Praca mięśni

Dokładnego pomiaru pracy mięśni dokonuje się za pomocą ergometru. Najprostszym ergometrem jest schodek, na który osoba wchodzi i z którego schodzi określoną ilość razy z określoną prędkością. Najczęściej używanymi ergometrami są jednak ergometry taśmowe oraz cykloergometry. W pierwszym przypadku są to urządzenia zbudowane z przesuwającej się, pochylonej taśmy, na której z określoną prędkością idzie lub biegnie osoba.
Artykuł jest częścią publikacji pochodzącej z nowej serii Biblioteki Gazety Wyborczej pt.: Wielka Encyklopedia Medyczna, którą nabyć można w Kulturalnym Sklepie lub w każdą środę w kiosku

Wykonana praca jest wynikiem mnożenia masy ciała i całkowitego przemieszczenia pionowego, np. przejście 3 km na bieżni o nachyleniu 15% odpowiada 450 m przemieszczenia wertykalnego. W przypadku cykloergometrów osoba wykonuje ruchy zbliżone do pedałowania na rowerze. Inne rodzaje ergometrów umożliwiają analizę pracy różnych grup mięśni, np. aktywnych przy wiosłowaniu lub kręceniu korbą.

Wydajność pracy mięśni

Umożliwiając dokładną definicję wykonanej pracy, urządzenia te pozwalają na pomiar wydajności mechanicznej ludzkiego aparatu mięśniowego, a zatem wielkości fizycznej wynikającej z zależności między wykonaną pracą a zużytą energią. Tę ostatnią można zmierzyć dzięki prostej analizie kalorymetrycznej: gromadząc wydychane przez osobę powietrze i równocześnie mierząc zużyty tlen oraz wydychany dwutlenek węgla, można obliczyć istotę międzykomórkowych procesów energetycznych, czyli zużytą energię. Połączone badania ergometryczne i kalorymetryczne umożliwiły określenie wydajności pracy mięśni u człowieka na ok. 25%, zatem - używając terminów czysto fizycznych - bardzo niewiele. Wynik jest ważny zarówno dla wolnych skurczów mięśniowych podczas marszu pod górę, jak i szybkich skurczów przy biegu na 100 m po płaskiej powierzchni. W obydwu przypadkach 75% energii wykorzystywanej przez mięśnie nie jest używane do wykonania pracy mechanicznej, lecz wydzielane w formie ciepła. Podwyższenie temperatury jest nieodłącznym skutkiem aktywności mięśniowej.

Mechanizmy biochemiczne pracy mięśni

Praca mięśni jest możliwa dzięki różnym typom reakcji chemicznych egzoergicznych, które następują po sobie i uwalniają energię. Ze względu na kolejność występowania pierwsze z nich są beztlenowe, przebiegają przy braku tlenu, podczas gdy drugie są tlenowe i występują w następstwie pierwszych. Ponieważ tlen jest niezbędny do całkowitego bilansu energetycznego komórek mięśniowych, reakcje chemiczne uwalniania energii można przyrównać do bilansu: w pierwszej fazie skurczu mięśni, gdy zachodzą jeszcze reakcje beztlenowe, zostaje zaciągnięty "dług tlenowy", który następnie zostaje "spłacony" podczas reakcji tlenowych. W trzeciej fazie organizm może uaktywnić inne reakcje beztlenowe, połączone z produkcją kwasu mlekowego, zwane glikolizą. Także w trzeciej fazie komórki zaciągają "dług" tlenowy, który zostaje "spłacony" w fazie odpoczynku. Glikoliza ma charakter awaryjnego mechanizmu metabolicznego i dlatego jej "dług" tlenowy ma specyficzny charakter, podczas gdy "dług" zaciągnięty w pierwszej fazie występuje w każdym wypadku, bez względu na wykonaną pracę.

Cechy biochemiczne komórki mięśniowej regulują zużywanie tlenu podczas pracy mięśni. Przy wykonywaniu niezbyt intensywnej pracy zużywanie tlenu zwiększa się liniowo zależnie od rodzaju pracy; zwiększa się stopniowo, poczynając od stanu spoczynku. Po ukończeniu pracy zużycie tlenu powoli dochodzi do wartości właściwych dla stanu spoczynku (ok. 250 ml/min). Większość codziennych czynności wymaga umiarkowanej pracy mięśni oraz zużycia energii ok. trzykrotnie większego od zużycia energii w stanie spoczynku, podczas gdy intensywna praca, np. na roli lub fizyczna praca w przemyśle, wymaga od czterech do ośmiu razy więcej energii. Zaciąganie "długu" tlenowego natychmiast przyczynia się do wykonania przez mięśnie większej pracy niż działań możliwych przy dostawach tlenu z krwi. Zwiększone dostawy tlenu z krwi są związane z opóźnieniem dostaw względem zapotrzebowania. Pracą maksymalną określa się pracę wykonaną bez zaciągania "długu", czyli bez potrzeby uruchamiania mechanizmów glikolitycznych; w tym ostatnim przypadku mówi się o pracy ponadmaksymalnej. W trakcie ćwiczeń mięśni należy unikać tworzenia kwasu mlekowego, który zmienia skład oraz równowagę kwasowo-zasadową krwi, przez co szybko prowadzi do wysiłku mięśniowego oraz zmęczenia. Ma to duże znaczenie praktyczne, np. przy aktywności sportowej lub przy wykonywaniu intensywnej pracy. Należy wówczas unikać w organizmie procesów glikolizy, ponieważ prowadzi ona do zmęczenia. Jeśli stosuje się naprzemiennie okresy ponadmaksymalnej pracy oraz odpoczynku wystarczającego do spłacenia pierwszego "długu" tlenowego, bez potrzeby uruchamiania procesu glikolizy, można kontynuować pracę praktycznie bez przerwy.

Wytwarzane zmiany fizjologiczne

Pracy mięśni towarzyszą zmiany w różnych narządach oraz aparatach, np. wentylowanie płucne może się zwiększyć od ok. 5 l/min w warunkach odpoczynku do 110-120 l/min. W przypadku długotrwałej pracy na czczo stężenie cukru we krwi może zmniejszyć się o połowę (glukoza jest używana do wytwarzania energii, czyli jako "paliwo" w aktywności mięśniowej). Rytm serca zwiększa się do 180 (lub więcej) uderzeń na minutę, zwykle liniowo do zużycia tlenu. Ciśnienie tętnicze, które nieznacznie zwiększa się przy wykonywaniu umiarkowanych prac, może bardzo wzrosnąć podczas intensywnej pracy. Ponadto dopływ krwi do skóry oraz wewnętrznych narządów zmniejsza się, a zostaje zwiększony do mas mięśniowych. Temperatura ciała, która przy wykonywaniu umiarkowanej pracy nieznacznie się podwyższa, podczas wykonywania pracy intensywnej może wzrosnąć o 2-2,5 stopnia. Jeśli praca jest wykonywana w gorącym, wilgotnym lub niewentylowanym środowisku (co blokuje kompensacyjny efekt pocenia), temperatura może wzrosnąć aż do wystąpienia hipertermii i udaru cieplnego. Opisane zmiany fizjologiczne nie mogą przekroczyć dopuszczalnego poziomu. W ten sposób maksymalna praca mięśni, którą może wykonać organizm, jest ograniczona przez hipertermię, nadmierne odkładanie się kwasu mlekowego i związane z nim zmiany kwasowości krwi, wyczerpanie się zapasów energetycznych, odwodnienie oraz nadmierną utratę płynów i soli następującą w wyniku pocenia.

Poprzez trening można zwiększyć maksymalną pracę, którą mogą wykonać masy mięśniowe, zmieniając bezpośrednio lub pośrednio parametry samych mięśni. W pierwszej kolejności zwiększa się wielkość włókien mięśniowych oraz siła, jaką mogą wytworzyć; w mięśniach wzrasta także zawartość mioglobiny oraz przepływ krwi. Następnie poprawia się koordynacja ruchowa, czyli zmniejsza się utrata energii, a zwiększa ilość hemoglobiny we krwi i w rezultacie zdolność krwi do przenoszenia tlenu. Podwyższa się też odporność organizmu na silne zmiany kwasowości krwi, zakres pocenia oraz szeroko rozumiana wydolność układów oddechowego i krążeniowego. Zmiany dotyczą głównie poprawy wymiany gazowej, krążenia krwi w mięśniach oraz ich skurczów.

Rozciąganie mięśni

Rozciąganie mięśni to całokształt ćwiczeń wykonywanych w celu poprawienia elastyczności i zdolności wydłużania się mięśnia (z ang. to stretch - napinać, wydłużać, stąd inna nazwa "stretching"), z pozytywnym wpływem na zapobieganie urazom mięśniowym i funkcjonalności ruchów, chociaż nie wszyscy specjaliści są co do tego zgodni. Technika rozciągania mięśni została wprowadzona w latach 60. XX w. Widziano w niej sposób na zmniejszenie ryzyka występowania bolesnych skurczów w mięśniach nieużywanych podczas aktywności fizycznej. Ćwiczenia polegają na powolnym osiąganiu pozycji, w której mięsień jest napięty, i próbie dobrowolnego rozluźnienia go przy zwiększaniu zasięgu ruchu. Osiągnięta pozycja jest utrzymywana przez 10-30 s. i więcej. Stretching znajduje zastosowanie w sporcie, w normalnym programie aktywności prozdrowotnej, wpływając pozytywnie na możliwości ruchu i ruchomości stawów.

Zagrożenia rozciągania mięśni. Niektóre podstawowe zasady teorii stretchingu okazały się błędne, np. wg niektórych trenowanie utrzymywania wydłużenia przez długi czas powoduje pewien rodzaj "tolerancji" wrzecion mięśniowych (receptor, który rozpoczyna odruch wydłużania), redukując ich sygnał. Istnieje możliwość ułatwienia powstania, a nie zablokowania, pewnych typów urazów, zwłaszcza jeśli rozciąganie jest wykonywane przed zawodami. Ostatnie badania wykazały, że u sportowców bardzo elastycznych i mało elastycznych istnieje ponad dwukrotnie wyższe prawdopodobieństwo powstania urazów niż u sportowców o średniej elastyczności. To oznacza, że stretching jest dobry, ponieważ redukuje napięcie mięśniowe, poprawia koordynację i kinestezję, czyli świadomość własnego ciała. Niewykonywanie ćwiczeń stretchingowych lub nadmierne trenowanie jest negatywne w skutkach. Tak jak we wszystkich innych dziedzinach, należy zachować umiar w aktywnym wydłużaniu mięśni; mniej wyspecjalizowanym radzi się szukanie pomocy u wykwalifikowanego personelu, który może ułożyć indywidualny program treningu.