Muskuļi — apbrīnojami veidota konstrukcija
DZĪVĪBA tiek uzturēta ar kustību palīdzību. Piemēram, ar katru elpas vilcienu mūsu krūškurvis izplešas un saraujas, un sirds ritmiski pukst, nodrošinot mums dzīvību. Kas veic šīs kustības? Muskuļi!
Muskuļi ir stingri, elastīgi audi, kas ļauj ķermeņa daļām funkcionēt un dod mums iespēju izteikt savas domas un izjūtas darbībā. Lai ko mēs darām — smaidām, smejamies, raudam, runājam, ejam, skrienam, strādājam, spēlējamies, lasām vai ēdam —, muskuļi tiek likti lietā. Ir grūti iedomāties kādu darbību, kam nav nepieciešams neviens muskulis.
Cilvēka ķermenī ir apmēram 650 muskuļu. Vismazākie no tiem ir piestiprināti pie vissīkākajiem kauliņiem, kas atrodas ausī, bet vislielākie ir lielie gūžas muskuļi gūžas apvidū, kuri kustina kājas. Muskuļi, kas vīriešiem veido apmēram pusi, bet sievietēm — trešo daļu no ķermeņa masas, ir paredzēti darbam. Tie ir kā ”bioloģiski dzinēji”, kas ”ik dienas pārveido kustībā vairāk enerģijas nekā visi cilvēku izgudrotie dzinēji kopā, ieskaitot automašīnu motorus”, atzīmēja bioinženierijas profesors Džeralds Pollaks.
Pat tad, kad cilvēks atpūšas, viņa muskuļi ir ”kaujas gatavībā” — gatavi tūlīt pat sākt kustību. Jebkurā brīdī daļa šķiedru katrā muskulī ir sarāvušās jeb kontrahētas. Ja nebūtu šīs vieglās kontrakcijas, apakšžoklis atkarātos un iekšējie orgāni netiktu pietiekami balstīti. Arī tad, kad cilvēks stāv vai sēž, viņa muskuļi pastāvīgi izdara nelielas korekcijas, lai saglabātu ķermeņa pozu vai neļautu nokrist no krēsla.
Muskuļu veidi
Cilvēka ķermenī ir trīs muskuļu veidi. Katrs no tiem pilda citādu uzdevumu. Viens veids ir sirds muskulatūra, kas darbina sirdi. Sirds muskulis pusi sava mūža atpūšas, jo pēc katras kontrakcijas tam ir jāatslābst, līdz seko nākamā kontrakcija.
Nākamais muskuļu veids ir gludie muskuļi. Tie ietver lielāko daļu iekšējo orgānu, arī asinsvadus. Tāpat kā sirds muskulis, kas darbojas neatkarīgi no mūsu apziņas, gludie muskuļi nav pakļauti cilvēka gribas kontrolei. Tie veic dažādas dzīvībai svarīgas funkcijas, piemēram, virza šķidruma plūsmu caur nierēm un urīnpūsli, pārvieto uzturvielas pa gremošanas traktu, regulē asins plūsmu asinsvados, maina acu lēcu formu un izpleš acu zīlītes.
Lielākā daļa no visiem 650 muskuļiem ir skeleta muskuļi. Tie izpilda apzinātās kustības. Valdīt pār tiem cilvēks mācās kopš dzimšanas. Bērns, piemēram, mācās kustināt rokas un kājas tā, lai varētu staigāt un noturēt līdzsvaru. Tā kā muskuļi spēj tikai sarauties, skeleta muskuļi darbojas pa pāriem: kad viens muskulis saraujas, otrs atslābst. Ja nebūtu šādas sadarbības, katru reizi, kad cilvēks pakasa galvu, viņam būtu jāļauj, lai roku lejup novelk gravitācijas spēks. Turpretī tagad augšdelma trīsgalvu muskulis — augšdelma divgalvu muskuļa ”pārinieks” — saraujas, dodot iespēju veikli iztaisnot roku.
Pēc formas un izmēriem muskuļi ir ļoti dažādi. Daži ir gari un tievi, piemēram, ciskas divgalvu muskuļi, turpretī citi, piemēram, lielie gūžas muskuļi, ir resni un strupi. Tie visi ir domāti tam, lai mēs varētu kustēties. Ja nebūtu starpribu muskuļu, krūškurvis nespētu izplesties un sarauties. Ar šo muskuļu palīdzību krūškurvis kustas kā akordeons, uzturot elpošanu. Vēdera muskuļi, līdzīgi finiera loksnēm saplāksnī, ir izvietoti kārtās, kuru šķiedras iet dažādos virzienos, un tie neļauj vēdera dobuma orgāniem izspiesties uz āru.
Muskuļu un cīpslu vienotā darbība
Muskuļi, kas kustina kaulus, ir piestiprināti pie tiem ar izturīgiem, baltiem lentveida vai auklveida audiem, ko sauc par cīpslām. Tās iesniedzas dziļi muskuļos un savienojas ar saistaudiem, kas ietver muskuļu šķiedras. Šie saistaudi ļauj spēkiem, kas rodas muskuļos, pavilkt cīpslas un pārvietot kaulus. Visstiprākā cīpsla, ko dēvē par Ahilleja cīpslu, ir saistīta ar vienu no spēcīgākajiem cilvēka muskuļiem, kas atrodas kājas ikros. Ikru muskuļi darbojas kā amortizators. Kad cilvēks iet, skrien vai lec, tiem jāiztur vairāk nekā tonnu liela slodze.
Mūsu roku daudzveidīgās kustības ir vēl viens muskuļu un cīpslu sadarbības piemērs. Divdesmit apakšdelma muskuļu pārus ar daudzajiem rokas un pirkstu kauliem savieno garas cīpslas, kuras pie plaukstas pamatnes aptver šķiedraina saite. Šie un vēl 20 citi muskuļi, kas sedz delnu un pirkstus, piešķir cilvēka rokai to apbrīnojamo izveicību, kas vajadzīga, lai saliktu kopā smalka rokas pulksteņa sīkās detaļas vai satvertu cirvja kātu un saskaldītu malku.
Vairāk nekā 30 sejas muskuļu
Seja atspoguļo mūsu iekšējo pasauli izteiksmīgāk par jebkuru citu ķermeņa daļu. Lai padarītu iespējamas visdažādākās sejas izteiksmes, Radītājs ir apgādājis seju ar lielu skaitu muskuļu — kopumā to ir vairāk nekā 30. Tam vien, lai pasmaidītu, mums ir vajadzīgi veseli 14 muskuļi!
Daži sejas muskuļi ir ļoti spēcīgi, piemēram, tie, kas kustina žokli un, lai sakošļātu ēdienu, spēj attīstīt 75 kilogramu spēku. Citi ir pavisam smalki, tomēr izturīgi, kā, piemēram, muskuļi, kas vairāk nekā 20 000 reižu dienā virina plakstiņus, mitrinot acis ar šķidrumu, kurš aizskalo netīrumus un mikrobus.
Pārsteidzoša konstrukcija
Visi muskuļi ir veidoti tā, lai tie varētu vienmērīgi sarauties. Skeleta muskuļu saraušanās mehānismam jābūt tādam, lai, ceļot spalviņu, nebūtu jāpieliek tikpat liels spēks, kā ceļot 10 kilogramu smagu nastu. Kā tas ir panākts? Pacentīsimies noskaidrot.
Katrs muskulis sastāv no atsevišķām šūnām. Tā kā muskuļu šūnām ir izstiepta forma, tās sauc par šķiedrām. Vienas šķiedras ir gaišākas, bet citas — tumšākas. Gaišākās dēvē par ātrajām šķiedrām. Tās tiek izmantotas lielas, bet īslaicīgas piepūles gadījumā, piemēram, paceļot smagu nastu vai skrienot 100 metru distanci. Ātrās muskuļšķiedras spēj attīstīt lielu spēku, un to enerģijas avots ir polisaharīds glikogēns. Taču tās ātri nogurst un var pat sarauties krampjos un sāpēt, uzkrājoties pienskābei.
Tumšākās muskuļšķiedras — lēnās šķiedras — darbina aerobā (ar skābekli saistītā) vielmaiņa. Tā kā lēnās šķiedras ir bagātīgāk apasiņotas un tām ir lielāka aerobā enerģija nekā ātrajām šķiedrām, tās izceļas ar izturību.
Vēl viena veida muskuļšķiedras ir nedaudz tumšākas par gaišajām, ātrajām šķiedrām. Tās ir līdzīgas ātrajām šķiedrām, taču labāk spēj pretoties nogurumam. Enerģijas ražošanai tās sekmīgi izmanto gan glikogēnu, gan skābekli, tāpēc tad, kad jāveic ilgstošs un intensīvs darbs, visticamāk, tiek iesaistītas tieši šīs muskuļšķiedras.
Muskuļi sastāv no šo dažādo šķiedru kombinācijas, kuras proporcijas atkarībā no indivīda un no muskuļu veida ir atšķirīgas. Garo distanču skrējējiem kāju muskuļos mēdz būt 80 procenti lēno šķiedru, turpretī sprinteriem — vairāk nekā 75 procenti ātro šķiedru.
Nervi ierosina darbību
Visas muskuļšķiedras aktivē nervi. Kad tie sūta impulsus uz muskuļiem, muskuļi reaģē saraujoties jeb kontrahējoties. Taču ne visas šķiedras muskulī saraujas vienlaicīgi. Muskuļšķiedras ir sakārtotas motoriskajās vienībās. Motorisko vienību veido daudzas šķiedras, kurām pievienots viens nervs, kas tās kontrolē.
Dažās motoriskajās vienībās, piemēram, tajās, kas ietilpst kāju muskuļos, ar vienu nervu ir savienots vairāk nekā 2000 šķiedru, turpretī acs muskuļu motoriskajās vienībās viens nervs kontrolē tikai trīs šķiedras. Jo mazāk šķiedru ir motoriskajā vienībā un jo vairāk motorisko vienību ir muskulī, jo labāk koordinētas, precīzākas kustības iespējams izdarīt, piemēram, var izpildīt tās kustības, kas nepieciešamas, lai ievērtu adatā diegu vai spēlētu klavieres.
Paceļot spalviņu, saraujas tikai dažas motoriskās vienības, bet, kad jāpaceļ kāds smags priekšmets, īpaši receptori, kas atrodas muskuļšķiedrās, zibensātrumā sūta signālu smadzenēm un tiek iedarbināts lielāks skaits motorisko vienību, tā palielinot spēku, ar kādu tiek celta nasta. Ejot lēnā gaitā, darbojas tikai daļa motorisko vienību, turpretī skrienot tiek stimulēts krietni vairāk motorisko vienību un palielinās tām noraidīto impulsu biežums.
Sirds muskulatūra atšķirībā no skeleta muskulatūras saraujas pēc principa ”visu vai neko”. Ja sirds muskulī tiek uzbudināta viena šūna, uzbudinājums izplatās pa visām šūnām, izraisot visa sirds muskuļa vienlaicīgu saraušanos, kam seko pilnīga atslābšana, un tas atkārtojas apmēram 72 reizes minūtē.
Gludie muskuļi lielā mērā darbojas līdzīgi sirds muskulim — kad saraušanās ir sākusies, saraujas viss muskulis. Bet šie muskuļi var nenogurstot palikt kontrahētā stāvoklī ilgāk nekā sirds muskulatūra. Gludie muskuļi parasti nemaz neatgādina mums par savu eksistenci, kamēr negadās piedzīvot tādas sajūtas kā bada izraisītas sāpes vai spēcīgās dzemdību kontrakcijas.
Vingriniet savus muskuļus
”Fiziski vingrinājumi nāk par labu itin visam organismam. [..] Ja muskuļus regulāri vingrina, tie labāk pilda visas savas funkcijas,” sacīts grāmatā Muscles: The Magic of Motion (Muskuļi. Kustību maģija). Fizisks treniņš uzlabo muskuļu tonusu, un līdz ar to tiek labāk balstīti iekšējie orgāni un muskuļi spēj labāk pretoties nogurumam.
Muskuļiem ir noderīga divu veidu fiziska slodze. Anaerobisks treniņš, piemēram, hanteļu cilāšana neilgu laiku reizi dienā, padara muskuļus spēcīgākus. Stiprāki muskuļi ne tikai uzkrāj vairāk glikozes un taukskābju, bet arī spēj efektīvāk patērēt šīs izejvielas enerģijas ražošanai, tāpēc tie ir izturīgāki pret nogurumu.
Aerobiski vingrinājumi, kā lēns skrējiens, peldēšana, riteņbraukšana un soļošana, uzlabo vispārējo fizisko sagatavotību. Tāds izturības treniņš veicina muskuļu apgādi ar asinīm un palielina mitohondrijus, kas ražo ATF, ar enerģiju bagātu ķīmisku savienojumu, kurš nepieciešams, lai muskuļi varētu sarauties. Šāds treniņš sevišķi nāk par labu sirdij un pat palīdz izsargāties no infarkta.
Muskuļu liekšana un stiepšana pirms intensīva treniņa ļauj novērst sastiepumus un citus muskuļu bojājumus. Šādi iesildīšanās vingrojumi paaugstina muskuļos temperatūru, līdz ar to muskuļi tiek bagātīgāk apasiņoti, un tas savukārt palīdz fermentiem ražot vairāk enerģijas, nodrošinot muskuļiem labāku spēju sarauties. Noslēdzot treniņu ar tiem pašiem vingrinājumiem, kas tika izpildīti iesildoties, var novērst muskuļu sāpes un stīvumu, jo šie vingrojumi palīdz atbrīvoties no pienskābes, kas uzkrājusies muskuļos.
Taču jāņem vērā, ka pārmērīga fiziska slodze, it īpaši, ja cilvēks nav trenēts, var izraisīt skeleta muskuļu bojājumus. Tāpat, ja muskuļi tiek pārslogoti ar atkārtotām kontrakcijām, kuru laikā muskulis tiek iestiepts (tas var notikt, piemēram, lēni liecoties uz leju ar lielu smagumu vai skrienot no kalna), pastāv risks saraut muskuļšķiedras. Pat neliels pārslodzes dēļ radies pārrāvums var izraisīt sāpīgas muskuļu spazmas un iekaisumu.
Rūpējieties par saviem muskuļiem. Pienācīgi vingriniet tos un nodrošiniet tiem pietiekamu atpūtu, lai muskuļi arī turpmāk varētu jums kalpot kā lieliski konstruēts dzinējs, kā jūsu ķermeņa ”nepārspējamais motors”.
[Izceltais teksts 20. lpp.]
Mūsu ķermenī ir apmēram 650 muskuļu. Lielākie no tiem ir lielie gūžas muskuļi, kas kustina kājas
[Papildmateriāls 24. lpp.]
Muskuļi un uzturs
Lai muskuļi būtu veseli, liela nozīme ir pareizam uzturam. Pārtikas produkti, kas bagāti ar kalciju, piemēram, piena produkti, un kāliju, piemēram, banāni, kā arī citrusaugļi, žāvēti augļi, tumši dzeltenie dārzeņi, rieksti un sēklas palīdz regulēt muskuļu kontrakcijas. Maize no rupja maluma miltiem un putraimu izstrādājumi apgādā organismu ar dzelzi un B grupas vitamīniem, īpaši ar B1 vitamīnu, kas nepieciešams, lai ogļhidrātus, olbaltumvielas un taukvielas pārvērstu ”degvielā”, no kuras muskuļi ražo enerģiju. Dzerot daudz ūdens, ne tikai labāk tiek uzturēts elektrolītu līdzsvars organismā, bet arī tiek aizskalota projām pienskābe un citi vielmaiņas galaprodukti, kas var apgrūtināt muskuļu darbību.
[Papildmateriāls/Shēma 22., 23. lpp.]
BRĪNUMAINAIS MUSKUĻU SARAUŠANĀS MEHĀNISMS
Muskuļa darbība var šķist vienkārša, taču saraušanās mehānisms īstenībā ir apbrīnas cienīgs. Profesors Džeralds Pollaks raksta: ”Es nevaru neizjust bijību, redzot, cik mākslinieciski ir veidotas dabas konstrukcijas. Ķīmiskās enerģijas pārvēršana mehāniskajā enerģijā ir panākta tik atjautīgi, gribētos pat teikt — tik saprātīgi, ka atliek vienīgi pabrīnīties.”
Ņemsim talkā elektronu mikroskopu, lai ielūkotos sarežģītajā muskuļa saraušanās mehānismā un tuvāk noskaidrotu, kā darbojas šī konstrukcija, ko tik meistarīgi veidojis mūsu Radītājs.
Katra muskuļšūna jeb šķiedra būtībā ir kūlītis, kas sastāv no vēl smalkākām šķiedriņām, miofibrillām, kuras izkārtotas paralēli cita citai. Katrā miofibrillā ir tūkstošiem miofilamentu, sīciņu pavedienu, no kuriem vieni ir resnāki, bet otri — tievāki. Resnākie miofilamenti satur miozīnu, bet tievākie — aktīnu: tās ir olbaltumvielas, ar kuru palīdzību muskuļšūna saraujas.
Ikvienas muskuļšķiedras virsmā ir iedobums, kurā iesniedzas no muguras smadzenēm atzarojušās nervu šķiedras gals. Lai muskuļi sāktu kustību, vispirms smadzenes dod komandu un šis signāls ar miljoniem centrālās nervu sistēmas šūnu starpniecību sasniedz nerva galu. Kad nerva gals tiek uzbudināts, atveras vairāk nekā 100 mazu pūslīšu, no kuriem izplūst ķīmiska viela, kas, nonākot saskarē ar muskuļšūnas membrānu, nodod tālāk nerva pārraidīto uzbudinājuma impulsu. Tas rada elektriskās aktivitātes vilni, kas uzbudina visu muskuļšūnu, liekot šūnas membrānai laist cauri elektriski lādētas daļiņas, kalcija jonus, kuri ierosina mehānisko saraušanās procesu.
Pa sīku caurulīšu tīklu kalcija joni izplatās visā muskuļšķiedrā un nonāk saskarē ar dažādām olbaltumvielām. Kaut kādā veidā kalcija jonu iedarbība uz šīm olbaltumvielām tievajos aktīna filamentos atbrīvo olbaltumvielu saistīšanās vietas, kas līdz tam bijušas bloķētas.
Tajā pašā laikā tiek iedarbināti noapaļotu veidojumu pāri, kas liecas uz āru no resnā miozīna filamenta un kam galos atrodas ar enerģiju bagātais savienojums ATF. Viens no šiem miozīna filamenta galvas veidojumiem piestiprinās brīvajai saistīšanās vietai uz aktīna filamenta, izveidojot šķērstiltiņu, bet otrs sašķeļ ATF un atbrīvo pietiekami daudz enerģijas, lai šķērstiltiņš pavilktu vai paslidinātu aktīna filamentu uz priekšu gar miozīna filamentu vai pāri tam. Līdzīgi komandai, kas velk virvi, pārtverot to no rokas rokā, miozīna galvas atlaiž savu tvērienu un no jauna pievienojas aktīna pavedienam gabaliņu tālāk, visu laiku velkot to miozīna filamenta centra virzienā. Šī darbība tiek atkārtota, līdz saraušanās ir pabeigta. Visai šai ķēdes reakcijai nepieciešamas tikai dažas sekundes tūkstošdaļas.
Kad saraušanās ir pabeigta, kalcijs atgriežas muskuļšūnas membrānā, ”atvērtās” piesaistīšanās vietas aktīna filamentā atkal ”aizveras” un muskuļšķiedra atslābst līdz tam brīdim, kad tā atkal saņem uzbudinājuma impulsus. Jā, mēs patiešām esam ’tik brīnišķi radīti’! (Psalms 139:14.)
[Shēma]
(Pilnībā noformētu tekstu skatīt publikācijā)
Mūsu muskuļi būtībā ir kārtu kārtās izvietotu šķiedru kūlīšu sakopojums
Resnie un tievie miofilamenti (daudzkārt palielināti)
Miofibrilla
Miofibrillu kūlītis
Muskuļšķiedra
Muskulis
[Attēls 21. lpp.]
(Palielināts 2 reizes)
Vismazākie muskuļi ir piestiprināti pie vissīkākajiem kauliņiem, kas atrodas ausī
[Attēls 21. lpp.]
Lai pasmaidītu, vajadzīgi veseli 14 muskuļi!
[Attēls 21. lpp.]
Muskuļi ļauj mums mirkšķināt acis vairāk nekā 20 000 reižu dienā
[Attēls 24. lpp.]
Sirds muskulis saraujas un atslābst aptuveni 72 reizes minūtē jeb 2,6 miljardus reižu vidēji gara mūža laikā
[Attēls 24. lpp.]
Anaerobiska slodze
[Norādes par attēlu autortiesībām 20. lpp.]
Cilvēks, 20. lpp.; acs, 21. lpp.; sirds, 24. lpp.: The Complete Encyclopedia of Illustrations/J. G. Heck