Budowa i praca mięśni szkieletowych

Mięśnie szkieletowe są częścią narządu ruchu i współpracują z kośćmi, stawami oraz układem nerwowym. Zbudowane są z tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej, dlatego pod mikroskopem widać charakterystyczne prążki. Ich podstawowym zadaniem jest wykonywanie ruchów ciała, ale pełnią też inne ważne funkcje.

Do najważniejszych funkcji mięśni szkieletowych należą:

• umożliwianie ruchu całego ciała i jego części,
• utrzymywanie postawy ciała,
• stabilizacja stawów,
• wytwarzanie ciepła podczas pracy.

Mięśnie nie działają samodzielnie. Skurcz mięśnia wywoływany jest przez impuls nerwowy, a jego siła zostaje przeniesiona na kości dzięki połączeniu mięśnia ze szkieletem. Dlatego prawidłowy ruch wymaga zgodnej współpracy kilku układów organizmu.

Cały mięsień szkieletowy jest narządem zbudowanym z wielu elementów. Tworzą go pęczki włókien mięśniowych, naczynia krwionośne, nerwy oraz tkanka łączna. Końce mięśnia przechodzą zwykle w ścięgna, które łączą mięsień z kością.

Włókno mięśniowe to pojedyncza, silnie wydłużona komórka. W jej wnętrzu znajdują się liczne miofibryle, czyli struktury odpowiedzialne za kurczenie się mięśnia. Miofibryle składają się z powtarzających się odcinków zwanych sarkomerami. To właśnie sarkomer jest podstawową jednostką czynnościową mięśnia poprzecznie prążkowanego.

Prążkowanie mięśni wynika z regularnego rozmieszczenia białek kurczliwych w sarkomerach. Dzięki takiej uporządkowanej budowie mięsień może kurczyć się szybko i z dużą siłą. Im więcej sprawnych włókien bierze udział w pracy, tym większa siła skurczu.

W sarkomerze występują dwa najważniejsze białka kurczliwe: aktyna i miozyna. Aktyna buduje filamenty cienkie, a miozyna filamenty grube. Podczas skurczu nie dochodzi do skracania samych białek, lecz do ich wzajemnego przesuwania się względem siebie.

Mechanizm skurczu można ująć ogólnie tak: po pobudzeniu włókna mięśniowego główki miozyny oddziałują z aktyną i przesuwają filamenty. W efekcie sarkomer ulega skróceniu, a ponieważ sarkomery tworzą miofibryle, skraca się całe włókno, a następnie cały mięsień.

Do przebiegu skurczu niezbędna jest energia dostarczana przez ATP. Związek ten jest potrzebny zarówno do samej pracy elementów kurczliwych, jak i do powrotu mięśnia do stanu rozkurczu. Oznacza to, że sprawność mięśnia zależy od stałego dostępu do energii.

Mięśnie szkieletowe działają na kości jak na dźwignie. Gdy mięsień się kurczy, przez ścięgno przenosi siłę na kość i wywołuje ruch w stawie. Mięsień może ciągnąć, ale nie może odpychać kości, dlatego większość ruchów wymaga współpracy co najmniej dwóch mięśni działających przeciwstawnie.

Takie pary to mięśnie antagonistyczne. Kiedy jeden mięsień wykonuje skurcz, drugi ulega rozluźnieniu. Dzięki temu ruch jest precyzyjny i możliwe są ruchy w przeciwnych kierunkach.

Przykładem są mięśnie ramienia:

• mięsień dwugłowy ramienia zgina przedramię,
• mięsień trójgłowy ramienia prostuje przedramię.

W organizmie występują też mięśnie współdziałające, czyli synergistyczne, które pomagają wykonać ten sam ruch lub stabilizują daną część ciała podczas ruchu.

Praca mięśni wymaga ciągłych dostaw energii. Bezpośrednim jej nośnikiem jest ATP, którego zapasy w komórce są niewielkie, dlatego musi być stale odtwarzane. W czasie wysiłku mięśnie potrzebują dopływu tlenu i substancji odżywczych, które są dostarczane przez krew.

Jeśli wysiłek jest intensywny, a dostarczanie tlenu niewystarczające, w mięśniach może zachodzić fermentacja mleczanowa. Pozwala ona na dalsze uzyskiwanie energii przez krótki czas, ale jest mniej wydajna niż oddychanie tlenowe i sprzyja narastaniu zmęczenia.

Zmęczenie mięśni to przejściowe obniżenie ich zdolności do wykonywania pracy. Wiąże się ono z dużym wydatkiem energetycznym, gromadzeniem produktów przemian metabolicznych oraz ograniczeniami w dostawie tlenu. Po odpoczynku i regeneracji sprawność mięśni zwykle wraca.

Praca mięśni powoduje także wydzielanie ciepła, dlatego podczas wysiłku wzrasta temperatura ciała i nasila się działanie mechanizmów termoregulacji.

Nawet w spoczynku mięśnie nie są całkowicie rozluźnione. Utrzymuje się w nich tonus mięśniowy, czyli niewielkie, stałe napięcie. Dzięki niemu organizm może zachowywać postawę ciała, stabilność oraz gotowość do szybkiego rozpoczęcia ruchu.

Skurcz mięśni szkieletowych jest zależny od działania układu nerwowego. Impuls nerwowy dociera do włókna mięśniowego i inicjuje procesy prowadzące do skurczu. Oznacza to, że zaburzenia w pracy układu nerwowego mogą osłabiać kontrolę ruchów lub uniemożliwiać ich prawidłowe wykonanie.

Sprawna praca mięśni zależy więc od kilku warunków jednocześnie:

• prawidłowej budowy mięśnia i jego połączenia z kością,
• dopływu krwi, tlenu i substancji odżywczych,
• obecności ATP,
• właściwego sterowania przez układ nerwowy.

Z biologicznego punktu widzenia mięśnie szkieletowe są przykładem narządu, którego działanie najlepiej widać we współpracy z innymi układami organizmu.