Wykład 8 bioMECH (15

Wykład 8 bioMECH (15.04.2008)
1. Struktura mięśni szkieletowych.
Budowa i rodzaje mięśni; tkanka mięśniowa charakteryzuje się zdolnością do kurczenia
się i rozkurczania:
1) elementy czynne – kurczliwe (wytwarzają siłę – napęd) ›› komórki mięśniowe
(włókna mięśniowe – miocyty)
2) elementy bierne (nie wytwarzają siły) – naczynia krwionośne, komórki nerwowe,
tkanka łączna: ścięgna, omięsne
Mięśnie dzieli się (ze względu na budowę i czynności) na:
1) mięśnie gładkie (trzewi) – nie zależą od naszej woli (sterowane przez układ nerwowy
autonomiczny)
2) mięsień serca (poprzecznie-prążkowany) – nie zależy od naszej woli
3) mięśnie szkieletowe (poprzecznie-prążkowane) – pod kontrolą świadomości
człowieka (sterowane przez ośrodkowy układ nerwowy)
Mięśnie szkieletowe zbudowane są z włókien (miocytów) ułożonych równolegle względem
siebie. Komórki mięśniowe (włókna – miocyty) są wielojądrzaste, jądra położone obwodowo
bliżej błony komórkowej. Długość włókien dochodzi do kilkunastu centymetrów (15-20cm).
W tkance mięśniowej poprzecznie-prążkowanej szkieletowej występują dwa (2) rodzaje
włókien:
1) włókna czerwone – bogate w mioglobinę i mitochondria (uzyskiwanie energii z ATP),
ale zawierające mniej miofibryli – zdolne do dłuższej pracy bez oznak zmęczenia
2) włókna białe – zawierające więcej miofibryli, ale mnie mioglobiny i mitochondriów –
zdolne do szybkiej, ale krótkotrwałej pracy, gdyż szybko się męczą
Budowa komórki mięśniowej (miocytu - włókna mięśniowego) – w środku miocytu
otoczonego sarkolemą (błoną komórkową) znajduje się sarkoplazma, a w niej jądro
komórkowe, mioglobina (tlen), mitochondria (ATP) oraz miofibryle (włókienka mięśniowe).
Zdolność kurczenia się umożliwiają włókienka (miofibryle) zbudowane z kurczliwych białek:
aktyny i miozyny.
Sarkomer 2,5 µm
Aktyna 2 µm
Miozyna 1,5 µm
Struktura mięśni szkieletowych – tworzą czynny układ ruchu i mają przyczepy na kościach
(bierny układ ruchu).
Włókna mięśniowe spojone są w pęczki przez tkankę łączną, cały mięsień obejmuje namięsna
zwana powięzią, a zakończenie mięśni stanowią najczęściej ścięgna.
Budowa mięśnia:
- przyczep początkowy (tzw. punkt stały) bliżej osi głównej ciała – czasem kilka
- brzusiec
- przyczep końcowy (tzw. punkt ruchomy) – czasem kilka
Przyczep mięśni do kości: bezpośrednio lub za pomocą ścięgien (częściej).
W mięśniu wyróżniamy: ścięgno początkowe, brzusiec, ścięgno końcowe.
Pojedyncze włókno mięśniowe (komórka mięśniowa) otoczone jest tkanką łączną w kształcie
siatki pokrywającej włókno (śródmięsna) na całej długości i zbiegającej na końcach
do ścięgna.
2. Tkanka mięśniowa i elementy sprężyste mięśnia.
Mięsień składa się z części rozciągliwej (brzusiec) i nierozciągliwej (ścięgna, powięzie,
torebki stawowe).
Ścięgno zbudowane jestn z tkanki łącznej włóknistej (słabo rozciągliwej) i pod wpływem
rozciągania może wydłużać się jedynie o ok. 4% swojej długości (ze względu na spiralny
przebieg włókien).
Możliwość rozciągania charakteryzuje moduł Younga (E) – moduł sprężystości podłużnej
(odporność na rozciąganie) – im większa wartość tym trudniej rozciągać.
E=σ/ε
E – moduł Younga [N/m2]
σ – naprężenie [N/m2 = Pa]
ε – odkształcenie [bezwymiarowe m/m]
1 kg/mm2 = 9 806 650 N/m2
tkanka mięśniowa (brzusiec) – 0,95 kg/mm2
ścięgno (powięzie, torebki stawowe) – 600 kg/mm2
kość – 2000 kg/mm2
stal – 20000 kg/mm2
Mięśnie (kształt):
- długie (kończyny)
- krótkie (kończyny, kręgosłup)
- płaskie (szerokie – tułów).
Mięśnie (układ włókien mięśniowych w stosunku do osi długiej):
- wrzecionowate (włókna równoległe do osi długiej)
- półpierzaste (włókna dochodzą do ścięgna i osi długiej pod pewnym kątem z jednej strony)
- pierzaste (włókna dochodzą do ścięgna i osi długiej pod pewnym kątem z obu stron)
W mięśniach wyróżniamy dwa (2) przekroje:
- anatomiczny (płaszczyzna przechodząca prostopadle do osi długiej mięśnia w jego
największym obwodzie)
- fozjologiczny (płaszczyzna przechodząca prostopadle do osi długiej wszystkich włókien
mięśniowych)
W ogólnej masie ciała mięśnie stanowią 40-45% w zależności od ich wyćwiczenia
i rozbudowy.
3. Proces skracania mięśnia.
Proces skracania mięśnia (włókno izolowane) – ślizgowa teoria skurczu mięśnia (Huxley).
Pomiędzy filamentami aktyny i miozyny, pod wpływem potencjału elektrycznego powstają
mostki aktynowo-miozynowe.
Nici miozyny są wciągane między nici aktyny, czyli błony Z są zbliżone do siebie.
Przypadek nr 1: maksymalne skrócenie włokna mięśniowego może wynosić 50% długości
początkowej (np. z 10cm do 5cm).
Przypadek nr 2: maksymalne rozciągnięcie włókna mięśniowego o ok. 150% (1,5 raza)
powoduje, że nie powstaje siła.
U żywego człowieka nie ma takich przypadków: rozciągnięcie i skracanie osiąga jedynie
wartości ok. 20% długości początkowej.
4. Siła a parametry geometryczne mięśnia.
Siła rozwijana przez mięsień – siła skurczu mięśnia zależy od jego przekroju fizjologicznego
(!) i wynosi średnio ok. 100N na 1cm2 powierzchni przekroju fizjologicznego czystego
mięśnia.
Nosi ona nazwę naprężenia jednostkowego mięśnia, bezwględnej siły mięśniowej, siły
jednostkowej mięśnia lub siły właściwej mięśnia.
N/cm2 – jednostka siły mięśniowej
Fm = P * σ [N = cm2 * N/cm2]
Fm – siła mięśnia
P – pole przekroju poprzecznego (fizjologicznego)
σ – naprężenie jednostkowe (bezwględna siła mięśniowa)
Siła jednostkowa mięśnia zanieczyszczonego wynosi 16-30 N/cm2 (30 N/cm2).
Powierzchnia wszystkich mięśni szkieletowych wynosi 5600 cm2. Generują one łączną siłę
Fwł. = 168 kN.
Bezczynność prowadzi do zaniku lub zmniejszenia mięśnia.
Układ włókien mięśnia wpływa decydująco na siłę (!): mięśnie wrzecionowate (obłe)
są znacznie słabsze niż mięśnie półpieprzaste i pierzaste.
W mięśniach półpierzastych i pierzastych przekrój fizjologiczny jest znacznie większy
niż w mięśniach wrzecionowatych o tym samym obwodzie i przekroju poprzecznym
anatomicznym (prostopadle do osi długiej mięśnia).
Narządy pomocnicze mięśni:
- powięzie (otaczają pojedynczy mięsień lub grupę mięśni)
- kaletki maziowe (twory o kształcie poduszeczek wypełnionych mazią)
- pochewki ścięgien (cewki, w środku których przebiega ścięgno)
- bloczki i trzeszczki (położone pod ścięgnem w pobliżu przyczepu końcowego).