Biofyzika

5.2 Biofyzika svalů

V motorickém orgánu, svalu, se energie chemických vazeb mění v teplo a mechanickou práci. Mechanická práce je důsledkem kontrakce svalových vláken. Svalové vlákno o průřezu asi 50 μm a délce několika centimetrů se skládá ze svazků myofibril o průměru asi 5 μm. Myofibrily jsou vytvářeny dvěma druhy filament. Silnější (průměr 10–15 nm) jsou převážně tvořeny myozinem, slabší (5–6 nm) jinou strukturní bílkovinou, aktinem. Podle Huxleyovy a Hansenovy teorie spočívá podstata svalového stahu v relativním pohybu těchto filament, v zasouvání slabších vláken aktinu mezi silnější vlákna myozinu. Energie, potřebná pro tento pohyb, je uvolňována hydrolýzou (štěpení ATP). Po nadprahovém podráždění stahové napětí svalového vlákna rychle roste do maxima během 50 ms, a pak v průběhu dalších 100–150 ms klesá.
Při kontrakci vyvíjí sval sílu na své úpony. Kontrakcí přitom rozumíme stav, který se projeví bud' zkrácením svalu, nebo vznikem svalového napětí, nebo obojím. Svalové napětí, které sval vyvíjí, je jeho základní funkční vlastností. Sval se přitom může zkracovat a prostřednictvím pák působit pohyb pohyblivých částí těla. Jelikož přitom síla působí po určité dráze, je konána mechanická práce. Tato kontrakce se nazývá izotonická. Kontrakce, při níž sval nemění svou délku, se nazývá izometrická. Síla, vyvinutá svalem při izometrické kontrakci, je použita pro vyrovnání jiných vnějších sil, obvykle tíhových, nebo pro zabránění pohybu. Druhy kontrakce a jejich souvislost s mechanickou prací ukazuje tabulka 5.1.
 
Tabulka 5.1: Kontrakce svalů

Typ kontrakce
Velikost vnější síly působící na sval
Mechanická práce konaná svalem
zkrácení
zrychlení
malá
kladná
izometrická
fixace
větší
žádná
prodloužení
zpomalení
velká
záporná
 
Kosterní, srdeční a hladké svaly jsou pružně roztažitelné. Nestimulovaný kosterní sval v těle vykazuje určité napětí. Velikost svalového napětí je závislá na délce svalu v okamžiku dráždění. Klidová délka svalu je taková, při níž může být vyvinuto maximální napětí. Pružné napětí svalu je funkcí celkového počtu svalových vláken a je vyjadřováno jako síla na jednotku plochy kolmou na směr svalových vláken. Silové působení, které lidský sval může vyvinout, je kolem 40 N.cm-2. Pro konání vnější práce se sval musí zkrátit, a proto je velikost práce funkcí délky svalových vláken a celkového průřezu svalu. Rychlost a stupeň zkrácení svalu závisí na jeho zátěži. Rychlost krácení svalu je největší na počátku a postupně klesá k nule při maximálním zkrácení, kdy se vyvíjí největší izometrické napětí. Největší sílu vyvíjí sval při izometrické kontrakci. Rychlost zkracování svalů v těle je ovlivněna setrvačností jednotlivých částí těla.
Síla, vyvíjená při kontrakci, působí v těle prostřednictvím pák. Nejčastěji se jedná o páky jednozvratné.
Účinnost svalové práce je nízká, maximálně 40 %. Při svalovém stahu se energie E uvolněná hydrolýzou ATP mění na aktivační teplo Wa (projev chemických změn, které přivádějí sval z klidového stavu do pohybu), zkracovací teplo Wz (úměrné zkrácení) uvolněné během zkracování a mechanickou práci W.
 
 
Předchozí
Následující
Operace
Prohlédnout vše