فسيولوجيا العضلات الهيكلية
- الألياف العضلية هي الوحدة الحركية للعضلة.
- تتكون هذه الوحدة من بروتينات الأكتين والميوسين.
- كل عضلة تعصبها الأعصاب الحركية.
- عادة ما تعصب كل خلية عصبية حركية مجموعة من ألياف العضلات.
- ومع ذلك، قد يختلف حجم هذه المجموعة من الألياف وعدد المكونات فيها، اعتمادًا على وظيفة العضلات.
- في العضلات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا للغاية، مثل عضلات العين أو اليد، يوجد أقل من عشرة ألياف عضلية لكل عصبون حركي.
- في عضلات الهيكل العظمي الأخرى، يوجد ما يصل إلى 2000 ألياف لكل خلية عصبية حركية.
 |
| فسيولوجيا العضلات الهيكلية |
قوة العضلات
في ظل الظروف العادية، في العضلات الهيكلية، يتقلص جزء من ألياف العضلات دائمًا، بينما يكون الآخر في حالة استرخاء.
يحدد هذا التوتر العضلي قوة العضلات اللازمة، على وجه الخصوص، للحفاظ على الوضع الرأسي للجسم، ولكن ليس فقط.
على سبيل المثال، تمنع نغمة عضلات الرقبة رأسنا من التعلق من جانب إلى آخر، أو السقوط للأمام على الصدر، أو السقوط على الظهر.
تقلصات ديناميكية (متساوية التوتر) ومتساوية القياس
- هناك نوعان رئيسيان من تقلص العضلات.
أثناء التقلص متساوي التوتر، تقصر العضلات في الحجم، وبالتالي تنتج الحركة.
في الوقت نفسه، تتغير نغمة العضلات قليلاً.
مع تقلص متساوي القياس، يتغير حجم العضلات إلى حد أدنى، لكن التوتر يزداد بشكل ملحوظ.
على الرغم من عدم وجود حركة على هذا النحو، يتم استهلاك الطاقة هنا على أي حال وبكميات كبيرة.
القاعدة الذهبية لتقلص العضلات: "الكل أو لا شيء"
تنص قاعدة الكل أو لا شيء على أنه لا يمكن تقليل كل ألياف عضلية بمقدار النصف فقط.
إذا كانت الإثارة تغطي وحدة محرك، فسوف تنكمش بالكامل دائمًا.
- كيف إذن ننجح في تنظيم قوة تقلص العضلات؟
الحقيقة هي أن دماغنا يتصرف بمكر شديد: فهو يعطي الأمر لتحفيز جزء فقط من الوحدات الحركية في العضلات، وكلما كانت القوة التي تحتاجها أقوى، يجب توصيل المزيد من الألياف.
حتى لا تتعب العضلات كثيرًا أثناء العمل اليومي، يعطي الدماغ الأمر لتنشيط الألياف العضلية بدورها - بينما يعمل بعضها، ويستريح البعض الآخر والعكس صحيح.
مصادر طاقة العضلات
- ما هو ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين)؟
يمكن للخلية أن تعيش (أو تبقى على قيد الحياة) فقط إذا كان هناك ما يكفي من ATP.
تعني الحياة وجود الطاقة، وبالتالي، يمكن العثور على ATP ليس فقط في الخلايا البشرية، ولكن أيضًا في جميع الكائنات الحية على الأرض.
ATP هو مصدر عالمي للطاقة لجميع الخلايا الحية، وهو مركب كبير، يتم تخزين طاقته في الروابط بين بقايا حمض الفوسفوريك والجزيء الرئيسي.
- تتمثل المهمة الرئيسية لـ ATP في إطلاق الطاقة من الروابط الكبيرة لهذا الجزيء، عند الضرورة.
- وبالتالي ، يؤدي ATP وظيفة نوع من "البطارية" في الخلية.
- يتكون ATP من قاعدة نيتروجينية - الأدينين وجزيء ريبوز وثلاث مجموعات فوسفات.
- الروابط بين مجموعات الفوسفات كثيفة الطاقة للغاية: عندما تنفصل مجموعة الفوسفات عن الجزيء، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة، والتي تستخدمها الخلية لتلبية احتياجاتها.
على الرغم من أن ATP يتم وضعه كمصدر لا غنى عنه للطاقة لتقلصات العضلات، فإن جميع احتياطياته في الخلية تكفي فقط لمدة 5-6 ثوانٍ من عمل العضلات.
- ثم يتم استنفاد مخازن ATP في الخلايا.
- بعد ذلك، فإن جزيئات فوسفات الكرياتين، التي تكون الأنسجة العضلية غنية جدًا بها، "تدخل حيز التنفيذ".
- بمساعدة انهيار فوسفات الكرياتين، يتم تجديد احتياطيات ATP بسرعة مرة أخرى.
- هذا يسمح للعضلة بتطوير الحد الأقصى من عبء العمل لمدة 15 ثانية أخرى أو نحو ذلك.
إذا كانت العضلات تعمل لفترة أطول (نحن هنا نتحدث عن تقلص لمرة واحدة دون راحة)، فإن احتياطيات فوسفات الكرياتين تصبح معدومة أيضًا، ويبدأ استخدام الجلوكوز (الدكستروز) كركيزة كثيفة الاستهلاك للطاقة.
- في العضلات الهيكلية، يكون الجلوكوز على شكل جليكوجين.
إذا احتاجت العضلات إلى طاقة إضافية، تبدأ عملية تحلل الجليكوجين - تحلل الجليكوجين إلى جلوكوز، والذي يصبح بعد ذلك متاحًا كمصدر للطاقة.
لسوء الحظ، لا يمكن استخدام الجلوكوز بشكل مباشر لتجديد جزيئات ATP الجديدة.
للقيام بذلك، يجب أن تمر من خلال دورة من التحولات الكيميائية إلى ما يسمى. دورة حمض الكربوكسيل.
الحصول على الطاقة في الظروف الهوائية
في وجود كمية كافية من الأكسجين (الذي يعتمد على كثافة نشاط العضلات وتدفق الدم إلى العضلات)، يتحلل الجلوكوز تمامًا إلى ماء وثاني أكسيد الكربون بأقصى طاقة.
هذه العملية تسمى تحلل الجلوكوز (التحلل الهوائي للجلوكوز) أو تحلل الدهون ("حرق" الأحماض الدهنية).
يتم تضمين الأحماض الدهنية أيضًا في عمليات الحصول على الطاقة عند نقطة معينة.
كمية الطاقة المخزنة في الدهون ضعف كمية الكربوهيدرات. وبالتالي، يلعب تحلل الدهون دورًا رئيسيًا في تدريب التحمل طويل الأمد مثل ركوب الدراجات أو الماراثون.
بفضل تحلل الدهون، يمكن الحفاظ على القدرة على التحمل لفترة أطول بكثير من الجلوكوز وحده.
الحصول على الطاقة في ظل الظروف اللاهوائية
إذا كانت كمية الأكسجين لكل وحدة زمنية تتلقاها العضلة غير كافية لإجراء عملية التحلل الهوائي، نظرًا لأن شدة عمل العضلات عالية جدًا، تبدأ العضلات في تلقي الطاقة من الكربوهيدرات والدهون دون استخدام الأكسجين.
تسمى هذه العملية تحلل السكر اللاهوائي (تحلل الجلوكوز بدون مشاركة الأكسجين).
- تبلغ كفاءتها بالمقارنة مع تحلل السكر الهوائي 5 ٪ فقط (2 جزيئات ATP تتكون من جزيء جلوكوز واحد)، بينما مع التحلل الهوائي - 36 جزيء.
- وبالتالي، فإن هذا النوع من إنتاج الطاقة غير ملائم للغاية.
- بالإضافة إلى ذلك، فإنه يؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من الأحماض العضوية، مما يؤدي إلى تحمض السيتوبلازم الخلوي.
عمل العضلات
- أثناء التمرينات الشاقة، تتطلب العضلات كمية أكسجين أكثر بحوالي 5000 مرة من أثناء الراحة.
- في الوقت نفسه، من الضروري أيضًا تهيئة الظروف لإزالة منتجات التمثيل الغذائي.
- كل هذا يتطلب زيادة في تدفق الدم إلى العضلات وتغيرات معينة في نظام القلب والأوعية الدموية والتنفس.
ماذا يحدث عندما تعمل العضلات بجهد عالي؟
- توسيع الأوعية الدموية
يبدو أنه من الممكن زيادة تدفق الدم إلى العضلات بشكل كبير بسبب توسع الأوعية الصغيرة (الشرايين والشعيرات الدموية) الموجودة بداخلها.
سبب هذا التوسع هو تراكم الوسطاء البيولوجيين، والذي يحدث بالفعل في الدقائق الأولى من الانقباضات الشديدة.
- زيادة عبء العمل على القلب
نظرًا لأن العضلات الهيكلية العاملة تحتاج إلى توفير تدفق دم أكثر كثافة، يجب أن تعمل عضلة القلب عدة مرات.
ويتحقق ذلك من خلال زيادة معدل ضربات القلب، والذي يمكن أن "يقفز" من 70 في الدقيقة أثناء الراحة إلى حوالي 180 في الدقيقة أثناء التمرين.
يزداد حجم السكتة الدماغية أيضًا بمعدل 50٪. وهكذا، يضخ القلب ما يصل إلى 20 لترًا من الدم في الدقيقة في الدورة الدموية لدى الرياضيين ذوي الخبرة، وما يصل إلى 32 لترًا في غير المدربين.
أثناء الراحة، هذا الرقم 5 لترات. في دقيقة.
العوامل التي تحدد الأداء البدني
يعتمد الأداء البدني على العديد من العوامل الفردية (العمر، ونوع الجسم، والحالة الصحية، والخبرة التدريبية، والخصائص الفردية) ويختلف بشكل كبير.
حدود قوة العضلات
حدود قوة العضلات محدودة بمعدل إنتاج الطاقة في العضلات العاملة.
العامل المحدد في تطوير الطاقة القصوى هو وقت تجديد الـ ATP والكرياتين الفوسفات.
ينطبق هذا على أقصى تقلص للعضلات قصير المدى (لا يزيد عن 5-6 ثوانٍ).
تعتمد فعالية النشاط البدني الذي يحدث في فترات زمنية مختلفة - من 3 إلى 5 دقائق، أيضًا على معدل التحلل اللاهوائي ومعدل تدفق الدم المحلي (يحدد معدل تدفق الدم إزالة المنتجات الأيضية المؤكسدة وغير المؤكسدة من العضلة.
إذا تراكم الكثير منها في العضلة، فلا يمكنها العمل بكفاءة). وبالتالي، فإن الكفاءة القصوى لعمل العضلات تعتمد أيضًا على معدل توصيل الأكسجين، كما أن قدرة نظام القلب والأوعية الدموية على توصيل الأكسجين لجميع الأشخاص محدودة.
إرهاق العضلات والانتعاش
- يُفهم التعب على أنه عملية معقدة تؤدي إلى انخفاض كفاءة العمل نتيجة للتغيرات في الوظائف الجسدية أو العقلية للجسم.
يتسبب العمل البدني الشاق دائمًا في حالة من الإرهاق، والذي يرجع أيضًا إلى حد كبير إلى إرهاق الجهاز العصبي المركزي.
ينتج التعب الجسدي عن عدم كفاية إنتاج الطاقة وتراكم حمض اللاكتيك في العضلات العاملة.
أثناء العمل البدني، الذي لا يتطلب تحلل السكر اللاهوائي، يتم تجديد احتياطيات الطاقة وإزالة اللاكتات الزائدة.
عند العمل خارج حدود القدرة على التحمل، مع تضمين تحلل السكر اللاهوائي، يتراكم التعب أسرع عشر مرات.
إذا حدث هذا يومًا بعد يوم، فإن "الإرهاق المتبقي" يتراكم بمعدل كارثي.
هذا يمكن أن يؤدي بسهولة إلى الإفراط في التدريب.
- التعافي بعد التمرين ضروري لتجديد مخازن الطاقة والقضاء على حمض اللاكتيك الزائد.
أولاً، يتم استعادة احتياطيات الجليكوجين في العضلات، ثم تبدأ عملية تجديد الخلايا العضلية التالفة.
زيادة تدفق الدم في منطقة الالتهاب (يتشكل دائمًا في العضلات بعد التدريب المكثف) يساهم في ترشيح الوسطاء الالتهابيين والأحماض وما إلى ذلك منها.
بالإضافة إلى ذلك، إلى جانب كمية كبيرة من الدم، يدخل المزيد من الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات إلى العضلات، وهذا يحفز نموها.
