Základy svalové kontrakce

Svalová kontrakce a udržování tonusu je základní vlastností svalu u většiny mnohobuněčných živočichů. Kosterní sval se skládá ze svalových vláken o délce až 40 cm a průměru 10 - 150 mikrometrů.

Z hlediska chemického složení obsahuje lidský sval 75% vody, 24% organických látek a 1% látek anorganických. Z organických látek jsou nejdůležitější kontraktilní bílkoviny myozin a aktin, červené barvivi myoglobin, které zajišťuje dýchání buněk, prostřednictvím vázání O₂, enzymy a rezervní látky, glykogen a makroergní fosfáty, které slouží jako energetický zdroj pro svalovou kontrakci. Z anorgatických látek jsou důležité ionty draslíku, vápníku regulující vlastní svalový stah a následný proces relaxace.

Z hlediska stavby svalového vlákna je na povrchu sarkolema - buněčná blána, svalová vlákna jsou obklopena pojivem s cévami a nervy, svalová vlákna obepíná fascie (pojivová pochva). Uvnitř svalového vlákna je sarkoplasma, která obsahuje buněčné organely, tj. jádra pod sarkolemou (v 1 mm délky vlákna asi 40 jader), kontraktivní elementy myofibrily, sarkoplazmatické retikulum, Golgiho komplex a mitochondrie.

Myofibrily jsou stažlivé struktury o průměru asi 1 mikrometr. Jeví charakteristické příčné pruhování, vznikající střídáním jednolomné a dvoulomné zóny, jejichž podkladem je uspořádání tenkých a tlustých filamentů aktinu a myozinu. Uprostřed jednolomné zóny je tmavá destička Z linie (telofragma). Úsek ohraničený dvěma Z liniemi (2 - 3 mikrometry) je nazývána sarkomerem a tvoří nejmenší jednotku stažlivosti svalového vlákna (obrázek 1 - struktura kosterního svalu) (obrázek 2 - detail).

V roce 1974, byla studována vlákna žabího svalu za použití interferenčního mikroskopu . Bylo zjištěno, že I zóna se zužuje a A pruh zachovává délku. Jev byl vysvělen posuvným pohybem filamentů aktinu a myosinu proti sobě. Přitom se současně tvoří příčné můstky mezi oběma typy filamentů, a to za současného stěpení ATP pomocí myozinové atpázy jako energetického zdroje pro konfrontační změny molekul nutných pro pohyb můstků . Reverzibilní zkrácení svalu může dosáhnout až 65% klidové délky. Pro excitaci kontrakce svalových vláken je nezbytné uvolnění iontů vápníku a jejich vazba na regulační bílkovinu troponin, naopak v procesu relaxace po vymizení akčního potenciálu dochází k jejich reabsorpci pomocí Ca ²⁺ pumpy. Proces relaxace svalu je podmíněn resyntézou ATP.

Již v roce 1939 bylo objeveno, že myosin má enzymovou aktivitu, tj. je schopen štěpit ATP. Další studie prokázaly, že štěpení ATP je bezprostředním energetickým zdrojem pro svalovou kontrakci. Z hlediska biochemie svalové kontrakce je energie potřebná k funkční činnosti kosterního svalu ve smyslu resyntézy ATP poskytována 4 typy pochodů

1) tvorbou ATP z CP (kreatinfosfátu)

2) tvorbou ATP ze 2 molekul ADP (myokinázová reakce)

3) tvorboa ATP při anaerobní glykolýze glycidů (glygogen, glukóza), kdy konečným produktem je kyselina mléčná

4) tvorba ATP v aerobním cyklu kyseliny citrónové (glykogen, glukóza, lipidy, aminokyseliny), kdy konečnými produkty jsou H₂O a CO₂ a močovina

Bylo vypočítáno, že jedno vazebné místo je schopno štěpit 70 mol. ATP za sekundu. Jedna molekula ATP je štěpena na spoji každých 12 nm pohybu aktinu po myozinu. Při stěpení jedné molekuly ATP za vzniku ADP se uvolní přibližně energie v rozsahu 30 - 50 kJ.

Energetické zásoby v lidském těle a maximální rychlosti tvorby ATP při fyzickém zatížení

ATP - adenozintrifosfát, CP - kreatinfosfát, vh - vlhká hmotnost tkáně, kalkulováno pro 20 kg zatěžované svalové hmoty

podle Houstona 1978, Jonese 1983
v Melichna, J.: Pohyb a morfologická adaptabilita kosterního svalu. Karolinum, Praha 1990

O kapacitě jednotlivých metabolických pochodů, kterými získává svalová buňka energii pro svoji činnost rozhoduje:

1) množství živin čili makroergních substrátů ve svalu nebo v organismu dostupných (zejména glykogen, CP)

2) aktivita enzymů, které příslušné metabolické cykly katalyzují (např. glykolýzu nebo cyklus trikarbonových kyselin)

3) regulační mechanismy (neurohumorální aj.)

Použitá literatura:

1. Choutka, M. - Dovalil, J.: Sportovní trénink. Olympia, Praha 1991
2. Fořt, P.: Výživa a sport. Olympia, Praha 1990
3. Fořt, P.: Výživa nejen pro kulturisty. Svět kulturistiky - Ivan Rudzinskyj, Pardubice 1996
4. Havlíčková, L. a kolektiv: Fyziologie tělesné zátěže I. Karolinum, Praha 1994
5. Kábrt, J. - Chlumská E.: Lékařská terminologie. Avicenum, Praha 1988
6. Linc, R. - Doubková, A.: Anatomie hybnosti. H & H, Jinočany 1993
7. Melichna, J. a kolektiv: Fyziologie tělesné zátěže II. - Speciální část - 2. díl. Karolinum, Praha 1995
8. Melichna, J.: Pohyb a morfologická adaptabilita kosterního svalu. Karolinum, Praha 1990
9. Schreiber, V.: Život s hormony. H & H, Jinočany 1992
10. . Šimek, J.: Čísla o lidském těle a jak jim rozumět. Victoria Publishing a. s., Praha 1995