ΜΥΟΣΚΕΛΕΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Κεραµάρης Κων/νος ρ. Βιολόγος Γυµνάσιο Κερατέας
ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΙ ΥΓΕΙΑ
Ερειστικός Ιστός Συνδετικός Ιστός Χόνδρινος Ιστός Οστίτης Ιστός Μυϊκός Ιστός ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ
Μορφολογία των οστών
Αρχιτεκτονική συµπαγούς τµήµατος οστού, στο οποίο είναι εµφανείς οι σωλήνες του Havers
Από δοµική άποψη τα οργανικά συστατικά του οστίτη ιστού, εµποτιζόµενα µε κρυστάλλους υδροξυαπατίτη, µετατρέπουν αυτό το µαλακό οργανικό υπόστρωµα σε ένα σκληρό άκαµπτο υλικό, τα οστά, τα οποία παρέχουν τις µηχανικές ιδιότητες, την κινητικότητα και την αντοχή στις δυνάµεις που εφαρµόζονται στο σώµα από τις διάφορες δραστηριότητες του ανθρώπου.
Από βιοχηµική άποψη ο οστίτης ιστός είναι η αποθήκη του οργανισµού σε ιόντα, των οποίων η διατήρηση σε σταθερά επίπεδα στο εξωκυττάριο υγρό είναι κρίσιµη τόσο για τη ρύθµιση της νευροµυικής διεγερσιµότητας, όσο και µιας σειράς άλλων σηµαντικών κυτταρικών λειτουργιών του οργανισµού. Πράγµατι, περίπου το 99% του ασβεστίου (Ca), το 85% του φωσφόρου (P), το 40% του νατρίου (Na) και το 60% του µαγνησίου (Mg) του οργανισµού βρίσκονται αποθηκευµένα στα οστά.
Σχηµατική παράσταση από τοµή τµήµατος οστεώνα, όπου αναγνωρίζονται ο κεντρικός σωλήνας του Havers, τα οµόκεντρα πετάλια πεταλιώδους οστού και οι κοιλότητες (οστικά βοθρία), όπου βρίσκονται τα οστεοκύτταρα.
Μορφολογικά χαρακτηριστικά: Προεξοχές: φύµατα, άκανθες, γραµµές, τραχύσµατα Εσοχές: αύλακες, βόθροι, βοθρία, εντοµές Αρθρικές επιφάνειες Ενδόστεο
Τύποι οστών Μακρά οστά (Βραχιόνιο, κνήµη) Βραχέα οστά (σπόνδυλοι, ταρσός) Πλατιά οστά (θόλος κρανίου, ωµοπλάτη) Αεροφόρα (µετωπιαίο, ηθµοειδές)
Ο Σκελετός του Ανθρώπου Σκελετός του Κορµού Κεφαλής Σπονδυλική Στήλη Θώρακας Σκελετός των Άκρων Άνω άκρα Κάτω άκρα
Σκελετός κεφαλής Σπλαγχνικό ή Εγκεφαλικό κρανίο Οστά (8): µετωπιαίο, ινιακό, σφηνοειδές, ηθµοειδές, κροταφικά, βρεγµατικά Προσωπικό κρανίο Οστά (14): δακρυϊκά, ρινικά, κάτω ρινικές κόγχες, ύνιδα, άνω γνάθοι, ζυγωµατικά, υπερώια, κάτω γνάθος Κροταφογναθική διάρθρωση Κοιλότητες: οφθαλµικοί κόγχοι, ρινική στοµατική κοιλότητα
Σπονδυλική Στήλη (ΣΣ) 33-34 34 σπόνδυλοι Μεσοσπονδύλιοι δίσκοι Μοίρες ΣΣ: Αυχενική (7) Θωρακική (12) Οσφυϊκή (5) Ιερή (5) Κοκκυγική (3-4)
ΝΩΤΙΑΙΟΣ ΜΥΕΛΟΣ Έχει τη µορφή σχοινιού, µήκους 42-45 cm και βάρους 26-30 g. Αρχίζει από το ινιακό τρήµα του κρανίου και καταλήγει στο ύψος του 1ου- 2ου οσφυϊκού σπονδύλου. Κάτω από τη θέση αυτή υπάρχει ΕΝΥ και τα κατώτερα νωτιαία νεύρα, που αποτελούν την ίππουρη.
Σκελετός Άκρων Σκελετός άνω άκρου Ωµική ζώνη: κλείδα, ωµοπλάτη Βραχίονας: βραχιόνιο Πήχης: κερκίδα, ωλένη Χέρι: καρπός, µετακάρπια, φάλαγγες δακτύλων Σκελετός κάτω άκρου Πυελική ζώνη: ανώνυµα οστά Μηρός: µηριαίο, επιγονατίδα Κνήµη: κνήµη, περόνη Άκρος πόδας: ταρσός, µετατάρσια, φάλαγγες δακτύλων
Αρθρώσεις Συναρθρώσεις Συνδέσµωση Ραφή Γόµφωση Συγχόνδρωση Συνοστέωση ιαρθρώσεις Κύρια µέρη Επικουρικά µέρη
ιάρθρωση Κύρια µέρη Αρθρικές επιφάνειες Αρθρικός χόνδρος Αρθρικός θύλακος Ινώδης θύλακος Αρθρικός υµένας Αρθρική κοιλότητα Αρθρικό υγρό Επικουρικά µέρη Σύνδεσµοι Επιχείλιοι χόνδροι ιάρθριοι χόνδροι Μηνίσκοι Ορογόνοι θύλακοι
ΜυϊκόςΙστός -ΜυϊκόΣύστηµα Τύποι µυϊκού Ιστού Λείος Σπλάγχνα, αγγεία, οφθαλµός, δέρµα Γραµµωτός ή Σκελετικός Καρδιακός Τµήµατα µυός Έκφυση Κατάφυση Γαστέρα Τένοντες
ΜΥΟΪΝΙ ΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΚΤΟΜΥΟΣΙΝΗΣ
Ένα µυοϊνίδιο διαµέτρου 1 µm περιέχει περίπου 450 παχιά νηµάτια στο κέντρο του σαρκοµερίου και 900 λεπτά νηµάτια σε κάθε άκρο του σαρκοµερίου. Μία µυϊκή ίνα διαµέτρου 100 µm και µήκους 1 cm περιέχει περίπου 8000 µυοϊνίδια και κάθε µυοϊνίδιο αποτελείται από 4500 σαρκοµέρια. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα ο συνολικός αριθµός των παχέων νηµατίων σε κάθε ίνα να είναι περίπου 16 δισεκατοµµύρια, ενώ ο αντίστοιχος των λεπτών νηµατίων 64 δισεκατοµµύρια.
Πρωτεΐνες των χονδρών µυϊκών ινιδίων Μυοσίνη, τιτίνη, µυοµεσίνη, C-πρωτεΐνη Πρωτεΐνες των λεπτών µυϊκών ινιδίων Ακτίνη, πρωτεΐνες κάλυψης, τροποµυοσίνη, α-ακτινίνη, νεµπουλίνη, δεσµίνη, τροπονίνη, καλδεσµίνη, καλπονίνη
ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ Μυική δυστροφία Duchenne (DMD) και µυϊκή δυστροφία Becker (BMD), που οφείλονται σε µεταλλαγές στο γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη δυστροφίνη. Μια παρόµοια µυοπάθεια είναι η σαρκογλυκανοµυοπάθεια που οφείλεται σε µεταλλαγές των πρωτεϊνών του σαρκογλυκανικού συµπλέγµατος. Limb-Girdle µυϊκή δυστροφία, που οφείλεται σε µεταλλαγές στην καβεολίνη 3, πρωτεΐνη του σαρκειλήµµατος. Ραβδοµυοπάθειες: µυϊκή αδυναµία, υποτονία και αναπνευστική δυσκολία. Οφείλεται σε µεταλλαγές στην α-ακτινίνη, νεµπουλίνη και τροπονίνη Τ1.
µυϊκή δυστροφία Becker Ραβδοµυοπάθειες
Μυϊκή δυστροφία Duchenne και Becker δυστροφίνη σπασίµατα στο σαρκείληµµα µυονέκρωση.
Μυασθένεια Gravis Πρόκειται για µία πάθηση της νευροµυϊκής σύναψης η οποία κλινικά εκδηλώνεται µε µυϊκή αδυναµία και βλεφαρόπτωση. Η θεραπευτική αγωγή συνήθως δίνει ικανοποιητικά αποτελέσµατα. Το αίτιο της νόσου είναι η ανώµαλη παραγωγή αντισωµάτων έναντι του υποδοχέα της ακετυλοχολίνης (αυτοάνοση αντίδραση). Τα αντισώµατα αυτά καλύπτουν την θέση που προορίζεται για την ακετυλοχολίνη µε αποτέλεσµα αυτή να µην µπορεί να δράσει. Κατά συνέπεια δεν είναι δυνατή η µυϊκή συστολή ή σύσπαση. Όλοι οι µύες προσβάλλονται, αλλά χαρακτηριστική είναι η προσβολή των µυών του προσώπου (πτώση των βλεφάρων), των οφθαλµικών µυών (διπλωπία), των µυών της οµιλίας (δυσαρθρία) και των µυών της κατάποσης (δυσκαταποσία). Η εµφάνιση του ασθενούς µε τα µισόκλειστα µάτια και την έκδηλη κόπωση είναι χαρακτηριστική (µυασθενικό προσωπείο). Η µυϊκή αδυναµία παρουσιάζει διακυµάνσεις. Επιδεινώνεται µε την προσπάθεια και βελτιώνεται µε την ανάπαυση.
Μυασθένεια θετική σε αντισώµατα έναντι της κινάσης των µυών (MuSK) Αντισώµατα έναντι της κινάσης των µυών (MuSK) παρατηρούνται συνήθως στη γενικευµένη µυασθένεια, µε εµφανή ανάµιξη των µυών του προσώπου και των στοµατοφαρυγγικών µυών Σπανιότερα, αυτά τα αντισώµατα συνδέονται µε πιο εστιακή αδυναµία που επηρεάζει κυρίως τους µύες του λαιµού, του λάρυγγα και τους αναπνευστικούς µύες.
Ασθένειες µιτοχονδριακής αιτολογίας στον άνθρωπο που επηρεάζουν την λειτουργία των µυών Τα µιτοχόνδρια κληρονοµούνται από τη µητέρα και επιπλέον σε κάθε κύτταρο υπάρχουν περισσότερα από 1000 αντίγραφα mtdna, συνεπώς η πιθανότητα µια µεταλλαγή να προκαλέσει κάποιο νόσηµα είναι περιορισµένη. Παρόλα αυτά αν η µεταλλαγή αφορά όλα τα αντίγραφα µιλάµε για οµοπλασµία, ενώ αν περιορίζεται σε µερικά από αυτά για ετεροπλασµία. Μέχρι στιγµής έχουν αναγνωριστεί περισσότερες από 50 σηµειακές µεταλλαγές και πάνω από 100 ελλείψεις. Οι κυριότερες ασθένειες οφείλονται σε µεταλλαγές στα ένζυµα της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, και είναι οι εξής:
Σύνδροµο MELAS:Η ονοµασία προέρχεται από τις λέξεις εγκεφαλοπάθεια (encephalopathy), γαλακτική οξέωση (lactic acidosis), ηµιπληγικά επεισόδια (strokelike episodes). Η ασθένεια οφείλεται σε σηµειακή µετάλλαξη και µπορεί να διαγνωστεί µε βιοψία µυός, όπου παρουσιάζονται χαρακτηριστικές ερυθρές ίνες (RRF, ragged red fibers). Σύνδροµο MERRF: Χαρακτηρίζεται από µυοκλωνική επιληψία, εγκεφαλική αταξία και µυοπάθεια και οφείλεται σε σηµειακές µεταλλαγές. Η βιοψία µυός δείχνει χαρακτηριστικές ερυθρές ίνες.
Κινήσεις αρθρώσεων Ολίσθηση Κάµψη έκταση Προσαγωγή απαγωγή Στροφή Περιαγωγή
Κινήσεις αρθρώσεων
Βλάβες των οστών και των αρθρώσεων
ιάστρεµµα
Εξάρθρωση
Παραµορφώσεις σπονδυλικής στήλης
ισκοπάθεια
Αρθρίτιδα
Είδη: Μακροί Βραχείς Πλατείς Σφιγκτήρες Μορφές ικέφαλος Τρικέφαλος Τετρακέφαλος ιγάστορας Γραµµωτοί Μύες
Το Μυϊκό Σύστηµα Μύες του Κορµού Πρόσθια επιφάνεια Κεφαλή: δερµατικοί ή µιµικοί, µασητήριοι Τράχηλος: Προσθιοπλάγιοι, πρόσθιοι, πλάγιοι, οπίσθιοι Θώρακας: διάφραγµα, µεσοπλεύριοι Κοιλιά: Πρόσθιοι, πλάγιοι, οπίσθιοι Οπίσθια επιφάνεια Τραπεζοειδής, πλατύς ραχιαίος, ορθωτήρας του κορµού
Το Μυϊκό Σύστηµα Μύες των άκρων Άνω άκρα Ωµική ζώνη Βραχίονας Πήχης Χέρι Κάτω άκρα Πύελος Μηρός Κνήµη Άκρος πόδας
Ισοµετρική και ισοτονική συστολή Στην ισοτονική συστολή ο µυς βραχύνεται και παράγει µηχανικό έργο, ενώ στην ισοµετρική συστολή δε βραχύνεται ο µυς, αλλά απλώς αναπτύσσεται δύναµη στις προσφύσεις των µυών (παράδειγµα όταν ένα άτοµο στέκεται ακίνητο, τότε ο τετρακέφαλος µυς είναι τεταµένος και έτσι τεντώνονται οι αρθρώσεις του γονάτου. Μυϊκός τόνος Οι µύες κάτω από φυσιολογικές συνθήκες δέχονται µια συνεχή σειρά νευρικών ερεθισµάτων, τα οποία και προκαλούν µικρής έντασης τετανική ισοµετρική συστολή. Το φαινόµενο αυτό καλείται µυϊκός τόνος. Κατά τον µυϊκό τόνο βρίσκονται σε µερική συστολή λίγες µόνο µυϊκές ίνες, οι οποίες εναλλάσσονται. Ένας µυς που έχει µυϊκό τόνο µπορεί να συστέλλεται πιο γρήγορα. Ο µυϊκός τόνος επηρεάζεται από τη θερµοκρασία, µειώνεται στον ύπνο και στη βαθιά νάρκωση εξαφανίζεται. Μυϊκός κάµατος Όταν ένας µυς λειτουργεί για µεγάλο χρονικό διάστηµα, ελαττώνεται ή χάνεται η ικανότητα του για συστολή. Το φαινόµενο καλείται µυϊκός κάµατος. Στην περίπτωση αυτή φτάνουν τα νευρικά ερεθίσµατα στις µυϊκές ίνες, αλλά ο µυς είναι αδύνατο να συσταλεί.
Κράµπες - Θλάσεις Μερικές φορές εµφανίζονται τοπικά (δηλ. σε έναν ή λίγους µύες και συνήθως στους µύες της γαστροκνηµίας και στα πέλµατα) έντονοι και επώδυνοι σπασµοί που είναι γνωστοί ως κράµπες. Οι κράµπες δεν διαρκούν περισσότερο από λίγα λεπτά και σπάνια οφείλονται σε παθολογικούς λόγους. Μπορεί να εµφανιστούν µετά από έντονη ψύξη, καταπόνηση ή διακοπή της αιµάτωσης σ ένα µυ. Η θλάση είναι µια συνηθισµένη κάκωση των µυών που προκαλείται από την πολύ έντονη µυϊκή προσπάθεια µε αποτέλεσµα οι µύες να υφίστανται υπερβολική τάση που οδηγεί σε τραυµατισµό. Πλήττει δε περισσότερο τα αγύµναστα άτοµα, χωρίς αυτό να σηµαίνει ότι δεν τις παθαίνουν και επαγγελµατίες αθλητές. Στη θλάση τραυµατίζονται είτε οι µυϊκές ίνες είτε οι τένοντες. Οι θλάσεις χρειάζονται θεραπεία και ανάπαυση.
Σε άνδρες και γυναίκες, που κάνουν καθιστική ζωή, όπως επίσης και στα παιδιά µικρής ηλικίας, οι µυϊκές ίνες βραδείας συστολής είναι περίπου 40-55%. Για τις ίνες ταχείας συστολής το ποσοστό κατανέµεται περίπου ισότιµα στις διάφορες υποκατηγορίες. Παρόλο που δεν υπάρχουν διαφορές µεταξύ των δύο φύλων στην κατανοµή των ινών, παρατηρείται µεγάλη ποικιλία από άτοµο σε άτοµο. Γενικά, η τάση στην κατανοµή των µυϊκών ινών σ ένα άτοµο εξαρτάται από τις κύριες µυϊκές οµάδες µυών του σώµατος (Billeter,, 1992; Laughlin,1994). Οι αθλητές αντοχής γενικά παρουσιάζουν κυριαρχία των ινών βραδείας συστολής στους µυς που επιστρατεύονται στο άθληµά τους. Οι αθλητές ταχύτητας παρουσιάζουν κυριαρχία των ινών ταχείας συστολής. Οι αθλητές µε την µεγαλύτερη αερόβια ικανότητα όπως είναι οι δροµείς µεγάλων αποστάσεων και οι χιονοδρόµοι ανώµαλου δρόµου, παρουσιάζουν το µεγαλύτερο σχετικά αριθµό ινών βραδείας συστολής που συχνά φτάνει το 90%. Από την άλλη µεριά, οι αρσιβαρίστες, οι παίχτες του χόκεϋ επί πάγου και οι δροµείς ταχύτητας, τείνουν να έχουν περισσότερες ίνες ταχείας συστολής και µικρότερο VO2max. Όπως είναι αναµενόµενο άνδρες και γυναίκες δροµείς ηµιαντοχής περιέχουν περίπου το ίδιο ποσοστό από τους δύο τύπους µυϊκών ινών. Αυτή η κατανοµή παρατηρείται επίσης και σε αθλητές ισχύος, όπως οι ρίπτες και οι άλτες.
ΟΙ 4 ΤΡΟΠΟΙΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι τρόποι µέσω των οποίων ο οργανισµός µπορεί να επιτύχει την παραγωγή ενέργειας (δηλαδή την παραγωγή ATP για την σύσπαση των µυών), είναι οι εξής τέσσερις (απλοποιηµένη παράσταση): 1. Αναερόβια αγαλακτική διαδικασία Φωσφοκρεατίνη + ADP Κρεατίνη + ATP Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνονται τεράστια ποσά ενέργειας σε πολύ σύντοµο χρονικό διάστηµα, µε αποτέλεσµα την γρήγορη εξάντληση της υπάρχουσας φωσφοκρεατίνης.
2. Αναερόβια γαλακτική διαδικασία (=αναερόβια γλυκόλυση) Γλυκόζη Γαλακτικό οξύ + ATP Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται πάλι µεγάλη ποσότητα ενέργειας σε σύντοµο χρονικό διάστηµα, κάνοντας όµως αντιοικονοµική χρήση του γλυκογόνου, µε αποτέλεσµα την ταχεία εξάντλησή του. Επίσης, το παραγόµενο γαλακτικό οξύ αποτελεί δηλητήριο για τους µυς, και εάν δεν προλάβει να αποµακρυνθεί από τους µυς, σύντοµα επέρχεται ανικανότητα εργασίας των µυών. 3. Αερόβια διαδικασία (=αερόβια γλυκόλυση, οξειδωτική αποδόµηση γλυκογόνου) Γλυκόζη + Οξυγόνο ιοξείδιο Άνθρακα + Νερό + ATP Με αυτόν τον τρόπο έχουµε µία οικονοµική αξιοποίηση του γλυκογόνου, και η ενέργεια που παρέχεται δεν είναι πλέον τόσο µεγάλη στην µονάδα του χρόνου, αλλά µπορεί να διατηρηθεί για περισσότερο διάστηµα. 4. Αερόβια διαδικασία (=λιπόλυση λιπόλυση, οξειδωτική αποδόµηση των λιπών) Λίπη + Οξυγόνο ιοξείδιο Άνθρακα + Νερό + ATP Ο τελευταίος τρόπος είναι και ο πιο οικονοµικός για τον οργανισµό, αφού το υπάρχον λίπος µπορεί µε αυτόν τον τρόπο να παρέχει ενέργεια στον οργανισµό θεωρητικά επί αµέτρητες ώρες. Ο ρυθµός παροχής αυτής της ενέργειας όµως, είναι πολύ αργός.
Σε εξαιρετικές συνθήκες, όταν η άσκηση διαρκεί πάρα πολύ µεγάλο χρονικό διάστηµα, ο οργανισµός χρησιµοποιεί και τις πρωτεΐνες για την παραγωγή ενέργειας σε ποσοστό 3-5%. Βλέπουµε λοιπόν ότι ο οργανισµός µπορεί να παράγει την απαιτούµενη ενέργεια είτε µε την χρήση οξυγόνου (αερόβια), είτε χωρίς αυτή (αναερόβια). Όπως φάνηκε από τους τέσσερις δυνατούς τρόπους παραγωγής ενέργειας, όταν έχουµε µεγάλο ρυθµό παραγωγής ενέργειας, τότε έχουµε και ταχεία εξάντληση των ενεργειακών αποθεµάτων. Αντίθετα, οι τρόποι που µας δίνουν απεριόριστο χρόνο παραγωγής ενέργειας, δεν έχουν µεγάλο ρυθµό παροχής αυτής της ενέργειας. Έτσι, ο ανθρώπινος οργανισµός, αποφασίζει ποιον τρόπο θα ενεργοποιήσει, ανάλογα µε την ένταση της δραστηριότητας που απαιτείται.
Βιβλιογραφία Βασικές αρχές φυσιολογικής λειτουργίας του Οργανισµού, Σµοκοβίτης Α,, 2008, University Studio Press Μαθήµατα Φυσιολογίας, Μπέης Ισίδωρος,, 1985, Εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη Γιαπούλη, Θεσσαλονίκη. Ιστολογία, Leslie P. Gartner, James L. Hiatt,, 2003, Εκδόσεις Παρισιάνος. Ιστολογία Σύνοψη, Κίττας Χρήστος,, 2003, Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη Α.Ε. Βιολογία Β Λυκείου θετικής κατεύθυνσης, Οργανισµός εκδόσεων διδακτικών βιβλίων. Βασική Ιστολογία, Junqueira L.C, Carneiro J.,Contopoulos A., 1979, Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδης. Εισαγωγή στην αναπτυξιακή βιολογία και ιστολογία, Κουσουλάκος Σταύρος, Εκδόσεις Παρισιάνος. Εγχειρίδιο ιατρικής φυσιολογίας, Arthur C. Guyton, John E. Hall, 2004, Εκδόσεις Παρισιάνος.