Kas ir skeleta muskuļu kontrakcija?

Sarkomērs ir posms starp divām Z līnijām. Pie Z līnijām nostiprināti tievie aktīna pavedieni, kas stiepjas uz sarkomēra vidu. Vidū atrodas resnie miozīna pavedieni, kuri ar abiem galiem pārklājas ar aktīnu un kuru virsmā izvirzās daudzas miozīna galviņas.

Pie aktīna pavediena pieguļ divi regulējošie proteīni. Tropomiozīns kā lente nosedz vietas, kurām miozīnam būtu jāpieķeras, bet troponīns tur šo lenti savā vietā. Kamēr kalcija koncentrācija šūnas citoplazmā ir zema, lente paliek uz vietas un kontrakcija nav iespējama, lai cik daudz ATF būtu pieejams.

Kad kalcijs pieķeras troponīnam, tā forma mainās, tropomiozīns nobīdās sānis un aktīna saistīšanās vietas atveras. Šis mehānisms ir iemesls, kāpēc muskuļa kontrakciju ir pareizāk raksturot kā bremzes atlaišanu, nevis kā dzinēja ieslēgšanu.

Miozīna galviņas darbs ir ciklisks un atkārtojas tik ilgi, kamēr ir kalcijs un ATF. Vienu apli var aprakstīt šādi.

1. Nervs muskuļa un nerva savienojumā izdala acetilholīnu, un muskuļa šķiedras membrāna tiek uzbudināta.
2. Uzbudinājums pa šķērseniskajiem kanāliņiem ievirzās šķiedras dziļumā līdz sarkoplazmatiskajam tīklam.
3. No tīkla citoplazmā izplūst kalcija joni un pieķeras troponīnam.
4. Tropomiozīns nobīdās un atsedz aktīna saistīšanās vietas.
5. Miozīna galviņa pieķeras aktīnam un veic pagrieziena kustību, pavelkot aktīna pavedienu uz sarkomēra vidu.
6. Pie galviņas piesaistās jauna ATF molekula, un galviņa atlaižas no aktīna.
7. ATF sašķelšana galviņu atkal sagatavo darbam, un cikls atkārtojas.
8. Kad impulsi beidzas, kalcijs ar sūkņa palīdzību tiek atgriezts tīklā un muskulis atslābst.

Ikdienā muskuļa darbs reti ir tīrs saīsinājums. Klasifikācija balstās uz to, kas notiek ar muskuļa garumu, kamēr tas rada spēku.

Izometriskā kontrakcija notiek, kad spēks ir, bet garums nemainās: turot svaru nekustīgi vai stāvot plankā. Koncentriskā kontrakcija ir saīsinājums pret pretestību, piemēram, ceļot svaru. Ekscentriskā kontrakcija notiek, kad muskulis strādā, bet ārējais spēks to izstiepj, piemēram, lēni nolaižot svaru vai kāpjot lejā pa kāpnēm.

• Izometriskā: spēks bez kustības, tipiska stājas un stabilizējošo muskuļu darbā.
• Koncentriskā: muskulis saīsinās un veic pozitīvu darbu.
• Ekscentriskā: muskulis pagarinās, bremzējot kustību, un attīsta vislielāko spēku.
• Atsevišķa raustīšanās: atbilde uz vienu impulsu, ļoti īsa un vāja.
• Summācija un tetaniska kontrakcija: bieži impulsi saplūst vienā nepārtrauktā saspringumā, kāda ir jebkura reāla kustība.

Ne visas muskuļa šķiedras strādā vienādi. Tās atšķiras pēc saraušanās ātruma, izturības un enerģijas ieguves veida, un lielākajā daļā muskuļu ir dažādu tipu šķiedru maisījums. Attiecība starp tiem ir gan iedzimta, gan daļēji maināma ar treniņu.

Viena muskuļa šķiedra uz impulsu atbild pilnā apjomā, tāpēc spēku nevar regulēt, liekot šķiedrai saspringt „pusspēkā“. Spēka regulācija notiek divos citos veidos.

Pirmais ir motoro vienību iesaiste. Motorā vienība ir viens motorais neirons kopā ar visām šķiedrām, kuras tas apgādā. Smalkiem darbiem, piemēram, acs vai pirkstu kustībām, vienā vienībā ir maz šķiedru, bet lieliem muskuļiem to ir daudz. Palielinoties vajadzīgajam spēkam, iesaistās arvien vairāk vienību, un tas notiek noteiktā secībā: vispirms mazās un lēnās, pēc tam lielās un ātrās.

Otrais ir impulsu biežums. Ja impulsi nāk pietiekami bieži, atsevišķās raustīšanās saplūst vienā gludā, spēcīgākā kontrakcijā. Abi mehānismi kopā ļauj vienam un tam pašam muskulim gan noturēt papīra lapu, gan pacelt smagumu.

Kontrakcijas ķēde ir gara, un traucējumi var rasties jebkurā tās posmā: nervā, nerva un muskuļa savienojumā, pašā šķiedrā vai enerģijas apgādē.

Miastēnija ir stāvoklis, kurā antivielas traucē signāla pārnesi nerva un muskuļa savienojumā, un raksturīgais simptoms ir vājums, kas pastiprinās slodzes laikā un mazinās pēc atpūtas. Muskuļu distrofijas ir iedzimtas slimības, kurās bojāti šķiedras struktūras proteīni, un muskulis pakāpeniski tiek nomainīts ar saistaudiem un taukaudiem. Abus šos stāvokļus izmeklē un ārstē neirologs.

Biežākas ir ne tik dramatiskas situācijas: muskuļa krampji, muskuļa saspringums pēc neparastas slodzes, iekaisīgas miopātijas un dažiem cilvēkiem muskuļu sūdzības, lietojot noteiktas zāles. Smags un plašs muskuļa bojājums var izraisīt rabdomiolīzi, kad šķiedru saturs nonāk asinīs un apdraud nieres. Ja pēc slodzes urīns kļūst tumšs kā tēja, muskuļi ir ļoti sāpīgi un pietūkuši vai attīstās vājums, kas traucē ikdienas darbības, nepieciešama steidzama ārsta pārbaude.

Muskuļa funkciju vērtē pakāpeniski, no vienkāršākā uz sarežģītāko. Klīniskā izmeklēšana bieži jau norāda, kurā ķēdes posmā ir problēma.

• Spēka pārbaude pa muskuļu grupām un refleksu novērtējums neiroloģiskā izmeklēšanā.
• Kreatīnkināzes noteikšana asinīs: paaugstinās muskuļa šūnu bojājuma gadījumā.
• Elektromiogrāfija un nervu vadīšanas pētījums: atšķir muskuļa slimību no nerva vai savienojuma slimības.
• Magnētiskā rezonanse: parāda muskuļu tūsku, taukaudu aizvietojumu un atrod vietu biopsijai.
• Muskuļa biopsija un ģenētiskie izmeklējumi: izmanto iedzimtu un iekaisīgu miopātiju diagnostikā.

Ikdienas valodā vārds „saraušanās“ apzīmē vairākas dažādas parādības, kurām ir atšķirīgi cēloņi un atšķirīga nozīme.

• Krampis ir pēkšņa, sāpīga, patvaļīgi neatslābstoša kontrakcija, parasti ikrā vai pēdā, un tas pāriet, muskuli izstiepjot.
• Spasticitāte ir paaugstināts muskuļa tonuss pēc centrālās nervu sistēmas bojājuma, un tā parādās, kustinot ekstremitāti, nevis pati no sevis.
• Fascikulācija ir redzams neliels raustījums zem ādas bez kustības locītavā; bieži tā ir nekaitīga, bet kopā ar vājumu prasa neirologa vērtējumu.
• Tetānija ir muskuļu saspringums pazemināta kalcija dēļ, bieži ar tirpšanu ap muti un plaukstās.
• Novēlotas muskuļu sāpes pēc neierastas slodzes nav iekaisums infekcijas nozīmē un nav pienskābes uzkrāšanās sekas.

Intuitīvi šķiet, ka enerģija ir vajadzīga muskuļa saspringšanai, bet atslābšana notiek pati no sevis. Patiesībā ir otrādāk: ATF ir nepieciešams tieši tam, lai miozīna galviņa atlaistos no aktīna, un vēl viens ATF patēriņš iet kalcija sūknim, kas atgriež kalciju atpakaļ rezervuārā.

To visuzskatāmāk pierāda mirstošā stinguma attīstība. Pēc nāves ATF vairs netiek ražots, kalcijs izplūst citoplazmā, miozīns pieķeras aktīnam un vairs nespēj atlaisties, tāpēc muskuļi kļūst stīvi. Stingums pāriet tikai tad, kad paši proteīni sāk sadalīties.

No šī paša principa izriet arī praktiskāks secinājums. Ekscentriskajā darbā, piemēram, kāpjot lejā pa kāpnēm, muskulis rada lielu spēku, patērējot salīdzinoši maz ATF, jo daļu darba veic ārējais spēks, kas galviņas atrauj mehāniski. Tieši šis mehāniskais rāviens bojā sarkomēru struktūras un ir iemesls tam, ka lejupkāpšana nākamajā dienā sāp vairāk nekā kāpšana augšup.