unități motorii
imagine desenată de studentul BYU-I Nate Shoemaker Spring 2016
neuronii motori care inervează fibrele musculare scheletice se numesc neuroni motori alfa. Pe măsură ce neuronul motor alfa intră într-un mușchi, acesta se împarte în mai multe ramuri, fiecare inervând o fibră musculară (rețineți acest lucru în imaginea de mai sus). Un neuron motor alfa împreună cu toate fibrele musculare pe care le inervează este o unitate motorie . Dimensiunea unității motorii se corelează cu funcția mușchiului. În mușchii implicați cu control fin, coordonat, unitățile motorii sunt foarte mici, cu 3-5 fibre musculare pe neuron motor. Mușchii care controlează mișcarea ochilor și mușchii din mâinile noastre au unități motorii relativ mici. Pe de altă parte, în mușchii implicați cu acțiuni mai puternice, dar mai puțin coordonate, cum ar fi mușchii picioarelor și spatelui, unitățile motorii sunt mari, cu 1000 de fibre musculare pe neuron motor.
tic nervos muscular
atunci când un potențial de acțiune se deplasează în jos neuronul motor, aceasta va duce la o contracție a tuturor fibrelor musculare asociate cu acel neuron motor. Contracția generată de un singur potențial de acțiune se numește mișcare musculară. O singură mișcare musculară are trei componente. Perioada latentă sau faza de întârziere, faza de contracție și faza de relaxare. Perioada latentă este o scurtă întârziere (1-2 msec) din momentul în care potențialul de acțiune ajunge la mușchi până când tensiunea poate fi observată în mușchi. Acesta este timpul necesar pentru ca calciul să se difuzeze din SR, să se lege de troponină, mișcarea tropomiozinei în afara locurilor active, formarea de punți transversale și preluarea oricărei slăbiciuni care poate fi în mușchi. Faza de contracție este atunci când mușchiul generează tensiune și este asociat cu ciclismul podurilor transversale, iar faza de relaxare este timpul pentru ca mușchiul să revină la lungimea sa normală. Lungimea zvâcnirii variază între diferite tipuri de mușchi și ar putea fi la fel de scurtă ca 10 ms (milisecunde) sau până la 100 ms (mai multe despre aceasta mai târziu).
dacă o mișcare musculară este doar o singură contracție rapidă urmată imediat de relaxare, cum explicăm mișcarea continuă lină a mușchilor noștri atunci când se contractă și mișcă oasele printr-o gamă largă de mișcări? Răspunsul constă în ordonarea arderii unităților motorii. Dacă toate unitățile motorii ar fi trase simultan, întregul mușchi s-ar contracta rapid și s-ar relaxa, producând o mișcare foarte sacadată. În schimb, atunci când un mușchi se contractă, unitățile motorii se declanșează asincron, adică unul se contractă și apoi o fracțiune de secundă mai târziu, altul se contractă înainte ca primul să aibă timp să se relaxeze și apoi un alt foc și așa mai departe. Deci, în loc de o mișcare rapidă, sacadată, întreaga contracție musculară este foarte netedă și controlată. Chiar și atunci când un mușchi este în repaus, există o ardere aleatorie a unităților motorii. Această tragere aleatorie este responsabilă pentru ceea ce este cunoscut sub numele de tonus muscular. Deci, un mușchi nu este niciodată „complet” relaxat, chiar și atunci când doarme. Cu toate acestea, dacă neuronul la un mușchi este tăiat, nu va exista „tonus muscular” și aceasta se numește paralizie flască. Există mai multe beneficii ale tonusului muscular: mai întâi preia „slăbiciunea” din mușchi, astfel încât atunci când i se cere să se contracte, poate începe imediat să genereze tensiune și să miște membrul. Dacă ați remorcat vreodată o mașină, știți ce se întâmplă dacă nu scoateți slăbiciunea din frânghia de remorcare înainte de a începe să trageți. Al doilea lucru pe care tonusul muscular îl face este să descurajeze atrofia musculară.
tipurile de contracție musculară
contracțiile musculare sunt descrise pe baza a două variabile: forța (tensiunea) și lungimea (scurtarea). Când tensiunea dintr-un mușchi crește fără o modificare corespunzătoare a lungimii, contracția se numește contracție izometrică (iso = same, metric=lungime). Contracțiile izometrice sunt importante în menținerea posturii sau stabilizarea unei articulații. Pe de altă parte, dacă lungimea musculară se schimbă în timp ce tensiunea musculară rămâne relativ constantă, atunci contracția se numește contracție izotonică (tonic = tensiune). Mai mult, contracțiile izotonice pot fi clasificate în funcție de modul în care se schimbă lungimea. Dacă mușchiul generează tensiune și întregul mușchi se scurtează decât este o contracție concentrică. Un exemplu ar fi ondularea unei greutăți de la talie până la umăr; mușchiul bicep folosit pentru această mișcare ar suferi o contracție concentrică. În schimb, atunci când coborâți greutatea de la umăr la talie, bicepul ar genera, de asemenea, forță, dar mușchiul s-ar prelungi, aceasta este o contracție excentrică. Contracțiile excentrice funcționează pentru a decelera mișcarea la articulație. În plus, contracțiile excentrice pot genera mai multă forță decât contracțiile concentrice. Gândiți-vă la cutia mare pe care o luați în jos de pe raftul superior al dulapului. Puteți să-l coborâți sub control total folosind contracții excentrice, dar atunci când încercați să-l returnați pe raft folosind contracții concentrice, nu puteți genera suficientă forță pentru a-l ridica înapoi. Antrenamentul de forță, care implică atât contracții concentrice, cât și excentrice, pare să crească forța musculară mai mult decât contracțiile concentrice singure. Cu toate acestea, contracțiile excentrice provoacă mai multe daune (rupere) mușchiului, rezultând o durere musculară mai mare. Dacă ați alergat vreodată în jos într-o cursă lungă și apoi ați experimentat durerea în mușchii cvadriceps a doua zi, știți despre ce vorbim.
dimensiunea musculară este determinată de numărul și mărimea miofibrilelor, care la rândul lor este determinată de cantitatea de proteine miofilament. Astfel, antrenamentul de rezistență va induce o cascadă de evenimente care au ca rezultat producerea mai multor proteine. Adesea, acest lucru este inițiat de mici, micro-lacrimi în și în jurul fibrelor musculare. Dacă ruperea are loc la nivelul miofibrilului, mușchiul va răspunde prin creșterea cantității de proteine, întărind astfel și mărind mușchiul, fenomen numit hipertrofie. Această rupere este considerată a explica durerea musculară pe care o experimentăm după un antrenament. După cum sa menționat mai sus, repararea acestor mici lacrimi are ca rezultat mărirea fibrelor musculare, dar are ca rezultat și o creștere a cantității de țesut conjunctiv din mușchi. Atunci când o persoană „se ridică” de la antrenamentul cu greutăți, un procent semnificativ din creșterea dimensiunii mușchiului se datorează creșterii cantității de țesut conjunctiv. Trebuie subliniat faptul că antrenamentul de anduranță nu are ca rezultat o creștere semnificativă a dimensiunii musculare, ci crește capacitatea sa de a produce ATP aerob.
factori care influențează forța contracției musculare
evident, mușchii noștri sunt capabili să genereze niveluri diferite de forță în timpul contracției musculare întregi. Unele acțiuni necesită mult mai multă generare de forță decât altele; gândiți-vă să ridicați un creion în comparație cu ridicarea unei găleți cu apă. Întrebarea devine: Cum pot fi generate diferite niveluri de forță?
însumarea sau recrutarea unităților cu mai multe motoare: s-a menționat mai devreme că toate unitățile motorii dintr-un mușchi nu se declanșează de obicei în același timp. O modalitate de a crește cantitatea de forță generată este creșterea numărului de unități motorii care trag la un moment dat. Spunem că sunt recrutate mai multe unități motorii. Cu cât sarcina încercăm să se deplaseze mai multe unități cu motor, care sunt activate. Cu toate acestea, chiar și atunci când generăm forța maximă posibilă, putem folosi doar aproximativ 1/3 din totalul unităților noastre motorii la un moment dat. În mod normal, acestea se vor declanșa asincron într-un efort de a genera forță maximă și de a împiedica mușchii să devină obosiți. Pe măsură ce fibrele încep să obosească, ele sunt înlocuite de altele pentru a menține forța. Cu toate acestea, există momente în care, în circumstanțe extreme, suntem capabili să recrutăm și mai multe unități motorii. Ați auzit povești despre mame care ridică mașini de pe copiii lor, s-ar putea să nu fie total ficțiune. Urmăriți următorul clip pentru a vedea cât de uimitor poate fi corpul uman. Recrutarea musculară. (Transcriere video disponibilă)
sumarea valurilor: reamintim că o mișcare musculară poate dura până la 100 ms și că un potențial de acțiune durează doar 1-2 ms. De asemenea, cu mișcarea musculară, nu există o perioadă refractară, astfel încât să poată fi re-stimulată în orice moment. Dacă ar fi să stimulați o singură unitate motorie cu frecvențe progresiv mai mari ale potențialelor de acțiune, ați observa o creștere treptată a forței generate de acel mușchi. Acest fenomen se numește însumarea valurilor. În cele din urmă, frecvența potențialelor de acțiune ar fi atât de mare încât nu ar mai fi timp ca mușchiul să se relaxeze între stimulii succesivi și ar rămâne total contractat, o afecțiune numită tetanos. În esență, cu frecvența ridicată a potențialelor de acțiune nu există timp pentru a elimina calciul din citosol. Forța maximă, atunci, este generată cu recrutare maximă și o frecvență potențială de acțiune suficientă pentru a duce la tetanos.
lungimea inițială a sarcomerului: S-a demonstrat experimental că lungimea de pornire a sarcomerului influențează cantitatea de forță pe care mușchiul o poate genera. Această observație are legătură cu suprapunerea filamentelor groase și subțiri. Dacă lungimea sarcomerului de pornire este foarte scurtă, filamentele groase vor fi deja împinse împotriva discului Z și nu există nicio posibilitate de scurtare suplimentară a sarcomerului, iar mușchiul nu va putea genera la fel de multă forță. Pe de altă parte, dacă mușchiul este întins până la punctul în care capetele de miozină nu mai pot contacta actina, atunci din nou, va fi generată mai puțină forță. Forța maximă este generată atunci când mușchiul este întins până la punctul care permite fiecărui cap de miozină să intre în contact cu actina, iar sarcomerul are Distanța maximă de scurtat. Cu alte cuvinte, filamentele groase se află chiar la capetele filamentelor subțiri. Aceste date au fost generate experimental folosind mușchii broaștei care au fost disecați și întinși între două tije. Mușchii intacti din corpul nostru nu sunt în mod normal întinși cu mult peste lungimea lor optimă datorită aranjamentului atașamentelor musculare și articulațiilor.cu toate acestea, puteți face un mic experiment care vă va ajuta să vedeți cum se pierde forța atunci când un mușchi este într-o poziție foarte scurtă sau foarte întinsă. Acest experiment va folosi mușchii care vă ajută să prindeți tamponul degetului mare pe tampoanele degetelor. Acești mușchi sunt aproape de întindere maximă atunci când vă extindeți brațul și, de asemenea, extindeți încheietura mâinii. Pe măsură ce încheietura mâinii este înclinată înapoi în extensia maximă, încercați să vă prindeți degetul mare de degete. Vezi cât de slab se simte? Acum, flexați treptat încheietura mâinii înapoi într-o poziție dreaptă sau neutră. Ar trebui să simți că ciupirea ta devine mai puternică. Acum, flexează-ți cotul și încheietura. Cu încheietura mâinii în flexie maximă, mușchii pe care îi folosiți pentru a prinde sunt aproape de poziția lor cea mai scurtată. Încercați să ciupiți din nou. Ar trebui să se simtă slab. Dar, din nou, pe măsură ce vă extindeți încheietura înapoi la neutru, ar trebui să simțiți că ciupirea dvs. devine mai puternică.
sursa de energie pentru contracția musculară
sursa finală de energie pentru contracția musculară este ATP. Amintiți-vă că fiecare ciclu al unui cap de miozină necesită o moleculă ATP. Înmulțiți asta cu toate capetele de miozină dintr-un mușchi și numărul de cicluri pe care fiecare cap le completează fiecare mișcare și puteți începe să vedeți cât de mult ATP este necesar pentru funcția musculară. Se estimează că vom arde aproximativ întreaga noastră greutate corporală în ATP în fiecare zi, astfel încât devine evident că avem nevoie pentru a reface în mod constant această sursă importantă de energie. Pentru contracția musculară, există patru moduri în care mușchii noștri obțin ATP-ul necesar pentru contracție.
- ATP citosolic: acest ATP reprezintă bazinul „plutitor” al ATP sau cel care este prezent și Disponibil în citoplasmă. Acest ATP nu necesită oxigen (anaerob) pentru a-l face (deoarece este deja acolo) și este disponibil imediat, dar este de scurtă durată. Oferă suficientă energie pentru câteva secunde de activitate maximă în mușchi-nu este cea mai bună sursă pentru contracția pe termen lung. Cu toate acestea, pentru mușchii ochilor care se contractă constant rapid, dar pentru perioade scurte de timp, aceasta este o sursă excelentă.
- fosfat de creatină: odată ce depozitele citosolice ale ATP sunt epuizate, celula apelează la o altă sursă rapidă de energie, creatina fosfat. Fosfatul de creatină este un compus cu energie ridicată care își poate transfera rapid fosfatul într-o moleculă de ADP pentru a umple rapid ATP fără utilizarea oxigenului. Acest transfer necesită enzima creatin kinază, o enzimă care se află pe linia m a sarcomerului. Creatina fosfat poate umple piscina ATP de mai multe ori, suficient pentru a extinde contracția musculară până la aproximativ 10 secunde. Creatina fosfat este cel mai utilizat supliment de lifters greutate. Deși unele beneficii au fost demonstrate, cele mai multe sunt foarte mici și limitate la activități extrem de selective.
- glicoliza: Glicoliza, după cum sugerează și numele, este defalcarea glucozei. Sursa primară de glucoză pentru acest proces este din glicogen care este stocat în mușchi. Glicoliza poate funcționa în absența oxigenului și, ca atare, este principala sursă de producție de ATP în timpul activității anaerobe. Această serie de reacții chimice va fi un accent major în următoarea unitate. Deși glicoliza este foarte rapidă și poate furniza energie pentru o activitate musculară intensă, aceasta poate fi susținută doar aproximativ un minut înainte ca mușchii să înceapă să obosească.
- respirație aerobă sau oxidativă: Mecanismele enumerate mai sus pot furniza ATP pentru poate puțin peste un minut înainte de apariția oboselii. Evident, ne angajăm în activități musculare care durează mult mai mult de un minut (lucruri precum mersul pe jos sau jogging sau mersul pe bicicletă). Aceste activități necesită o aprovizionare constantă de ATP. Atunci când sunt necesare livrări continue de ATP, celulele folosesc mecanisme metabolice adăpostite în mitocondrii care utilizează oxigen. În mod normal, ne referim la aceste procese ca metabolism aerob sau metabolism oxidativ. Folosind aceste procese aerobe, mitocondriile pot furniza suficient ATP pentru a alimenta celulele musculare ore întregi. Partea inferioară a metabolismului aerob este că este mai lentă decât mecanismele anaerobe și nu este suficient de rapidă pentru o activitate intensă. Cu toate acestea, pentru niveluri moderate de activitate, funcționează excelent. Deși glucoza poate fi utilizată și în metabolismul aerob, nutrientul ales este acizii grași. Așa cum este descris mai jos, fibrele oxidative lente și rapide sunt capabile să utilizeze metabolismul aerobic
oboseală
când ne gândim la mușchii scheletici obosiți, folosim adesea cuvântul oboseală, cu toate acestea, cauzele fiziologice ale oboselii variază considerabil. La cel mai simplu nivel, oboseala este utilizată pentru a descrie o afecțiune în care mușchiul nu mai este capabil să se contracte optim. Pentru a ușura discuția, vom împărți oboseala în două mari categorii: oboseala Centrală și oboseala periferică. Oboseala centrală descrie sentimentele inconfortabile care provin din oboseală, este adesea numită ” oboseală psihologică.”S-a sugerat că oboseala centrală apare din factorii eliberați de mușchi în timpul exercițiilor fizice care semnalează creierului să se” simtă ” obosit. Oboseala psihologică precede oboseala periferică și apare cu mult înainte ca fibra musculară să nu se mai poată contracta. Unul dintre rezultatele formării este de a învăța cum să depășească oboseala psihologică. Pe măsură ce ne antrenăm, învățăm că acele sentimente nu sunt atât de rele și că putem continua să Performăm chiar și atunci când se simte inconfortabil. Din acest motiv, sportivii de elită angajează antrenori care îi împing și îi obligă să treacă peste oboseala psihologică.
oboseala periferică poate apărea oriunde între joncțiunea neuromusculară și elementele contractile ale mușchiului. Poate fi împărțit în două subcategorii, frecvență joasă (alergare maraton) și oboseală de înaltă frecvență (antrenament de circuit). Oboseala de înaltă frecvență rezultă din afectarea excitabilității membranei ca urmare a dezechilibrelor ionilor. Cauzele potențiale sunt funcționarea inadecvată a pompei Na+/K+, inactivarea ulterioară a canalelor Na+ și afectarea canalelor Ca2+. Mușchii se pot recupera rapid, de obicei în decurs de 30 de minute sau mai puțin, în urma oboselii de înaltă frecvență. Oboseala de joasă frecvență este corelată cu eliberarea afectată de Ca2+, probabil din cauza problemelor de contracție a cuplajului de excitație. Este mult mai dificil să se recupereze de la oboseala de joasă frecvență, luând de la 24 de ore la 72 de ore.
În plus, există multe alte contribuabili potențiali oboseală, acestea includ: acumularea de fosfați anorganici, acumularea de ioni de hidrogen și modificarea ulterioară a pH-ului, epuizarea glicogenului și dezechilibrele în K+. Vă rugăm să rețineți că factorii care nu sunt pe listă sunt ATP și acidul lactic, ambele nu contribuie la oboseală. Realitatea este că încă nu știm exact ce cauzează oboseala și multe cercetări sunt dedicate în prezent acestui subiect.
tipuri de fibre musculare scheletice
clasic, fibrele musculare scheletice pot fi clasificate în funcție de viteza lor de contracție și de rezistența lor la oboseală. Aceste clasificări sunt în curs de revizuire, dar tipurile de bază includ:
- fibre musculare oxidative (de tip I),
- fibre musculare oxidative-glicolitice (de tip IIA) și
- fibre glicolitice rapide (de tip IIX).
fibrele fast-twitch (tip II) dezvoltă tensiune de două până la trei ori mai rapid decât fibrele slow-twitch (tip I). Cât de repede se poate contracta o fibră este legată de cât timp este nevoie pentru finalizarea ciclului de punte transversală. Această variabilitate se datorează diferitelor soiuri de molecule de miozină și cât de repede pot hidroliza ATP. Amintiți-vă că este capul de miozină care împarte ATP. Fibrele fast-twitch au o capacitate ATPază mai rapidă (împărțirea ATP în ADP + Pi). Fibrele cu mișcare rapidă pompează, de asemenea, ionii de Ca2+ înapoi în reticulul sarcoplasmic foarte repede, astfel încât aceste celule au mișcări mult mai rapide decât soiul mai lent. Astfel, fibrele cu mișcare rapidă pot finaliza contracții multiple mult mai rapid decât fibrele cu mișcare lentă. Pentru o listă completă a modului în care fibrele musculare diferă în capacitatea lor de a rezista oboselii, consultați tabelul de mai jos:
| Slow Twitch Oxidative (Type I) | Fast-twitch Oxidative (Type IIA) | Fast-Twitch Glycolytic (Type IIX) | |
| Myosin ATPase activity | slow | fast | fast |
| Size (diameter) | small | medium | large |
| Duration of contraction | long | short | short |
| SERCA pump activity | slow | fast | fast |
| Fatigue | resistant | resistant | easily fatigued |
| Energy utilization | aerobic/oxidative | both | anerobic/glycolytic |
| capillary density | high | medium | low |
| mitochondria | high numbers | medium numbers | low numbers |
| Color | red (contain myoglobin) | red (contain myoglobin) | white (no myoglobin) |
In human skeletal muscles, the ratio of the various fiber types differs from mușchi la mușchi. De exemplu, mușchiul gastrocnemius al vițelului conține aproximativ jumătate fibre de tip lent și jumătate rapid, în timp ce mușchiul mai profund al vițelului, soleus, este predominant lent. Pe de altă parte, mușchii ochilor sunt predominant rapide. Drept urmare, mușchiul gastrocnemius este utilizat în sprint, în timp ce mușchiul soleus este important pentru a sta în picioare. În plus, femeile par să aibă un raport mai mare de mișcare lentă la mișcare rapidă în comparație cu bărbații. Tipul de fibre „preferat”pentru sportivii de sprint este glicoliticul rapid, care este foarte rapid, cu toate acestea, majoritatea oamenilor au un procent foarte scăzut din aceste fibre, < 1%. Biopsiile musculare ale unui sprinter de clasă mondială au dezvăluit 72% fibre rapide și uimitor 20% au fost de tip IIX. Sfântul Graal al cercetării musculare este de a determina cum să schimbați fibrele musculare scheletice de la un tip la altul. Se pare că tipurile de fibre musculare sunt determinate embriologic de tipul de neuron care inervează fibra musculară. Mușchiul implicit pare a fi lent, fibre de tip I. Dacă un mușchi este inervat de un neuron mic, fibrele musculare vor rămâne lente, în timp ce fibrele mylenate mari induc izoformele rapide. În plus, frecvența ratelor de ardere ale neuronului modifică și tipul de fibră musculară. Cercetările sugerează că oamenii au subtipuri de fibre, alcătuind aproximativ <5% din mușchi, care sunt inervați dublu și permit comutarea între lent și rapid. În general, s-ar părea că genetica determină tipul de inervație care apare și tipurile ulterioare de fibre musculare și că antrenamentul poate fi capabil să modifice ușor raporturile datorate mușchilor inervați dublu. Cu toate acestea, deoarece <5% au inervație duală, genetica va juca un rol mult mai mare în tipurile de fibre decât antrenamentul.
**puteți folosi butoanele de mai jos pentru a trece la citirea următoare sau anterioară din acest modul**
