Budowa mięśnia szkieletowego – funkcje i struktura włókien

Mięsień szkieletowy tworzą kolejno: brzusiec, pęczki włókien, pojedyncze miocyty, miofibryle i sarkomery z filamentami aktynowymi oraz miozynowymi. Taki układ pozwala generować siłę, poruszać kośćmi i utrzymywać postawę. Sprawdź, jak wygląda ta struktura oraz co dzieje się w niej podczas skurczu.

Jak zbudowany jest mięsień szkieletowy?

Mięsień szkieletowy to narząd złożony z komórek mięśniowych połączonych w pęczki i otoczonych tkanką łączną. U dorosłego człowieka występuje ponad 600 mięśni szkieletowych, a ich łączna masa może stanowić do 40% masy ciała. Większość przyczepia się do kości za pomocą ścięgien, dlatego uczestniczy w ruchu stawów.

Makroskopowo wyróżnia się brzusiec oraz ścięgna. Brzusiec zawiera kurczliwe włókna mięśniowe, natomiast ścięgno jest zbudowane z mocnej tkanki łącznej i przenosi siłę na kość. Niektóre brzuśce dzielą się na głowy, tworząc mięśnie dwugłowe, trójgłowe lub czworogłowe.

Warstwy tkanki łącznej

Każdy poziom osłon pełni inną funkcję. Zewnętrzna tkanka łączna porządkuje cały narząd, a głębsze warstwy rozdzielają pęczki i pojedyncze komórki:

• namięsna – otacza cały mięsień i tworzy jego zewnętrzną osłonę,
• omięsna – oddziela od siebie pęczki włókien mięśniowych,
• – przylega do pojedynczego włókna mięśniowego,
• ścięgno – łączy mięsień z kością i przekazuje na nią siłę skurczu.

W omięsnej i śródmięsnej przebiegają naczynia krwionośne oraz nerwy. Tkanka łączna stabilizuje włókna, ogranicza ich przesuwanie i pomaga przenieść napięcie z wielu komórek na jeden przyczep.

Co znajduje się we włóknie mięśniowym?

Włókno mięśniowe jest długą, cylindryczną komórką, nazywaną również miocytem. Powstaje z połączenia wielu mioblastów, dlatego ma liczne jądra ułożone obwodowo, tuż pod sarkolemą. Jego długość może sięgać kilkunastu centymetrów, a średnica wynosi zwykle od 10 do ponad 100 mikrometrów.

Sarkolema otacza sarkoplazmę, czyli cytoplazmę włókna. W jej wnętrzu znajdują się mitochondria, aparat Golgiego, zapasy glikogenu, mioglobina oraz siateczka sarkoplazmatyczna. Ta ostatnia magazynuje jony wapnia, które regulują rozpoczęcie skurczu.

Miofibryle i sarkomer

Miofibryle są włóknami kurczliwymi ułożonymi równolegle do długiej osi komórki. Wypełniają większą część sarkoplazmy. Każda z nich składa się z naprzemiennie rozmieszczonych filamentów cienkich i grubych.

Podstawową jednostką kurczliwą jest sarkomer – odcinek miofibryli położony między dwiema liniami Z. Występują w nim prążki A i I, które odpowiadają za poprzeczne prążkowanie widoczne pod mikroskopem. Prążek A zawiera miozynę oraz zachodzące na nią filamenty aktynowe, a prążek I przede wszystkim aktynę.

Sarkomer nie skraca się dlatego, że aktyna i miozyna zmieniają długość. Filamenty przesuwają się względem siebie, a odległość między liniami Z maleje.

Filamenty cienkie i grube

Filamenty cienkie tworzy głównie aktyna, a także tropomiozyna i troponina. Filamenty grube składają się z miozyny, której cząsteczki mają ogon oraz ruchome główki. W spoczynku tropomiozyna zasłania miejsca wiązania miozyny na aktynie.

Prążkowany obraz włókna wynika z regularnego ułożenia tych białek. Gdy zmienia się ich wzajemne położenie, całe włókno może skrócić się i wywołać ruch kończyny.

Jak przebiega skurcz mięśnia?

Ruch rozpoczyna impuls z kory ruchowej mózgu. Dociera on przez rdzeń kręgowy i neuron ruchowy do płytki nerwowo-mięśniowej, gdzie zakończenie aksonu uwalnia acetylocholinę. Neuroprzekaźnik pobudza sarkolemę, a fala depolaryzacji wnika do środka komórki przez kanaliki T.

Sygnał dociera do siateczki sarkoplazmatycznej. Zmagazynowane w niej wapno trafia do sarkoplazmy i łączy się z troponiną. Tropomiozyna zmienia położenie, odsłaniając aktynę dla główek miozyny.

Rozpoczyna się cykl mostków poprzecznych. Główka miozyny przyłącza się do aktyny, wykonuje ruch pociągający i odłącza się po związaniu ATP. Hydroliza ATP dostarcza energii do ustawienia główki w pozycji umożliwiającej kolejny cykl.

Skurcz mięśnia wymaga jednocześnie impulsu nerwowego, jonów wapnia oraz ATP. Brak któregokolwiek z tych elementów zatrzymuje przesuwanie aktyny i miozyny.

Po ustaniu pobudzenia wapń wraca do siateczki sarkoplazmatycznej. Tropomiozyna ponownie zasłania miejsca wiązania, a włókno przechodzi w rozkurcz.

Rodzaje skurczu

Mięsień może zmieniać długość, napięcie albo oba parametry naraz. W codziennym ruchu te mechanizmy często występują razem:

Za sterowanie pracą włókien odpowiada jednostka motoryczna. Tworzy ją jeden neuron ruchowy oraz wszystkie włókna, które unerwia. Mała jednostka motoryczna pozwala wykonywać precyzyjne ruchy dłoni, a większa w mięśniach uda rozwija znaczną siłę.

Jakie są rodzaje włókien mięśniowych?

W jednym mięśniu występują włókna o różnej szybkości skurczu i odporności na zmęczenie. Ich proporcje częściowo zależą od genów, lecz trening zmienia właściwości zwłaszcza włókien pośrednich typu IIa.

Włókna typu I wykorzystują głównie oddychanie tlenowe. Typ IIx czerpie energię przede wszystkim z glikolizy beztlenowej, podczas której glikogen dostarcza substratów do szybkiej produkcji ATP. W mięśniach posturalnych przeważają zwykle włókna wolnokurczliwe.

Jakie funkcje pełnią mięśnie szkieletowe?

Najbardziej widocznym zadaniem jest poruszanie kośćmi. Mięśnie współpracują jednak także przy stabilizacji stawów, oddychaniu i utrzymywaniu temperatury. Stałe, niewielkie napięcie mięśni posturalnych nazywa się tonusem mięśniowym.

• umożliwiają chodzenie, bieganie, skakanie i chwytanie,
• utrzymują ustawienie kręgosłupa, miednicy oraz kończyn,
• wspierają oddychanie dzięki przeponie i mięśniom międzyżebrowym,
• wytwarzają ciepło podczas drżenia i pracy ruchowej,
• magazynują glikogen i uczestniczą w regulacji stężenia glukozy,
• wspomagają powrót krwi żylnej, szczególnie w mięśniach łydek.

Pod względem kształtu wyróżnia się mięśnie długie, krótkie, szerokie i okrężne. Według funkcji są to między innymi zginacze, prostowniki, przywodziciele, odwodziciele, dźwigacze oraz mięśnie obniżające. Zginacz i prostownik często działają antagonistycznie, jak mięsień dwugłowy i trójgłowy ramienia.

Co dzieje się w chorobach mięśni?

Miopatie obejmują choroby wynikające z uszkodzenia tkanki mięśniowej. Często pojawia się obustronne osłabienie, zanik mięśni, obniżone napięcie oraz słabsze odruchy ścięgniste. Przyczyna może być genetyczna, zapalna, endokrynologiczna albo związana z działaniem leków.

Dystrofia mięśniowa należy do dziedzicznych miopatii. W dystrofii Duchenne’a i Beckera dochodzi do stopniowego włóknienia oraz otłuszczenia włókien. U dzieci pierwszym sygnałem bywają częste upadki między 3. a 5. rokiem życia, a w ciężkich przypadkach około 9.–10. roku życia może dojść do utraty zdolności chodzenia.

Zapalenie wielomięśniowe zwykle powoduje narastające osłabienie mięśni obręczy barkowej i biodrowej. Gdy towarzyszą mu zmiany skórne, rozpoznaje się zapalenie skórno-mięśniowe. Leczenie obejmuje farmakoterapię oraz fizjoterapię, dobrane do przyczyny i stanu chorego.