Skurcze – skąd się biorą

Skurcze, a właściwie kurcze to w zasadzie nic nadzwyczajnego. Nawet można stwierdzić, że są niezbędne do funkcjonowania ludzkiego organizmu. Bez kurczy nie moglibyśmy się nie tylko poruszać, ale bez nich nie mogłyby funkcjonować nawet nasze organy jak jelita czy serce. W tym artykule zajmiemy się jednak głównie skurczami mięśni poprzecznie prążkowanych. Opowiemy sobie o tym, jak dochodzi do kurczy oraz dlaczego powstają one mimowolnie i są bolesne.

Słowem wstępu

W ludzkim organizmie występują trzy typy tkanki mięśniowej.

Mięśnie poprzecznie prążkowane (inaczej szkieletowe) – to te najbardziej związane z ruchem. Nazwę zawdzięczają swojej budowie – występowaniu jaśniejszych i ciemniejszych krążków.

Mięśnie gładkie – to mięśnie występujące w ścianach naczyń krwionośnych, jelit oraz przewodu pokarmowego i również oka. Posiadają one zdolność kurczenia się, jednak taki skurcz nie jest gwałtowny i może utrzymać się przez dłuższy czas.

Mięsień swoisty serca – jak się nietrudno domyślić, występuje w sercu. Pracuje nieprzerwanie przez całe życie. Jego skurcze pozwalają pompować krew.

Skurcze, z którymi kojarzymy m.in. mocny ból w łydkach w nocy lub podczas wysiłku powstaje z mięśniach poprzecznie prążkowanych. Aby zrozumieć, dlaczego dochodzi do skurczu, skupimy się na dokładniejszym opisie pracy tych mięśni.

Mięśnie poprzecznie prążkowane

Mięśnie poprzecznie prążkowane są to te najbardziej kojarzone z mięśniami struktury, znajdujące się bezpośrednio pod skórą. Zaliczyć do nich możemy np. biceps, mięsień czworogłowy uda czy mięśnie brzucha. Są elastyczne, pobudliwe, dzięki czemu się kurczą.

Przy okazji tematu o zakwasach mogliśmy poznać budowę mięśnia. Na obrazku w tamtym artykule możesz dokładnie przeanalizować to, o czym za chwilę napiszę.

Mięśnie składają się z mniejszych struktur, tak zwanych włókien mięśniowych. Wnętrze włókna jest prawie całkowicie wypełnione włóknami kurczliwymi. Każde włókno składa się z licznych i drobniejszych włókien zwanych mikrofibrylami lub miofilamentami. 

Skurcze są czymś naturalnym

Podstawową pracą mięśnia jest jego jego praca w zakresie kurczenia i rozkurczenia. Mięsień zaktywowany do skurczu skraca się lub próbuje się skrócić. Wtedy dochodzi do jednej z trzech sytuacji:

• skurcz powoduje pociągnięcie przyczepów mięśniowych (do kości) do siebie czego konsekwencją jest ruch części ciała. Jest to tzw. ruch koncentryczny, inaczej zwany izotonicznym,
• skurcz powoduje oddalanie od siebie przyczepów mięśniowych. Zachodzi proces odwrotny do ruchu koncentrycznego, czyli wydłużanie mięśnia. Jest to ruch ekscentryczny,
• nie dochodzi do ruchu, ponieważ wystąpiły równocześnie skurcze w przeciwnych grupach mięśni np. zginacz i prostownik. Jest to skurcz, którego wynikiem jest bezruch tzw. skurcz izometryczny.

Jak dochodzi do skurczu?

Do skurczu dochodzi w najmniejszym elemencie mięśnia, czyli w sarkomerze. Pojedyncza komórka mięśni prążkowanych może zawierać do 100 000 sarkomerów. Najprościej ujmując, sarkomer jest najmniejszą strukturą odpowiedzialną za zmianę długości mięśnia. Sakromer jest w istocie złożonym kompleksem kilkunastu białek, które tworzą dwa podstawowe filamenty:

• filamenty grube, składające się z miozyny i tityny,
• filamenty cienkie, składające się z aktyny, troponiny i tropomiozyny.

Wzajemne oddziaływania między tymi filamentami pod wpływem jonów wapnia, powodują skurcz sarkomerów i co za tym idzie również skurcz całych mięśni.

• Pojedynczy sarkomer ograniczony jest dwoma błonami, nazywanymi prążkami Z. To właśnie przestrzeń między tymi błonami wypełniają białka aktyny i miozyny, o których mogłeś już przeczytać w artykule o zakwasach.
• Nitki miozyny umieszczone są wewnątrz prążków Z i ułożone są równolegle do siebie oraz osi długiej sarkomeru. To te grubsze czerwone linie.
• Miozyna wypełnia środkową część sarkomeru i nie styka się z prążkami Z.
• Z prążkami Z styka się natomiast aktyna – cieńsze czerwone limie. Końce nitek aktyny ułożone pomiędzy dwoma „prążkami Z” nie stykają ze sobą i przeplatają się między nitkami miozyny.
• Prążek I sarkomeru to przestrzeń, gdzie występują wyłącznie nitki aktyny – niezależnie od długości mięśnia wywołanej skurczem (napięciem).
• Analogicznie przestrzeń, gdzie nie występują wyłącznie nitki miozynowe, to przestrzeń H sarkomeru.
• Na końcach nitek miozyny – części wspólnej z nitkami aktynowymi znajdują się jeszcze tzw. mostki poprzeczne i to właśnie one odpowiadają za „wciąganie” nitek miozynowych, co doprowadza do napinania mięśni.
• Warto zauważyć, że podczas skurczu mięśnia szerokość prążka A nie ulega zmianie. Za zmianę długości sarkomeru odpowiadają prążki Z i H. Mówiąc najprościej, podczas skurczu / napięcia mięśniowego nitki aktyny wsuwają się głębiej między nitki miozyny.

Tak pracują nasze mięśnie. Każde włókno mięśniowe, których w każdym mięśniu są tysiące, zawiera do 100 tys. pracujących w ten sposób sarkomerów. Właśnie ta praca sprawia, że chodzimy, biegamy, jeździmy na rowerze, podnosimy ciężary czy zginamy ręce i palce.

Skąd się biorą bolesne mimowolne skurcze?

Wiedząc już, jak dochodzi do skurczu, spróbujemy teraz odpowiedzieć na pytanie, dlaczego czasami dochodzi do mimowolnych bolesnych napięć mięśni.

Mimo, że skurcze mięśni są tak powszechne, trudno określić ze stuprocentową pewnością, skąd się biorą. Specjalista ds. mięśni, przewodniczący Wydziału Fizjologii i Biofizyki Komórkowej na Columbia University College of Physicians and Surgeons, dr Andrew Marks twierdzi, że naprawdę nie ma przekonującego biologicznego wyjaśnienia mimowolnych skurczów mięśni. Pikanterii tej teorii dodaje fakt, że publikacje medyczne raczej omijają ten temat i nie dają jasnych wyjaśnień.

Dr Martin Schwellnus, specjalista medycyny sportowej na Uniwersytecie Cape Town, który obok dr Marksa zabrał głos w dyskusji na temat skurczy mięśnia na łamach New York Timesa, sugeruje, że prawdziwą przyczyną skurczy jest brak równowagi między sygnałami nerwowymi pobudzającymi mięsień, a tymi, które hamują jego skurcze. Ta nierównowaga jego zdaniem pojawia się, gdy mięsień zostaje nadwyrężony. 

W moim przekonaniu nadwyrężenie, czyli zmęczenie mięśnia następuje, gdy brakuje mu wartości odżywczych, co spowodowane jest przemęczeniem, przetrenowaniem czy nawet nieodpowiednim stylem życia.

Co dokładnie wywołuje bolesny skurcz?

Nie byłoby możliwe wzajemne oddziaływanie miozyny i aktyny, a tym samym skurcz / praca mięśnia bez troponiny oraz tropomiozyny. Są to dwa bardzo ważne białka, które odziałują na pracę aktyny i miozyny. Ale po kolei.

Mówiąc w uproszczeniu, troponina otacza aktynę, w konsekwencji czego podczas spoczynku mięśnia nie pozwala jej oddziaływać na miozynę. Dopiero podczas impulsu nerwowego, sygnalizującego, że mięsień powinien się skurczyć następuje wyrzut wapnia z siateczki śródplazmatycznej znajdującej się w włóknie mięśniowym. Wtedy tropomiozyna zmienia swój kształt i „ciągnąc” za sobą troponinę odsłania aktynę, która wchodzi w reakcję z miozyną i tym samym dochodzi do skurczu / ruchu koncentrycznego mięśnia. 

Być może zastawiasz się, dlaczego tak szczegółowo skupiłem się na bardzo szczegółowym opisie pracy mięśnia.

Cel jest jeden. Bardzo mi zależy, abyś odkrył źródło powstawania skurczu. Tym źródłem według najnowszych teorii jest wapń. Gdy stężenie wapnia jest duże we włóknach mięśniowych, wtedy praca mięśnia jest niezachwiana. Wysokie stężenie wapnia doskonale oddziałuje na tropomiozynę. Mimo nawet dostatecznie dużego stężenia wapń w komórkach mięśniowych bardzo szybko się rozkłada – ulatnia, przez co troponina po kilku milisekundach wraca do stanu początkowego i proces rozpoczyna się od nowa. Takie właśnie cykliczne działanie sprawia, że chodzimy, biegamy, pływamy itd.

I w tym momencie w końcu dochodzimy do sedna. Gdy stężenie wapnia jest niskie, wtedy występuje patologia i proces skurczu jest zachwiany. Impuls nerwowy, nakazujący skurcz mięśnia, próbuje uwolnić wapń, jednak jego zbyt niskie stężenie powoduje nadaktywność zakończeń nerwowych. Sytuacja ta jest podobna do tej, gdy zatnie nam się zamek w drzwiach. Próbujemy nerwowo kilkukrotnie szybciej przekręcać kluczyk, licząc na to, że to pomoże. Tak i tu przy niskim stężeniu wapnia jego wydzielana ilość jest zbyt niska i następują kolejne mimowolne impulsy, chcące zwiększyć jego ilość. Ostatecznie tych impulsów jest zbyt wiele, przez co dochodzi do „zacięcia” pracy sarkomeru i w konsekwencji występuje bolesny kilku- / kilkunastosekundowy skurcz mięśnia.

Liczę, że teraz jest już rozumiesz i potrafisz wyobrazić sobie proces skurczu, kiedy to zmęczony mięsień dysponuje zbyt niskim stężeniem wapnia, co w konsekwencji powoduje nadaktywność zakończeń nerwowych.

Jak nie dopuszczać do skurczy

Wciąż pokutuje teoria, jakoby to niedobór magnezu odpowiadał za skurcze. Myślę, że dogłębne przeanalizowanie opisanego wyżej procesu skurczów, ułatwia zrozumienie tego, jak bardzo dieta bogata w wapń jest w stanie zminimalizować występowanie mimowolnych skurczy. Oczywiście odpowiedni poziom magnezu i potasu również wpływa na prawidłowa pracę mięśni czy układu nerwowego. Jednak to wapń ponosi największą odpowiedzialność za mimowolne skurcze. Dlatego powinniśmy zadbać, aby nasza dieta była bogata w produkty zawierające dużą ilość tego pierwiastka. Poniżej przedstawiam produkty z największą ilością wapnia: