►> POHYBOVÁ SOUSTAVA SVALY A TYPY SVALOVÝCH VLÁKEN Cíl přednášky ♦ stavba svalu, svalové vlákno a miofibrily ♦ základy svalové kontrakce ♦ typy svalových vláken, ukázka u různých sportovců ♦ diagnostika svalových vláken Typy svalů Kosterní svalová tkáň ♦ ovládaná vůlí; vědomě kontrolovaný ♦ přes 600 svalů Srdeční svalová tkáň ♦ neovládaný vůlí, pracuje s asistencí nervového a endokrinního systému Hladká svalová tkáň ♦ vegetativní svaly; ovládané nevědomě ♦ ve stěnách cév a vnitřních orgánů STRUKTURA KOSTERNÍHO SVALU ŠLACHA KOST SVALOVÁ VLÁKNA SVALOVÉ VLÁKNO MYOFIBRILA Epimysium Endomysium Perimysium SVALOVÝ SNOPEC JADRA SVALOVÉ VLÁKNO (buňka) MITOCHONDRIE MYOFIBRILA SARKOLEMA JADRO OTEVŘENÉ T-TUBULY band A band SARKOPLAZMA Z line Terminal Transverse cisternae tubules Sarcoplasmic reticulum TRIADA Svalové vlákno ♦ Svalová buňka se nazývá svalové vlákno. ♦ Svalové vlákno je ohraničeno plazmatickou membránou nazývanou sarkolema. ♦ Cytoplazma svalového vlákna se nazývá sarkoplazma. ♦ Uvnitř sarkoplazmy, T-tubuly umožňují transport aktivních látek ke svalovému vláknu. ♦ Sarkoplazmatické retikulum obsahuje kalcium. MIKROSNIMEK MYOFIBRIL USPOŘÁDÁNÍ FILAMENT AKTIN MYOZIN I-PROUZEK A-PROUZEK USPOŘÁDÁNÍ FILAMENT V SARKOMEŘE TROPONIN ¥ ¥ AKTIN SfflBS ■ ■ AKTINOVE VLÁKNO TROPOMYOZIN MYOZIN :'-':■' ■ MYOZINOVE VLÁKNO . .. ■ ■ Z disk Titin M-LINIE Nebulin AKTINOVE VLÁKNO TROPONIN TROPOMYOZIN MOTORICKÁ JEDNOTKA MOTONEURON V -W u Alpha motor neuron (cell body) A Axon hillock U Direction of propagation I of action \ potential T"\ Dendrites Terminal branches MOTORICKÁ JEDNOTKA NERVOSVALOVA PLOTEN KA Myofibrily ♦ Myofibrily jsou kontraktilní jednotky kosterních svalů, sval tvoří několik stovek až tisíc myofibril. ♦ Myofibrily se skládají ze sarkomer, nejmenších funkčních jednotek svalu. ♦ Sarkomera se skládá z vláken dvou bílkovin, myozin a aktin, které jsou zodpovědné za svalovou kontrakci. ♦ Myozin je tenké vlákno s kulovitými hlavičkami na jednom konci. ♦ Aktinové vlákno tvoří: aktin, tropomyozin, a troponin (připojeno k Z disku). Podráždění/Kontrakce 1. Motoneuron, vysílající signály z mozku nebo míchy, uvolňuje mediator (neurotransmitér) tzv. acetylcholin (Ach) z nervosvalové ploténky. 2. Navázáním ACh na receptor způsobí v membráně otevření kanálů pro sodné ionty, a vyvolá tak vznik akčního potenciálů svalové buňky. 3. Akční potenciál se šíří po sarkoleme a skrz T-tubuly k sarkoplazamtickému retikulu, pak se do sarkoplazmy vylijí ionty Ca2+. 4. Ca2+ ionty se váží na troponin na aktinovém vláknu, troponin změní svoji prostorovou konfiguraci a umožní tropomyozinu zanořit se mezi vlákna aktinu, a odkrýt tak jeho aktivní místa. Podráždění/Kontrakce 5. Po těchto aktivních místech se „natahují" hlavy myozinu, kloužou po nich a vytvářejí spojení neboli můstky mezi aktinem a myozinem. 6. Myozinové vlákno tak aktivně přitahuje dvě aktinová vlákna zakotvená do protilehlých Z-proužků, a tím k sobě tyto proužky přitahuje. 7. Výsledkem je zkrácení sarkomery, zkrácení myofibrily, a tím i zkrácení svalu čili svalový stah. 8. Na konci svalové akce jsou vápenaté ionty aktivně pumpována zpět do plazmatického retikula, kde zůstanou uskladněna do příchodu dalšího akčního potenciálu. NERVOSVALOVÝ PŘENOS Terminal cisternae MOTONEURON SARKOPLAZAMTICKE RETIKULUM Axon terminal Synaptic cleft ACH RECEPTOR TROPOMYOZIN Active site MYOZINOVE HLAVICE KONTRAKCE SVALOVÉHO VLÁKNA ■v r UVOLNENE SVALOVÉ VLÁKNO Troponin Myosin filament KONTRAKCE Active binding site #■ #■ Next active binding site MAXIMÁLNI KONTRAKCE Muscle action potential depolarizes transverse tubules at the A-l junction of the sarcomere. fave of depolarization...... troponin-ri the actin s releases that pre- i Tom combin- in. ___* action, & with ? to split ATP 5Lease. ?d from the ? produces ridge move- he myosin reaking the Dond rossbridge mm actin. iliding of filaments, e shortening. Troponin complex Myosin binding sites 9 Myosin filament Myosin ATPase Crossbndge movement N^ V* Crossbndge dissociates r 8 Caz+ inhib tropo the p and n dissoť Wher cease into t retici throĽ requi 7 Cross contii conce remai memt to inť tropo comp spojeni aktin-myozin klouzavý pohyb odpojení hlavic narovnaní hlavic w r příchod akčního potenciálu longitudinální (Ca2* tubuiy stabilní ,,rigor, komplex" zůstává trvalý: rigor mortis 2b. Konečné postavení hlavic způsobené odevzdáním AOP Činnost svalového vlákna ♦ Svalová práce je zahájena nervovým impulsem. ♦ Nerv uvolňuje ACh, který následně propouští sodíkové ionty a depolarizuje buňky. Jakmile jsou buňky úspěšně depolarizovány nastane akční potenciál s uvolněním Ca2+ iontů. ♦ Ca2+ ionty se váží na troponin, který zvedá tropomyozinové molekuly a tím odkrývá aktivní místa na aktinu, kde se mohou potom vázat hlavy myozinových vláken (můstky). Činnost svalového vlákna ♦ „Klouzání" myozinových hlav po aktinovém vlákně umožňuje zasouvání vláken a vede ke kontrakci svalové buňky. ♦ Svalová práce končí jakmile vápník je pumpován zpět ze sarkoplazmy do darkoplazamtického retikula, kde je uskladněn. ♦ Hlavy odstupující z myozinového vlákna mají ATPázovou aktivitu (jsou schopné štěpit ATP) a zajišťují energii pro svalový stah. Pomalé (červené) svalové vlákno (I) Slow-Twitch (ST) Muscle Fibers ♦ Vysoká aerobní (oxidatívni) kapacita a odolnost vuči únavě ♦ Nízká anaerobní (neoxidativní, glykolitická) kapacita a svalová sila ♦ Pomalá kontrakce (110 ms/svalový tah) a myozinvá ATPáza ♦ 10-180 vláken v motorické jednotce j Rychlé (červené) svalové vlákno (Na) Fast-Twitch (FTa) Muscle Fibers ♦ Střední aerobní (oxidatívni) kapacita a odolnost vůči únavě ♦ Vysoká anaerobní (neoxidativní, glykolitická) kapacita a svalová síla ♦ Rychlá kontrakce (50 ms/svalový stah) a myozinová ATPáza 300-800 vláken v motorické jednotce Rychlé (bíle) svalové vlákno (llx/llb) Fast-Twitch (FTb/FTx) Muscle Fibers ♦ Nízká aerobní (oxidatívni) kapacita a odolnost vůči únavě ♦ Vysoká anaerobní (neoxidativní, glycolytická) kapacita s svalová síla ♦ Rychlá kontrakce (50 ms/svalový stah) and myosin ATPase ♦ 300-800 vláken v motorické jednotce A Základní vlastnosti sval. vláken (I, Ma, llx) Typ I pomalé červené Typ Ha rychlé červené Typ llx rychlé bílé Rychlost kontrakce pomalá rychlá rychlá Síla kontrakce nízká střední vysoká Odolnost vůči únavě vysoká střední nízká Obsah glykogenu nízký vysoký vysoký Průměr malý střední velký Hustota mitochodrií vysoká vysoká nízká Hustota kapilár vysoká vysoká nízká Aktivita ATP-ázy nízká vysoká vysoká Glykolytická kapacita nízká vysoká vysoká POMALÁ A RYCHLÁ SVALOVÁ VLÁKNA o D rychlá vlákna D pomalá vlákna sprinteři skokani vrhači vzperaci střed otraťaři hokejisté prumer plavci veslaři kanoisté rychlobruslaři j cyklisté j vytrvalci j maratonci 20 40 60 Podíl vláken (%) 80 100 DIAGNOSTIKA svalových vláken ► invazivní metoda - svalová biopsie ► magnetická rezonance se současnou analýzou biochemických parametrů snímaného svalu ► 1MR a následné cvičení s 80% < 8 převaha II, 8-12 50%:50%, > 12 převaha I ► výskoková ergometrie SVALOVÁ BIOPSIE ♦ Dutou jehlou je odebrán vzorek ze svalu. ♦ Vzorek se zmrazí, nakrájí na úzké plátky a zkoumá se pod mikroskopem. ♦ To umožňuje určit typ svalových vláken. ^ GELOVA ELEKTROFOREZA " FYZIOLOGIE JEDNOHO SÁLOVÉHO VLÁKNA Typy svalových vláken ♦ Svaly obsahují tři typy vláken: I, Na, llx. ♦ ATPáza v rychlých vláknech rychleji dodává energii pro svalovou práci než ATPáza v pomalých vláknech. ♦ Rychlá vlákna lépe vyvinutá sarkoplazmatická retikula, tudíž mohou uvolnit více vápníku. Typy svalových vláken ♦ Pomalá vlákna mají vyšší aerobní kapacitu a jsou potřebná pro vytrvalostní výkon. ♦ Rychlá vlákna jsou lepší pro anaerobní nebo výbušné pohybové aktivity. Adaptační změny ■ ve svalech trénovaných jedinců dochází k četným adaptačním změnám: - v oblasti strukturní i biochemické, které jsou patrné i za klidových podmínek - v metabolické reakci svalu na fyzické zatížení organizmu Adaptační změny - trénink a svaly PŘED TRÉNINKEM Řez svalem cévy svalové buňky jádra buněk cévy PO TRÉNINKU Řez svalem cévy svalové buňky jádra buněk cévy Vliv odlišného řízení pohybové aktivity (tréninku) na vlastnosti kosterního svalu VYTRVALOST RYCHLOST SÍLA Počet krevní kapilár í ■> ? Povrch mitochond. membrán í tr £ Příčná aera sval. vláken variabilní tr tr Ca2+ transportní kapacita JJ ? ? ATP+CP tr tľ tr Glykogen íľ tr tt Triglyceridy tr tľ tr Štěpení makroergních fosfátů ? rychlejší rychlejší Glykolýza XI tr tr Oxidace glycidů tr tr tľ Oxidace volných M K tr ? ? Funkce svalů Agonista - hlavní vykonavatel pohybu Antagonista - sval vykonávající pohyb v opačném směru Synergista - sval asistující agonistovi, pomáhá vykonávat pohyb ve stejném směru TYPY SVALOVÉ KONTRAKCE KONCENTRICKÁ Brachialis (agonist) Triceps brachu (antagonist) Biceps brachu (agonist) Brachioradialis (synergist) STATICKÁ (IZOMETRICKÁ) EXCENTRICKÁ Faktory ovlivňující vznik síly ♦ Počet aktivovaných motorických jednotek ♦ Typy aktivovaných motorických jednotek (II nebo I) ♦ Velikost svalu ♦ Počáteční délka svalu ♦ Úhel kloubu ♦ Rychlost svalové akce (zkrácení nebo prodloužení) Použití svalu ♦ Svaly podílející se na pohybu označujeme jako: agonisty, antagonist^ and synergisty. ♦ Hlavní tři typy svalové kontrakce: koncentrická, statická (izometrická), and excentrická. ♦ Všechny klouby mají optimální úhel ve kterém svaly kříží kloub produkující maximální sílu. DALSI POJMY ► hypertrofie svalových vláken (s ► atrofie svalových vláken (svalu ► hyperplazie svalových vláken ► svalová horečka ;valu) ) HYPERTROFIE SVAL. VLÁKEN PO TRÉNINKU ■ HypcrUuphy I GM ) PI3K 1, v'" TOI Prr>kiii syiillu-sis Ribosome biogenesis Glucocorticoids Qy$ i—► Alnjgin- I MtiKI -1 \ Pro lein ^L degradation ■faS pimrty dvíiiK'd |>,llhwflyi Atrophy CD Active Inactive Effects of atrophy on muscfe *ADAM. Norm at biceps brachi muscle Decrease in biceps due to muscle atrophy Atrophied musefe: * decreased sire * decreased strength * decreased mobNily *ADAM. Definice silových schopností Síla — maximální síla. Výbušná síla — síla a rychlost pohybu. Vytrvalostní síla — kapacita opakování šavlové akce Hodnocení síly ♦ Maximální síla se měří speciálními dynamometry (izometrickými a izotonickými - e.g., Cybex) ♦ Jedno opakovatelné maximum (1RM) je funkční test, při kterém zjišťujeme jak tezke zavazí je človek schopen uzvednout, stačí uzvednout jedenkrát. Základy posilovacího tréninku - faktory ♦ Vědět jaké svaly či svalovou skupinu chceme posilovat. ♦ Intenzita tréninku (velikost závaží) ♦ Počet opakování ♦ Počet sérií Je možná změna svalových vláken? ♦ Dřívější studie ukázali, že změna vláken není možná, pouze změna jejich vlastností. ♦ Studie křížení inervace ukázali, že nepatrné změny jsou možné. ♦ Možná změna z llx na Na, a z Na na I vytrvalostním tréninkem, a llx Na silovým tréninkem. ♦ Kombinací vysoké intenzity silového tréninku a krátké intervaly rychlé práce mohou vést ke konverzi vláken I na Na. SVALOVÁ VLÁKNA PO MARATÓNU ■■■■H|HnHH| -'V'•/„■»• ■** i * » V_ «. -> * * "* *■ -r - ^ ■ --■ T Typy posilovači trénink Trénink statické (izometrické) síly Trénink dynamické síly ♦ bez závaží (vlastním tělem) ♦ se závažím ♦ Excentrický trénink ♦ Isokinetický trénink ♦ Plyometrická metoda Elektrická stimulace svalu RESISTANCE TRAINING ACTIONS Potřebná analýza Jaké svaly potřebuji posilovat? Jakou posilovači metodu zvolím? Jaký energetický systém má byt zatížen? Výběr vhodného posilovacího tréninku Maximální síla — pár opakování s velkým odporem (kolem 6 opakování), dlouhé přestávky Vytrvalostní síla — hodně opakování s malým odporem (20 opakování), krátké přestávky Výbušná síla — několik opakování se středně velkým odporem; důraz kladen na rychlost pohybu Zvětšení obejmu svalu — více než 3 série s 6-12 opakováním; krátké přestávky mezi sériemi PLYOMETRICKA METODA Adaptační změny - kosti ► Fyzické zatěžování organismu podporuje růst kostí ► Kost je po celou dobu života metabolický aktivní (zvyšuje se obsah minerálních látek - Ca) ► Trénink zvyšuje (i snižuje) hmotnost kostí (vlivem působení parathormonu) ► Dlouhodobě neúměrně vysoká intenzita tréninkové zátěže produkuje pokles kostní denzity (osteoporózu) ► Úměrná intenzita produkuje vyšší denzitu diafýz Adaptační změny - kosti ► Intenzivní zatížení mladého rostoucího organismu však vede v některých případech snad vlivem androgenů z nadledvinek k omezení růstu dlouhých kostí do délky předčasnou osifikací chrupavčitých růstových zón mezi hlavicemi a tělem kostí. Kosti jsou potom širší a kratší. Adaptační změny - šlachy, vazy, kluby ► Zvyšuje se obsah kolagenu a aktivita enzymů ► Pojivová tkáň je dosti adaptivní ► Zatížení mění pozitivně tj. posiluje kosti, šlachy i vazy ► Trvalé přetěžování vede ke vzniku deformujících změn na kloubech, zánětům šlach, bolestem kostí Energetické krytí C^)=I iVtfll'WiW - Energie - (J) - Energie - Q " fnerg/e - Q Anaerobní procesy Aerobní procesy 4,4 3,0 1,0 0,4 Množství uvolňovaného ATP v mmol/min 0,4 ADP Krcaíin \ Laktát C02 ATP SVALOVÁ KONTRAKCE ADP + Kreatin Obr. 16. Množství ATP (mmol/min) připadající při svalové kontrakci na jednotku času - infor-muje o rychlosti resyntezy ATP z ADP podle různých zdrojů a způsobů uvolňování energie a tím o rychlosti poskytovaní energie různými energetickými systémy (podle Neumann a kol. 1998) C^^)=I WMBJ 1 - Energie - {J) - Energie - \_J - Energie - (Q Adenosi O (ATP) TPáza Adenosin -O- O+O+Ener9ie (ADP) < t) Energie Energetické krytí ATP/CP systém Anaerobnígtykoíýza GLUKÓZA MASTNĚ KYSELINY SVALOVÉ VLÁKNO CP\/~ ADP + P » KREAT1N GLYKOGEN XATP) / SVALOVÁ KONTRAKCE —► GLYKÖLYZA LAKTÁT^ +> OXIDATfVNÍ FOSFORYLACE MASTNĚ KYSELINY Oxidatívni systém -> 10 20 30 40 50 60 10 BO 90 100 110 120 130 140 150 Průběh maximálního výkonů (s)