Tipurile de contracții musculare

Mușchiul poate răspunde la un stimul unic printr-o secusă, adică o contracție scurtă urmată de relaxare. Dacă stimulii se repetă înainte de relaxarea completă, răspunsurile se pot suma într-un tetanos incomplet; la frecvență mai mare, într-un tetanos complet, fără relaxări vizibile între stimuli. În corp, mușchii mențin și o tensiune de durată, numită tonus muscular. Altă clasificare privește raportul dintre tensiune și lungime: contracție izotonică când mușchiul își schimbă lungimea și mișcă o sarcină, respectiv izometrică atunci când dezvoltă tensiune fără scurtare vizibilă.

Termenul „contracție” poate părea că înseamnă obligatoriu „scurtare”, dar în fiziologie se referă la dezvoltarea forței prin fibre. La nivelul întregului mușchi, lungimea observată depinde și de tendoane și de articulații. Când compari exerciții, precizează ce se întâmplă cu lungimea mușchiului, cu tensiunea și cu poziția segmentului de corp. O creștere a forței nu dovedește automat că mușchiul se scurtează. Lecția Proprietățile mușchilor definește capacitatea de a răspunde și de a produce forță, iar Structura și fiziologia fibrei musculare explică interacțiunea microscopică dintre filamente. În exemplele cu o carte, greutatea este aceeași, dar tipul mișcării diferă.

Contracțiile se clasifică după ce se întâmplă cu lungimea și cu tensiunea mușchiului. În modelul școlar, contracția izotonică schimbă lungimea mușchiului la tensiune considerată constantă, iar contracția izometrică dezvoltă tensiune fără schimbarea lungimii. În mișcarea reală, tensiunea nu este perfect constantă: faza concentrică scurtează mușchiul, iar faza excentrică îl alungește sub sarcină, frânând mișcarea. Manualele descriu și contracția auxotonică, în care se modifică și lungimea, și tensiunea, ca în mersul obișnuit.

Pe înregistrarea unei secuse la mușchiul gastrocnemian de broască, latența este de aproximativ 0,01 s, contracția de aproximativ 0,04 s și relaxarea de aproximativ 0,05 s, deci secusa durează aproximativ 0,1 s. Dacă intervalul dintre stimuli este mai mare decât 0,1 s, se obțin secuse separate. Dacă intervalul este mai mic de 0,1 s, dar mai mare de 0,05 s (latența plus contracția), noul stimul sosește în timpul relaxării și apare tetanosul incomplet (dințat). Dacă intervalul este mai mic de 0,05 s, noul stimul sosește în timpul contracției, iar răspunsurile se suprapun în tetanos complet (platou). Contracțiile voluntare sunt tetanosuri, pentru că neuronii motori descarcă zeci de impulsuri pe secundă.

Forța mușchiului întreg se gradează în două feluri: prin frecvența impulsurilor, care produce sumarea în timp a secuselor, și prin numărul unităților motorii activate (o unitate motorie este un neuron motor împreună cu fibrele pe care le inervează). Pentru ridicarea unui obiect ușor sunt activate puține unități motorii; pentru unul greu, tot mai multe.

Exemplu rezolvat 1: frecvența stimulării. Secusa durează 0,1 s.

1. Stimulare cu 5 impulsuri pe secundă: intervalul este $\frac{1}{5}=0,2$ s, mai mare decât 0,1 s; mușchiul se relaxează complet între stimuli, deci se obțin secuse separate.
2. Stimulare cu 15 impulsuri pe secundă: intervalul este $\frac{1}{15}\approx 0,067$ s, mai mic decât durata secusei, dar mai mare decât latența plus contracția (0,05 s); stimulul cade în relaxare, deci apare tetanosul incomplet.
3. Stimulare cu 50 de impulsuri pe secundă: intervalul este $\frac{1}{50}=0,02$ s, mai mic decât latența plus contracția; stimulul cade în contracție, răspunsurile se însumează fără relaxare vizibilă, deci tetanos complet.

Exemplu rezolvat 2: tipuri de contracții într-o mișcare. O persoană ridică de pe podea un ghiozdan de 5 kg până la 0,4 m, îl ține așa 5 secunde, apoi îl coboară încet.

1. Ridicarea: contracție concentrică (izotonică): mușchiul se scurtează; lucrul mecanic este $L=m\cdot g\cdot h=5\cdot 9,8\cdot 0,4=19,6$ J.
2. Ținerea: contracție izometrică, lungimea rămâne constantă; lucrul mecanic extern este zero ($h$ nu se modifică), dar mușchiul consumă ATP pentru a produce tensiune.
3. Coborârea lentă: contracție excentrică, mușchiul se alungește controlat, frânând mișcarea.

Pe un grafic, secusa are trei faze consecutive (latență, contracție, relaxare), tetanosul incomplet are creșteri succesive cu relaxări parțiale, iar tetanosul complet are un platou. Cea mai lungă fază a secusei este relaxarea. Nu numi faza de coborâre „relaxare completă” când mușchiul frânează mișcarea, și separă observația asupra articulației de mecanismul molecular de producere a tensiunii.

Contracția izometrică nu produce lucru mecanic extern, dar consumă ATP. Contracția excentrică alungește mușchiul în timp ce acesta dezvoltă tensiune și poate duce la febră musculară după un efort neobișnuit. Tonusul muscular este o stare de contracție parțială, permanentă, de natură reflexă, menținută pe baza informațiilor de la proprioceptori; contracția tonică menține posturile, iar contracția fazică produce mișcările.

Exemplu 2: frecvența minimă a tetanosului complet. Un mușchi are latența de 0,01 s, contracția de 0,04 s și relaxarea de 0,05 s. Care este frecvența minimă de stimulare pentru tetanos complet?

1. Noul stimul trebuie să sosească înainte de începutul relaxării, deci în intervalul $0,01+0,04=0,05$ s.
2. Frecvența este inversul intervalului: $\frac{1}{0,05}=20$ impulsuri pe secundă.
3. Între 10 și 20 de impulsuri pe secundă (intervale între 0,1 s și 0,05 s) apare tetanosul incomplet; sub 10 impulsuri pe secundă, secuse separate.

Exemplu în formatul examenului (complement grupat). Despre contracțiile musculare sunt corecte afirmațiile:

1. În tetanosul complet nu există relaxări vizibile între răspunsuri.
2. Contracția izometrică modifică lungimea mușchiului.
3. Secusa are o fază de latență, una de contracție și una de relaxare.
4. Secusa mușchiului gastrocnemian de broască durează aproximativ 1 s.

• 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: b. Afirmația 2 este falsă: în contracția izometrică se modifică tensiunea, nu lungimea. Afirmația 4 este falsă: secusa durează aproximativ 0,1 s (0,01 s latența, 0,04 s contracția, 0,05 s relaxarea).

Greșeli frecvente

• Greșit: Contracția izometrică nu produce forță.
  Corect: Produce forță fără modificarea vizibilă a lungimii mușchiului.
• Greșit: Coborârea controlată a unei greutăți nu implică activitate musculară.
  Corect: Mușchiul poate lucra excentric în timpul coborârii.
• Greșit: Tetanosul muscular fiziologic este aceeași boală cu tetanosul produs de bacteria Clostridium tetani.
  Corect: Tetanosul fiziologic este o contracție susținută, normală, prin sumarea secuselor; boala este o infecție cu o toxină care produce spasme.

Înainte și după