Budowa i funkcjonowanie układu mięśniowego

Mięśnie odpowiadają za wszystkie ruchy wykonywane przez ciało. Dzięki nim człowiek może się przemieszczać i wyrażać emocje. To one powodują krążenie krwi, przesuwanie się zjedzonego pokarmu czy przemieszczanie powietrza w drogach oddechowych. Mięśnie mają zdolność kurczenia się oraz wykazują pobudliwość elektryczną. Dzięki pobudliwości mogą odpowiadać skurczem na impulsy elektryczne płynące z układu nerwowego.

Układ mięśniowy człowieka tworzą wszystkie mięśnie ciała. Ze względu na rodzaje budujących je tkanek wyróżnia się mięśnie gładkie, mięsień sercowy i mięśnie szkieletowe.

Mięśnie gładkie występują w ścianach naczyń i narządów wewnętrznych, m.in. jelita, żołądka i macicy, gdzie wywierają nacisk na otaczaną przez siebie przestrzeń. Tym samym powodują np. utrzymanie odpowiedniego ciśnienia krwi czy przesuwanie się pokarmu.
Ich wrzecionowate komórki mają jedno centralnie położone jądro komórkowe.
Miofibryle są ułożone nieregularnie wzdłuż długiej osi komórki. Taki układ powoduje m.in. brak prążkowania i sprawia, że skurcze są powolne, ale trwają dłużej niż skurcze mięśni szkieletowych.
Skurcze mięśni gładkich nie zależą od woli człowieka

Mięsień sercowy stanowi główną masę serca. Jest zbudowana z włókien mięśniowych poprzecznie prążkowanych, zawierających jedno lub dwa centralnie położone jądra komórkowe. Włókna, widlasto rozgałęzione na końcach i połączone ze sobą wstawkami, tworzą przestrzenną sieć, której skurcz zmniejsza objętość serca.
Z tego względu skurcze mięśnia sercowego są szybsze, ale mają mniejszą siłę niż w wypadku mięśni szkieletowych.
Skurcze mięśnia sercowego są niezależne od woli człowieka

Mięśnie szkieletowe są większości przymocowane do szkieletu (stąd ich nazwa). Stanowią one czynną część aparatu ruchu. Są zbudowane z tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej i mają zdolność wykonywania szybkich i silnych skurczów, które są zależne od woli człowieka.
Do pozostałych funkcji mięśni szkieletowych zalicza się wytwarzanie ciepła i wspomaganie układu krążenia. Pracujące mięśnie uciskają naczynia krwionośne i limfatyczne, ułatwiając w ten sposób krążenia krwi oraz limfy.
Ze względu na położenie (topografię) mięśnie szkieletowe dzieli się na : mięśnie głowy, szyi, klatki piersiowej, brzucha, grzbietu, kończy górnej i dolnej.


Budowa mięśni szkieletowych

Mięsień poprzecznie prążkowany szkieletowy jako narząd ma budowę wielopoziomową (hierarchiczną). Zwykle jest wydłużony i wrzecionowaty, od innych mięśni oddziela go łącznotkankowa błona, tzw. powięź. Składa się on z brzuśca i znajdujących się na jego końcach ścięgien.
W niektórych mięśniach brzusiec jest podzielony na kilka części nazywanych głowami. Z tego względu wyróżnia się mięśnie dwugłowe (np. mięsień ramienia), trójgłowe (np. mięsień łydki) i czworogłowe (np. mięsień uda).
Czasami mięsień jest zbudowany z dwóch brzuśców umieszczonych jeden za drugim i oddzielonych ścięgnem pośrednim. Wtedy określa się go mianem mięśnia dwubrzuścowego (np. mięsień potyliczno - czołowy).
Brzusiec tworzą pęczki włókien mięśniowych, biegnących przez całą jego długość. Są one oddzielone od siebie tkanką łączną, w której znajdują się naczynia krwionośne i nerwy.
Pojedyncze włókno mięśniowe (miocyt) Hierarchiczna budowa mięśnia

Mechanizm skurczu mięśnia

mechanizm skurczu mięśnia

Działanie mięśni

Skurcze mięśni powodują poruszanie się dźwigni utworzonych przez kości połączone stawami. Mięśnie mogą jednak tylko pociągnąć kości, do których są przyczepione, nie mogą ich popychać, dlatego muszą działać parami. Ze względu na wykonywane czynności wyróżnia się np. mięśnie zginacze i prostowniki, przywodziciele i odwodziciele oraz dźwigacze i mięśnie obniżające.
Podane przykłady reprezentują grupę antagonistów, czyli mięśni uczestniczących w wykonywaniu czynności przeciwstawnych
Mięśnie współdziałające w wykonaniu jednego ruchu w tym samym kierunku noszą nazwę synergistycznych.

Źródła energii skurczu mięśnia

Istotą skurczu mięśnia jest zmiana energii chemicznej, zawartej w związkach wysokoenergetycznych, w energię mechaniczną. Bezpośrednim źródłem energii potrzebnej do skurczu jest ATP. Jednak jego zapas szybko się wyczerpuje i musi być stale dostarczany. Związkiem umożliwiającym szybkie odtworzenie ATP jest zgromadzona w mięśniu fosfokreatyna. Reakcja odtwarzania przebiega następująco:

Fosfokreatyna + ADP ⇒ kreatyna + ATP

Energia potrzebna do wykonania skurczu jest uwalniana w procesie oddychania tlenowego, a w długo i intensywnie pracujących mięśniach - także fermentacji. Głównymi substratami energetycznymi oddychania są: Krew przenosi także niezbędny tlen, którego część zostaje wykorzystana w procesach oddychania komórkowego, a część związana przez mioglobinę, stanowi rezerwę tlenową mięśnia. Mimo tego w czasie intensywnej pracy mięśni może wystąpić niedobór tlenu, określany mianem długu tlenowego. Wyczerpują się także zapasy fosfokreatyny. W warunkach deficytu tlenowego ATP powstaje w procesie fermentacji mlekowej. Wówczas gromadzący się w mięśniach kwas mlekowy obniża ich pH, co powoduje zmęczenie i ból.

Mięśnie czerwone i białe

Warunkiem prawidłowego funkcjonowania mięśni są ciągłe dostawy cząsteczek ATP. W zależności od sposobu regeneracji tego związku można wyróżnić trzy typy włókien mięśniowych : czerwone, białe i pośrednie.
We włóknach czerwonych cząsteczki ATP powstają w procesie oddychania tlenowego. Zawierają więcej mioglobiny niż pozostałe włókna. Charakteryzuje się powolnym narastaniem siły skurczu i dużą odpornością na zmęczenie.
Włókna białe uzyskują ATP na drodze beztlenowej. Zawierają mniej mioglobiny i są jaśniejsze, kurczą się szybciej i silniej niż włókna czerwone ,ale są od nich mniej wytrzymałe.
Włókna pośrednie mają cechy włókien czerwonych i białych.
Np. u sprinterów i sportowców uprawiających dyscypliny siłowe w mięśniach przeważają włókna białe, natomiast u maratończyków i kolarzy - włókna czerwone.

Rodzaje skurczów

W czasie spoczynku mięśnie wykazują napięcie spoczynkowe, wynikające z ich obciążenia przez kości i narządy wewnętrzne.
Mięśnie szkieletowe kurczą się pod wpływem impulsów nerwowych, które docierają przez aksony neuronów. W mięśniu aksony rozgałęziają się, a ich odgałęzienia dochodzą do pojedynczych włókien mięśniowych, tworząc z nimi synapsy nerwowo - mięśniowe, nazywane płytkami ruchowymi.
Zespół włókien mięśniowych unerwionych przez jeden neuron nazywa się jednostką motoryczną (ruchową) mięśnia.
Przekaźnikiem impulsu nerwowego jest acetylocholina. Docierający do zakończeń nerwowych impuls elektryczny powoduje jej uwolnienie do szczeliny synaptycznej.
Włókno mięśnia szkieletowego pobudzone pojedynczym impulsem nerwowym odpowiada pojedynczym skurczem. Reaguje zgodnie z zasadą wszystko albo nic, co oznacza że kurczy się maksymalnie, a dalszy wzrost siły bodźca nie powoduje zwiększenia siły skurczu.
W organizmie nie obserwuje się pojedynczych mięśni, gdyż docierają do niego serie impulsów nerwowych następujące po sobie w krótkich odcinkach czasu, gdy trwa jeszcze skurcz wywołany poprzednim impulsem. W efekcie następuje sumowanie kolejnych skurczów mięśniowych, czyli ich nakładanie się, aż do uzyskanie długotrwałego skurczu zwanego skurczem tężcowym. Większość czynności ruchowych organizmu wymaga ciągłego wysiłki mięśniowego, ma więc charakter skurczów tężcowych.
Skurcz wywołujący skrócenie mięśnia bez zmiany jego napięcia nosi nazwę skurczu izotonicznego.
Skurcz w którego przebiegu nie dochodzi do skłócenia mięśnia, a jedynie do zmiany jego napięcia (np. przy zaciskaniu zębów, prężeniu się na baczność), nazywa się skurczem izometrycznym,.