Fizjologia człowieka

Transkrypt

1 Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu w Gdańsku Katedra: Promocji Zdrowia Zakład: Biomedycznych Podstaw Zdrowia Fizjologia człowieka Osoby prowadzące przedmiot: Prof. nadzw. dr hab. Zbigniew Jastrzębski zb.jastrzebski@op.pl

2 Temat wykładu 8 Układ ruchu - mechanizmy regulujące rozwój siły skurczu mięśni. Rola treningu siły w wzroście siły rozwijanej przez kurczące się mięśnie.

3 Mechanizmy umoŝliwiające regulację siły skurczu mięśnia Wykonywanie niemal wszystkich aktów motorycznych (w sporcie, pracy i Ŝyciu codziennym) wymaga działania z regulowaną siłą. Zarówno ruchy dowolne, jak i odruchy mogą się odbywać ze zróŝnicowaną siłą, której regulacja opiera się na dwóch podstawowych mechanizmach: Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 124

4 Mechanizmy umoŝliwiające regulację siły skurczu mięśnia Pierwszym jest włączanie do skurczu (rekrutacja) odpowiedniej liczby jednostek ruchowych. Siła skurczu czynnej jednostki w czasie jej aktywności moŝe być regulowana dzięki zmianom częstotliwości wyładowań motoneuronu tej jednostki ruchowej. W czasie czynności mięśni oba te mechanizmy występują jednocześnie i nawzajem się uzupełniają. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 124

5 Rekrutacja jednostek ruchowych Terminu rekrutacja" uŝywa się do określenia procesu angaŝowania do skurczu coraz większej liczby jednostek ruchowych. Proces ten pozwala na stopniowe zwiększanie siły skurczu. Proces odwrotny, określany jako dekrutacja, jest mechanizmem umoŝliwiającym zmniejszenie siły skurczu, aŝ do jego wygaszenia. Porządek rekrutacji nie jest przypadkowy. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 125

6 Rekrutacja jednostek ruchowych Jako pierwsze do skurczu włączane są jednostki ruchowe typu S - o najbardziej pobudliwych motoneuronach, następnie jednostki typu FR i wreszcie dołączają się do skurczu jednostki FF. Porządek wyłączania jednostek ze skurczu (dekrutacji) jest odwrotny. W wyniku tego jednostki typu S kurczą się najdłuŝej, a typu FF - najkrócej. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 125

7 Rekrutacja jednostek ruchowych Dla lepszego zrozumienia roli jednostek róŝnych typów, w odniesieniu do mięśni kończyn dolnych człowieka, moŝna w uproszczeniu przyjąć, Ŝe jednostki ruchowe wolno kurczące się biorą udział w ruchach związanych z utrzymywaniem wyprostowanej postawy ciała, jednostki typu FR dołączają się do skurczu w czasie chodzenia lub powolnego biegania, a typu FF są dodatkowo pobudzane w czasie biegania i skoku. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 125

8 Rekrutacja jednostek ruchowych WyŜsza odporność jednostek FR na zmęczenie jest jedną z przyczyn, dla których chodzenie bez zmęczenia jest moŝliwe w dość długim czasie, podczas gdy bieg dość szybko męczy. Dlatego przejście np. jednego kilometra jest traktowane jako przyjemny spacer, podczas gdy szybkie przebiegnięcie tego dystansu jest zwykle męczące. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 125

9 Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 125

10 Rekrutacja jednostek ruchowych Kolejność rekrutacji nie jest stała we wszystkich ruchach, gdyŝ jednostki ruchowe w róŝnych warunkach realizacji ruchów mogą być włączone do skurczu w róŝnej kolejności. Ruchy róŝniące się prędkością narastania siły skurczu, połoŝeniem poszczególnych części ciała lub kierunkiem ruchu wykonywanego z zaangaŝowaniem danego mięśnia, mogą być dokonywane przy udziale róŝnych zespołów jednostek ruchowych w czynnym mięśniu, kolejność ich rekrutacji moŝe ulec zmianą. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

11 Sterowanie siłą skurczu jednostki ruchowe przez motoneuron W czasie trwania skurczu włókien mięśniowych jednostek ruchowych siła tego skurczu moŝe być w pewnym zakresie regulowana. Regulacja ta jest moŝliwa, gdyŝ w czasie skurczów mięśni włókna mięśniowe jednostek ruchowych wykonują skurcze tęŝcowe niezupełne. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 126

12 Sterowanie siłą skurczu jednostki ruchowe przez motoneuron skurcz tęŝcowy, skurcz toniczny, skurcz mięśni szkieletowych wyzwalany przez powtarzające się z duŝą częstotliwością bodźce nadprogowe, wywołujące sumowanie się pojedynczych skurczów w jeden ciągły skurcz mięśnia; warunkiem wywołania s. t. jest krótki okres refrakcji (cechujący mięśnie szkieletowe w odróŝnieniu od mięśnia sercowego); wyróŝnia się s. t. niezupełny, pojawiający się w przypadku działania bodźców o odstępach dłuŝszych niŝ faza pojedynczego skurczu mięśnia, co umoŝliwia częściowy rozkurcz mięśnia między kolejnymi bodźcami, oraz s. t. zupełny, ciągły skurcz mięśnia wywoływany przez bodźce działające w odstępach czasowych krótszych niŝ faza skurczu pojedynczego W. Z. Traczyk [2005] Fizjologia Człowieka w Zarysie.PZWL,str.85-90

13 Wpływ częstotliwości pobudzeń na siłę skurczu jednostki ruchowej szybkiej. Przy najniŝszej częstotliwości pobudzeń (20 Hz) widoczne są nie sumujące się skurcze pojedyncze, przy częstotliwościach 40 i 50 Hz - skurcze tęŝcowe niezupełne o róŝnej sile i stopniu wypełnienia, przy częstotliwości 150 Hz - skurcz tęŝcowy zupełny. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 127

14 Sterowanie siłą skurczu jednostki ruchowe przez motoneuron W czasie skurczów dowolnych (czyli zaleŝnych od woli, np. chodzenia, pisania) do skurczów tęŝcowych zupełnych nie dochodzi, a jednostki ruchowe znajdują się w stanie skurczów tęŝcowych niezupełnych. Skurcze tęŝcowe niezupełne są korzystnym rodzajem skurczu z wielu powodów. Po pierwsze, ich siła moŝe być zmieniana w wyniku zmiany częstotliwości dochodzących do nich pobudzeń. Po drugie, koszty energetyczne związane z wykonywaniem pracy przez czynne jednostki ruchowe są najniŝsze w skurczach tęŝcowych niezupełnych. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 127

15 Sterowanie siłą skurczu jednostki ruchowe przez motoneuron W czasie trwania skurczów motoneurony generują wyładowania o częstotliwości ulegającej zmianom, umoŝliwia regulację przebiegu skurczu. Regulacja siły skurczów moŝliwa jest równieŝ w czasie trwania skurczu. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 127

16 Wpływ układu pobudzeń na przebieg i siłę skurczu jednostek ruchowych szybkich. A: wpływ dubletu (dwóch bodźców o krótkim odstępie czasu) wskazanego strzałką na początku ciągu pobudzeń na wzrost siły skurczu. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 127

17 Wpływ układu pobudzeń na przebieg i siłę skurczu jednostek ruchowych szybkich. B: wpływ wydłuŝenia i skrócenia wskazanych strzałkami odstępów pomiędzy kolejnymi pobudzeniami na zmiany siły skurczu. Pod zapisami siły skurczu wskazano układ pobudzeń wywołujących skurcz. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 127

18 Sterowanie siłą skurczu jednostki ruchowe przez motoneuron Skurcz dowolny o maksymalnej, moŝliwej do osiągnięcia sile, określa się jako maksymalny skurcz dowolny. Wyniki badań wskazują, Ŝe nawet w czasie wykonywania maksymalnego skurczu dowolnego nie dochodzi do pełnej rekrutacji wszystkich jednostek ruchowych. Ponadto ich skurcze nie są skurczami zupełnymi, czyli o maksymalnej sile. Być moŝe, stanowi to pewną rezerwę uruchamianą niekiedy pod wpływem niezwykle silnych emocji. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

19 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów Motoneurony generują wyładowania o częstotliwości takiej, jaka odpowiada niezupełnym skurczom tęŝcowym unerwianych przez nie włókien mięśniowych. Skurcze tęŝcowe niezupełne są korzystną formą aktywności włókien mięśniowych między innymi dlatego, Ŝe realizowane są przy najmniejszych kosztach energetycznych oraz cechuje je wraŝliwość na zmiany częstotliwości pobudzania. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 128

20 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów Niewielki wzrost lub spadek częstotliwości wyładowań motoneuronu powoduje zmianę siły skurczu. Dlatego bardzo istotne są mechanizmy, które regulują częstotliwość wyładowań neuronów ruchowych i utrzymują je w takich granicach, jakie odpowiadają właśnie skurczom tęŝcowym niezupełnym. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 128

21 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów O częstotliwości wyładowań generowanych przez motoneuron decydują dochodzące do niego wpływy pobudzające i hamujące: im bardziej w bilansie tych wpływów przewaŝają wpływy pobudzające, tym wyŝszą częstotliwość wyładowań generuje motoneuron. W czasie ruchów dowolnych motoneurony wolno kurczących się jednostek ruchowych cechują wyładowania o niŝszej częstotliwości niŝ jednostek szybko kurczących się. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 129

22 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów Istnieje kilka mechanizmów, które umoŝliwiają zgodność częstotliwości wyładowań motoneuronu i częstotliwości potrzebnej do wywołania skurczu tęŝcowego niezupełnego. Do takiej zgodności niewątpliwie przyczynia się korelacja czasu przebiegu skurczu i czasu trwania hiperpolaryzującego potencjału następczego. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 129

23 Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 129

24 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów Na częstotliwość wyładowań motoneuronów oddziałują równieŝ wpływy hamujące, dochodzące do tych neuronów. Wpływy hamujące obniŝają ich częstotliwość wyładowań. Wpływy hamujące, jakie pojawiają się podczas kaŝdej czynności motoneuronów, dochodzą do nich między innymi na drodze tzw. hamowania zwrotnego. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

25 Mechanizmy regulujące częstotliwość wyładowań motoneuronów Hamowanie to jest wynikiem czynności znajdujących się w rdzeniu kręgowym, w sąsiedztwie motoneuronów komórek Renshawa. Komórki te są pobudzane przez odgałęzienia odchodzące od aksonów motoneuronów jeszcze w rdzeniu kręgowym, które działają pobudzająco na komórki Renshawa. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

26 Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 130

27 Czynność elektryczna mięśni szkieletowych Pobudzenie błony komórki mięśniowej wiąŝe się z ruchem jonów sodu i potasu, który wywołuje powstanie pola elektrycznego wokół czynnego włókna. JeŜeli w tym polu znajduje się elektroda rejestrująca, moŝna zapisać potencjał czynnościowy włókna mięśniowego. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 133

28 Schemat układu linii pola elektrycznego powstającego wokół błony pobudzonego włókna mięśniowego i schemat powstawania zapisu potencjału czynnościowego włókna mięśniowego. Rejestracja tego potencjału wiąŝe się z przesuwaniem się pola elektrycznego po błonie włókna mięśniowego. Kolejne bieguny pola odpowiedzialne są za kolejne fazy zapisu potencjału. Celichowski Jan[2001] Budowa i czynności tkanki mięśniowej.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str. 111

29 Jednostki wolno kurczące Jednostki wolno kurczące się cechuje niska siła, bardzo wysoka odporność na zmęczenie i wysoka pobudliwość motoneuronów. Są one dlatego dobrze przystosowane do udziału w długotrwałych ruchach o niewielkiej sile, do których zalicza się skurcze związane z utrzymywaniem postawy ciała i antygrawitacyjne. Włókna mięśniowe wolno kurczące się - a zatem i jednostki ruchowe wolne - występują w znacznej ilości w mięśniach spełniających wspomniane funkcje W. Z. Traczyk [2005] Fizjologia Człowieka w Zarysie.PZWL,str.85-90

30 Jednostki ruchowe szybko kurczące Jednostki ruchowe szybko kurczące się biorą udział w ruchach wymagających wyŝszej siły skurczu. Są one silniejsze, ale mniej odporne na zmęczenie. Ponadto ich skurcz cechuje się znacznie większą wraŝliwością na wszelkie zmiany w układzie pobudzeń niŝ jednostek wolnych, co jest podstawą precyzyjnej regulacji siły skurczu. W. Z. Traczyk [2005] Fizjologia Człowieka w Zarysie.PZWL,str.85-90

31 Bibliografia: Fizjologia Człowieka w zarysie W. Z. Traczyk,2005 Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego J. Górski, 2001