Výstupy z učení
- Probrat svalové napětí a kontrakci
Svalový záškub
Zkoumáním kontrakce jednoho svalového vlákna můžeme zlepšit naše znalosti svalové kontrakce. K záškubu dochází, když se jedno svalové vlákno stáhne v reakci na povel (podnět) nervového systému. Doba mezi aktivací motorického neuronu a okamžikem, kdy dojde ke svalové kontrakci, se nazývá zpožděná fáze (někdy nazývaná latentní fáze). Během lag fáze se signál nazývaný akční potenciál přesouvá na konec motorického neuronu (terminál axonu). To má za následek uvolnění acetylcholinu a depolarizaci koncové destičky motorického nervu. Depolarizace má za následek uvolnění vápníku sarkoplazmatickým retikulem a následnou vazbu vápníku na troponin, což způsobí obnažení vazebného místa myozinu. Poté následuje vlastní svalová kontrakce, při níž se ve svalu vyvine napětí. Tato další fáze se nazývá fáze kontrakce. Během fáze kontrakce se vytvářejí zkřížené můstky mezi aktinem a myozinem. Myozin pohybuje aktinem, uvolňuje a reformuje příčné můstky mnohokrát, jak se sarkomera zkracuje a sval se stahuje. Během této fáze se spotřebovává ATP a energie se uvolňuje ve formě tepla. Myozin se uvolní z aktinu, když se k myozinu připojí druhý ATP. Myosin je nyní k dispozici pro další tvorbu příčných můstků. Když se sval uvolní, napětí se sníží. Tato fáze se nazývá relaxační fáze. Během této fáze je vápník aktivně transportován zpět do sarkoplazmatického retikula pomocí ATP. Troponin se přesune zpět do polohy blokující vazebné místo myozinu na aktinu a sval se pasivně prodlouží.
Svalový podnět a síla kontrakce
Vlákno kosterního svalu vytvoří danou sílu, pokud je podnět dostatečně silný, aby dosáhl prahu pro svalovou kontrakci. Tomuto zákonu se říká zákon všechno nebo nic. Řekněme, že elektricky stimulujeme svalové vlákno. Začneme s malým množstvím stimulace, které nedosahuje prahu pro vyvolání kontrakce. Svalové vlákno bude reagovat tak, že zůstane uvolněné, nebude se stahovat. Pokud nyní zvýšíme stimulaci tak, aby dosáhla prahové hodnoty, svalové vlákno zareaguje kontrakcí. A konečně pokud budeme pokračovat ve zvyšování podnětu tak, aby značně překročil práh, vlákno zareaguje kontrakcí stejnou silou, jako když jsme právě dosáhli podnětu. Sval se nebude stahovat větší silou, pokud je podnět větší. Sval reaguje na silnější podněty vytvořením stejné síly. V kosterních svalech může motorický neuron inervovat mnoho svalových vláken. Tomu se říká motorická jednotka. V celém kosterním svalstvu je mnoho motorických jednotek. Motorické jednotky působí koordinovaně. Jeden podnět ovlivní všechna svalová vlákna inervovaná danou motorickou jednotkou.
Vztah mezi délkou a napětím svalu
Délka svalu souvisí s napětím, které sval vytváří. Svaly vytvoří větší sílu, pokud jsou nataženy nad svou klidovou délku do určitého bodu. Svaly natažené za tento bod budou vytvářet menší napětí. Pokud je sval v klidové délce, nebude vytvářet maximální napětí, protože aktinová a myozinová vlákna se nadměrně překrývají. Myozinová filamenta mohou zasahovat do Z-disků a obě filamenta se navzájem ruší, což omezuje počet příčných můstků, které mohou vzniknout. Pokud je sval natažen do určitého bodu, napětí ve svalu se zvýší. Aktinová a myozinová vlákna se nyní mohou optimálně překrývat, takže se může vytvořit co největší počet příčných můstků. Pokud je sval přetažený, napětí se sníží. Aktinová a myozinová vlákna se nepřekrývají, což vede ke snížení počtu příčných můstků, které se mohou vytvořit. Ideální délka sarkomery při tvorbě maximálního napětí nastává, když se tlustá a tenká filamenta překrývají v největší míře.
Kontrola svalového napětí
Neurální řízení iniciuje tvorbu aktin-myozinových příčných můstků, což vede ke zkrácení sarkomery, které se podílí na svalové kontrakci. Tyto kontrakce se šíří ze svalového vlákna přes pojivovou tkáň a táhnou za kosti, což způsobuje pohyb kostry. Tah, který sval vyvíjí, se nazývá napětí a velikost síly, kterou toto napětí vytváří, může být různá. Díky tomu mohou tytéž svaly pohybovat velmi lehkými i velmi těžkými předměty. V jednotlivých svalových vláknech závisí velikost vytvářeného napětí na ploše průřezu svalového vlákna a na frekvenci nervové stimulace.
Počet příčných můstků vytvořených mezi aktinem a myozinem určuje velikost napětí, které může svalové vlákno vytvořit. Příčné můstky se mohou tvořit pouze tam, kde se překrývají tlustá a tenká vlákna, což umožňuje myozinu vázat se na aktin. Pokud se vytvoří více příčných můstků, bude více myozinu táhnout za aktin a vznikne větší napětí.
Ideální délka sarkomery při produkci maximálního napětí nastává, když se tlustá a tenká vlákna překrývají v největší míře. Pokud je sarkomera v klidu natažená za ideální klidovou délku, tlustá a tenká vlákna se nepřekrývají v největší míře a může se vytvořit méně příčných můstků. To má za následek, že méně myozinových hlavic táhne za aktin a vzniká menší napětí. Při zkracování sarkomery se zóna překrytí zmenšuje, protože tenká vlákna dosahují zóny H, která je tvořena myozinovými ocásky. Protože právě myozinové hlavičky tvoří příčné můstky, aktin se v této zóně na myozin neváže, čímž se snižuje napětí produkované tímto myofibrilem. Pokud se sarkomera ještě více zkrátí, tenká vlákna se začnou vzájemně překrývat – což ještě více sníží tvorbu příčných můstků a vytvoří ještě menší napětí. Naopak, pokud se sarkomera protáhne do bodu, kdy se tlustá a tenká vlákna vůbec nepřekrývají, nevytvářejí se žádné příčné můstky a nevzniká žádné napětí. K takovému rozsahu protažení obvykle nedochází, protože akcesorní proteiny, vnitřní senzorické nervy a pojivová tkáň brání extrémnímu protažení.
Primární proměnnou určující produkci síly je počet myovláken ve svalu, která přijímají akční potenciál z neuronu ovládajícího dané vlákno. Při použití bicepsu ke zvednutí tužky dává motorická kůra mozku signál pouze několika neuronům bicepsu a reaguje pouze několik myofiber. U obratlovců reaguje při stimulaci každé myofibrium v plném rozsahu. Při zvedání klavíru dává motorická kůra signál všem neuronům bicepsu a zapojují se všechna myofibra. To se blíží maximální síle, kterou může sval vyvinout. Jak bylo uvedeno výše, zvýšením frekvence akčních potenciálů (počtu signálů za sekundu) lze sílu ještě o něco zvýšit, protože tropomyosin je zaplaven vápníkem.
Typy svalových vláken
Existují tři hlavní typy kosterních svalových vláken. Nazývají se rychlý záškub, pomalý záškub a střední záškub. Obecně platí, že vlákna s rychlým záškubem vytvářejí vysokou sílu po krátkou dobu. Pomalá vlákna vytvářejí menší množství síly, ale mohou tak činit po delší dobu. Mezivlákna mají některé vlastnosti rychlých i pomalých vláken. Rychlá škubová vlákna se také nazývají vlákna typu II. Rychlá krouticí vlákna jsou převažujícími vlákny v těle. Rychle reagují na podněty a mohou vytvářet velké množství síly. Mají velký průměr díky velkému množství myofibril. Jejich činnost je poháněna ATP vznikajícím při anaerobním metabolismu. Pomalu škubající se vlákna reagují na podněty mnohem pomaleji než rychle škubající se vlákna. Mají menší průměr a obsahují velké množství mitochondrií. Jsou schopna udržet dlouhé kontrakce a získávají ATP z aerobního metabolismu. Pomalá krouticí vlákna jsou obklopena sítí kapilár, které dodávají okysličenou krev pro využití v aerobních energetických systémech. Obsahují také červené barvivo zvané myoglobin. Myoglobin dokáže vázat kyslík (podobně jako hemoglobin) a poskytuje značnou zásobu kyslíku. Kvůli načervenalé barvě myoglobinu se tato vlákna často nazývají červená svalová vlákna. Vlákna s pomalým záškubem se také nazývají vlákna typu I. Střední vlákna se podobají rychlým záškubovým vláknům, protože obsahují malé množství myoglobinu. Mají kolem sebe také síť kapilár a neunavují se tak snadno jako rychlá záškubová vlákna. Obsahují více mitochondrií než rychlá škubová vlákna, ale ne tolik jako pomalá škubová vlákna. Rychlost kontrakce a vytrvalost také leží mezi rychlými a pomalými twitchovými vlákny. Mezivlákna se také nazývají vlákna typu IIa. Svaly, které mají převahu pomalých vláken, se někdy označují jako červené svaly, například na zádech a v oblastech nohou. Stejně tak svaly, které mají převahu rychlých vláken, se označují jako bílé svaly. Zajímavé je, že v očních svalech nebo ve svalech rukou nejsou žádná pomalá vlákna.
Přispějte!
Vylepšit tuto stránkuZjistit více