فسيولوجيا العضلات: وصف موجز

حرره الدكتور جيانفرانكو دي أنجيليس

"من المحبط أن ترى مدربين ومدربين شخصيين في صالات الألعاب الرياضية يقدمون تفسيرات" تجريبية "حول مواضيع مختلفة: الكتلة العضلية (تضخم) ، وزيادة القوة ، والقدرة على التحمل ، وما إلى ذلك ، حتى دون معرفة تقريبية بالبنية النسيجية وعلم وظائف الأعضاء للعضلات .

قلة فقط لديهم معرفة عميقة إلى حد ما بالتشريح العياني ، كما لو كان ذلك كافياً لمعرفة مكان العضلة ذات الرأسين أو الصدر ، وتجاهل التركيب النسيجي وحتى الكيمياء الحيوية وفسيولوجيا العضلات. قم بإجراء مناقشة موجزة وبسيطة من هذا الموضوع ، في متناول الناس العاديين في العلوم البيولوجية.

التركيب النسيجي

تختلف أنسجة العضلات عن الأنسجة الأخرى (عصبية ، عظم ، ضامة) ، بسبب خاصية واضحة: الانقباض ، أي أن الأنسجة العضلية قادرة على الانقباض ، أو تقصير طولها. قبل أن نرى كيف يتم تقصيرها ولأي آليات ، دعنا نتحدث عن هيكلها. لدينا ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية ، مختلفة من الناحية النسيجية والوظيفية: الأنسجة العضلية الهيكلية المخططة ، والأنسجة العضلية الملساء ، وأنسجة عضلة القلب. يتمثل الاختلاف الوظيفي الرئيسي بين الأول والثاني في أنه بينما تحكم الإرادة الأول ، فإن الاثنين الآخرين مستقلان عن الإرادة. الأولى هي العضلات التي تحرك العظام ، والعضلات التي نتدربها بالأثقال والأثقال والآلات. النوع الثاني يعطى عن طريق عضلات الأحشاء مثل عضلات المعدة والأمعاء وغيرها والتي كما نرى كل يوم لا تتحكم فيها الوصية ، والنوع الثالث هو القلب: القلب هو يتكون أيضًا من عضلات ، في الواقع ، إنه قادر على الانقباض ؛ على وجه الخصوص ، عضلة القلب مخططة أيضًا ، وبالتالي تشبه العضلة الهيكلية ، ومع ذلك ، هناك فرق مهم ، تقلصها الإيقاعي مستقل عن الإرادة.
العضلة الهيكلية المخططة هي المسؤولة عن الأنشطة الحركية الإرادية ، وبالتالي الأنشطة الرياضية. تتكون العضلة المخططة من خلايا ، مثل جميع الهياكل والأنظمة الأخرى للكائن الحي ؛ الخلية هي أصغر وحدة قادرة على الحياة المستقلة. يوجد في الكائن البشري مليارات الخلايا وجميعها تقريبًا لها جزء مركزي يسمى النواة ، محاط بمادة هلامية تسمى السيتوبلازم. تسمى الخلايا المكونة للعضلة بألياف العضلات وهي عبارة عن عناصر مستطيلة يتم ترتيبها طوليًا على محور العضلة ويتم تجميعها في مجموعات ، وتتمثل الخصائص الرئيسية للألياف العضلية المخططة في ثلاثة:

1. إنه كبير جدًا ، يمكن أن يصل طوله إلى بضعة سنتيمترات ، وقطره 10-100 ميكرون (1 ميكرون = 1/1000 مم) ، وخلايا الكائن الحي الأخرى ، مع بعض الاستثناءات ، ذات أبعاد مجهرية.
2. يحتوي على العديد من النوى (تحتوي جميع الخلايا تقريبًا على نواة واحدة فقط) ولذلك يُطلق عليها اسم "مخلوط متعدد النوى".
3. إنه مخطط بشكل عرضي ، أي أنه يقدم تناوبًا في العصابات المظلمة والخفيفة. تحتوي الألياف العضلية على تكوينات مستطيلة في السيتوبلازم الخاص بها ، مرتبة طوليًا إلى محور الألياف وبالتالي أيضًا إلى العضلات ، التي تسمى اللييفات العضلية ، يمكننا اعتبارها حبالًا ممدودة موضوعة داخل الخلية.
   لنأخذ ليفي عضليًا وندرسه: يحتوي على نطاقات داكنة ، تسمى العصابات A ، ونطاقات ضوئية تسمى I ، في منتصف النطاق I c "خط مظلم يسمى خط Z. والمسافة بين خط Z والآخر تسمى قسيم عضلي ، والذي يمثل العنصر المقلص وأصغر وحدة وظيفية للعضلة ؛ في الممارسة العملية ، تقصر الألياف بسبب تقصير ساركوميراتها.

الآن دعونا نرى كيف يتكون اللييف العضلي ، وهذا ما يسمى البنية الدقيقة للعضلة. وهي مصنوعة من خيوط ، بعضها كبير يسمى خيوط الميوسين ، والبعض الآخر رقيق يسمى خيوط الأكتين. وتتناسب الخيوط الكبيرة مع الخيوط الرفيعة بطريقة تتشكل الفرقة A من خيوط كبيرة (وهذا هو السبب في أنها أغمق) ، تتكون الفرقة I بدلاً من ذلك من ذلك الجزء من الخيوط الرقيقة غير الملتصقة بالخيوط الثقيلة (التي تتكون من الشعيرة الرقيقة تكون أخف وزناً).

آلية الانكماش

الآن بعد أن عرفنا التركيب النسيجي والبنية التحتية الدقيقة ، يمكننا التلميح إلى آلية الانكماش. في حالة الانكماش ، تتدفق الخيوط الخفيفة بين الخيوط الثقيلة ، بحيث يقل طول العصابات ؛ وبالتالي يتناقص طول القسيم العضلي أيضًا ، أي المسافة بين نطاق Z والآخر: لذلك يحدث الانكماش ليس بسبب تقصير الخيوط ، ولكن لأنها قللت من طول القسيم العضلي عن طريق الانزلاق. نظرًا لأن اللييفات العضلية تشكل الألياف ، فإن طول الألياف يتناقص ، وبالتالي يتم تقصير العضلات المكونة من الألياف. ومن الواضح أنه لكي تتدفق هذه الخيوط ، هناك حاجة إلى الطاقة ويتم توفير ذلك بواسطة مادة: l "ATP ( أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، الذي يشكل عملة طاقة الكائن الحي. يتكون ATP من أكسدة الطعام: الطاقة التي يمر بها الطعام إلى ATP والتي تنقلها بعد ذلك إلى الخيوط لجعلها تتدفق. يحدث الانكماش أيضًا هناك حاجة إلى عنصر آخر ، أيون الكالسيوم Ca ++ (الكالسيوم). تحتفظ الخلية العضلية بمخزون كبير منه بالداخل وتجعله متاحًا للقسيم العضلي عندما يجب أن يحدث الانكماش.

تقلص العضلات من وجهة نظر عيانية

لقد رأينا أن العنصر الانقباضي هو قسيم عضلي ، فلنفحص الآن العضلة بأكملها وندرسها من وجهة نظر فسيولوجية ، ولكن بشكل مجهري. لكي تنقبض العضلة ، يجب أن يصل محفز كهربائي: هذا التحفيز يأتي من المحرك عصب ، يبدأ من الحبل الشوكي (كما يحدث بشكل طبيعي) ؛ أو يمكن أن يأتي من عصب حركي مقطوع ومحفز كهربائيًا ، أو عن طريق التحفيز المباشر للعضلة كهربائيًا ؛ في هذه المرحلة نقوم بتحفيزها كهربائيًا ؛ سوف تتقلص العضلات ، أي ستقصر برفع الوزن ؛ يسمى هذا الانكماش انكماش متساوي التوتر. من ناحية أخرى ، إذا قمنا بربط العضلة بكلا طرفيها بدعامين صلبين ، فعندما نقوم بتحفيزها ، ستزداد شد العضلة دون تقصير: وهذا ما يسمى الانقباض متساوي القياس. في الممارسة العملية ، إذا أخذنا الحديد من الأرض ورفعه ، فسيكون هذا تقلصًا متساوي التوتر ؛ إذا قمنا بتحميله بوزن ثقيل للغاية ، وأثناء محاولة رفعه ، لذلك أثناء تقلص العضلات إلى أقصى حد ، لا نقوم بتحريكه ، فسوف يسمى هذا انقباض متساوي القياس. في الانكماش متساوي التوتر ، قمنا بعمل ميكانيكي (الشغل = القوة × الإزاحة) ؛ في الانكماش متساوي القياس ، يكون الشغل الميكانيكي صفرًا ، حيث: الشغل = القوة × الإزاحة = 0 ، الإزاحة = 0 ، الشغل = القوة × 0 = 0
إذا قمنا بتحفيز العضلات بتردد عالٍ جدًا (أي عدة نبضات في الثانية) ، فسوف تطور قوة عالية جدًا وستظل متقلصة إلى أقصى حد: يُقال إن العضلات في هذه الحالة مصابة بالكزاز ، وبالتالي فإن الانكماش الكزاز يعني الحد الأقصى والانكماش المستمر. يمكن أن تنقبض العضلة قليلاً أو كثيرًا حسب الرغبة ؛ هذا ممكن من خلال آليتين: 1) عندما لا تتقلص العضلة قليلاً ، تنقبض بعض الألياف فقط ؛ مع زيادة شدة الانقباض ، يتم إضافة ألياف أخرى .2) يمكن للألياف أن تنقبض بقوة أقل أو أكبر اعتمادًا على وتيرة التفريغ ، أي عدد النبضات الكهربائية التي تصل إلى العضلات في الوحدة الزمنية. من خلال تعديل هذين المتغيرين ، يتحكم الجهاز العصبي المركزي في مدى قوة العضلات التي يجب أن تنقبض. عندما يتطلب الأمر تقلصًا قويًا ، فإن جميع ألياف العضلات تقريبًا لا تقصر فحسب ، بل ستقصر جميعها بقوة كبيرة: عندما تتطلب تقلصًا ضعيفًا ، فإن أليافًا قليلة فقط تقصر وبقوة أقل.

دعنا الآن نتناول جانبًا مهمًا آخر من فسيولوجيا العضلات: تناغم العضلات. يمكن تعريف نغمة العضلات بأنها حالة مستمرة من تقلص عضلي طفيف ، والذي يحدث بشكل مستقل عن الإرادة. ما العامل الذي يسبب حالة الانكماش هذه؟ قبل الولادة ، تكون العضلات بنفس طول العظام ، وعند تطورها ، تتمدد العظام أكثر من العضلات ، بحيث تتمدد الأخيرة. عندما يتم شد العضلة ، بسبب الانعكاس الشوكي (الانعكاس العضلي) ، فإنها تتقلص ، وبالتالي فإن التمدد المستمر الذي تتعرض له العضلة يحدد حالة مستمرة من الضوء ولكن الانقباض المستمر. السبب هو رد الفعل ولأن السمة الرئيسية لردود الفعل هي عدم الاختيارية ، فإن النغمة لا تحكمها الإرادة. النغمة ظاهرة على أساس الانعكاس العصبي ، لذا إذا قطعت العصب الذي ينتقل من الجهاز العصبي المركزي إلى العضلة ، فإنه يصبح رخوًا ويفقد نبرته تمامًا.

تعتمد قوة تقلص العضلة على المقطع العرضي لها وتساوي 4-6 كجم / سم 2. لكن المبدأ صالح من حيث المبدأ ، لا توجد نسبة تناسبية مباشرة دقيقة: في الرياضي ، يمكن أن تكون العضلات الأصغر قليلاً من عضلة رياضي آخر أقوى. تزيد العضلة من حجمها إذا تم تدريبها. مع زيادة المقاومة (هذا هو المبدأ الذي يقوم عليه وزن الجمباز) ؛ يجب التأكيد على أن حجم كل ليف عضلي يزداد ، بينما يظل عدد الألياف العضلية ثابتًا ، وتسمى هذه الظاهرة تضخم العضلات.

الكيمياء الحيوية للعضلة

دعونا الآن نعالج مشكلة ردود الفعل التي تحدث في العضلات. لقد قلنا بالفعل أن الطاقة ضرورية لحدوث الانكماش ؛ تحافظ الخلية على هذه الطاقة فيما يسمى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، والذي عندما يعطي الطاقة للعضلة ، يتحول إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) + Pi (فوسفات غير عضوي): يتكون التفاعل من إزالة الفوسفات. لذا فإن التفاعل الذي يحدث في العضلات هو ATP → ADP + Pi + طاقة. ومع ذلك ، فإن مخزونات ATP قليلة ومن الضروري إعادة تركيب هذا العنصر. لذلك ، من أجل أن تنقبض العضلات ، يجب أن يحدث التفاعل العكسي أيضًا (ADP + Pi + energy> ATP) ، بحيث يتوفر للعضلة دائمًا ATP. يتم إعطاء الطاقة اللازمة لجعل عملية إعادة تخليق ATP عن طريق الطعام: فهذه ، بعد هضمها وامتصاصها ، تصل إلى العضلات عبر الدم ، حيث تطلق طاقتها ، على وجه التحديد لتشكيل ATP.

يتم إعطاء مادة الطاقة بامتياز عن طريق السكريات ، وخاصة الجلوكوز. يمكن أن يتحلل الجلوكوز في وجود الأكسجين (في الهوائية) وهو ، كما يقولون بشكل غير صحيح ، "يحترق" ؛ يتم أخذ الطاقة التي يتم إطلاقها بواسطة ATP ، بينما كل ما تبقى من الجلوكوز هو الماء وثاني أكسيد الكربون. يتم الحصول على 36 جزيء من ATP من جزيء جلوكوز واحد. ولكن يمكن أيضًا مهاجمة الجلوكوز في حالة عدم وجود الأكسجين ، وفي هذه الحالة يتحول إلى حمض اللاكتيك ويتم تكوين جزيئين فقط من ATP ؛ ثم ينتقل حمض اللاكتيك إلى الدم إلى الكبد حيث يتحول مرة أخرى إلى جلوكوز ، وتسمى هذه الدورة من حمض اللاكتيك دورة كوري. ماذا يحدث عمليا عندما تنقبض العضلة؟ في البداية ، عندما تبدأ العضلة في الانقباض ، يتم استنفاد ATP فورًا ، وبما أنه لم تكن هناك تكيفات في الدورة الدموية والقلب والجهاز التنفسي التي ستحدث لاحقًا ، فإن الأكسجين الذي يصل إلى العضلات غير كافٍ ، وبالتالي ينهار الجلوكوز في غياب الأكسجين مكونًا حمض اللاكتيك. في المرة الثانية ، يمكن أن يكون لدينا حالتان: 1) إذا استمر الجهد بشكل طفيف ، يكفي الأكسجين ، ثم يتأكسد الجلوكوز في الماء وثاني أكسيد الكربون: لن يتراكم حمض اللاكتيك ويمكن أن تستمر التمارين لساعات (لذلك يسمى هذا النوع من الجهد الهوائي ؛ على سبيل المثال الجري عبر الضاحية). 2) إذا استمر الجهد مكثفًا ، على الرغم من وصول الكثير من الأكسجين إلى العضلات ، فإن الكثير من الجلوكوز سينقسم في غياب الأكسجين ؛ لذلك الكثير من حمض اللاكتيك الذي يسبب التعب (نتحدث عن الجهد اللاهوائي ، على سبيل المثال الجري السريع ، مثل 100 متر) ، وأثناء الراحة ، يتحول حمض اللاكتيك ، بوجود الأكسجين ، إلى الجلوكوز. في البداية ، حتى في التمارين الهوائية ، نفتقر إلى الأكسجين: نتحدث عن ديون الأكسجين ، والتي سيتم دفعها عندما نرتاح ؛ سيتم استخدام هذا الأكسجين لإعادة تصنيع الجلوكوز من حمض اللاكتيك ؛ في الواقع ، مباشرة بعد المجهود ، نستهلك أكسجين أكثر من المعتاد: نحن نسدد الدين. كما ترون ، ذكرنا الجلوكوز كمثال للوقود ، لأن إنه يمثل أهم عضلة ؛ في الواقع ، حتى لو كانت الدهون تحتوي على قدر أكبر من الطاقة ، فإن أكسدة هذه الدهون ضرورية دائمًا إلى كمية معينة من الجلايسيدات والمزيد من الأكسجين. وفي غياب هذه هناك اضطرابات كبيرة (الكيتوز والحماض) يمكن استخدام البروتينات كوقود ، حيث أنها هي الوحيدة المستخدمة لتدريب العضلات ، تسود فيها الوظيفة البلاستيكية. تتمتع الدهون بخاصية أنها ، لنفس الوزن ، لديها طاقة أكثر من السكريات والبروتينات: تستخدم بشكل مثالي لأن الجلايسيدات هي الوقود ، والبروتينات هي المواد الخام ، والدهون هي الاحتياطيات.

لقد حاولت في هذا المقال عن فسيولوجيا العضلات أن أكون واضحًا قدر الإمكان ، دون إهمال الدقة العلمية على الأقل: أعتقد أنني سأحقق نتيجة ممتازة إذا قمت بتحفيز متخصصي اللياقة البدنية على الاهتمام بجدية أكبر في علم وظائف الأعضاء ، لأنني أعتقد أن المفاهيم الأساسية لعلم وظائف الأعضاء وعلم التشريح يجب أن تكون تراثًا ثقافيًا لا غنى عنه لمحاولة فهم هذا الجسم البشري الرائع بطريقة ما.