika, które regularnie kurczą się i propagują skurcze do innych komórek mięśniowych, z którymi mają kontakt. Neuroprzekaźnik acetylocholina ułatwia wszystkie skurcze mięśni szkieletowych i wiele skurczów mięśni gładkich .

Kiedy sarkomer kurczy się, linie Z zbliżają się do siebie, a prążek I staje się mniejszy. Pasmo A pozostaje tej samej szerokości. Przy pełnym skurczu cienkie i grube włókna nakładają się na siebie.

Działanie, jakie generuje mięsień, zależy od miejsca pochodzenia i wstawienia. Pole przekroju mięśnia (a nie objętość lub długość) określa wielkość siły, jaką może on wygenerować, określając liczbę sarkomerów, które mogą działać równolegle. Każdy mięsień szkieletowy zawiera długie jednostki zwane miofibrylami, a każda miofibryl to łańcuch sarkomerów. Ponieważ skurcz występuje w tym samym czasie dla wszystkich połączonych sarkomerów w komórce mięśniowej, te łańcuchy sarkomerów skracają się razem, skracając w ten sposób włókno mięśniowe, powodując zmianę ogólnej długości. Wielkość siły przyłożonej do środowiska zewnętrznego jest określana przez mechanikę dźwigni, a konkretnie stosunek dźwigni wewnętrznej do zewnętrznej. Na przykład przesunięcie punktu wprowadzenia bicepsa bardziej dystalnie na promieniu (dalej od stawu obrotowego) zwiększyłoby siłę generowaną podczas zgięcia (i w rezultacie maksymalny ciężar podnoszony w tym ruchu), ale zmniejszyłby maksymalny prędkość zgięcia. Przesunięcie punktu wprowadzenia proksymalnie (bliżej stawu obrotowego) spowodowałoby zmniejszenie siły, ale zwiększenie prędkości. Najłatwiej to zauważyć porównując kończynę kreta do konia — w pierwszym przypadku punkt wstawienia jest ustawiony tak, aby zmaksymalizować siłę (do kopania), podczas gdy w drugim punkt wstawienia jest ustawiony tak, aby zmaksymalizować prędkość (do biegania). ).

Kontrola nerwowa

Uproszczony schemat podstawowych funkcji układu nerwowego. Sygnały są odbierane przez receptory czuciowe i wysyłane do rdzenia kręgowego i mózgu przez odnogę doprowadzającą obwodowego układu nerwowego, po czym następuje przetwarzanie, które skutkuje sygnałami wysyłanymi z powrotem do rdzenia kręgowego, a następnie do neuronów ruchowych przez odnogę odprowadzającą.

Ruch mięśni

Odprowadzających noga obwodowego układu nerwowego jest odpowiedzialny za przekazywanie poleceń do mięśni i gruczołów, i jest ostatecznie odpowiedzialny za dobrowolny ruch. Nerwy poruszają mięśniami w odpowiedzi na dobrowolne i autonomiczne (mimowolne) sygnały z mózgu . Mięśnie głębokie, mięśnie powierzchniowe, mięśnie twarzy i mięśnie wewnętrzne odpowiadają wydzielonym obszarom w pierwotnej korze ruchowej mózgu , bezpośrednio przed bruzdą centralną, która dzieli płaty czołowe i ciemieniowe.

Ponadto mięśnie reagują na odruchowe bodźce nerwowe, które nie zawsze wysyłają sygnały do ​​mózgu. W tym przypadku sygnał z włókna doprowadzającego nie dociera do mózgu, lecz wytwarza ruch odruchowy poprzez bezpośrednie połączenia z nerwami odprowadzającymi w kręgosłupie . Jednak większość aktywności mięśni ma charakter wolicjonalny i jest wynikiem złożonych interakcji między różnymi obszarami mózgu.

Nerwów, które kontrolują mięśnie szkieletowe w ssaków odpowiadają grup neuronów wzdłuż pierwotnej kory ruchowej mózgu w korze mózgowej . Komendy są kierowane przez jądra podstawne i są modyfikowane przez sygnał wejściowy z móżdżku, zanim zostaną przekazane drogą piramidową do rdzenia kręgowego, a stamtąd do końcowej płytki motorycznej w mięśniach. Po drodze sprzężenie zwrotne, takie jak w układzie pozapiramidowym, przekazuje sygnały, które wpływają na napięcie mięśni i reakcję.

Mięśnie głębsze, takie jak te zaangażowane w postawę, są często kontrolowane z jąder w pniu mózgu i zwojach podstawy mózgu.

Propriocepcja

W mięśniach szkieletowych wrzeciona mięśniowe przekazują informacje o stopniu długości mięśni i rozciągają się do ośrodkowego układu nerwowego, aby pomóc w utrzymaniu postawy i pozycji stawów. Sens gdzie nasze ciała są w przestrzeni nazywa propriocepcji , postrzeganie świadomości ciała, w „nieświadomości” świadomość gdzie różne regiony ciała znajdują się w jednym czasie. Kilka obszarów mózgu koordynuje ruch i pozycję z informacjami zwrotnymi uzyskanymi z propriocepcji. Móżdżek i czerwone jądro w szczególności w sposób ciągły próbkuje pozycję wbrew ruchowi i wprowadza drobne poprawki, aby zapewnić płynny ruch.

Zużycie energii

(a) Część ATP jest magazynowana w mięśniu spoczynkowym. Gdy skurcz się zaczyna, zużywa się w ciągu kilku sekund. Więcej ATP jest generowane z fosforanu kreatyny przez około 15 sekund. (b) Każda cząsteczka glukozy wytwarza dwa ATP i dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, które można wykorzystać w oddychaniu tlenowym lub przekształcić w kwas mlekowy . Jeśli tlen nie jest dostępny, kwas pirogronowy jest przekształcany w kwas mlekowy, co może przyczyniać się do zmęczenia mięśni. Dzieje się tak podczas forsownych ćwiczeń, kiedy potrzebne są duże ilości energii, ale tlen nie może być w wystarczającym stopniu dostarczony do mięśni. (c) Oddychanie tlenowe to rozkład glukozy w obecności tlenu (O2) w celu wytworzenia dwutlenku węgla, wody i ATP. Około 95 procent ATP wymaganego do spoczynku lub umiarkowanie aktywnych mięśni jest dostarczane przez oddychanie tlenowe, które odbywa się w mitochondriach.

Aktywność mięśniowa odpowiada za znaczną część zużycia energii przez organizm . Wszystkie komórki mięśniowe wytwarzają cząsteczki adenozynotrójfosforanu (ATP), które są wykorzystywane do napędzania ruchu główek miozyny . Mięśnie mają krótkoterminowy magazyn energii w postaci fosforanu kreatyny, który jest wytwarzany z ATP i może w razie potrzeby zregenerować ATP za pomocą kinazy kreatynowej . Mięśnie również przechowują glukozę w postaci glikogenu . Glikogen może być szybko przekształcony w glukozę, gdy energia jest potrzebna do długotrwałych, silnych skurczów. W dobrowolnych mięśniach szkieletowych cząsteczka glukozy może być metabolizowana w warunkach beztlenowych w procesie zwanym glikolizą, w wyniku którego powstają dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki kwasu mlekowego (należy zauważyć, że w warunkach tlenowych nie powstaje mleczan; zamiast tego powstaje pirogronian i jest on przekazywany przez cykl kwasu cytrynowego ). Komórki mięśniowe zawierają również kuleczki tłuszczu, które są wykorzystywane jako energia podczas ćwiczeń aerobowych . Aerobowe systemy energetyczne potrzebują więcej czasu, aby wyprodukować ATP i osiągnąć szczytową wydajność i wymagają znacznie więcej etapów biochemicznych, ale wytwarzają znacznie więcej ATP niż glikoliza beztlenowa. Z drugiej strony mięsień sercowy może z łatwością spożywać dowolny z trzech makroskładników odżywczych (białko, glukoza i tłuszcz) w warunkach tlenowych bez okresu „rozgrzewania” i zawsze wydobywa maksymalną wydajność ATP z dowolnej zaangażowanej cząsteczki. Serce, wątroba i czerwone krwinki również zużywają kwas mlekowy wytwarzany i wydalany przez mięśnie szkieletowe podczas ćwiczeń.

W spoczynku mięsień szkieletowy zużywa 54,4 kJ/kg (13,0 kcal/kg) dziennie. Jest to więcej niż tkanka tłuszczowa (tłuszcz) przy 18,8 kJ/kg (4,5 kcal/kg) i kości przy 9,6 kJ/kg (2,3 kcal/kg).

Wydajność

Wydajność mięśni człowieka została zmierzona (w kontekście rowing i rowerze ) w 18% do 26%. Wydajność definiuje się jako stosunek wydajności pracy mechanicznej do całkowitego kosztu metabolicznego , który można obliczyć na podstawie zużycia tlenu. Ta niska wydajność jest wynikiem około 40% wydajności wytwarzania ATP z energii pokarmowej , strat w przetwarzaniu energii z ATP na pracę mechaniczną wewnątrz mięśnia oraz strat mechanicznych wewnątrz organizmu. Te dwie ostatnie straty zależą od rodzaju ćwiczeń i rodzaju wykorzystywanych włókien mięśniowych (szybkokurczliwe lub wolnokurczliwe). Przy ogólnej wydajności 20 procent, jeden wat mocy mechanicznej odpowiada 4,3 kcal na godzinę. Na przykład jeden producent sprzętu do wiosłowania kalibruje swój ergometr wioślarski, aby liczyć spalone kalorie równe czterokrotności rzeczywistej pracy mechanicznej plus 300 kcal na godzinę, co daje około 20 procent wydajności przy 250 watach mocy mechanicznej. Mechaniczna energia wyjściowa cyklicznego skurczu może zależeć od wielu czynników, w tym czasu aktywacji, trajektorii naprężenia mięśni oraz tempa wzrostu i zaniku siły. Można je zsyntetyzować eksperymentalnie za pomocą analizy pętli roboczej .

siła

Mięśnie są wynikiem trzech nakładających się na siebie czynników: siły fizjologicznej (wielkość mięśnia, powierzchnia przekroju poprzecznego, dostępne mostki krzyżowe, reakcje na trening), siła neurologiczna (jak silny lub słaby jest sygnał, który mówi mięśniom o skurczu) i siła mechaniczna ( kąt siły mięśnia na dźwigni, długość ramienia momentu, możliwości stawów).

Siła fizjologiczna

Stopniowanie siły mięśni
Klasa 0 Bez skurczu
Stopień 1 Ślady skurczu, ale brak ruchu w stawie
Klasa 2 Ruch w stawie z wyeliminowaną grawitacją
Ocena 3 Ruch przeciw grawitacji, ale nie przeciw dodatkowemu oporowi
Stopień 4 Ruch przeciwko oporowi zewnętrznemu, ale mniej niż normalnie
Ocena 5 normalna siła

Mięsień kręgowców zazwyczaj wytwarza około 25-33  N (5,6-7,4 funta ·  f ) siły na centymetr kwadratowy powierzchni przekroju mięśnia, gdy jest izometryczny i przy optymalnej długości. Niektóre mięśnie bezkręgowców , takie jak pazury krabów, mają znacznie dłuższe sarkomery niż kręgowce, co skutkuje znacznie większą liczbą miejsc wiązania aktyny i miozyny, a tym samym znacznie większą siłą na centymetr kwadratowy kosztem znacznie mniejszej prędkości. Siła generowana przez skurcz może być mierzona nieinwazyjnie za pomocą mechanomiografii lub fonomiografii , mierzona in vivo przy użyciu naprężenia ścięgna (jeśli obecne jest wystające ścięgno) lub bezpośrednio przy użyciu bardziej inwazyjnych metod.

Siła danego mięśnia, pod względem siły wywieranej na szkielet, zależy od długości, szybkości skracania , pola przekroju poprzecznego, pennacji , długości sarkomerów , izoform miozyny i neuronalnej aktywacji jednostek motorycznych . Znaczące zmniejszenie siły mięśni może wskazywać na leżącą u podstaw patologię, a wykres po prawej stronie służy jako wskazówka.

„Najsilniejszy” mięsień człowieka

Ponieważ trzy czynniki wpływają jednocześnie na siłę mięśni, a mięśnie nigdy nie pracują indywidualnie, mylące jest porównywanie siły w poszczególnych mięśniach i stwierdzanie, że jeden z nich jest „najsilniejszy”. Ale poniżej kilka mięśni, których siła jest godna uwagi z różnych powodów.

  • W mowie potocznej „siła” mięśni zwykle odnosi się do zdolności do wywierania siły na obiekt zewnętrzny – na przykład podnoszenie ciężaru. Zgodnie z tą definicją mięsień żwaczy lub żuchwy jest najsilniejszy. 1992 Guinness Book of Records nagrywa osiągania wytrzymałości na ukąszenie 4.337  N (975  lb f ) przez 2 sekundy. Tym, co wyróżnia żwacza, nie jest nic szczególnego w samym mięśniu, ale jego przewaga w pracy przeciwko znacznie krótszemu ramieniu dźwigni niż innym mięśniom.
  • Jeżeli „siła” odnosi się do siły wywieranej przez sam mięsień, np. w miejscu wbicia się w kość, to najsilniejszymi mięśniami są te o największej powierzchni przekroju. Dzieje się tak, ponieważ napięcie wywierane przez poszczególne włókna mięśni szkieletowych nie różni się zbytnio. Każde włókno może wywierać siłę rzędu 0,3 mikroniutona. Zgodnie z tą definicją najsilniejszym mięśniem ciała jest zwykle mięsień czworogłowy uda lub pośladek wielki .
  • Ponieważ siła mięśni jest określana przez pole przekroju poprzecznego, krótszy mięsień będzie silniejszy „funt za funt” (tj. wagowo ) niż dłuższy mięsień o tym samym polu przekroju. Warstwa mięśniówki macicy może być najsilniejszym pod względem masy mięśniem w ludzkim ciele kobiety. W momencie, gdy niemowlę jest dostarczany cała ludzkiej macicy waży około 1,1 kg (40 uncji). Podczas porodu macica wywiera siłę od 100 do 400 N (25 do 100 lbf) przy każdym skurczu.
  • Zewnętrzne mięśnie oka są wyraźnie duże i mocne w stosunku do niewielkich rozmiarów i wagi gałki ocznej . Często mówi się, że są „najsilniejszymi mięśniami do pracy, którą muszą wykonać”, a czasami mówi się, że są „100 razy silniejsze, niż muszą być”. Jednak ruchy oczu (szczególnie sakkady używane podczas skanowania twarzy i czytania) wymagają szybkich ruchów, a mięśnie oczu są ćwiczone co noc podczas snu z szybkimi ruchami gałek ocznych .
  • Stwierdzenie, że „ język jest najsilniejszym mięśniem w ciele” pojawia się często w zestawieniach zaskakujących faktów, ale trudno znaleźć jakąkolwiek definicję „siły”, która potwierdzałaby to stwierdzenie. Zauważ, że język składa się z ośmiu mięśni, a nie z jednego.
  • Serce ma pretensji do bycia mięsień, który wykonuje największą ilość pracy fizycznej w trakcie swojego życia. Szacunkowa moc wyjściowa ludzkiego serca wynosi od 1 do 5 watów . To znacznie mniej niż maksymalna moc wyjściowa innych mięśni; na przykład mięsień czworogłowy może wytwarzać ponad 100 watów, ale tylko przez kilka minut. Serce wykonuje swoją pracę nieprzerwanie przez całe życie bez przerwy i w ten sposób „wypracowuje” inne mięśnie. Moc jednego wata nieprzerwanie przez osiemdziesiąt lat daje łączną moc roboczą dwóch i pół gigadżuli .

Znaczenie kliniczne

Hipertrofia

Niezależnie od pomiarów siły i wydajności, mięśnie mogą być zwiększane przez wiele czynników, w tym sygnalizację hormonalną, czynniki rozwojowe, trening siłowy i choroby. Wbrew powszechnemu przekonaniu, ilość włókien mięśniowych nie może być zwiększona poprzez ćwiczenia . Zamiast tego mięśnie rosną dzięki połączeniu wzrostu komórek mięśniowych, gdy dodawane są nowe włókna białkowe wraz z dodatkową masą dostarczaną przez niezróżnicowane komórki satelitarne obok istniejących komórek mięśniowych.

Czynniki biologiczne, takie jak wiek i poziom hormonów, mogą wpływać na przerost mięśni. W okresie dojrzewania u mężczyzn hipertrofia występuje w przyspieszonym tempie wraz ze wzrostem poziomu hormonów stymulujących wzrost wytwarzanych przez organizm. Naturalny przerost zwykle zatrzymuje się na pełnym wzroście u późnych nastolatków. Ponieważ testosteron jest jednym z głównych hormonów wzrostu organizmu, mężczyźni uważają, że przerost jest znacznie łatwiejszy do osiągnięcia niż kobiety. Przyjmowanie dodatkowego testosteronu lub innych sterydów anabolicznych zwiększy przerost mięśni.

Czynniki mięśniowe, rdzeniowe i nerwowe wpływają na budowę mięśni. Czasami dana osoba może zauważyć wzrost siły w danym mięśniu, mimo że ćwiczono tylko jego przeciwieństwo, np. gdy kulturysta uważa, że ​​jego lewy biceps jest silniejszy po zakończeniu reżimu skupiającego się tylko na prawym bicepsie. Zjawisko to nazywamy edukacją krzyżową .

Zanik

Więzień wojenny wykazujący utratę mięśni w wyniku niedożywienia. Mięśnie mogą zanikać w wyniku niedożywienia, braku aktywności fizycznej, starzenia się lub choroby.

Podczas zwykłych czynności życiowych codziennie rozkłada się i odbudowuje od 1 do 2 procent mięśni. Brak aktywności i głód u ssaków prowadzi do zaniku mięśni szkieletowych, spadku masy mięśniowej, któremu może towarzyszyć mniejsza liczba i wielkość komórek mięśniowych oraz mniejsza zawartość białka. Zanik mięśni może również wynikać z naturalnego procesu starzenia lub choroby.

Wiadomo, że u ludzi przedłużające się okresy unieruchomienia, jak w przypadku leżenia w łóżku lub lecących w kosmosie astronautów, powodują osłabienie i atrofię mięśni. Atrofia jest szczególnie interesująca dla społeczności załogowych lotów kosmicznych, ponieważ nieważkość doświadczana w wyniku lotów kosmicznych oznacza utratę nawet 30% masy w niektórych mięśniach. Takie konsekwencje obserwuje się również u małych hibernujących ssaków, takich jak wiewiórki ziemne i nietoperze brunatne.

Podczas starzenia następuje stopniowy spadek zdolności do utrzymania funkcji i masy mięśni szkieletowych, określany mianem sarkopenii . Dokładna przyczyna sarkopenii jest nieznana, ale może wynikać z połączenia stopniowej niewydolności „komórek satelitarnych”, które pomagają w regeneracji włókien mięśni szkieletowych, oraz zmniejszenia wrażliwości lub dostępności krytycznych wydzielanych czynników wzrostu, które są niezbędne do utrzymania masy mięśniowej i przeżycia komórek satelitarnych. Sarkopenia jest normalnym aspektem starzenia i nie jest w rzeczywistości stanem chorobowym, ale można ją powiązać z wieloma urazami w populacji osób starszych, a także z pogorszeniem jakości życia.

Istnieje również wiele chorób i stanów powodujących zanik mięśni. Przykłady obejmują raka i AIDS , które wywołują syndrom wyniszczenia ciała zwany kacheksją . Inne zespoły lub stany, które mogą wywołać zanik mięśni szkieletowych to zastoinowa choroba serca i niektóre choroby wątroby .

Choroba

W dystrofii mięśniowej zaatakowane tkanki ulegają dezorganizacji, a stężenie dystrofiny (kolor zielony) jest znacznie zmniejszone.

Choroby nerwowo-mięśniowe to te, które wpływają na mięśnie i/lub ich kontrolę nerwową. Ogólnie rzecz biorąc, problemy z kontrolą nerwową mogą powodować spastyczność lub paraliż , w zależności od lokalizacji i charakteru problemu. Znaczna część zaburzeń neurologicznych , począwszy od incydentu naczyniowo-mózgowego (udaru mózgu) i choroby Parkinsona na chorobę Creutzfeldta-Jakoba , może prowadzić do problemów z ruchem lub koordynacji ruchowej .

Objawy chorób mięśni mogą obejmować osłabienie , spastyczność, mioklonie i bóle mięśni . Procedury diagnostyczne, które mogą ujawnić zaburzenia mięśniowe obejmują badanie poziomu kinazy kreatynowej we krwi i elektromiografię (pomiar aktywności elektrycznej w mięśniach). W niektórych przypadkach można wykonać biopsję mięśnia w celu zidentyfikowania miopatii , a także testy genetyczne w celu zidentyfikowania nieprawidłowości DNA związanych z określonymi miopatiami i dystrofiami .

Nieinwazyjna technika elastografii , która mierzy hałas mięśni, jest poddawana eksperymentom, aby zapewnić sposób monitorowania choroby nerwowo-mięśniowej. Dźwięk wytwarzany przez mięsień pochodzi ze skrócenia włókien aktomiozyny wzdłuż osi mięśnia. Podczas skurczu mięsień skraca się wzdłuż swojej osi podłużnej i rozszerza w poprzek osi poprzecznej , wytwarzając wibracje na powierzchni.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne