mușchiul scheletic mișcă scheletul și este responsabil pentru toate mișcările noastre voluntare, precum și pentru mișcările automate necesare, de exemplu, pentru a sta în picioare, pentru a ne ține capul ridicat și pentru a respira. (Alte funcții involuntare implică mușchiul neted și mușchiul cardiac.)
Pe lângă faptul că sunt „motoarele” corpului, mușchii sunt, de asemenea, frânele și amortizoarele. Ei pot fi folosiți ca încălzitoare (atunci când tremurăm) și funcționează, de asemenea, ca depozit de proteine dacă ne confruntăm cu malnutriția.
Mușchii individuali, cum ar fi bicepsul din braț, sunt alcătuiți dintr-un număr mare (aproximativ 100 000 la biceps) de celule gigantice, cunoscute sub numele de fibre musculare. Fiecare fibră este formată din fuziunea mai multor celule precursoare și, prin urmare, are mulți nuclei. Fibrele sunt fiecare la fel de groase ca un fir de păr fin (50 μm în diametru) și au o lungime de 10-100 mm. Ele sunt dispuse în mănunchiuri, separate de foi de țesut conjunctiv care conține colagen. Aceste fascicule rareori se desfășoară drept de-a lungul axei mușchiului, mai degrabă în unghi, numit unghi de penare, deoarece mulți mușchi prezintă un model penat (în formă de pană) al fasciculelor de fibre.
Care fibră musculară este înconjurată de o membrană celulară, ceea ce permite ca conținutul fibrelor să fie foarte diferit de cel al fluidelor corporale din afara lor. În interiorul fibrei se află miofibrilele, care constituie aparatul contractil, și un sistem de control al miofibrilelor prin modificări ale concentrației de calciu. Acest sistem, reticulul sarcoplasmatic (RS), este un set închis de tuburi care conțin o concentrație mare de calciu. Fiecare miofibrilă se întinde pe întreaga lungime a fibrei musculare cu un număr variabil de segmente, sarcomerii; are un diametru de numai unul sau doi micrometri și este înconjurată de rețeaua SR. Miofibrila este formată din multe tije proteice mult mai subțiri și mai scurte, care sunt miofilamentele. Acestea sunt de două tipuri: filamente groase, care sunt alcătuite predominant dintr-o singură proteină, miozina, și filamente subțiri, care conțin proteina actina. Contracția propriu-zisă are loc printr-o interacțiune a actinei cu proiecțiile de pe moleculele de miozină (punți încrucișate). Fiecare dintre punțile încrucișate poate dezvolta o forță (aproximativ 5 × 10-12 newtoni) și poate trage filamentul subțire de-a lungul filamentului gros cu aproximativ 10 × 10-9 metri (10 milionimi de mm). Efectul net al multora dintre aceste mișcări mici și forțe mici este acela de a scurta miofibrilele și, astfel, întregul mușchi; prin urmare, o parte a scheletului este mișcată, prin intermediul atașării mușchiului la fiecare capăt la os, direct sau prin tendoane.
Când o persoană inițiază o mișcare, evenimentele din creier și măduva spinării generează potențiale de acțiune în axonii neuronilor motori. Fiecare dintre acești axoni se ramifică pentru a trimite potențiale de acțiune către multe fibre musculare. (O unitate motorie este această colecție de poate câteva sute de fibre musculare controlate de un axon). La terminalele nervoase ale fiecărei ramuri de axon (joncțiunea neuromusculară), acetilcolina este eliberată de potențialul de acțiune care sosește, iar aceasta se combină cu receptorii de pe membrana fibrei musculare, determinând-o, la rândul ei, să genereze un potențial de acțiune. Acest potențial de acțiune se răspândește pe întreaga suprafață a fibrei și, de asemenea, de-a lungul unei rețele extinse de tuburi fine (tubuli T), care îl conduc în interior. Aici, un mesaj, a cărui natură este incertă, trece de la tubul T la reticulul sarcoplasmatic, determinându-l să lase o parte din calciul pe care îl conține să se scurgă în interiorul fibrei musculare. Filamentele subțiri din miofibrile conțin, pe lângă actină, două proteine, troponina și tropomiozina; calciul care se scurge din RS este capabil, pentru o scurtă perioadă de timp, să interacționeze cu molecula de troponină din filamentul subțire; aceasta, prin mișcări ale moleculelor de tropomiozină, modifică filamentul subțire, astfel încât moleculele de actină sunt disponibile pentru a fi unite prin punți încrucișate, începând procesul de contracție. De îndată ce calciul scapă din SR, începe procesul de absorbție a acestuia din nou. Există pompe de calciu în membranele SR, care sunt capabile să mute calciul înapoi în interior, punând astfel capăt scurtei perioade de activitate musculară (o contracție musculară). Perioade mai susținute de activitate sunt norma în mișcările pe care le facem; acestea necesită o secvență de potențiale de acțiune care să fie trimise la mușchi, poate 30 pe secundă. Contracțiile produse în acest mod sunt mai puternice decât o contracție.
Contracția musculară necesită energie pentru a conduce punțile încrucișate prin interacțiunile lor ciclice cu actina: în fiecare ciclu, molecula de miozină face munca de deplasare a filamentului subțire. De asemenea, energia este folosită pentru procesul de pompare a calciului de către SR. Consumul de energie este cel mai mare atunci când mușchii sunt folosiți pentru a efectua muncă externă – de exemplu, la urcarea scărilor, când trebuie să fie ridicată greutatea corpului. Cu toate acestea, energia este utilizată și atunci când o greutate este ținută în sus fără a efectua muncă asupra ei (contracție izometrică). Cea mai puțină energie este utilizată atunci când mușchii sunt folosiți pentru a coborî greutatea, ca atunci când se coboară scările.
Energia pentru contracția musculară provine din scindarea adenozin trifosfatului (ATP) în adenozin difosfat (ADP) și fosfat. Mușchiul conține suficient ATP pentru a-l alimenta la randament maxim timp de doar câteva secunde. ATP poate fi regenerat rapid în mușchi din fosfocreatină (PCr), iar această substanță este suficientă în mușchi pentru a rezista poate 10-20 de secunde de activitate maximă. Faptul că putem susține o activitate intensă mai mult de 10 secunde se datorează utilizării carbohidraților în mușchi, unde aceștia sunt depozitați sub formă de glicogen. Acesta poate fi folosit pentru a regenera rezerva de ATP în două moduri. Dacă oxigenul este disponibil, glucoza poate fi oxidată în apă și dioxid de carbon, iar două treimi din energia eliberată este folosită pentru a reface rezerva de ATP. Dacă oxigenul nu este disponibil, procesul se oprește, cu glucoza transformată în acid lactic și doar aproximativ 6% din energia utilizată pentru a construi ATP. Acidul lactic părăsește celulele musculare și se poate acumula în sânge. În plus față de carbohidrați, mușchii folosesc grăsimile, sub formă de acizi grași preluați din sânge, ca substrat pentru oxidare; acest lucru este important pentru o activitate prelungită, deoarece energia stocată de organism sub formă de grăsimi este mult mai mare decât cea stocată sub formă de carbohidrați. Disponibilitatea oxigenului depinde de livrarea acestuia de către sânge; atunci când mușchiul devine activ, produsele metabolismului său determină dilatarea vaselor, ceea ce permite o creștere rapidă a fluxului sanguin.
Oboseala musculară este efectul unui set de mecanisme care asigură faptul că mușchiul nu este activat atunci când nu există suficientă energie disponibilă pentru activitate. Dacă acest lucru s-ar întâmpla, teoretic, mușchiul ar putea intra în rigor mortis și ar putea să nu reușească să rețină cantitatea mare de potasiu pe care o conține, cu consecințe nefaste pentru întregul organism.
Corpul conține mai multe varietăți diferite de fibre musculare scheletice, care pot fi văzute ca fiind specializate pentru diferite scopuri. Mușchii „mai lenți” sunt mai economici în susținerea sarcinilor, cum ar fi menținerea posturii corpului însuși, și probabil și mai eficienți în producerea de muncă externă. Legat de consumul lor mai redus de energie, ei sunt mai puțin ușor de obosit. Fibrele musculare mai rapide, cu toate acestea, pot produce mișcări mai rapide și o putere mai mare și sunt esențiale pentru sarcini precum săriturile sau aruncările. Modul în care sunt construiți diferiți mușchi permite, de asemenea, o specializare a funcției: mușchii cu fibre mai scurte rețin mai economic forțele, mușchii cu fibre mai lungi pot produce mișcări mai rapide. Un aranjament penat permite ca mușchii să fie construiți cu multe fibre scurte, crescând forța pe care o pot exercita, în timp ce fibrele lungi, care merg aproape paralel cu axa mușchiului, dau cele mai rapide mișcări.
Câteva persoane au mai multă forță musculară decât altele; ele pot exercita forțe mai mari, pot face muncă externă mai rapid sau se pot mișca mai repede. În mare măsură, acest lucru se datorează faptului că indivizii mai puternici au mușchii mai mari, dar se pare că există și alți factori care acționează. Antrenamentul poate schimba proprietățile mușchilor. Antrenamentul de forță constă în utilizarea mușchilor pentru a face doar câteva contracții foarte puternice în fiecare zi. De-a lungul lunilor și anilor, acest lucru duce la o creștere a forței care poate fi exercitată și la o creștere a dimensiunii mușchilor. Creșterea forței precede adesea creșterea dimensiunii. Antrenamentul de anduranță constă în utilizarea mușchilor mai puțin intensă, dar pentru perioade mai lungi. Din nou, pe parcursul lunilor de antrenament, crește capacitatea mușchilor de a obține energie prin oxidarea carbohidraților și a grăsimilor. Alimentarea cu sânge a mușchilor este, de asemenea, crescută prin modificări la nivelul vaselor de sânge și, de asemenea, la nivelul inimii. Antrenamentul poate duce, de asemenea, la modificări ale rezistenței la oboseală a fibrelor musculare și poate determina schimbarea acestora într-un tip de fibră mai lent.

Roger Woledge

Vezi sistemul musculo-scheletal. vezi și exercițiu; oboseală; glicogen; metabolism; mișcare, controlul mișcării; tonus muscular; sport; antrenament de forță.