Proprietățile mușchilor

Mușchiul scheletic răspunde la stimularea nervoasă și poate produce tensiune activă. Proprietățile discutate la școală includ excitabilitatea, contractilitatea, extensibilitatea și elasticitatea. Excitabilitatea înseamnă că fibra poate răspunde la un stimul potrivit. Contractilitatea descrie capacitatea de a produce forță. Extensibilitatea permite alungirea în anumite limite, iar elasticitatea ajută țesutul să revină după deformare. Aceste proprietăți nu sunt patru mișcări separate ale brațului, ci caracteristici ale țesutului muscular.

Când ridici un ghiozdan, mușchiul produce tensiune și poate scurta o parte a corpului muscular. Când cobori lent obiectul, mușchiul poate continua să producă tensiune în timp ce se alungește controlat. Așadar, „contracție” nu înseamnă întotdeauna scurtare vizibilă. Mușchiul are nevoie de semnale nervoase, calciu și energie din ATP pentru contracția mușchiului. Dacă obosește, performanța poate scădea, dar mecanismul oboselii depinde de intensitatea și durata efortului. Lecția Tipurile de contracții musculare compară schimbările de lungime și tensiune, iar Structura și fiziologia fibrei musculare explică structurile microscopice care produc forța.

Exemplu pe pași: un experiment simplu despre oboseala musculară. Vrei să afli ce se întâmplă cu un mușchi care lucrează fără pauză.

1. Ia o minge de cauciuc moale și strânge-o cu mâna cât poți de repede timp de 15 secunde. Un coleg numără strângerile.
2. Repetă imediat, încă de trei ori, câte 15 secunde, fără pauză. Notează numărul de strângeri din fiecare interval, de exemplu 30, 26, 21 și 17.
3. Observă că numărul scade: mușchii antebrațului obosesc, pentru că nu mai primesc destulă energie din ATP și pentru că se acumulează acid lactic.
4. Odihnește-te un minut și repetă: numărul de strângeri crește din nou, pentru că mușchiul și-a refăcut rezervele de energie.
5. Concluzia: mușchiul scheletic poate răspunde, dar are nevoie de energie și de odihnă; odihna reface capacitatea de contracție.

Tonusul muscular este contracția ușoară, permanentă, a mușchilor, care menține postura: de aceea capul nu cade pe piept când stai pe scaun și corpul nu se prăbușește. În somn, tonusul scade, dar nu dispare.

Potențialul de acțiune din fibra musculară urmează activării joncțiunii neuromusculare. Cuplajul excitație–contracție eliberează Ca²⁺ din reticulul sarcoplasmatic; interacțiunea actină–miozină generează tensiune cu consum de ATP. Proprietățile mecanice ale întregului mușchi depind și de țesutul conjunctiv, tendoane, lungimea inițială și recrutarea unităților motorii. Extensibilitatea nu trebuie confundată cu capacitatea de a genera activ forță.

Tipurile de fibre. Fibrele lente (tip I, „roșii”) sunt bogate în mioglobină și mitocondrii, folosesc metabolismul aerob și obosesc greu: predomină în mușchii posturii și la alergătorii de maraton. Fibrele rapide (tip II, „albe”) produc forță mare și repede, bazându-se pe glicoliza anaerobă, dar obosesc repede: predomină la sprinteri. Majoritatea mușchilor au amestec de fibre, în proporții diferite de la un mușchi la altul.

Energia contracției provine din ATP. Rezerva de ATP din mușchi se epuizează în câteva secunde, apoi este refăcută din creatin-fosfat (aproximativ 10 secunde de efort intens), din glicoliza anaerobă, care produce acid lactic și susține efortul intens de până la 1–2 minute, și din metabolismul aerob (glucoză, acizi grași), care susține efortul de lungă durată. Randamentul mecanic al mușchiului este de aproximativ 20–25%: restul energiei se degajă ca energie termică, de aceea corpul se încălzește la efort. Oboseala musculară apare prin epuizarea rezervelor (glicogen, creatin-fosfat), acumularea de produși (acid lactic, fosfat) și oboseala sinapselor. Unitatea motorie este formată dintr-un neuron motor și fibrele musculare pe care le inervează: mușchii cu mișcări fine au unități motorii mici (3–10 fibre la mușchii extrinseci ai ochiului, aproximativ 100 la mușchii mici ai mâinii), iar cei cu forță mare (gastrocnemianul) au unități motorii cu sute până la mii de fibre. Fibra produce potențial de acțiune după legea „tot sau nimic”, dar forța unei unități motorii se gradează prin frecvența stimulilor (sumare, tetanos). Forța mușchiului crește în principal prin recrutarea unui număr tot mai mare de unități motorii.

Exemplu rezolvat 1: randamentul mușchiului. Un sportiv consumă în efort 400 kJ de energie din nutrienți, iar randamentul mecanic al mușchilor este de 25%.

1. Lucrul mecanic efectuat: $400\cdot 0,25=100$ kJ.
2. Energia degajată ca energie termică: $400-100=300$ kJ.
3. Această căldură este eliminată prin transpirație și vasodilatație; fără ele temperatura corpului ar crește.

Exemplu rezolvat 2: recrutarea unităților motorii. Un mușchi are 200 de unități motorii, iar fiecare dezvoltă, la contracție maximă, o forță de 0,5 N.

1. Forța maximă a mușchiului: $200\cdot 0,5=100$ N.
2. Pentru a ridica un obiect, sunt recrutate 40% dintre unități: $200\cdot 0,40=80$ de unități.
3. Forța dezvoltată: $80\cdot 0,5=40$ N.
4. Concluzie: mușchiul își gradează forța în principal prin numărul unităților motorii active. În plus, forța fiecărei unități poate crește dacă frecvența stimulilor crește, prin sumare.

Excitabilitatea se măsoară prin pragul de stimulare (intensitatea minimă a stimulului care produce răspuns) și prin cronaxie; stimulii sub prag nu produc răspuns. Elasticitatea permite mușchiului să revină la lungimea inițială după întindere, iar extensibilitatea permite alungirea sub acțiunea unei forțe, de exemplu atunci când mușchiul antagonist se contractă.

Definește separat excitabilitatea, contractilitatea, extensibilitatea și elasticitatea și dă câte un exemplu funcțional. Distinge stimulul nervos de răspunsul mecanic. Într-o problemă despre tensiune și lungime, acceptă că mușchiul poate produce tensiune și când nu se scurtează.

Reține: surse de energie — ATP, creatin-fosfat, glicoliză anaerobă (acid lactic), oxidare aerobă; proprietăți — excitabilitate, contractilitate, elasticitate, extensibilitate, tonicitate.

Pentru întrebări, separă mecanismele: stimulul nervos produce potențial de acțiune în sarcolemă; apoi Ca²⁺ este eliberat din reticulul sarcoplasmatic; actina și miozina interacționează în prezența ATP; contracția este urmată de relaxare când Ca²⁺ este recaptat. Reține și diferența dintre mușchiul scheletic (voluntar, striat, cu unități motorii controlate de neuroni somatici), cel neted (involuntar, nestriat) și cel cardiac (striat, involuntar, cu joncțiuni între celule). Randamentul de 20–25% explică de ce efortul prelungit încălzește organismul.

Exemplu în formatul examenului (complement grupat). Despre proprietățile și energetica mușchiului scheletic sunt corecte afirmațiile:

1. Creatin-fosfatul este o rezervă rapidă pentru refacerea ATP.
2. Glicoliza anaerobă produce acid lactic.
3. Randamentul mecanic al mușchiului este de aproximativ 20–25%.
4. Tonusul muscular dispare complet în somn.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: a. Afirmația 4 este falsă: în somn tonusul scade, dar nu dispare complet, fiindcă menține forma și poziția corpului.

Greșeli frecvente

• Greșit: Contracția musculară înseamnă obligatoriu scurtare.
  Corect: Un mușchi poate dezvolta forță și fără să se scurteze.
• Greșit: Elasticitatea și extensibilitatea sunt aceeași proprietate.
  Corect: Extensibilitatea permite alungirea, iar elasticitatea revenirea spre lungimea inițială.
• Greșit: Oboseala musculară înseamnă că mușchiul și-a pierdut definitiv capacitatea de a se contracta.
  Corect: Oboseala este reversibilă; odihna și refacerea rezervelor de energie readuc forța.

Înainte și după