Sinh lý cơ bắp: Mô tả ngắn gọn

Bởi Tiến sĩ Gianfranco De Angelis

Thật không may khi thấy những người hướng dẫn và huấn luyện viên cá nhân đưa ra những lời giải thích "theo kinh nghiệm" về các chủ đề khác nhau: khối lượng cơ bắp (phì đại), tăng sức mạnh, sức đề kháng, v.v., mà không có kiến thức tổng quát về cấu trúc mô học và sinh lý học của cơ bắp.

Rất ít người chỉ có kiến thức chuyên sâu về giải phẫu vĩ mô, như thể nó đủ để biết bắp tay hay cơ ngực nằm ở đâu, coi thường cấu trúc mô học và thậm chí ít hơn sinh hóa và sinh lý của cơ bắp. Tôi sẽ cố gắng, càng nhiều càng tốt, để làm cho một cuộc thảo luận ngắn gọn và đơn giản về chủ đề này, cũng có thể truy cập được cho giáo dân của khoa học sinh học.

Cấu trúc mô học

Mô cơ khác với các mô khác (thần kinh, xương, liên kết), do một đặc điểm rõ ràng: sự co bóp, nghĩa là mô cơ có khả năng co lại, hoặc rút ngắn chiều dài của nó. Trước khi chúng ta thấy làm thế nào nó ngắn hơn và cho cơ chế nào, hãy nói về cấu trúc của nó. Chúng tôi có ba loại mô cơ, cả về mô học và chức năng: mô cơ vân, mô cơ trơn và mô cơ tim. Sự khác biệt về chức năng chính giữa người đầu tiên và hai người kia là trong khi người trước bị chi phối bởi ý chí, hai người kia độc lập với ý chí. Đầu tiên là cơ bắp di chuyển xương, cơ bắp mà chúng ta luyện tập với tạ, tạ và máy móc. Loại thứ hai được đưa ra bởi các cơ của nội tạng, chẳng hạn như các cơ của dạ dày, ruột, vv mà, như chúng ta thấy mỗi ngày, không được kiểm soát bởi ý chí. Loại thứ ba là loại tim: tim cũng được làm bằng cơ bắp, trên thực tế nó có thể co bóp; đặc biệt, cơ tim cũng có vân, do đó tương tự như cơ xương, tuy nhiên, một sự khác biệt quan trọng, sự co bóp nhịp nhàng của nó không phụ thuộc vào ý chí.

Cơ vân nổi chịu trách nhiệm cho các hoạt động vận động tự nguyện, và do đó cho các hoạt động thể thao. Cơ vân được tạo thành từ các tế bào, giống như tất cả các cấu trúc và hệ thống khác của sinh vật; tế bào là đơn vị nhỏ nhất có khả năng tự sống. Trong cơ thể người có hàng tỷ tế bào và hầu hết tất cả chúng đều có một phần trung tâm gọi là nhân, được bao quanh bởi một chất gelatin gọi là tế bào chất. Các tế bào tạo nên cơ bắp được gọi là các sợi cơ : chúng là các phần tử kéo dài, được sắp xếp theo chiều dọc với trục của cơ và được thu thập trong các dải. Các đặc điểm chính của sợi cơ vân là ba:

Nó rất lớn, chiều dài có thể đạt tới vài cm, đường kính là 10 - 100 micron (1 micron = 1/1000 của mm.). Các tế bào khác của sinh vật, với một số ngoại lệ, kích thước siêu nhỏ.
Nó có nhiều hạt nhân (hầu hết tất cả các tế bào chỉ có một) và vì lý do này, một "hợp bào đa nhân" được xác định.
Nó xuất hiện theo chiều ngang, tức là nó thể hiện sự xen kẽ của các dải màu tối và dải sáng. Sợi cơ biểu hiện trong sự hình thành kéo dài tế bào chất của nó, được đặt dọc theo trục của sợi và do đó cũng là của cơ, được gọi là myofibrils, chúng ta có thể coi chúng là dây kéo dài được đặt bên trong tế bào. Myofibrils cũng được tấn công theo chiều ngang và chịu trách nhiệm cho các chuỗi của toàn bộ sợi.
Lấy một myofibril và nghiên cứu nó: nó có các dải màu tối, được gọi là các dải A và trong các dải sáng gọi là I, ở giữa dải I có một vạch tối gọi là đường Z. Khoảng cách giữa một đường Z và đường kia được gọi là sarcomere, đại diện cho yếu tố hợp đồng và đơn vị chức năng nhỏ nhất của cơ bắp; trong thực tế, sợi được rút ngắn vì sarcomeres của nó bị rút ngắn.

Bây giờ hãy xem myofibril được tạo ra như thế nào, đó là cơ sở hạ tầng của cơ bắp. Nó được làm từ các sợi tơ, một số sợi nấm myosin lớn, các sợi Actin mỏng khác. Những cái lớn khớp với những cái mỏng để dải A được hình thành bởi dây tóc thô (đó là lý do tại sao nó tối hơn), dải I được hình thành bởi một phần của dây tóc mỏng không bị dính vào dây tóc nặng (được hình thành bởi sợi mỏng thì nhẹ hơn).

Cơ chế co bóp

Bây giờ chúng ta đã biết cấu trúc mô học và cơ sở hạ tầng, chúng ta có thể đề cập đến cơ chế co lại. Trong sự co lại, các sợi ánh sáng chạy giữa các sợi nặng, do đó các dải I giảm chiều dài; do đó, sarcomere cũng giảm chiều dài, đó là khoảng cách giữa một dải Z và dải kia: do đó sự co lại xảy ra không phải vì các sợi đã được rút ngắn mà vì chúng đã làm giảm độ dài của sarcomere. Giảm chiều dài của sarcomere làm giảm chiều dài của myofibrils, do đó myofibrils tạo thành sợi, nên độ dài của sợi giảm, do đó, cơ được làm từ sợi bị rút ngắn. Rõ ràng, để các sợi này chảy năng lượng là cần thiết và điều này được đưa ra bởi một chất: ATP (adenosine triphosphate), là tiền tệ năng lượng của sinh vật. ATP được hình thành do quá trình oxy hóa thực phẩm: năng lượng mà thực phẩm được truyền đến ATP sau đó cung cấp cho các sợi tơ để làm cho chúng chảy. Để sự co lại xảy ra, một yếu tố khác là cần thiết, ion Ca ++ (Canxi). Các tế bào cơ bắp giữ các cổ phiếu lớn trong đó và làm cho nó có sẵn cho sarcomere khi sự co thắt phải diễn ra.

Co thắt cơ bắp từ quan điểm vĩ mô

Chúng tôi đã thấy rằng yếu tố hợp đồng là sarcomere, bây giờ chúng tôi kiểm tra tất cả các cơ và nghiên cứu nó từ quan điểm sinh lý, nhưng về mặt vĩ mô. Để cơ bắp co lại, cần phải đến một kích thích điện : kích thích này đến từ dây thần kinh vận động, bắt đầu từ tủy sống (như một cách tự nhiên); hoặc nó có thể đến từ một dây thần kinh vận động được kích thích và kích thích điện, hoặc trực tiếp kích thích cơ điện. Hãy tưởng tượng lấy một cơ bắp: một cực được gắn vào một điểm cố định, cực khác treo nó ở một trọng lượng; tại thời điểm này chúng tôi kích thích nó bằng điện; cơ bắp sẽ co lại, nghĩa là nó sẽ rút ngắn bằng cách nâng trọng lượng; sự co thắt này được gọi là sự co thắt đẳng trương. Nếu thay vào đó, chúng ta buộc cơ bằng cả hai đầu vào hai giá đỡ cứng nhắc, khi chúng ta kích thích nó, cơ sẽ tăng sức căng mà không rút ngắn: đây được gọi là co thắt đẳng cự. Trong thực tế, nếu chúng ta lấy thanh tạ ra khỏi mặt đất và nâng nó lên, đây sẽ là một cơn co thắt đẳng trương; nếu chúng ta tải nó với một trọng lượng rất nặng và trong khi cố gắng nâng nó lên, mặc dù chúng ta co các cơ đến mức tối đa, chúng ta không di chuyển nó, điều này sẽ được gọi là co thắt đẳng cự. Trong sự co thắt đẳng hướng, chúng tôi đã thực hiện một công việc cơ học (công việc = lực x chuyển vị); trong co rút đẳng cự, công việc cơ học bằng không, vì: work = lực x dịch chuyển = 0, chuyển vị = 0, công việc = lực x 0 = 0

Nếu chúng ta kích thích cơ với tần số rất cao (đó là nhiều xung mỗi giây), nó sẽ phát triển một lực rất cao và sẽ duy trì ở mức tối đa: cơ trong tình trạng này được gọi là uốn ván, do đó co thắt uốn ván có nghĩa là co thắt tối đa và liên tục. Một cơ bắp có thể co lại một chút hoặc rất nhiều, tùy ý; điều này có thể thông qua hai cơ chế: 1) Khi một cơ bị co lại ít, chỉ có một số sợi co lại; tăng cường độ của sự co lại, các sợi khác được thêm vào. 2) Một sợi có thể co lại với lực nhỏ hơn hoặc lớn hơn tùy thuộc vào tần số phóng điện, đó là số lượng xung điện đến các cơ theo đơn vị thời gian. Bằng cách điều chỉnh hai biến này, hệ thống thần kinh trung ương kiểm soát lực nào phải buộc cơ phải co lại. Khi một lệnh co rút mạnh, hầu như tất cả các sợi cơ đều bị rút ngắn, không chỉ, mà tất cả chúng sẽ bị cắt vụn với lực rất lớn: khi một lệnh co rút yếu chỉ có một vài sợi được rút ngắn và với lực thấp hơn.

Bây giờ chúng ta phải đối mặt với một khía cạnh quan trọng khác của sinh lý cơ bắp: trương lực cơ. Trương lực cơ có thể được định nghĩa là một trạng thái liên tục của sự co nhẹ của cơ bắp, độc lập với ý chí. Yếu tố nào gây ra tình trạng co thắt này? Trước khi sinh, các cơ có cùng chiều dài với xương, sau đó, với sự phát triển, xương kéo dài hơn cơ, do đó, cơ sau được kéo dài. Khi một cơ bị kéo căng, bởi một phản xạ cột sống (phản xạ cơ) nó co lại, do đó sự kéo dài liên tục mà cơ phải chịu sẽ xác định trạng thái liên tục của ánh sáng nhưng co thắt liên tục. Nguyên nhân là một sự phản ánh và vì đặc điểm chính của phản xạ là không tự nguyện, nên giai điệu không bị chi phối bởi ý chí. Giai điệu là một hiện tượng dựa trên phản xạ thần kinh, vì vậy nếu tôi cắt dây thần kinh đi từ hệ thống thần kinh trung ương đến cơ bắp, nó sẽ trở nên yếu ớt, mất hoàn toàn giai điệu.

Lực co của một cơ phụ thuộc vào mặt cắt ngang của nó và bằng 4-6 kg.cm2. Nhưng nguyên tắc có giá trị về nguyên tắc, không có một tỷ lệ cụ thể về tỷ lệ trực tiếp: ở một vận động viên, một cơ bắp nhỏ hơn một chút so với một vận động viên khác có thể mạnh hơn. Một cơ bắp tăng khối lượng của nó nếu nó được đào tạo với sức đề kháng tăng (đó là nguyên tắc mà thể dục dụng cụ dựa trên trọng lượng); điều quan trọng là nhấn mạnh thực tế là khối lượng của mỗi sợi cơ tăng lên, trong khi số lượng sợi cơ không đổi. Hiện tượng này được gọi là phì đại cơ bắp.

Sinh hóa cơ bắp

Bây giờ chúng ta hãy đối mặt với vấn đề phản ứng xảy ra trong cơ bắp. Chúng tôi đã nói rằng để thu hẹp năng lượng xảy ra; năng lượng này bảo tồn tế bào trong cái gọi là ATP (adenosine triphosphate), khi nó cung cấp năng lượng cho cơ bắp, biến thành ADP (adenosine diphosphate) + Pi (phosphate vô cơ): phản ứng bao gồm loại bỏ phosphate. Vậy phản ứng xảy ra trong cơ là năng lượng ATP → ADP + Pi +. Tuy nhiên, cổ phiếu ATP rất ít và chúng ta cần tổng hợp lại yếu tố này. Vì vậy, để cơ co lại, phản ứng ngược (ADP + Pi + năng lượng> ATP) cũng phải xảy ra, để cơ luôn có sẵn ATP. Năng lượng để thực hiện quá trình tái tổng hợp ATP được cung cấp bởi các loại thực phẩm: những thứ này, sau khi được tiêu hóa và hấp thụ, qua máu đến cơ bắp, nơi chúng từ bỏ năng lượng, chỉ để tạo ra ATP.

Sự xuất sắc của chất năng lượng được đưa ra bởi các loại đường, đặc biệt là glucose. Glucose có thể bị phá vỡ khi có oxy (trong môi trường hiếu khí) và, như đã nói không đúng cách, "đốt cháy"; năng lượng được loại bỏ nó lấy ATP, trong khi glucose không còn gì ngoài nước và carbon dioxide. 36 phân tử ATP thu được từ một phân tử glucose. Nhưng glucose cũng có thể bị tấn công khi không có oxy, trong trường hợp đó nó biến thành axit lactic và chỉ có hai phân tử ATP được hình thành; Sau đó, axit lactic, đi vào máu đi đến gan, nơi nó lại được chuyển thành glucose. Chu trình này của axit lactic được gọi là chu trình Cori. Điều gì xảy ra thực tế khi cơ bị co lại? Lúc đầu, khi cơ bắt đầu co lại, ATP ngay lập tức cạn kiệt và do không có sự điều chỉnh tim mạch và hô hấp sẽ xảy ra sau đó, oxy đến cơ bắp không đủ, do đó glucose bị phá vỡ thiếu oxy tạo thành axit lactic. Trong lần thứ hai chúng ta có thể có hai tình huống: 1) Nếu nỗ lực tiếp tục nhẹ, oxy đủ, thì glucose sẽ oxy hóa trong nước và carbon anhydrite: không có axit lactic sẽ tích tụ và bài tập có thể tiếp tục trong nhiều giờ ( do đó loại nỗ lực này được gọi là aerobic, ví dụ như cuộc đua nền). 2) Nếu nỗ lực tiếp tục mạnh mẽ, mặc dù cơ bắp xuất hiện rất nhiều oxy, rất nhiều glucose sẽ phân tách trong trường hợp không có oxy; do đó, rất nhiều axit lactic sẽ hình thành, sẽ gây ra mệt mỏi (nó được gọi là căng thẳng yếm khí, ví dụ như chạy nhanh, chẳng hạn như 100 mét). Trong thời gian nghỉ ngơi, axit lactic, với sự hiện diện của oxy, sẽ lại biến thành glucose. Lúc đầu, ngay cả trong nỗ lực hiếu khí, thiếu oxy: chúng ta nói về nợ oxy, sẽ được trả khi chúng ta nghỉ ngơi; cho biết oxy sẽ được sử dụng để tổng hợp lại glucose từ axit lactic; trên thực tế, ngay sau nỗ lực chúng ta tiêu thụ nhiều oxy hơn bình thường: chúng ta đang trả hết nợ. Như bạn có thể thấy, chúng tôi đã trích dẫn glucose như một ví dụ về nhiên liệu, bởi vì nó là nhiên liệu quan trọng nhất trong cơ bắp; trên thực tế, ngay cả khi chất béo có lượng năng lượng lớn hơn, để oxy hóa chúng, luôn cần phải có một lượng glycids nhất định và nhiều oxy hơn. Trong trường hợp không có những rối loạn đáng kể (ketosis và nhiễm toan). Protein có thể được sử dụng làm nhiên liệu, tuy nhiên, vì chúng là những chất duy nhất được sử dụng để đào tạo cơ bắp, chức năng nhựa chiếm ưu thế trong chúng. Lipid có đặc điểm là, ở cùng trọng lượng, chúng có nhiều năng lượng hơn đường và protein: chúng được sử dụng lý tưởng để lưu trữ. Vì vậy, glycides là nhiên liệu, protein là nguyên liệu thô, lipit là dự trữ.

Tôi đã cố gắng trong bài viết về sinh lý cơ bắp này để rõ ràng nhất có thể, mà không bỏ qua sự nghiêm ngặt của khoa học: Tôi nghĩ rằng tôi sẽ đạt được một kết quả tuyệt vời nếu tôi đã kích thích các nhà điều hành thể dục quan tâm nghiêm trọng hơn đến sinh lý học, bởi vì tôi tin rằng các khái niệm cơ bản về sinh lý học và giải phẫu phải là một tài sản văn hóa thiết yếu để cố gắng hiểu theo một cách nào đó cơ thể con người tuyệt vời này.