Τι είναι το μυϊκό σύστημα;
Από τον καιρό που ο άνθρωπος εμφανίστηκε πάνω στη Γη, δεν διέθετε άλλη πηγή μηχανικής ενέργειας εκτός από τη μυϊκή δύναμη, τη δική του αλλά και των ζώων που είχε εξημερώσει.
Αυτή και μόνο αυτή εκμεταλλεύτηκε χτίζοντας έτσι τις πυραμίδες, το Σινικό τείχος, τον Παρθενώνα και τους υπέρκομψους και μεγαλοπρεπείς καθεδρικούς ναούς της κεντρικής Ευρώπης. Η μόνη εξαίρεση εκμετάλλευσης δύναμης ήταν μέχρι και 200 χρόνια πριν η δύναμη του ανέμου, που την εκμεταλλεύτηκε για την κίνηση πλοίων και ανεμόμυλων καθώς και τη δύναμη των υδατοπτώσεων.
Όπως είδατε στην ιστορία της φυσικής κατάστασης, ο άνθρωπος με τη χρήση της δικής του μυϊκής δύναμης, αλλά εκμεταλλευόμενος και αυτής των ζώων, όργωνε για πολλές χιλιετίες τα χωράφια, κατασκευάζοντας παράλληλα όλα όσα χρειάζονταν για τις καθημερινές του ανάγκες. Από την ίδια πηγή ενέργειας αντλούσε τη δύναμη για το κυνήγι ή για τη μάχη, για το χτίσιμο της κατοικίας του, των φρουρίων, των οχυρωματικών έργων και των ναών του.
Σήμερα βέβαια, η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική. Ο άνθρωπος έχει πια στη διάθεσή του την απεριόριστη δύναμη των μηχανών με την οποία πραγματοποιεί απίθανα επιτεύγματα σε όλους τους τομείς της ζωής. Η μηχανή όμως που κατέστησε κατορθωτή την κίνηση των ζωντανών οργανισμών ονομάζεται μυϊκό σύστημα και κρύβει τα μυστικά της στα βάθη του χρόνου πριν δισεκατομμύρια χρόνια.
Το μυϊκό σύστημα αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του ανθρώπινου σώματος και δεν είναι απλά μια μηχανή όπως για παράδειγμα το αυτοκίνητο. Είναι μια βιολογική μηχανή που η εξέλιξη της εμφανίζεται ακόμα περισσότερο καταπληκτική όταν μελετηθεί από κοντά και ανακαλύπτοντας την τρομερή πολυπλοκότητα της δομής καθώς και την τελειότητα της λειτουργίας της.
Τα είδη των μυών
Το μυϊκό σύστημα αποτελείται από τους μύες. Ο αριθμός των μυών του μυϊκού συστήματος ανέρχεται στους 600. Οι μύες είναι όργανα για τη σωματική κινητικότητα, την σπλαχνική κινητικότητα και τη κυκλοφορία του αίματος.Οι μύες προσδίδουν βάρος στο σώμα καθώς σχεδόν το 40-60% του βάρους του σώματος προέρχεται από τους μύες. Οι μύες χωρίζονται σε τρία είδη με βάση τα μορφολογικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά τους:
- Οι γραμμωτοί μύες ή σκελετικοί μύες κρατούν το σώμα σε ισορροπία και το κινούν συνδεόμενοι μέσω των τενόντων με τα οστά. Όταν συσπώνται οι μύες, δηλαδή όταν μαζεύονται τότε μέλη του σκελετού που συνδέονται με τις αρθρώσεις πλησιάζουν ή απομακρύνονται το ένα από το άλλο, και δημιουργείται η κινητικότητα του ανθρώπινου σώματος. Οι γραμμωτοί η σκελετικοί μύες αποτελούνται από μακρές, στερεές, παράλληλα διατεταγμένες μυϊκές ίνες, οι οποίες μπορούν να συστέλλονται έντονα και γρήγορα, αλλά μόνο για μικρά χρονικά διαστήματα. Οι μύες αυτοί ουσιαστικά, καλύπτουν και κινούν το σκελετό.
- Οι λείοι μύες βρίσκονται στα εσωτερικά όργανα, όπου λαμβάνουν χώρα σχετικά αργές και ομοιόμορφες κινήσεις και η κίνησή τους δεν κατευθύνεται από την βούληση του ανθρώπου. Οι λείοι μυς υπάρχουν στα τοιχώματα των οργάνων του πεπτικού συστήματος, των αιμοφόρων αγγείων, των γεννητικών οργάνων και των οργάνων της ουροποιητικής οδού. Οι λείοι μύες αποτελούνται από ίνες κοντές, ατρακτοειδούς σχήματος, λεπτότερες από τις μυϊκές ίνες των γραμμωτών μυών και είναι χαρακτηριστικό ότι, συστέλλονται βραδέως, αλλά η συστολή τους είναι παρατεταμένη. Οι μύες αυτοί ουσιαστικά εκτελούν κινήσεις χωρίς να υπόκεινται στη βούληση μας.
- Ο καρδιακός μύες καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση ανάμεσα στους λείους και τους σκελετικούς μύες. Όπως οι λείοι μύες, δεν υπακούν άμεσα στην θέληση και διακρίνονται για την ικανότητα να αντιστέκονται στην κόπωση. Επίσης, μοιάζουν στους σκελετικούς, επειδή μπορούν να συσπώνται γρήγορα και να δουλεύουν εντατικά. Οι καρδιακοί μύες αποτελούνται από κοντές, διακλαδισμένες , κατάλληλα συνδεδεμένες μυϊκές ίνες, που σχηματίζουν ένα δίκτυο στα τοιχώματα της καρδιάς. Το μυοκάρδιο συσπάται συνεχώς ρυθμικά και αόκνως. Οι μύες αυτοί ουσιαστικά στέλνουν το αίμα σε όλο το σώμα.
Από τη μάζα του σώματος το 40-50% περίπου είναι σκελετικοί μύες και ένα άλλο 5-10% είναι λείοι μύες και ο καρδιακός μυς. Το σύνολο των γραμμωτών ή σκελετικών μυών, σε ένα καλά αναπτυγμένο άτομο είναι γύρω στα 40 ως 50% του σωματικού του βάρους.
Δηλαδή σ' ένα άτομο με σωματικό βάρος γύρω στα 65 κιλά, οι μύες του ζυγίζουν γύρω στα 25 ως 30 κιλά. Στη γυναίκα αντιστοιχεί το χαμηλότερο και στον άνδρα το ψηλότερο ποσοστό μέσα στο παραπάνω πλαίσιο.
Με την προπόνηση όχι μόνο επηρεάζεται η ικανότητα απόδοσης των σκελετικών μυών, αλλά επιπλέον αλλάζει η δομή και η λειτουργική ικανότητα των καρδιακών και λείων μυών.
Δομή γραμμωτών ή σκελετικών μυών
Η βασική μορφολογική και λειτουργική μονάδα των μυών είναι η μυϊκή ίνα. Ο κάθε μυς αποτελείται από 10.000 έως 10.000.000 μυϊκά κύτταρα τα οποία ονομάζονται μυϊκές ίνες. Η κάθε μυϊκή ίνα είναι ένα κύτταρο που προέρχεται από την ένωση πολλών χιλιάδων μικρών κυττάρων.
Οι περισσότεροι σκελετικοί μύες εκφύονται από ορισμένα σημεία των οστών και καταφύονται σε άλλα σημεία πάλι σε οστά, και με την παρεμβολή πολύ ανθεκτικού συνδετικού ιστού σχηματίζει τους δυο τένοντες του μυός. Ανάμεσα στις μυϊκές ίνες υπάρχει συνδετικός ιστός (κατά κύριο λόγο ίνες από κολλαγόνο), όπως και γύρω από ολόκληρο τον μυ, σαν ένα είδος περιβλήματος.
Μέσα σε αυτό το συνδετικό ιστό υπάρχουν τα αιμοφόρα αγγεία, οι αρτηρίες, τα αρτηρίδια, πυκνό δίκτυο από τριχοειδή, τα φλεβίδια, οι φλέβες καθώς και τα λεμφαγγεία. Επιπρόσθετα, μέσα στον ίδιο αυτόν ιστό βρίσκονται και οι σωματικές κινητικές νευρικές ίνες, οι οποίες προέρχονται από τον εγκέφαλο είτε από το νωτιαίο μυελό.
Η καθεμιά από αυτές τις νευρικές ίνες διακλαδίζεται σε ένα αριθμό νευρικών κλωνίων (από 23 ως και 600), που το καθένα καταλήγει σε σύναψη (τελική κινητική πλάκα), στο μέσο περίπου της κάθε μυϊκής ίνας.
Με τις νευρικές αυτές ίνες φέρονται από το νευρικό σύστημα οι νευρικές διεγέρσεις (νευρικές ώσεις), που πυροδοτούν τη λειτουργία της καθεμιάς μυϊκής ίνας. Αλλα στοιχεία που υπάρχουν μέσα στο μυ είναι τα νευρικά κλωνία του συμπαθητικού νευρικού συστήματος, που καταλήγουν στα τοιχώματα των αγγείων του μυός.
Οι μυϊκές ίνες με τη σειρά τους αποτελούνται από τα μυοϊνίδια. Τα μυοϊνίδια είναι αυτά που αποτελούν τα πραγματικά συσταλτά στοιχεία του μυ. Αποτελούνται από πολύ μικρές, διαδοχικά συνδεδεμένες συσταλτές στοιχειώδεις μονάδες τα σαρκομέρια, τα οποία τέλος με τη σειρά τους αποτελούνται από τα μυονημάτια. Κάθε μυϊκή ίνα, ανάλογα με την διάμετρο της αποτελείται από 1000 έως 2000 μυοϊνίδια.
Κάθε μυοϊνίδιο αποτελείται από 4.000 σαρκομέρια/εκατοστό. Το σαρκομέριο αποτελείται από παχιά νημάτια μυοσίνης και λεπτά νημάτια ακτίνης. Μια μυϊκή ίνα περιέχει περίπου 16.000.000.000 παχιά και περίπου 64.000.000.000 λεπτά μυονημάτια. Το σύνολο των μυϊκών ινών σε όλους τους μυς στο σώμα του ανθρώπου, υπολογίζεται σε 180 εκατομμύρια περίπου.
Αυτό σημαίνει ότι αν αυτές οι ίνες τοποθετηθούν, άκρη με άκρη, η μια στη συνέχεια της άλλης, φτιάχνουν ένα μήκος που ισούται με τη μισή περίπου περίμετρο της υδρογείου στο επίπεδο του ισημερινού.
Κατηγορίες μυϊκών ινών
Οι μυϊκές ίνες κατηγοριοποιήθηκαν όσον αφορά τρία χαρακτηριστικά τους: το χρώμα, την περιεκτικότητά τους σε μιτοχόνδρια, και την ταχύτητα συστολής τους. Το αποτέλεσμα αυτής της κατηγοριοποίησης, διαχώρισε τις μυϊκές ίνες σε:
- Μυϊκές ίνες αργής συστολής (ST), οι οποίες έχουν κόκκινο χρώμα λόγω υψηλής περιεκτικότητας στην πρωτεΐνη μυογλοβίνη, η οποία είναι κόκκινη, η οποία χρησιμεύει τόσο για την μεταφορά του οξυγόνου στα μιτοχόνδρια όσο και για την αποθήκευση οξυγόνου στους μύες. Η συγκέντρωση σε μιτοχόνδρια σε αυτές της ίνες είναι πολύ υψηλή. Τέλος η ταχύτητα συστολής κρίνεται σχετικά αργή.
- Μυϊκές ίνες ταχείας συστολής (FT), οι οποίες όμως χωρίζονται σε επί μέρους κατηγορίες FTa, η οποία μοιάζει με τις ST αφού περιέχει και αυτή αρκετά μιτοχόνδρια, και εμφανίζεται σε αθλητές αντοχής. Επίσης οι FTb οι οποίες είναι οι κλασσικές ίνες ταχείας συστολής, είναι άσπρες λόγω έλλειψης μυογλοβίνης, έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε μιτοχόνδρια, και έχουν υψηλή ταχύτητα συστολής. Τέλος, οι FTc, οι οποίες φαίνεται να μπορούν να προσαρμοστούν ανάλογα με τα ερεθίσματα που δέχεται ο οργανισμός.
Σε χαμηλές εντάσεις άσκησης, κινητοποιούνται οι αργές ίνες. Όσο αυξάνεται η ένταση της άσκησης, ή όσο εμφανίζεται κόπωση στις αργές ίνες, ξεκινάει και η κινητοποίηση των ταχέων ινών. Έτσι, ένας χομπίστας ο οποίος αθλείται σε χαμηλές εντάσεις, και δεν τον ενδιαφέρει η επίδοση σε αγώνες, δεν χρειάζεται να ανησυχεί για την εκγύμναση των ταχέων ινών.
Ένας αθλητής επιδόσεων όμως είναι απαραίτητο να ασκείται σε όλες τις εντάσεις (χαμηλές και υψηλές), ώστε να υπάρχει εκγύμναση και των δύο κατηγοριών ινών. Οι ίνες έχουν ικανότητα προσαρμογής οπότε οι αργές ίνες μπορούν να αυξήσουν την ταχύτητα συστολής τους με κατάλληλη προπόνηση.
Οι ταχείες ίνες τύπου FTb δεν μπορούν να αυξήσουν τον αριθμό των μιτοχονδρίων τους αξιόλογα, οπότε κάποιος με πολύ μεγάλο ποσοστό τέτοιων ινών (πάνω από 60%), πράγματι δεν έχει πολλές δυνατότητες για άθλημα αντοχής. Έτσι, παρατηρούνται σήμερα αρσιβαρίστες με μεγάλα ποσοστά αργών ινών, και δρομείς με σημαντικές επιδόσεις σε μεσαίες αποστάσεις, οι οποίοι έχουν μεγάλο ποσοστό ταχέων ινών.
Οι επιδόσεις πλέον γίνονται ταχύτερες, και η ύπαρξη ινών ταχείας συστολής μπορεί να ευνοεί ακόμη και έναν μαραθωνοδρόμο. Συνεπώς, μπορούν οι ίνες αργής συστολής να αποκτήσουν ικανότητα ταχείας συστολής. Ιδανική κατάσταση θεωρείται όταν υπάρχει μίγμα ινών αργής και ταχείας συστολής, αφού οι απαιτήσεις στους αγώνες αντοχής απαιτούν πλέον υψηλές εντάσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Όπως έχει βρεθεί σε διακεκριμένους αθλητές αντοχής, η αναλογία σε FT και ST είναι περίπου 40%-60%. Οι κύριες προσαρμογές του οργανισμού στην προπόνηση με αντιστάσεις είναι η μυϊκή ανάπτυξη και η αύξηση της δύναμης. Οι μυϊκές ίνες δραστηριοποιούνται ανάλογα με την ένταση και την διάρκεια μιας συγκεκριμένης προσπάθειας καθώς και όσων έχουν προηγηθεί.
Οι λίγες επαναλήψεις με πολλά βάρη αυξάνουν την μάζα και τον όγκο των μυϊκών ινών ταχείας συστολής. Ενώ οι μυϊκές ίνες βραδείας συστολής αναπτύσσονται με τις πολλές επαναλήψεις και μικρότερη επιβάρυνση.
Πως λειτουργούν οι μύες
Ο μυϊκός ιστός είναι η βιολογική μηχανή, με την οποία η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανικό έργο, σε ολόκληρο το ζωικό βασίλειο και βέβαια και στον άνθρωπο. Ακόμα και οι κινήσεις που γίνονται στο εσωτερικό του σώματος χωρίς να υποπίπτουν στην άμεση αντίληψη του ανθρώπου όπως είναι η κίνηση της καρδιάς για την κυκλοφορία του αίματος, είτε οι κινήσεις του γαστρεντερικού σωλήνα ή των άλλων εσωτερικών οργάνων του σώματος επιτελούνται από κάποιο είδος μυϊκού ιστού.
Η μυϊκή συστολή είναι με απλά λόγια, η διαδικασία εκείνη που όταν ένας μυς κατά την διάρκεια της λειτουργίας του βραχύνεται κατά τη συστολή και παράγει με αυτό τον τρόπο ένα μηχανικό έργο. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των μυϊκών κυττάρων από πλευράς αντοχής, είναι η παρουσία κάποιων μονάδων που ονομάζονται μιτοχόνδρια. Η πρωταρχική λειτουργία αυτών είναι η παραγωγή της ενέργειας που χρειάζεται για την μυϊκή συστολή, για αυτό και τα μιτοχόνδρια ονομάζονται γεννήτριες των μυών.
Τα μιτοχόνδρια είναι τοποθετημένα σε στρατηγικά σημεία ανάμεσα στα μυοινίδια, ώστε η ενέργεια που παράγεται να πηγαίνει κατευθείαν εκεί που χρειάζεται. Χονδρικά, κάθε μιτοχόνδριο αποτελείται από ένα σύνολο ενζύμων, ουσίες που βοηθούν την ευκολότερη διεξαγωγή χημικών αντιδράσεων, τα οποία μετατρέπουν την ενέργεια που περιέχεται στην τροφή (τις λεγόμενες θερμίδες) στο ενεργειακό «νόμισμα» του σώματος, δηλαδή ένα μόριο που ονομάζεται τριφοσφωρική αδενοσίνη ή γνωστό ως ATP.
Το ερέθισμα για τη συστολή είναι ένα βιοηλεκτρικό σήμα (νευρική ώση), που αποστέλλεται και φέρεται προς τον μυ με τη νευρική ίνα, δηλαδή την αποφυάδα ενός νευρικού κυττάρου. Μόλις αυτό το σήμα φτάσει στην τελική κινητική πλάκα της μυϊκής ίνας, απελευθερώνεται από την απόληξη του νευρικού κλωνίου μια νευροδιαβιβαστική ουσία.
Αυτή η ουσία, μέσα σε χρόνο μικρότερο του ενός χιλιοστού του δευτερολέπτου (1 msec), μετά από τον οποίο καταστρέφεται, επιδρά στην κυτταρική μεμβράνη της μυϊκής ίνας και τη διεγείρει, δηλαδή προκαλεί την εμφάνιση στη μεμβράνη μιας βιοηλεκτρικής διεργασίας, η οποία επεκτείνεται ταχύτατα σε ολόκληρη τη μεμβράνη και στο σύστημα των εγκάρσιων σωληναρίων.
Για να μπορέσει ο μυς να συσταλεί, πρέπει πρώτα να υπάρχει διαθεσιμότητα σε ιόντα Ασβεστίου (Ca ). Χρησιμοποιώντας αυτά, ο εγκέφαλος δίνει σήμα στον μυ για συστολή. Στη συνέχεια, απαιτείται η ύπαρξη ποσότητας τριφοσφωρικής αδενοσίνης (ATP). Η ATP αποτελεί το "ενεργειακό νόμισμα" του οργανισμού, και μόνο με αυτό μπορούν να γίνουν οι λειτουργίες του.
Εφόσον υπάρχει αυτή, τότε ο μυς την χρησιμοποιεί για να πάρει την ενέργεια που χρειάζεται, και να κάνει την συστολή του. Ενέργεια όμως από ATP χρειάζεται και για την χαλάρωση του μυ, προκειμένου να γίνει η επόμενη συστολή. Εάν δεν υπάρχει διαθέσιμο ATP, τότε παρατηρείται μυϊκή ακαμψία, δηλαδή ο μυς δεν χαλαρώνει.
Γι' αυτό, σε συνθήκες εξάντλησης, όπου ο οργανισμός δεν μπορεί να παράγει την απαιτούμενη ATP, παρουσιάζει κράμπες, δηλαδή ο μυς βρίσκει ενέργεια για να συσταλεί, αλλά δεν βρίσκει ενέργεια για να χαλαρώσει. Η ATP που χρειάζεται ο μυς για να λειτουργήσει, μπορεί να παραχθεί:
- Από την φωσφοκρεατίνη που βρίσκεται αποθηκευμένη στους μυς, και η οποία εξαντλείται μετά τα 7 δευτερόλεπτα.
- Από το γλυκογόνο που βρίσκεται στους μυς καθώς και στο ήπαρ, και το οποίο μπορεί να διαρκέσει μέχρι και 90 λεπτά.
- Από το λίπος που βρίσκεται σε όλο το σώμα, και μπορεί να διαρκέσει για ώρες.
Μέσω των νευρικών απολήξεων, ο εγκέφαλος λαμβάνει μηνύματα για την διαδικασία συστολής και χαλάρωσης των μυών. Σε κατάσταση έντονης εξάντλησης, και κυρίως με την απουσία ηλεκτρολυτών, οι οποίοι απαιτούνται για τα νευρικά σήματα, πέρα από το ότι ο αθλητής αδυνατεί να δώσει ισχυρό σήμα συστολής στους μύες (εξάντληση), επίσης διαταράσσεται η ενημέρωση του εγκεφάλου για την μυϊκή δραστηριότητα, και πολλές φορές αποτυγχάνει να δώσει σήμα χαλάρωσης στους μύες όταν αυτοί το χρειάζονται (κράμπες).
Οι ηλεκτρολύτες λοιπόν, κρίνονται απαραίτητοι για την ομαλή συνεργασία νευρικού και μυϊκού συστήματος. Το καλοκαίρι, κατά το οποίο με την εφίδρωση ο αθλητής χάνει χρήσιμους ηλεκτρολύτες, κρίνεται απαραίτητη η αναπλήρωσή τους μέσω της τροφής, ή μέσω σκευάσματος (ισοτονικά ποτά) κατά την προπόνηση διαρκείας, ώστε να αποφευχθούν φαινόμενα αδυναμίας ή κράμπες.