Πως λειτουργούν οι μύες;

Κάθε κίνηση του σώματος — από το σήκωμα ενός μολυβιού μέχρι το σπριντ των 100 μέτρων — είναι αποτέλεσμα της συνεργασίας των μυών με τα οστά. 💪 Στην υποενότητα αυτή εξετάζεται πώς είναι φτιαγμένοι οι σκελετικοί μύες, με ποιον μηχανισμό παράγουν κίνηση και γιατί δουλεύουν πάντα σε ζευγάρια.

Οι σκελετικοί μύες

Οι σκελετικοί μύες είναι αυτοτελή όργανα: δεν είναι απλώς ιστός, αλλά ολοκληρωμένα όργανα με δική τους αιμάτωση και νεύρωση. Δύο βασικά τους χαρακτηριστικά:

• Συνδέονται με τα οστά και έτσι, όταν συσπώνται, μετακινούν τα οστά.
• Υπακούουν στη θέλησή μας, δηλαδή είναι μύες της βούλησης· αποφασίζουμε πότε θα κινηθούν.

Αν παρατηρήσει κανείς σκελετικό μυ στο μικροσκόπιο, βλέπει εγκάρσιες γραμμώσεις, δηλαδή σκοτεινές και φωτεινές ταινίες που εναλλάσσονται κάθετα στο μήκος του. Γι' αυτόν ακριβώς τον λόγο οι σκελετικοί μύες ονομάζονται και γραμμωτοί μύες.

Η δομή ενός μυός: από το όργανο στο κύτταρο

Ένας σκελετικός μυς είναι οργανωμένος σαν ένα καλώδιο που αποτελείται από μικρότερα καλώδια, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από ακόμη λεπτότερα νήματα. Η ιεραρχία, από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο, είναι:

Κάθε σκελετικός μυς μπορεί να αποτελείται από πολλές χιλιάδες μυϊκές ίνες, οι οποίες διατάσσονται σε δεσμίδες. Έτσι εξηγείται πώς ένας μυς μπορεί να αναπτύξει μεγάλη συνολική δύναμη: οι δυνάμεις χιλιάδων μικροσκοπικών ινών αθροίζονται.

Η μυϊκή ίνα είναι πολυπύρηνο κύτταρο

Στα περισσότερα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος υπάρχει ένας πυρήνας. Η μυϊκή ίνα όμως χαρακτηρίζεται πολυπύρηνη, που σημαίνει ότι ένα και μόνο μυϊκό κύτταρο περιέχει πολλούς πυρήνες.

Ο λόγος είναι πρακτικός: η μυϊκή ίνα είναι εξαιρετικά μακρόστενη και ογκώδης σε σχέση με ένα συνηθισμένο κύτταρο. Ένας μόνο πυρήνας δεν θα προλάβαινε να ελέγχει, μέσω του DNA του, την παραγωγή πρωτεϊνών σε όλο αυτό το μήκος. Με πολλούς πυρήνες κατανεμημένους σε όλη την έκταση της ίνας, ο έλεγχος και η ανανέωση των πρωτεϊνών γίνονται γρήγορα και παντού.

Πώς συνδέονται οι μύες με τα οστά;

Οι μύες δεν ακουμπούν απευθείας πάνω στα οστά. Συνδέονται με αυτά μέσω των τενόντων, ισχυρών και ανελαστικών «σχοινιών» από συνδετικό ιστό.

Στα άκρα κάθε μυός διακρίνονται:

• Η έκφυση: το σημείο σύνδεσης με το οστό που μένει (σχετικά) ακίνητο κατά την κίνηση.
• Η γαστέρα: το παχύ, σαρκώδες μεσαίο τμήμα του μυός, εκεί όπου βρίσκονται οι μυϊκές ίνες.
• Οι τένοντες πρόσφυσης: το σημείο σύνδεσης με το οστό που μετακινείται.

Όταν η γαστέρα συσπάται, η δύναμη μεταφέρεται μέσω των τενόντων στα οστά και το οστό της πρόσφυσης έλκεται προς το οστό της έκφυσης. Έτσι παράγεται η κίνηση γύρω από μια άρθρωση.

Τι συμβαίνει στον βραχίονα: κάμψη και έκταση

Στον βραχίονα βρίσκονται δύο μύες-πρωταγωνιστές, ο δικέφαλος (μπροστά) και ο τρικέφαλος (πίσω). Και οι δύο συνδέονται με τα οστά του αντιβραχίονα, την κερκίδα και την ωλένη.

Μια απλή αυτοπαρατήρηση δείχνει τι συμβαίνει. Όταν κάποιος πιάσει με το ένα χέρι τον δικέφαλο μυ του άλλου χεριού και αλλάξει τη θέση του αντιβραχίονα, διαπιστώνει τα εξής:

Το βασικό συμπέρασμα είναι ότι ο μυς που συσπάται κονταίνει και παχαίνει, ενώ ο μυς που χαλαρώνει επιμηκύνεται και λεπταίνει. Ο όγκος του μυός δεν αλλάζει — απλώς αναδιατάσσεται.

Έτσι:

• Κάμψη: ο δικέφαλος συσπάται και έλκει την κερκίδα προς τα πάνω, ενώ ο τρικέφαλος ταυτόχρονα χαλαρώνει και επιτρέπει την κίνηση.
• Έκταση: ο τρικέφαλος συσπάται και έλκει την ωλένη προς τα κάτω, ενώ ο δικέφαλος χαλαρώνει.

Γιατί οι μύες είναι ανταγωνιστές;

Εδώ κρύβεται το κλειδί όλης της υποενότητας:

Ακριβώς επειδή ο μυς μόνο τραβάει, χρειάζεται δεύτερος μυς που να τραβάει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Γι' αυτό οι μύες συγκροτούν ζεύγη (ή ομάδες) που τα μέλη τους δρουν ανταγωνιστικά.

Ο δικέφαλος και ο τρικέφαλος χαρακτηρίζονται ανταγωνιστές επειδή προκαλούν αντίθετες κινήσεις στην ίδια άρθρωση και δρουν πάντα με αντίστροφο τρόπο: όταν ο ένας συσπάται, ο άλλος υποχρεωτικά χαλαρώνει. Ποτέ δεν συσπώνται ταυτόχρονα και οι δύο με πλήρη ένταση, γιατί τότε το χέρι θα «κόλλαγε» ακίνητο.

Σε κάθε κίνηση:

• ο μυς που ενεργεί (συσπάται) λέγεται κύριος,
• ο μυς που χαλαρώνει λέγεται ανταγωνιστής.

Στην κάμψη κύριος είναι ο δικέφαλος και ανταγωνιστής ο τρικέφαλος. Στην έκταση οι ρόλοι αντιστρέφονται. 🔄

Η δύναμη των μυών

Η δύναμη που αναπτύσσει ένας σκελετικός μυς κατά τη συστολή του εξαρτάται από το πόσο χοντρός είναι, δηλαδή από την εγκάρσια διατομή του (την επιφάνεια που προκύπτει αν τον «κόψουμε» κάθετα στο μήκος του). Μετρήσεις δείχνουν ότι η δύναμη φτάνει τα 30–40 N ανά $cm^2$ εγκάρσιας διατομής.

Για παράδειγμα, ένας μυς με εγκάρσια διατομή $10\ cm^2$ μπορεί να αναπτύξει δύναμη:

Αυτό εξηγεί γιατί η προπόνηση με αντιστάσεις κάνει τους μυς πιο δυνατούς: οι μυϊκές ίνες παχαίνουν, άρα αυξάνεται η εγκάρσια διατομή και μαζί της η δύναμη.

Η τετανική συστολή

Ο μυς συσπάται όταν δεχτεί ερέθισμα από ένα νεύρο. Ένα μεμονωμένο ερέθισμα προκαλεί μια σύντομη απλή μυϊκή συστολή. Αν όμως, κατά τη διάρκεια της απλής συστολής, φτάσουν αλλεπάλληλα ερεθίσματα με συγκεκριμένη συχνότητα, οι συστολές αθροίζονται: η μυϊκή συστολή ενισχύεται και παρατείνεται. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται τετανική συστολή.

Χάρη στην τετανική συστολή μπορεί κανείς να κρατά ένα βάρος σταθερά στον αέρα ή να διατηρεί τη στάση του σώματος, αντί να «τρεμοπαίζει» με μεμονωμένα τινάγματα.

Ο αθλητής των 100 μέτρων: γιατί δεν κρατά για πάντα;

Ένας σπρίντερ δεν μπορεί να τρέχει με τη μέγιστη ταχύτητά του για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο λόγος βρίσκεται στην ενέργεια.

Η μυϊκή σύσπαση απαιτεί ενέργεια, την οποία τα μυϊκά κύτταρα παίρνουν κυρίως από την αερόβια κυτταρική αναπνοή:

Στη μέγιστη ταχύτητα, όμως, οι μύες καταναλώνουν οξυγόνο πολύ γρηγορότερα από όσο μπορούν να τους προμηθεύσουν το αναπνευστικό και το κυκλοφορικό σύστημα. Τότε στρέφονται στην αναερόβια διάσπαση της γλυκόζης, που δίνει πολύ λιγότερη ενέργεια και παράγει γαλακτικό οξύ:

Η συσσώρευση γαλακτικού οξέος, μαζί με την εξάντληση των αποθεμάτων ενέργειας, προκαλεί μυϊκή κόπωση: οι μύες πονούν, καίνε και δεν μπορούν να συσπαστούν το ίδιο δυνατά και γρήγορα. Γι' αυτό ο δρόμος των 100 μέτρων διαρκεί μόλις λίγα δευτερόλεπτα, ενώ οι μαραθωνοδρόμοι τρέχουν με πολύ χαμηλότερη ταχύτητα, ώστε να μένουν σε αερόβιες συνθήκες. 🏅

Η συνεργασία των τριών συστημάτων

Καμιά κίνηση δεν είναι υπόθεση μόνο του μυϊκού συστήματος. Για να συσπαστεί ένας μυς χρειάζεται συνεχή τροφοδοσία με οξυγόνο και γλυκόζη και συνεχή απομάκρυνση των άχρηστων προϊόντων. Η αλυσίδα της συνεργασίας είναι η εξής:

1. Αναπνευστικό σύστημα: με την εισπνοή φέρνει αέρα στις κυψελίδες των πνευμόνων, όπου το οξυγόνο περνά στο αίμα. Ταυτόχρονα, το διοξείδιο του άνθρακα περνά από το αίμα στις κυψελίδες και αποβάλλεται με την εκπνοή. Στην άσκηση, οι αναπνοές γίνονται βαθύτερες και συχνότερες.
2. Κυκλοφορικό σύστημα: η καρδιά αντλεί το οξυγονωμένο αίμα και το μεταφέρει, μέσω των αρτηριών και των τριχοειδών αγγείων, στους μυς. Εκεί παραδίδει οξυγόνο και θρεπτικές ουσίες και παραλαμβάνει διοξείδιο του άνθρακα και γαλακτικό οξύ. Στην άσκηση, οι σφυγμοί αυξάνονται και τα αγγεία των μυών διαστέλλονται, ώστε να φτάνει περισσότερο αίμα.
3. Μυϊκό σύστημα: τα μυϊκά κύτταρα αξιοποιούν το οξυγόνο και τη γλυκόζη στην κυτταρική αναπνοή, παράγουν ενέργεια και τη μετατρέπουν σε σύσπαση, δηλαδή σε κίνηση.

Σύνοψη των βασικών σημείων

• Οι σκελετικοί (γραμμωτοί) μύες είναι όργανα της βούλησης, συνδέονται με τα οστά μέσω τενόντων και έχουν έκφυση, γαστέρα και πρόσφυση.
• Δομική και λειτουργική μονάδα τους είναι η μυϊκή ίνα (μυϊκό κύτταρο), που είναι πολυπύρηνη και περιέχει μυοϊνίδια· χιλιάδες ίνες οργανώνονται σε μυϊκές δέσμες.
• Ο μυς που συσπάται κονταίνει και παχαίνει· ο μυς που χαλαρώνει επιμηκύνεται και λεπταίνει.
• Οι μύες μόνο έλκουν, δεν ωθούν· γι' αυτό δρουν σε ανταγωνιστικά ζεύγη (κύριος και ανταγωνιστής), όπως ο δικέφαλος και ο τρικέφαλος στην κάμψη και την έκταση.
• Η δύναμη φτάνει τα 30–40 N ανά $cm^2$ εγκάρσιας διατομής, ενώ τα αλλεπάλληλα ερεθίσματα δίνουν τετανική συστολή.
• Η κίνηση απαιτεί τη στενή συνεργασία μυϊκού, αναπνευστικού και κυκλοφορικού συστήματος· όταν το οξυγόνο δεν επαρκεί, εμφανίζεται μυϊκή κόπωση.