Přednáška 5

13.11.2013
Přednáška 5
Biomechanika svalu
ANATOMIE – MUDr. Vyšatová
ANATOMIE – MUDr. Vyšatová
Obecná myologie
Svalová vlákna, myofibrily, proteiny, sarcomery, skluzný model
svalového stahu, stavba kosterního svalu: svalové bříško, šlacha, tvar
svalu, začátek a úpon svalu, uspořádání svalových vláken, zpeření
svalu, svalová vlákna a vazivové stroma, endomysium, perimysium,
synoviální a vazivová pouzdra šlach, fascie, osteofasciální prostory,
terminologie svalů
Základní histologické dělení
Sval je orgán umožňující pohyb vyšších živočichů včetně člověka. Podle
mikroskopické stavby rozlišujeme tři typy svalů:
Hladká svalovina (nazývána tak proto, že svalová vlákna se v mikroskopu jeví
jednolitě) je součástí stěny mnoha vnitřních orgánů, kde slouží jako motorická
jednotka, která umožňuje měnit průsvit dutých orgánů (cévy), posunovat obsah
vnitřních orgánů určeným směrem (trávicí trubice, močové ústrojí), reflexně
reagovat na zevní a vnitřní podněty (vzpřímení chlupů kůže v chladném
prostředí) a tak dále. Aktivitu hladkých svalových vláken nejsme schopni
ovládat vůlí, je to reflexní činnost.
Příčně pruhovaná svalovina se v mikroskopickém obraze jeví jako střídání
světlých a tmavších proužků, čemuž napovídá i název. Jedná se o svaly
obklopující kostru, udržující vzpřímenou pozici a umožňující veškerý volně
vykonávaný pohyb, který ovládáme vlastní vůlí a který je tedy řízen vědomou
částí centrální nervové soustavy.
Srdeční svalovina tvoří specifickou skupinu, protože co do stavby připomíná
sval příčně pruhovaný (s určitými odchylkami), ale není možné ji ovlivnit vůlí,
srdeční sval má vlastní automatickou aktivitu, kterou udržuje po celou dobu
života a nervový systém je jenom modifikátorem této aktivity (ve stresu nebo při
fyzické námaze srdeční frekvence i výdej stoupají, v klidu a ve spánku zase
naopak klesají).
Stavba příčně pruhovaného svalu
Základní stavební jednotkou svalu je svalové vlákno. Svalové vlákno je
souborem na sebe navazujících svalových buněk, které jsou pospojovány řadou
komunikačních kanálků, které jim umožňují velmi rychlé odevzdávání
informací, takže se svalové vlákno vlastně chová jako jediná buňka. Základní
stavební složkou svalového vlákna jsou tzv. myofibrily, tedy jakási "svalová
mikrovlákna". Jejich podstatnou součástí jsou bílkoviny aktin a myozin, které
jsou elementárním mikroskopickým vykonavatelem veškerého volného pohybu
lidského těla. Dalšími nepostradatelnými součástmi svalového vlákna jsou pak
sarkoplazmatické retikulum a mitochondrie.
Stavba příčně pruhovaného svalu
Svalová vlákna se sdružují do snopečků a ty pak do větších snopců, až jejich
soubor tvoří konečnou podobu svalu. Ten je pak pokrytý na povrchu takzvanou
fascií, což je tenká vazivová blána, která odděluje sval od okolních svalů a
umožňuje tak i jejich poměrně nezávislý pohyb vedle sebe, protože účinně
snižuje napětí a tření mezi jednotlivými svaly. Ještě vyšší uspořádání pak
představují svalové skupiny, kde několik svalů obalených vlastní fascií je
zavzato do další společné fascie se sousedními svaly a tvoří s nimi funkční celek
podílející se na komplexním pohybu určité části těla. Na začátku i konci
každého svalu přechází svalová tkáň do velmi pevného kolagenního vaziva
nazývaného šlacha.
Pomocí této struktury, která je velmi odolná vůči tahu, ale má jenom minimální
ohybovou tuhost, je sval připojen ke strukturám, kterými následně může
pohybovat.
Jak sval pracuje
Pohyb celého organismu i jeho jednotlivých částí zabezpečuje základní a celkem
jedinečná vlastnost svalového vlákna - takzvaná kontraktilita. Tato schopnost
umožňuje svalu se stáhnout (kontrahovat) a následně uvolnit (relaxovat), čímž
sval jako celek mění svoji délku a tímto zkracováním a prodlužováním následně
přibližuje, resp. vzdaluje od sebe struktury, na které se upíná (zpravidla kosti).
Na mikroskopické úrovni se jedná o posun v postavení již zmíněných myofibril
aktinu a myozinu vůči sobě navzájem.
Stahem milionů svalových vláken v jediném svalu tak může dojít ke zkrácení
svalu i o několik centimetrů.
Kromě kontraktility je další nepostradatelnou vlastností svalu jeho tonus napětí. Maximálně relaxovaný sval má jenom minimální vnitřní napětí,
vzhledem k malému kontaktu aktinových a myozinových vláken. Při částečném
kontaktu těchto vláken pak může dojít namísto ke zkrácení svalu pouze ke
zvýšení jeho napětí. Tato statická práce svalu je energeticky náročnější než práce
dynamická a svaly, které ji dlouhodobě vykonávají (svaly posturální-udržující
vzpřímené držení těla), jsou na ni i patřičně uzpůsobeny.
The sliding filament model. Contraction of skeletal muscle results from the sliding of the actin
chains on the myosin chains.
Actin a myosin?
Actin:
● globulární strukturní protein, který polymeruje v dlouhá vlákna zvaná mikrofilamenta
● jedna z nejhojnějších intracelulárních bílkovin eukaryotických buněk (aktin tvoří
kolem 5 % celkových buněčných proteinů)
Myosin:
● skupina proteinů řazených mezi tzv. molekulární motory
● za pomoci hydrolýzy ATP jsou schopny vytvářet sílu a aktivní směrovaný pohyb v
buňce.
● vážou se na aktin, spolu s nímž a dalšími proteiny jsou zodpovědné za svalový stah
● dále se také podílí na aktivním vnitrobuněčném transportu váčků a pohybu membrán
Sarkomera?
sarcomere (řecky sarx "maso", meros "část")
Základní stavební jednotka svalu
Svalové buňky (tubulární, myocytes or myofibers) se tvoří v procesu známém
jako myogeneze.
Svalové buňky se skládají z tubulárních myofibrils.
Myofibrily jsou složeny z opakujících se segmentů sarkomer, které v optickém
mikroskopu vypadají jako tmavé a světlé proužky. Jsou to válcovité úseky
myofibrily, které umožňují smršťování svalu.
Sarkomery se skládají zdlouhých, fibrózních proteinů, které se posouvají jeden
po druhém a tak umožňují svalovou kontrakci a relaxaci.
Dva z těchto důležitých proteinů jsou myosin, který tvoří tlustá filamenta a actin,
který vytváří tenká filementa.
Myosin – dlouhý, fibrózní ocas a kulovitá hlava, váže se k actinu. Myosin se
rovněž váže k ATP (zdroj energie pro svalový pohyb). Myosin se může k actinu
navázat jen tehdy, kdy vazební místo actinu je odhalené (obnažené)
prostřednictvím iontů vápníku.
Svalová buňka bicepsu (myocyte, myofibril) může obsahovat až 100,000
sarkomer.
Myofibrily hladkého svalstva nemají sarcomery.
Svalové vlákno
Myofibrily
Sarkomery
Sarkoplasmatické
retikulum
T-tubuly
Triady
Mitochondrie
Sarcolemma
Basální lamina
Musculus, caput, venter, origo , insertio , tendo, aponeurosis,
fascia, epimysium , perimysium, endomysium
Názvy svalů:
podle tvaru: deltoideus, quadratus, rhomboideus, teres,
gracilis, rectus , lumbricalis
podle velikosti: major, minor, longus, brevis, latissimus,
longissimus
podle počtu hlav nebo bříšek: biceps, triceps, quadriceps,
digastric, biventer
podle polohy: anterior, posterior, interosseus, supraspinatus,
infraspinatus, dorsi, abdominis, pectoralis, brachii, femoris,
oris, superficialis, profundus, externus, internus
podle začátku a úponu: sternocleidomastoideus,
coracobrachialis
podle funkce: extensor, flexor, abductor, adductor, levator,
depressor, supinator, pronator, constrictor, dilator
Biomechanika svalu?
- základní výzkum (sliding filament theory of muscle contraction, how
neuromuscular diseases develop and treatment, using stem cells to treat
muscle disease)
- sportovní biomechanika (zvyšování výkonu, správné provádění cvičení,
posilování, sportovní pomůcky, vývoj sportovního vybavení (boty, lyže, …
- modely pro další odvětví (počítačové simulace, počítačové hry,
animované filmy (Pixar), armáda, …)
Měření pohybu – segmenty (tuhá tělesa), spojené definovanými klouby.
Ukázky: Lifemodeller.com