Φυσιολογία της Άσκησης Μυϊκό σύστημα-δομή & λειτουργία Παναγιώτης Κανέλλος Διαιτολόγος-Διατροφολόγος, PhD Υπότροφος ΤΕΙ Κρήτης 2019 1
Μυϊκό σύστημα Σύστημα οργάνων που ελέγχει τις κινήσεις του σώματος Τα όργανα που αποτελούν το μυϊκό σύστημα είναι οι μύες 2
Τύποι μυών Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από τρεις τύπους μυών με βάση: τη δομή τις συσταλτικές ιδιότητες και τους μηχανισμούς ελέγχου τους 3
Τύποι μυών Λείοι-ακούσια κίνηση (Τοιχώματα αιμοφόρων αγγείων & εσωτερικών οργάνων) Σκελετικός-εκούσια κίνηση Καρδιακός-ακούσια κίνηση 4
Χαρακτηριστικά των 3 τύπων μυών 5
Τύποι σκελετικών μυών κορμού 6
Τύποι σκελετικών μυών ράχης 7
Τύποι σκελετικών άνω άκρου 8
Τύποι σκελετικών κάτω άκρου 9
Δομή σκελετικού μυός Ανθρώπινο σώμα - 792 μυς & 100 αρθρώσεις Κάθε μυς περιβάλλεται από έναν ινώδη συνδετικό ιστό το επιμύϊο, που περικλείει χιλιάδες μυϊκές ίνες συγκροτημένες σε δεμάτια. Κάθε μυϊκό δεμάτιο περιλαμβάνει περίπου 150 μυϊκές ίνες και περιβάλλεται επίσης από έναν υμένα, το περιμύϊο. Κάθε μυϊκή ίνα ξεχωρίζει από τις γειτονικές της, με έναν άλλο λεπτό υμένα, το ενδομύϊο. 10
Δομή σκελετικού μυός 11
Τένοντας συνδέει τους μυς με τα οστά μεταδίδει τη μυϊκή τάση στα οστά αυξάνει το μήκος του μυός Σύνθεση 20% κυτταρικά στοιχεία 80% μη κυτταρικά [70% νερό, 30% στερεά (75-98% κολλαγόνο, υαλόπλασμα, ελαστίνη)] 12
Τένοντες-Μυοτενόντια ενότητα Οι προστατευτικοί υμένες σχηματίζουν τον ανθεκτικό συνδετικό ιστό, τον τένοντα, με τον οποίο μεταβιβάζεται η δύναμη που παράγει ο μυς από τις μυϊκές ίνες στα οστά και έτσι προκαλείται η κίνηση. Ο μυς μαζί με τους τένοντες του (έκφυση-κατάφυση) αποτελεί τη μυοτενόντια ενότητα. 13
Μυϊκή ίνα Είναι το εξειδικευμένο κύτταρο για τη συστολή. Κάθε μυϊκή ίνα κυμαίνεται σε διάμετρο από 10 έως 80μm αόρατη με γυμνό μάτι Κάθε μυϊκή ίνα περιέχει πολλά μυοϊνίδια, τα οποία αποτελούν τα συσταλτά στοιχεία μυών 14
Δομή μυϊκής ίνας Σαρκείλημα: κυτταρική μεμβράνη η οποία συγχωνεύεται με τον τένοντα Σαρκόπλασμα: ζελατινώδης ουσία μεταξύ των μυοϊνιδίων Περιέχει κυρίως διαλυμένες πρωτεΐνες, μέταλλα, γλυκογόνο, λίπη και κυτταρικά οργανίδια Διαφέρει από το κυτταρόπλασμα-περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα αποθηκευμένου γλυκογόνου καθώς και τη μυοσφαιρίνη 15
Δομή μυϊκής ίνας Εγκάρσια σωληνάρια: επεκτάσεις του σαρκειλήματος Επιτρέπουν τις νευρικές ώσεις που φτάνουν στο σαρκείλημα να διαβιβαστούν γρήγορα στα μεμονωμένα μυοϊνίδια Επιτρέπουν σε ουσίες να εισχωρήσουν στα κύτταρα και σε άχρηστα παράγωγα να απομακρυνθούν Σαρκοπλασματικό δίκτυο: μεμβρανώδη κανάλια, χρησιμεύουν ως χώρος αποθήκευσης του ασβεστίου 16
Δομή μυϊκής ίνας 17
Δομή μυοϊνιδίου Κάθε μυοϊνίδιο αποτελείται από το σαρκομέριο Το σαρκομέριο είναι η βασική λειτουργική μονάδα του συσταλτικού συστήματος του μυός Το σαρκομέριο αποτελείται από παχιά και λεπτά μυονημάτια Τα παχιά περιέχουν μια πρωτεΐνη γνωστή ως μυοσίνη, και τα λεπτά μια άλλη πρωτεΐνη γνωστή ως ακτίνη 18
Δομή μυοϊνιδίου 19
Δομή σαρκομερίου 20
Δομή σαρκομερίου Η μυοσίνη: παχιά ίνα που αποτελείται από 2 πρωτεϊνικά νημάτια, κάθε ένα διπλωμένο ώστε να σχηματίζει μια σφαιρική κεφαλή στη μια άκρη Κάθε ίνα ακτίνης αποτελείται από ακτίνη, τροπομυοσίνη και τροπονίνη 21
Δράση μυϊκών ινών Κινητική μονάδα: κινητικό νεύρο μαζί με όλες τις μυϊκές ίνες που νευρώνει Νευρομυϊκή σύνδεση: η σύναψη μεταξύ ενός κινητικού νεύρου και μιας μυϊκής ίνας 22
Δράση μυϊκών ινών Ξεκινάει ηλεκτρική ώση από τα κινητικά νεύρα Απελευθερώνεται Ach Απελευθερώνεται Na στο μυϊκό κύτταρο (εκπόλωση) Εκλύεται δυναμικό ενέργειας Το δυναμικό ενέργειας ταξιδεύει κατά μήκος του σαρκειλήματος Απελευθερώνεται το αποθηκευμένο Ca στο σαρκοπλασματικό δίκτυο Ca προσδένεται στην τροπονίνη Η κεφαλή μυοσίνης συνδέεται με την ενεργή περιοχή της ακτίνης Ολοκλήρωση δράσης όταν το Ca αποθηκεύεται στο ενδοπλασματικό δίκτυο 23
Μηχανισμός μυϊκής συστολής Η μυϊκή συστολή είναι αποτέλεσμα της παράλληλης ολίσθησης των μυονηματίων ακτίνης και μυοσίνης. Η κίνηση αυτή προκαλείται από τις κεφαλές των μορίων της μυοσίνης (εγκάρσιες γέφυρες), με την προσκόλληση τους επάνω σε συνδετικές θέσεις της ακτίνης και κατόπιν αποκόλλησης τους από αυτές. Η μεταβολή του μήκους του μυός δε συνεπάγεται και μεταβολή του μήκους των μυονηματίων, απλά τα νημάτια μετατοπίζονται, διεισδύουν και ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο. 24
Κύκλος εγκάρσιων γεφυρών 25
Απόδοση μυϊκής συστολής ή συντελεστής απόδοσης Κατά τη μυϊκή συστολή ένα ποσοστό της χημικής ενέργειας που παράγεται, μετατρέπεται σε μηχανικό (ωφέλιμο) έργο, και ένα ποσοστό αποβάλλεται με τη μορφή θερμότητας. Το ποσοστό της ενέργειας που μετατρέπεται σε μηχανικό έργο ονομάζεται συντελεστής απόδοσης. 26
Απόδοση μυϊκής συστολής ή συντελεστής απόδοσης Για το τρέξιμο / ποδηλασία ο συντελεστής απόδοσης είναι 25%. Αυτό σημαίνει: 25% ωφέλιμο έργο (κίνηση) 75% απώλεια σε θερμότητα Για την κολύμβηση και την κωπηλασία έχουμε: Κολύμβηση - Συντελεστής απόδοσης 5% Κωπηλασία - Συντελεστής απόδοσης 20% 27
Μυϊκή συστολή και παραγωγή δύναμης Η μέγιστη δύναμη παράγεται όταν ο μεγαλύτερος αριθμός εγκάρσιων γεφυρών βρίσκεται σε προσωρινή σύνδεση με την ακτίνη. Η μικρότερη μυϊκή δύναμη παράγεται όταν δεν υπάρχουν σημεία σύνδεσης μεταξύ ακτίνης μυοσίνης. Αλληλοεπικάλυψη των μυονηματίων έχει σαν αποτέλεσμα ανάλογη μείωση της μυϊκής δύναμης. 28
Είδη μυϊκής συστολής-δράσης Οι μύες που συμμετέχουν σε μία κίνηση ταξινομούνται ως: Αγωνιστές βασικά υπεύθυνοι για την κίνηση Ανταγωνιστές αντενεργούν στους αγωνιστές Συνεργοί - βοηθούν τους αγωνιστές 29
Είδη μυϊκής συστολής-δράσης 30
Αγωνιστές - ανταγωνιστές 31
Είδη μυϊκής συστολής-δράσης Διακρίνουμε τρία είδη μυϊκής συστολής - δράσης που ονομάζονται ανάλογα με το πως επηρεάζουν το μήκος της μυοτενόντιας ενότητας. Είδος Ισομετρική Μειομετρική ή σύγκεντρη Πλειομετρική η έκκεντρη Μήκος μυοτενόντιας ενότητας αμετάβλητο μείωση αύξηση 32
Είδη μυϊκής συστολής Μειομετρική ή σύγκεντρη Πλειομετρική η έκκεντρη Ισομετρική 33
Είδη μυϊκής συστολής-δράσης Τόσο η μειομετρική όσο και η πλειομετρική αναφέρονται και ως ισοτονική ή δυναμική συστολή σε αντιδιαστολή με την ισομετρική που αναφέρεται ως στατική συστολή. Όταν η ταχύτητα συστολής παραμένει σταθερή σε όλη την τροχιά της κίνησης τότε αναφέρεται ως ισοκινητική συστολή. 34
Ταξινόμηση μυϊκών ινών Οι μυϊκές ίνες ταξινομούνται βάσει της ταχύτητας συστολής τους σε: Βραδείας συστολής ίνες - ST (slow twitch) fibres Ταχείας συστολής ίνες - FT (fast twitch) fibres 35
Ταξινόμηση μυϊκών ινών Οι μυϊκές ίνες ταξινομούνται βάσει των ιστοχημικών τους ιδιοτήτων σε: Τύπου Ι βραδείας συστολής οξειδωτικές Τύπου ΙΙα ταχείας συστολής οξειδωγλυκολυτικές Τύπου ΙΙβ ταχείας συστολής γλυκολυτικές 36
Ταξινόμηση τύπων μυϊκών ινών 37
Κατανομή & απόδοση μυϊκών ινών Η κατανομή των μυϊκών ινών διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο και δεν υφίσταται μυς με αποκλειστικά έναν τύπο μυϊκών ινών. Η απόδοση ενός μυός εξαρτάται από τη σχετική κατανομή των ινών του έτσι, υψηλό ποσοστό ινών ταχείας συστολής συνεπάγεται, μεγαλύτερη δύναμη και ταχύτητα και αντίστροφα. Κατανομή ινών βραδείας συστολής στους γαστροκνήμιους μυς αθλητών παγκόσμιας κλάσης Μαραθωνοδρόμοι : 90-95% Δρομείς ταχυτήτων : ~25% 38
39
Κατανομή μυϊκών ινών 40
Εκλεκτική επιστράτευση μυϊκών ινών Οι μυϊκές ίνες ταχείας συστολής επιστρατεύονται σε γρήγορες και μεγάλης ισχύος κινήσεις, ενώ οι βραδείας συστολής σε αργές και μικρής έντασης κινήσεις. Η επιστράτευση των μυϊκών ινών εξαρτάται από τη διεγερσιμότητα των κινητικών ομάδων στις οποίες ανήκουν. 41
Εκλεκτική επιστράτευση μυϊκών ινών Οι ίνες ταχείας συστολής απαιτούν υψηλό δυναμικό ενέργειας (ερεθίσματα μεγάλης έντασης) για να δραστηριοποιηθούν, ενώ οι βραδείας απαιτούν χαμηλό δυναμικό ενέργειας. Όταν η ένταση της μυϊκής συστολής είναι μέγιστη, ακόμη και σε χαμηλές ταχύτητες, συμμετέχουν τόσο οι βραδείας όσο και οι ταχείας συστολής. 42
Μηχανισμός μυϊκής συστολής http://youtu.be/edhzkydxrkc http://youtu.be/gj309lfhq3m 43
Βιβλιογραφία Γεωργάτσος Ι. Εισαγωγή στη βιοχημεία. Εκδόσεις Γιαχούδη, 2001. Διονυσίου-Αστερίου Α. Βιοχημεία στην Ιατρική - Μεταβολικά διαγράμματα ΙΙ. Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη Αθήνα 2004. Davis M. Nutrition, Neurotransmitters, and Central Nervous System Fatigue. In: Nutrition in sport, R.J. Maughan (Ed.). Oxford: Blackwell Science Publishers, 2000, pp. 171-183. Κλεισούρας Β. Εργοφυσιολογία. Εκδόσεις Συμμετρία 1997. Guyton A, Hall J, Ιατρική Φυσιολογία. Εκδόσεις Παρισιάνου Αθήνα 1998. Gleeson M. Biochemistry of exercise. In: Nutrition in sport, R.J. Maughan (Ed.). Oxford: Blackwell Science Publishers, 2000, pp. 17-38. Mc Ardle W, Katch F, Katch V, Φυσιολογία της άσκησης, Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη, Αθήνα 2001. Raven et al. Φυσιολογία της Άσκησης Μια ολιστική προσέγγιση. Ιατρικές Εκδόσεις Λαγός Δημήτριος, Αθήνα 2013. Wilmore H J, Costill LD. Φυσιολογία της άσκησης. Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη, 2006. 44