Rezultatele învățării
- Discuți tensiunea și contracția musculară
Contracția musculară
Ne putem îmbunătăți înțelegerea contracției musculare prin examinarea contracției unei fibre musculare. O contracție are loc atunci când o fibră musculară se contractă ca răspuns la o comandă (stimul) din partea sistemului nervos. Timpul dintre activarea unui neuron motor și momentul în care are loc contracția musculară se numește fază de întârziere (uneori numită fază latentă). În timpul fazei de întârziere, un semnal numit potențial de acțiune se deplasează la capătul neuronului motor (terminalul axonului). Acest lucru duce la eliberarea de acetilcolină și la depolarizarea plăcii terminale motorii. Depolarizarea are ca rezultat eliberarea de calciu de către reticulul sarcoplasmatic și legarea ulterioară a calciului de troponină, ceea ce determină expunerea situsului de legare a miozinei. Aceasta este urmată de contracția musculară propriu-zisă care dezvoltă tensiunea în mușchi. Această fază următoare se numește faza de contracție. În timpul fazei de contracție se formează punți încrucișate între actină și miozină. Miozina mișcă actina, eliberează și reformează punțile încrucișate de mai multe ori pe măsură ce sarcomerul se scurtează și mușchiul se contractă. ATP este utilizat în timpul acestei faze, iar energia este eliberată sub formă de căldură. Miozina se eliberează de actină atunci când un al doilea ATP se atașează la miozină. Miozina este acum disponibilă pentru formarea unei alte punți încrucișate. Când mușchiul se relaxează, tensiunea scade. Această fază se numește faza de relaxare. În timpul acestei faze, calciul este transportat în mod activ înapoi în reticulul sarcoplasmatic cu ajutorul ATP. Troponina se deplasează înapoi în poziție blocând locul de legare a miozinei pe actină și mușchiul se lungește pasiv.
Stimul muscular și puterea de contracție
O fibră musculară scheletică va produce o anumită cantitate de forță dacă stimulul este suficient de puternic pentru a atinge pragul de contracție musculară. Aceasta se numește legea „totul sau nimic”. Să spunem că stimulăm electric o fibră musculară. Începem cu o cantitate mică de stimulare care nu atinge pragul pentru a produce o contracție. Fibra musculară va răspunde prin faptul că va rămâne relaxată, nu se va contracta. Acum, dacă mărim nivelul de stimulare astfel încât să fie produsă o cantitate suficientă pentru a atinge pragul, fibra musculară va răspunde prin contracție. În cele din urmă, dacă continuăm să creștem stimulul astfel încât acesta să depășească cu mult pragul, fibra va răspunde prin contracție cu aceeași forță ca atunci când tocmai am atins stimulul. Mușchiul nu se va contracta cu o forță mai mare dacă stimulul este mai mare. Mușchiul răspunde la stimuli mai puternici prin producerea aceleiași forțe. În mușchii scheletici, un neuron motor poate inerva mai multe fibre musculare. Aceasta se numește unitate motorie. Există numeroase unități motorii în toți mușchii scheletici. Unitățile motorii acționează în mod coordonat. Un stimul va afecta toate fibrele musculare inervate de o anumită unitate motorie.
Relația lungime-tensiune musculară
Lungimea unui mușchi este legată de tensiunea generată de mușchi. Mușchii vor genera mai multă forță atunci când sunt întinși dincolo de lungimea lor de repaus până la un anumit punct. Mușchii întinși dincolo de acest punct vor produce mai puțină tensiune. Dacă mușchiul se află la lungimea sa de repaus, acesta nu va produce o tensiune maximă deoarece filamentele de actină și miozină se suprapun excesiv de mult. Filamentele de miozină se pot extinde în discurile Z și ambele filamente interferează unul cu celălalt, limitând numărul de punți încrucișate care se pot forma. Dacă mușchiul este întins până la un punct, tensiunea va crește în mușchi. Filamentele de actină și miozină se pot acum suprapune în mod optim, astfel încât să se poată forma cel mai mare număr de punți încrucișate. Dacă mușchiul este prea întins, tensiunea va scădea. Filamentele de actină și miozină nu se suprapun, ceea ce determină o scădere a numărului de punți încrucișate care se pot forma. Lungimea ideală a unui sarcomer în timpul producerii tensiunii maxime apare atunci când filamentele groase și subțiri se suprapun în cel mai mare grad.
Controlul tensiunii musculare
Controlul nervos inițiază formarea punților încrucișate actină-miosină, conducând la scurtarea sarcomerului implicat în contracția musculară. Aceste contracții se extind de la fibra musculară prin țesutul conjunctiv pentru a trage de oase, determinând mișcarea scheletului. Tracțiunea exercitată de un mușchi se numește tensiune, iar cantitatea de forță creată de această tensiune poate varia. Acest lucru permite acelorași mușchi să miște obiecte foarte ușoare și obiecte foarte grele. În fibrele musculare individuale, cantitatea de tensiune produsă depinde de suprafața secțiunii transversale a fibrei musculare și de frecvența stimulării neuronale.
Numărul de punți încrucișate formate între actină și miozină determină cantitatea de tensiune pe care o poate produce o fibră musculară. Punțile încrucișate se pot forma doar acolo unde filamentele groase și subțiri se suprapun, permițând miozinei să se lege de actină. Dacă se formează mai multe punți încrucișate, mai multă miozină va trage asupra actinei și se va produce o tensiune mai mare.
Lungimea ideală a unui sarcomer în timpul producerii tensiunii maxime are loc atunci când filamentele groase și subțiri se suprapun în cel mai mare grad. Dacă un sarcomer în repaus este întins dincolo de lungimea ideală de repaus, filamentele groase și subțiri nu se suprapun în cel mai mare grad și se pot forma mai puține punți încrucișate. Acest lucru are ca rezultat mai puține capete de miozină care trag de actină și se produce o tensiune mai mică. Pe măsură ce un sarcomer este scurtat, zona de suprapunere se reduce pe măsură ce filamentele subțiri ajung în zona H, care este compusă din cozi de miozină. Deoarece capetele de miozină sunt cele care formează punți încrucișate, actina nu se va lega de miozină în această zonă, reducând tensiunea produsă de această miofibra. Dacă sarcomerul este scurtat și mai mult, filamentele subțiri încep să se suprapună unele peste altele – reducând și mai mult formarea punților încrucișate și producând și mai puțină tensiune. Invers, dacă sarcomerul este întins până la punctul în care filamentele groase și subțiri nu se suprapun deloc, nu se formează punți încrucișate și nu se produce nicio tensiune. Această cantitate de întindere nu se produce de obicei deoarece proteinele accesorii, nervii senzoriali interni și țesutul conjunctiv se opun întinderii extreme.
Variabila principală care determină producția de forță este numărul de miofibre din cadrul mușchiului care primesc un potențial de acțiune de la neuronul care controlează acea fibră. Atunci când se utilizează bicepsul pentru a ridica un creion, cortexul motor al creierului semnalează doar câțiva neuroni din biceps și doar câteva miofibre răspund. La vertebrate, fiecare miofibră răspunde complet dacă este stimulată. Atunci când ridicați un pian, cortexul motor semnalează toți neuronii din biceps și fiecare miofibră participă. Aceasta este aproape de forța maximă pe care mușchiul o poate produce. După cum s-a menționat mai sus, creșterea frecvenței potențialelor de acțiune (numărul de semnale pe secundă) poate crește forța un pic mai mult, deoarece tropomiozina este inundată cu calciu.
Tipuri de fibre musculare
Există trei tipuri majore de fibre musculare scheletice. Acestea se numesc cu contracții rapide, cu contracții lente și intermediare. În general, fibrele cu contracție rapidă generează o forță mare pentru perioade scurte de timp. Fibrele cu contracție lentă generează cantități mai mici de forță, dar pot face acest lucru pentru perioade mai lungi de timp. Fibrele intermediare au unele caracteristici atât ale fibrelor cu contracție rapidă, cât și ale celor cu contracție lentă. Fibrele cu contracție rapidă sunt numite și fibre de tip II. Fibrele cu contracții rapide sunt fibrele predominante în organism. Acestea răspund rapid la stimuli și pot genera o cantitate bună de forță. Ele au un diametru mare datorită cantității mari de miofibrile. Activitatea lor este alimentată de ATP generat de metabolismul anaerob. Fibrele cu contracție lentă răspund mult mai lent la stimuli decât fibrele cu contracție rapidă. Acestea au un diametru mai mic și conțin un număr mare de mitocondrii. Ele sunt capabile să susțină contracții lungi și își obțin ATP din metabolismul aerob. Fibrele cu contracții lente sunt înconjurate de rețele capilare care furnizează sânge oxigenat pentru a fi utilizat în sistemele energetice aerobice. Acestea conțin, de asemenea, un pigment roșu numit mioglobină. Mioglobina poate lega oxigenul (ca și hemoglobina) și oferă o rezervă substanțială de oxigen. Din cauza culorii roșiatice a mioglobinei, aceste fibre sunt adesea numite fibre musculare roșii. Fibrele cu contracție lentă sunt, de asemenea, numite fibre de tip I. Fibrele intermediare seamănă cu fibrele cu contracție rapidă, deoarece conțin cantități mici de mioglobină. De asemenea, acestea au o rețea capilară în jurul lor și nu obosesc la fel de ușor ca fibrele cu contracții rapide. Ele conțin mai multe mitocondrii decât fibrele cu contracție rapidă, dar nu la fel de multe ca fibrele cu contracție lentă. Viteza de contracție și rezistența se situează, de asemenea, între fibrele cu contracție rapidă și cele cu contracție lentă. Fibrele intermediare sunt, de asemenea, numite fibre de tip IIa. Mușchii care au o predominanță a fibrelor lente sunt uneori numiți mușchi roșii, cum ar fi în spate și în zone ale picioarelor. De asemenea, mușchii care au o predominanță a fibrelor rapide sunt numiți mușchi albi. Este interesant de observat că nu există fibre cu contracție lentă în mușchii oculari sau în mușchii mâinilor.
Contribuie!
Îmbunătățiți această paginăÎnvățați mai mult