Budowa mięśnia szkieletowego i jego funkcje | sarkomer

Budowa mięśnia jest analogiczna do przekroju poprzecznego wieloprzewodowego kabla. Idąc od zewnątrz mięśnie zbudowane, są z pęczków włókien, które są tworzone przez komórki mięśniowe (pojedyncze włókna). Pojedyncza komórka mięśniowa (miofibryla) – mająca kształt nitki, zbudowana jest z miofilamentów – ułożonych wzdłuż osi długiej miofibryli. Wokół poszczególnych struktur mięśnia występuje wiele warstw tkanki łącznej, które na końcach mięśnia schodzą, się przechodząc w ścięgna, łącząc brzusiec z kośćcem.

Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana

Nazwę zawdzięcza zdolnością do załamywania światła w charakterystyczne poprzeczne prążki w obrazie mikroskopowym. Buduje wszystkie mięśnie szkieletowe, których skurcz jest zależny od naszej woli. Dzięki temu istnieje możliwość pracy nad nimi w sposób uwarunkowany obranym celem.

Budowa sarkomeru (aktywne i pasywne komponenty mięśnia)

Sarkomer (~2,5qm) jest podstawową jednostką kurczliwą budującą miofibryle, oraz czynnościową mięśnia poprzecznie prążkowanego. Leży pomiędzy liniami/prążkami Z prostopadle do miofilamentów. Obejmuje on jeden cały prążek anizotropowy* i sąsiadujące z nim dwie połówki prążka izotropowego*.

*Sarkomer oglądany pod mikroskopem zawiera ciemne-anizotropowe i jasne-izotropowe prążki oraz linie Z, których obraz zależny jest od zdolności do załamywania światła.

Sarkomer jest złożonym kompleksem kilkunastu białek, które tworzą dwa podstawowe filamenty:

  • filamenty grube, składające się z MIOZYNY i TYTYNY kotwiczącej filament w prążku Z; *Tytyna (i jej izoformy) są największym pojedynczym wysoko elastycznym białkiem występującym w naturze. Zapewnia miejsce wiązania dla wielu białek i uważa się że odgrywa ważną rolę jako plan tworzenia sarkomeru.
  • filamenty cienkie, składające się z AKTYNY, troponiny i tropomiozyny zakotwiczonych w liniach Z (troponina i tropomiozyna umożliwiają w odpowiednich warunkach połączenie się główek miozyny z centrami aktywnymi aktyny)

O głównej funkcji sarkomerów, którą jest generowanie siły (napięcia aktywnego i pasywnego) możesz poczytać TUTAJ. 

Warto zdawać sobie sprawę, że są też inne dodatkowe białka o różnych funkcjach w sarkomerze, ale na potrzeby tego wpisu nie będę się w nie zagłębiał (aktyna i miozyna stanowi ~85%wszystkich białek miofibryli). Należy pamiętać, że układ nie jest płaski, jak na rysunkach powyżej, lecz heksagonalny (sześciokątny). Wokół spiralnie ułożonych filamentów miozynowych, ślizgają się filamenty aktyny, skręcając się na wzór nakrętki na śrubie.

Wzajemne oddziaływania między tymi dwoma typami filamentów w literaturze znane są jako ślizgowa teoria skurczu opracowana przez H. Huxleya i J. Hansona – pod wpływem jonów wapnia dochodzi do skurczu sarkomerów i co za tym idzie również skurczu całych mięśni.

Funkcja mięśni

W aspekcie tego wpisu interesuje nas ich zdolność do pracy (czynności). Wyróżniamy czynność dynamiczną i statyczną.

Dynamiczna

  • czynność koncentryczna – zmniejszenie długości mięśnia (wskutek pokonywania sił zewnętrznych np. grawitacja), które skutkuje pracą w obrębie stawu i przyśpieszeniem segmentów ciała. Na poziomie sarkomeru: filamenty aktynowe są przyciągane ku środkowi sarkomeru przez ,,kroczące’’ główki miozynowe.
  • czynność ekscentryczna – wydłużenie/rozciągniecie pracującego mięśnia (wskutek ustępowania siłą zewnętrznym), które skutkuje wyhamowaniem ruchu i wiąże się z kontrolą nadmiernego zakresu ruchomości. Na poziomie sarkomeru: filamenty aktyny są odciągane na zewnątrz w stosunku do środka sarkomeru.

Statyczna

  • czynność izometryczna – mięsień nie zmienia swojej długości (siły zewnętrzne są równoważone przez siły wewnętrzne – generowane przez mięśnie), może zmieniać się jego napięcie. Na poziomie sarkomeru: raz przyłączona do danego centrum aktywnego aktyny główka miozyny pozostaje w takim ułożeniu przez cały czas skurczu, a jedynie główka wykonuje pewne ruchy oscylacyjne między tzw. stanem słabego i mocnego rozwijania siły

W codziennej aktywności ruchowej człowieka najczęściej występują skurcze auksotoniczne (mieszane). Wyobraź sobie, że chcesz podnieść coś ciężkiego. Najpierw musisz doprowadzić do wzrostu napięcia mięśni równoważących ciężar (długość mięśni nie zmieni się). Natomiast gdy siła będzie na tyle duża, by pokonać opór, możesz rozpocząć ruch w stawie (mięśnie zaczną się skracać).

W terminologii fizjologicznej można spotkać pojęcie ,,skurczu izotonicznego’’ (zmiany długości przy stałym poziomie napięcia). Nie jest ono adekwatne do naturalnych warunków ruchu człowieka, gdyż podczas skracania mięśnia zmienia się zarówno jego napięcie, jak i długość.

Bibliografia:

  • Artur Jaskólski, Anna Jaskólska: Podstawy fizjologii wysiłku fizycznego z zarysem fizjologii człowieka.
  • Tadeusz Bober, Jerzy Zawadzki: Biomechanika układu ruchu człowieka.
  • Zbigniew Trzaskoma, Łukasz Trzaskoma: Kompleksowe zwiększanie siły mięśniowej sportowców.
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Sarcomere