Spierfysiologie: korte beschrijving

Bewerkt door Dr. Gianfranco De Angelis

Het is "ontmoedigend om te zien dat instructeurs en personal trainers in sportscholen" empirische "verklaringen geven over verschillende onderwerpen: spiermassa (hypertrofie), toename van kracht, uithoudingsvermogen, enz., zonder zelfs maar een ruwe kennis te hebben van de histologische structuur en fysiologie van spieren .

Weinigen hebben slechts een min of meer diepgaande kennis van de macroscopische anatomie, alsof het voldoende is om te weten waar de biceps of de borstspier is, de histologische structuur negerend en nog minder de biochemie en fysiologie van de spieren. van het onderwerp, zelfs toegankelijk voor leken van de biologische wetenschappen.

histologische structuur

Spierweefsel verschilt van andere weefsels (zenuw-, bot-, bindweefsel) vanwege een voor de hand liggend kenmerk: contractiliteit, dat wil zeggen, spierweefsel kan samentrekken of de lengte ervan verkorten. Voordat we zien hoe het korter wordt en voor welke mechanismen, laten we het hebben over de structuur ervan. We hebben drie soorten spierweefsel, zowel histologisch als functioneel verschillend: dwarsgestreept skeletspierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel. Het belangrijkste functionele verschil tussen de eerste en de andere twee is dat terwijl de eerste wordt geregeerd door de wil, de andere twee onafhankelijk zijn van de wil. De eerste zijn de spieren die de botten bewegen, de spieren die we trainen met halters, dumbbells en machines. Het tweede type wordt gegeven door de spieren van de ingewanden, zoals de spieren van de maag, darmen, enz. Die, zoals we elke dag zien, niet door de wil worden gecontroleerd.Het derde type is het harttype: het hart is ook gemaakt van spieren, in feite kan het samentrekken; in het bijzonder is de hartspier ook gestreept, daarom vergelijkbaar met de skelet, maar een belangrijk verschil, de ritmische samentrekking is onafhankelijk van de wil.
De dwarsgestreepte skeletspier is degene die verantwoordelijk is voor vrijwillige motorische activiteiten, dus voor sportactiviteiten. De dwarsgestreepte spier bestaat uit cellen, net als alle andere structuren en systemen van het organisme; de ​​cel is de kleinste eenheid die in staat is tot autonoom leven. In het menselijk organisme zijn er miljarden cellen en bijna alle hebben een centraal deel genaamd kern, omgeven door een gelatineuze substantie die cytoplasma wordt genoemd. De cellen waaruit de spier bestaat, worden spiervezels genoemd: het zijn langwerpige elementen, longitudinaal gerangschikt op de as van de spier en verzameld in banden.De belangrijkste kenmerken van de dwarsgestreepte spiervezel zijn drie:

1. Het is erg groot, de lengte kan enkele centimeters bereiken, de diameter is 10-100 micron (1 micron = 1/1000 mm.) De andere cellen van het organisme zijn, op enkele uitzonderingen na, van microscopische afmetingen.
2. Het heeft veel kernen (bijna alle cellen hebben er maar één) en wordt daarom een ​​"polynucleair syncytium" genoemd.
3. Het is transversaal gestreept, dat wil zeggen dat het een afwisseling van donkere en lichte banden vertoont. De spiervezel heeft langwerpige formaties in zijn cytoplasma, longitudinaal gerangschikt op de as van de vezel en daarom ook op die van de spier, myofibrillen genoemd, we kunnen ze beschouwen als langwerpige koorden die in de cel van de strepen van de hele vezel zijn geplaatst.
   Laten we een myofibril nemen en het bestuderen: het heeft donkere banden, A-banden genaamd, en lichte banden die I worden genoemd, in het midden van band I c "is een donkere lijn die Z-lijn wordt genoemd. De ruimte tussen de ene Z-lijn en de andere wordt genoemd sarcomeer, dat het contractiele element en de kleinste functionele eenheid van de spier vertegenwoordigt; in de praktijk wordt de vezel korter omdat de sarcomeren ervan worden verkort.

Laten we nu eens kijken hoe de myofibril wordt gemaakt, dat is wat ultrastructuur van de spier wordt genoemd. Het is gemaakt van filamenten, sommige grote myosinefilamenten, andere dunne actinefilamenten.De grote passen zo bij de dunne dat de band A wordt gevormd door het grote filament (daarom is het donkerder), de band I het wordt in plaats daarvan gevormd door dat deel van het dunne filament dat niet vastzit aan het zware filament (wordt gevormd door het dunne filament is het lichter).

Mechanisme van samentrekking

Nu we de histologische structuur en de ultrastructuur kennen, kunnen we hinten naar het mechanisme van samentrekking. In de samentrekking vloeien de lichte filamenten tussen de zware filamenten, zodat de banden I in lengte afnemen; dus het sarcomeer neemt ook in lengte af, dat wil zeggen de afstand tussen de ene Z-band en de andere: daarom vindt de samentrekking niet plaats omdat de filamenten zijn ingekort, maar omdat ze de lengte van het sarcomeer hebben verkleind door te schuiven. aangezien de myofibrillen de vezel vormen, neemt de lengte van de vezel af, bijgevolg wordt de spier, die is gemaakt van vezels, verkort. Het is duidelijk dat om deze filamenten te laten stromen, energie nodig is en deze wordt geleverd door een stof: l " ATP ( adenosinetrifosfaat), dat de energievaluta van het organisme vormt. ATP wordt gevormd door de oxidatie van voedsel: de energie die voedsel heeft gekregen, wordt doorgegeven aan de ATP, die het vervolgens overbrengt naar de filamenten om ze te laten stromen. samentrekking vindt ook plaats, er is ook een ander element nodig , het Ca++-ion (Calcium) De spiercel houdt er grote voorraden van binnen en stelt het ter beschikking aan het sarcomeer wanneer samentrekking moet plaatsvinden.

Spiercontractie vanuit macroscopisch oogpunt

We hebben gezien dat het contractiele element het sarcomeer is, laten we nu de hele spier onderzoeken en bestuderen vanuit een fysiologisch oogpunt, maar macroscopisch.Om een ​​spier te laten samentrekken, moet er een elektrische stimulus aankomen: deze stimulus komt van de motor zenuw, beginnend bij het ruggenmerg (zoals het van nature gebeurt), of het kan afkomstig zijn van een weggesneden en elektrisch gestimuleerde motorische zenuw, of door de spier direct elektrisch te stimuleren. op dit punt stimuleren we het elektrisch; de spier zal samentrekken, dat wil zeggen, hij zal korter worden door het gewicht op te tillen; deze samentrekking wordt isotone samentrekking genoemd. Als we daarentegen de spier met beide uiteinden vastbinden aan twee stijve steunen, dan zal de spier, wanneer we hem stimuleren, in spanning toenemen zonder in te korten: dit wordt isometrische contractie genoemd. In de praktijk, als we de halter van de grond halen en optillen, zal dit een isotone samentrekking zijn; als we het met een zeer zwaar gewicht belasten en terwijl we het proberen op te tillen, dus terwijl we de spieren maximaal aanspannen, bewegen we het niet, dit wordt isometrische contractie genoemd. Bij de isotone contractie hebben we mechanische arbeid verricht (arbeid = kracht x verplaatsing); bij isometrische contractie is de mechanische arbeid nul, aangezien: arbeid = kracht x verplaatsing = 0, verplaatsing = 0, arbeid = kracht x 0 = 0
Als we de spier met een zeer hoge frequentie stimuleren (dwz talrijke impulsen per seconde), zal deze een zeer hoge kracht ontwikkelen en maximaal aangespannen blijven: de spier in deze toestand zou zich in tetanus bevinden, daarom betekent tetanische contractie maximale en continue samentrekking. Een spier kan naar believen weinig of veel worden samengetrokken; dit is mogelijk door twee mechanismen: 1) Wanneer een spier niet een beetje wordt samengetrokken, trekken slechts enkele vezels samen; de intensiteit van de contractie wordt verhoogd, andere vezels worden toegevoegd 2) Een vezel kan samentrekken met minder of meer kracht, afhankelijk van de frequentie van ontlading, dwz het aantal elektrische impulsen dat de spieren in de tijdseenheid bereikt. Door deze twee variabelen te moduleren, bepaalt het centrale zenuwstelsel hoe sterk de spier moet samentrekken. Wanneer het een sterke samentrekking afdwingt, verkorten bijna alle vezels van de spier niet alleen, maar zullen ze allemaal met veel kracht verkorten: wanneer het een zwakke samentrekking afdwingt, verkorten slechts een paar vezels en met een mindere kracht.

Laten we het nu hebben over een ander belangrijk aspect van spierfysiologie: spierspanning. Spiertonus kan worden gedefinieerd als een continue toestand van lichte spiersamentrekking, die onafhankelijk van de wil optreedt. Welke factor veroorzaakt deze staat van samentrekking? Vóór de geboorte zijn de spieren even lang als de botten, en naarmate ze zich ontwikkelen, strekken de botten zich meer uit dan de spieren, zodat deze worden uitgerekt. Wanneer een spier wordt uitgerekt, als gevolg van een spinale reflex (myotatische reflex), trekt deze samen, daarom bepaalt het continue rekken waaraan de spier wordt onderworpen een continue staat van lichte maar aanhoudende contractie. De oorzaak is een reflex en aangezien het belangrijkste kenmerk van reflexen onvrijwilligheid is, wordt de toon niet bepaald door de wil. De toon is een fenomeen op basis van zenuwreflexen, dus als ik de zenuw doorsnijd die van het centrale zenuwstelsel naar de spier gaat, wordt deze slap en verliest hij zijn toon volledig.

De contractiekracht van een spier hangt af van de dwarsdoorsnede en is gelijk aan 4-6 kg.cm2. Maar het principe is in principe geldig, er is geen precieze directe evenredigheidsverhouding: bij een atleet kan een spier die iets kleiner is dan die van een andere atleet sterker zijn. Een spier vergroot zijn volume als hij wordt getraind. met toenemende weerstand (dit is het principe waarop gewichtsgymnastiek is gebaseerd); benadrukt moet worden dat het volume van elke spiervezel toeneemt, terwijl het aantal spiervezels constant blijft. Dit fenomeen wordt spierhypertrofie genoemd.

De biochemie van de spier

Laten we het nu hebben over het probleem van de reacties die in de spieren optreden. We hebben al gezegd dat er energie nodig is om contractie te laten plaatsvinden; de cel bewaart deze energie in het zogenaamde ATP (adenosinetrifosfaat), dat, wanneer het energie aan de spier geeft, wordt omgezet in ADP (adenosinedifosfaat) + Pi (anorganisch fosfaat): de reactie bestaat uit het verwijderen van een fosfaat. Dus de reactie die plaatsvindt in de spier is ATP → ADP + Pi + energie. Er zijn echter weinig ATP-aandelen en het is noodzakelijk om dit element opnieuw te synthetiseren. Om de spier te laten samentrekken, moet daarom ook de omgekeerde reactie plaatsvinden (ADP + Pi + energie> ATP), zodat de spier altijd over ATP beschikt. De energie om de ATP-resynthese te laten plaatsvinden, wordt ons gegeven door voedsel: deze bereiken, nadat ze zijn verteerd en opgenomen, de spier via het bloed, waar ze hun energie vrijgeven, precies om ATP te maken.

De energiestof bij uitstek wordt gegeven door suikers, met name glucose. Glucose kan worden afgebroken in aanwezigheid van zuurstof (bij aerobiose) en wordt, zoals ze ten onrechte zeggen, "verbrand"; de energie die vrijkomt wordt ingenomen door ATP, terwijl het enige dat overblijft van de glucose water en koolstofdioxide is. Uit één glucosemolecuul worden 36 moleculen ATP verkregen. Maar glucose kan ook worden aangevallen in afwezigheid van zuurstof, in welk geval het in melkzuur verandert en er slechts twee ATP-moleculen worden gevormd; melkzuur gaat dan, dat in het bloed komt, naar de lever waar het weer wordt omgezet in glucose.Deze cyclus van melkzuur wordt de Cori-cyclus genoemd. Wat gebeurt er praktisch als de spier samentrekt? In het begin, wanneer de spier begint samen te trekken, is de ATP onmiddellijk uitgeput en aangezien er geen cardiocirculatoire en respiratoire aanpassingen zijn geweest die later zullen optreden, is de zuurstof die de spier bereikt onvoldoende, zodat de glucose afgebroken wordt in afwezigheid van zuurstofvormend melkzuur In een tweede keer kunnen we twee situaties hebben: 1) Als de inspanning licht doorgaat, zuurstof is genoeg, dan zal de glucose oxideren in water en koolstofdioxide: melkzuur zal niet ophopen en sporten kan uren duren (dit type inspanning wordt daarom aëroob genoemd, bijvoorbeeld veldlopen.) 2) Als de inspanning intens blijft, ondanks dat er veel zuurstof de spier bereikt, zal veel glucose splitsen in afwezigheid van zuurstof; daarom veel melkzuur dat vermoeidheid veroorzaakt (we hebben het over anaërobe inspanning; bijvoorbeeld een snelle run, zoals 100 meter) Tijdens rust zal melkzuur, in aanwezigheid van zuurstof, weer worden omgezet in glucose. In het begin, zelfs bij aërobe inspanning, hebben we zuurstofgebrek: we spreken van zuurstofschuld, die zal worden betaald als we rusten; deze zuurstof zal worden gebruikt om glucose uit melkzuur opnieuw te synthetiseren; in feite verbruiken we direct na inspanning meer zuurstof dan normaal: we betalen de schuld af. Zoals u kunt zien, hebben we glucose als voorbeeld van brandstof genoemd, omdat het vertegenwoordigt de belangrijkste spier: zelfs als vetten een grotere hoeveelheid energie bevatten, zijn er altijd een bepaalde hoeveelheid glyciden en veel meer zuurstof nodig om ze te oxideren.Bij afwezigheid hiervan zijn er aanzienlijke verstoringen (ketose en acidose). Eiwitten kunnen als brandstof worden gebruikt, maar omdat ze de enige zijn die worden gebruikt om spieren te trainen, overheerst de plastische functie daarin.Lipiden hebben de eigenschap dat ze bij hetzelfde gewicht meer energie hebben dan suikers en eiwitten: ze worden idealiter als opslag gebruikt. Dus de glyciden zijn de brandstof, de eiwitten zijn de grondstoffen, de lipiden zijn de reserves.

Ik heb geprobeerd in dit artikel over spierfysiologie zo duidelijk mogelijk te zijn, zonder de wetenschappelijke nauwkeurigheid in het minst te verwaarlozen: ik geloof dat ik een uitstekend resultaat zal hebben bereikt als ik fitnessprofessionals heb gestimuleerd om zich serieuzer te interesseren voor fysiologie, omdat Ik geloof dat fundamentele noties van fysiologie en anatomie een onontbeerlijk cultureel erfgoed moeten zijn om te proberen dit prachtige menselijke lichaam op de een of andere manier te begrijpen.