Controlul sistemului nervos al controlului greutății tensiunii musculare
Pentru a mișca un obiect, denumit sarcină, sarcomerele din fibrele musculare ale mușchiului scheletic trebuie să se scurteze. Se numește forța generată de contracția mușchiului (sau scurtarea sarcomerelor) tensiunea musculară. Cu toate acestea, tensiunea musculară este generată și atunci când mușchiul se contractă împotriva unei sarcini care nu se mișcă, rezultând două tipuri principale de contracții musculare scheletice: contracții izotonice și contracții izometrice.
În contracții izotonice, unde tensiunea din mușchi rămâne constantă, o sarcină este mișcată pe măsură ce lungimea mușchiului se schimbă (se scurtează). Există două tipuri de contracții izotonice: concentrice și excentrice. A contracția concentrică presupune scurtarea musculară pentru a muta o sarcină. Un exemplu în acest sens este mușchiul biceps brahii care se contractă atunci când greutatea mâinii este ridicată în creștere odată cu creșterea tensiunii musculare. Pe măsură ce bicepsul brahii se contractă, unghiul articulației cotului scade pe măsură ce antebrațul este adus spre corp. Aici, bicepsul brahii se contractă, deoarece sarcomerii din fibrele sale musculare se scurtează și se formează punți încrucișate; capetele de miozină trag actina. Un contracție excentrică apare pe măsură ce tensiunea musculară scade și mușchii se prelungesc. În acest caz, greutatea mâinii este redusă într-un mod lent și controlat, deoarece cantitatea de punți încrucișate care sunt activate prin stimularea sistemului nervos scade. În acest caz, pe măsură ce tensiunea este eliberată de biceps brahii, unghiul articulației cotului crește. Contracțiile excentrice sunt, de asemenea, utilizate pentru mișcarea și echilibrul corpului.
Un contracție izometrică apare pe măsură ce mușchiul produce tensiune fără a schimba unghiul articulației scheletice. Contracțiile izometrice implică scurtarea sarcomerului și creșterea tensiunii musculare, dar nu mișcă o sarcină, deoarece forța produsă nu poate depăși rezistența oferită de sarcină. De exemplu, dacă cineva încearcă să ridice o greutate a mâinii prea grea, va exista activarea și scurtarea sarcomerului până la un punct și tensiunea musculară din ce în ce mai mare, dar nici o modificare a unghiului articulației cotului. În viața de zi cu zi, contracțiile izometrice sunt active în menținerea posturii și menținerea stabilității osoase și articulare. Cu toate acestea, menținerea capului în poziție verticală se întâmplă nu pentru că mușchii nu pot mișca capul, ci pentru că scopul este să rămână staționar și să nu producă mișcare. Cele mai multe acțiuni ale corpului sunt rezultatul unei combinații de contracții izotonice și izometrice care lucrează împreună pentru a produce o gamă largă de rezultate (Figura 10.13).
Figura 10.13. Tipuri de contracții musculare În timpul contracțiilor izotonice, lungimea musculară se modifică pentru a muta o sarcină. În timpul contracțiilor izometrice, lungimea mușchilor nu se schimbă deoarece sarcina depășește tensiunea pe care o poate genera mușchiul.
Toate aceste activități musculare sunt sub controlul rafinat al sistemului nervos. Controlul neuronal reglează contracțiile concentrice, excentrice și izometrice, recrutarea fibrelor musculare și tonusul muscular. Un aspect crucial al controlului sistemului nervos al mușchilor scheletici este rolul unităților motorii.
Unități cu motor
După cum ați învățat, fiecare fibră musculară scheletică trebuie inervată de terminalul axon al unui neuron motor pentru a se contracta. Fiecare fibră musculară este inervată de un singur neuron motor. Grupul real de fibre musculare dintr-un mușchi inervat de un singur neuron motor se numește a unitate motorie. Mărimea unei unități motorii este variabilă în funcție de natura mușchiului.
O unitate motorie mică este un aranjament în care un neuron motor unic furnizează un număr mic de fibre musculare într-un mușchi. Unitățile motorii mici permit controlul motor foarte fin al mușchiului. Cel mai bun exemplu la om este micile unități motorii ale mușchilor extraoculari ai ochilor care mișcă globii oculari. Există mii de fibre musculare în fiecare mușchi, dar la fiecare șase fibre sunt furnizate de un singur neuron motor, deoarece axonii se ramifică pentru a forma conexiuni sinaptice la NMJ-urile lor individuale. Acest lucru permite un control rafinat al mișcărilor ochilor, astfel încât ambii ochi să se poată concentra rapid pe același obiect. Unitățile motorii mici sunt, de asemenea, implicate în numeroasele mișcări fine ale degetelor și degetului mare ale mâinii pentru apucarea, trimiterea de mesaje text etc.
O unitate motorie mare este un aranjament în care un singur neuron motor furnizează un număr mare de fibre musculare într-un mușchi. Unitățile cu motor mari sunt preocupate de mișcări simple sau „grosolane”, cum ar fi extinderea puternică a articulației genunchiului. Cel mai bun exemplu sunt unitățile motorii mari ale mușchilor coapsei sau ale spatelui, unde un singur neuron motor va furniza mii de fibre musculare într-un mușchi, deoarece axonul său se împarte în mii de ramuri.
Există o gamă largă de unități motorii în cadrul multor mușchi scheletici, ceea ce conferă sistemului nervos o gamă largă de control asupra mușchiului. Unitățile motorii mici din mușchi vor avea neuroni motori mai mici, cu prag inferior, care sunt mai excitabili, trăgând mai întâi către fibrele lor musculare scheletice, care, de asemenea, tind să fie cele mai mici. Activarea acestor unități motorii mai mici, are ca rezultat un grad relativ mic de forță contracțională (tensiune) generată în mușchi. Pe măsură ce este nevoie de mai multă forță, sunt înrolate unități motorii mai mari, cu neuroni cu motor cu prag mai mare, pentru a activa fibrele musculare mai mari. Această activare crescândă a unităților motorii produce o creștere a contracției musculare cunoscută sub numele de recrutare. Pe măsură ce sunt recrutate mai multe unități motorii, contracția musculară crește progresiv. La unii mușchi, cele mai mari unități motorii pot genera o forță contractilă de 50 de ori mai mare decât cele mai mici unități motorii din mușchi. Acest lucru permite preluarea unei pene folosind mușchiul brațului biceps brahii cu o forță minimă, iar o greutate mare să fie ridicată de același mușchi prin recrutarea celor mai mari unități motorii.
Când este necesar, numărul maxim de unități motorii dintr-un mușchi poate fi recrutat simultan, producând forța maximă de contracție pentru acel mușchi, dar aceasta nu poate dura foarte mult din cauza necesităților de energie pentru a susține contracția. Pentru a preveni oboseala musculară completă, unitățile motorii nu sunt în general active simultan, dar în schimb unele unități motorii se odihnesc în timp ce altele sunt active, ceea ce permite contracții musculare mai lungi. Sistemul nervos folosește recrutarea ca mecanism pentru a utiliza eficient un mușchi scheletic.