Już od starożytności fascynowały i zadziwiały wyczyny sportowców. Obecna Olimpiada w Pekinie przyciąga ponad 4 miliardy ludzi przed telewizory. Z roku na rok jesteśmy świadkami osiągania coraz bardziej wyśrubowanych sportowych rekordów. Niepoślednią, by nie powiedzieć najważniejszą rolę w tych wyczynach odgrywają mięśnie.
Przyroda już prawie od miliarda lat buduje i ulepsza instrumenty służące do poruszania żywych organizmów. Konstrukcja nie jest łatwa, bo w przeciwieństwie do silników budowanych przez człowieka, przyroda nie mogła stosować ruchu obrotowego. Elementy tych biologicznych „maszyn” muszą być na stałe połączone ze względu na dostarczanie materiału do ich budowy i zasilania oraz sygnałów sterujących.
Przy takim ograniczeniu, przyroda wykorzystała zjawisko kurczenia się i rozszerzania, stosunkowo rzadko wykorzystywane w technice. Można to tylko porównać z pracą podnośników hydraulicznych, w których tłoki i cylindry napełniane pompowanym olejem poruszają ramionami dźwigów.
Przez wieki ludzie nie mogli zrozumieć, dlaczego mięśnie się kurczą i rozluźniają, czasem bezwiednie (np. serce), ale najczęściej zgodnie z wolą osobnika. Bardzo skomplikowane ruchy wielu mięśni wykonywane są często w sposób skoordynowany i automatyczny, na przykład podczas biegu.
Okazało się, że ta praca układu mięśniowo-nerwowego to cały szereg bardzo złożonych procesów chemicznych w komórkach, które przejmują sygnały elektryczne z nerwów i przekazują je dalej, do sąsiadów. Szybkość reakcji komórek mięśniowych na sygnały i szybkość przesyłania sygnałów dalej sięgająca kilkudziesięciu metrów na sekundę, jest bardzo niewielka w porównaniu z możliwościami współczesnej techniki. Mimo to, do dzisiaj nie udało się skonstruować sztucznego zwierzęcia (robota), który mógłby się poruszać z gracją i harmonią konia czy jaguara.
Dopiero w drugiej połowie ubiegłego wieku zaczęto poznawać substancje komórkowe, które odpowiadają za pracę mięśni. Okazało się, że główną rolę grają tu jony metali, takich jak wapń, sód, potas, które w połączeniu ze związkami węglowymi (tak zwanymi organicznymi) wywołują na powierzchniach błon komórkowych niewielkie zmiany napięć elektrycznych, kilkadziesiąt razy mniejsze od napięcia baterii do latarki, ale wystarczająco duże, aby dokonywać kaskadowych reakcji chemicznych.
Reakcje chemiczne, z kolei dokonują zmian kształtu komórek mięśniowych i w efekcie zmian długości całego mięśnia lub jego naprężenia. Efekt tych zmian jest przekazywany z powrotem do włókien nerwowych i do centralnego układu nerwowego (mózgu), gdzie następuje świadoma lub nieświadoma korekta pracy mięśni.
Kończąca się w tych dniach Olimpiada, dała kolejne porównanie możliwości ruchowych, siłowych i sprawnościowych ludzi pochodzących z różnych kontynentów i różnych narodów. Okazuje się, że ludzie mimo zróżnicowania rasowego, zachowali bardzo zbliżone możliwości. Wyraźnie wskazuje na to analiza zdobytych medali i pobitych rekordów świata. Widoczne dawniej zróżnicowanie osiągnięć sportowych ludzi różnych ras, wynikało z różnic w poziomie życia (odżywiania) i stopnia zainteresowania sportem.
Jeżeli przyglądniemy się sprawnościom różnych ras zwierząt (na przykład psów) stwierdzimy olbrzymie różnice szybkości, siły, zwinności. Natomiast wśród ludzi zaczynają się zbliżać nawet możliwości sprawnościowe kobiet i mężczyzn, chociaż genetyka tu jest jednak nie do przeskoczenia.
Cechy sprawnościowe całego układu mięśniowego zależą od stopnia jego rozwoju, a rozwój można stymulować wysiłkiem (treningiem). Ważne jest również „zaprogramowanie” systemu nerwowego sterującego mięśniami. Kot ma taki program wbudowany genetycznie i w każdej sytuacji, spadając potrafi automatycznie tak się odwrócić, aby spaść na cztery łapy. Sportowiec skaczący do wody musi przez lata treningu utrwalać podobny program w swoim mózgu. Częściowe poznanie tej skomplikowanej chemii i fizyki pracy mięśni skłoniło do stymulowania sprawności poprzez zewnętrzne oddziaływanie chemiczne i mechaniczne. Zaczęto wzbogacać organizmy sportowców w substancje stymulujące, często takie same jakie wytwarza organizm, jednak zwiększając proporcje tych stymulantów nadmiernie. Jest to zjawisko znane od kilkudziesięciu lat jako „doping”.
Wspomaganie organizmu różnymi substancjami stosowali indywidualni sportowcy od dawna, na zasadzie domorosłych lub zasłyszanych od lekarzy przepisów. Na masową skalę zaczęto to stosować w sporcie traktowanym jako narzędzie propagandy politycznej. Zdumiewające świat sukcesy ekip z tak zwanego „obozu socjalistycznego” w latach 50. i 60. wynikały, jak się okazało, z masowego stosowania środków chemicznych wspomagających system mięśniowy, lecz tylko na krótką metę. Większość sportowców tamtych lat miała po zakończeniu kariery duże kłopoty ze zdrowiem.
W czasach Zimnej Wojny sport był jednym z narzędzi propagandy i był w dużym stopniu subsydiowany z funduszy państwowych. Propaganda miała oddziaływać zarówno na zewnątrz (popatrzcie jak w naszym systemie jest dobrze) jak i wewnątrz, zachęcając młodych ludzi do rozwoju umięśnienia, potrzebnego do późniejszej pracy fizycznej i dla wojska. Nakazywano uczniom osiąganie pewnych limitów sprawnościowych, po czym przyznawano odznaczenia „Sprawny do Pracy i Obrony”.
Obecnie do sportu nie trzeba namawiać. Najlepszym bodźcem są niesłychanie wysokie dochody osiągane przez czołowych sportowców w prawie wszystkich dziedzinach. Pieniądze pochodzą jednak nie z puli państwowej, lecz głównie od wytwórców sprzętu i ekwipunku sportowego, od organizatorów imprez sportowych, od stacji telewizyjnych i z ogromnej ilości reklam, które umieszczane są wszędzie gdzie tylko można i w których biorą udział znani sportowcy.
Zawodnicy, chcąc uzyskiwać coraz większą sprawność, sięgają do środków i sposobów odkrywanych przez fizjologów i lekarzy. Organizmy żywe osiągnęły, w trwającej setki milionów lat ewolucji, bogaty zestaw wytwarzanych przez nie substancji chemicznych usprawniających możliwości ruchowe i siłowe. Mechanizm ewolucji jest dość prosty. Osobnik, u którego pojawił się na drodze przypadkowej mutacji jakiś korzystny czynnik, łatwiej przeżywał i miał większe szanse przekazania korzystnej cechy swojemu potomstwu.
Znaczącą rolę mają hormony, których ilość trudno nawet policzyć. Wszyscy znamy testosteron powodujący rozrost tkanki mięśniowej oraz adrenalinę przygotowującą organizm do zwiększonego wysiłku. Ale są dziesiątki innych hormonów, których doraźne oddziaływanie jest poznawane dosłownie każdego dnia, ale skutków ich nadmiernego stosowania nie sposób od razu przewidzieć. Obecnie na każdych poważniejszych zawodach sportowych przeprowadza się kontrolę sportowców, czy w ich organizmie nie ma substancji wspomagających, uznanych za niedozwolone, bo szkodliwe na dłuższą metę. Liczba tych substancji ciągle rośnie, a sposoby dopingu są ciągle nowsze i trudniejsze do wykrycia.
Podstawowym czynnikiem umożliwiającym pracę mięśni jest tlen. Wchodząc w reakcje chemiczne z substancjami odżywczymi, powoduje wydajną pracę mięśni i jednocześnie przekształca i usuwa z mięśni produkty zużyte. Niedostateczne utlenienie powoduje zaleganie w mięśniach kwasu mlekowego, powodującego bolesne skurcze.
Swego czasu opracowano metodę zwiększania czerwonych ciałek we krwi, ułatwiając w ten sposób transport tlenu do mięśni. Pobierana od sportowca krew była przechowywana i zagęszczana, a po pewnym czasie, gdy organizm uzupełnił braki, przed zawodami zagęszczona krew była „zwracana” do żył i mięśnie otrzymywały zwiększoną ilość tlenu, męcząc się znacznie wolniej. Obecnie w kolarstwie ustalono limit składu krwi, ale trudno jest stwierdzić, czy przekroczenie limitu nastąpiło w skutek autotransfuzji, czy jest wynikiem naturalnych cech lub dozwolonego treningu na dużych wysokościach, gdzie poziom czerwonych ciałek krwi jest przez organizm samodzielnie podnoszony ze względu na bardziej rozrzedzone powietrze.
Człowiek posiada około 600 różnych mięśni, z których dominująca ilość przyczepiona jest ścięgnami do kości szkieletu. Właśnie te mięśnie, podlegające kontroli mózgu, dają możliwość ruchu i wysiłku. Konstrukcja układu mięśniowo-szkieletowego nie jest optymalna z punktu widzenia inżynierii, ale jest to jedyna możliwość pozwalająca na zwartą budowę ciała. Kości ramion i nóg, stawy i mięśnie są odwróconą dźwignią, gdzie siła na końcu jest znacznie mniejsza niż w punkcie zaczepienia mięśnia. Współczesna chirurgia potrafi skutecznie „przyczepiać” zerwane ścięgna. Kusząca jest perspektywa chirurgicznych, niewielkich zmian punktu przyczepienia ścięgien do kości, zwiększająca efekt pracy mięśni. Czy można pozwalać na takie niepotrzebne interwencje chirurgiczne dające lepsze doraźne osiągnięcia, lecz wielce prawdopodobne komplikacje w późniejszym wieku?
Niektóre konstrukcje techniczne, na przykład specjalne buty, zwiększały możliwości zawodników w różnych dziedzinach. Przed pekińską olimpiadą dyskutowano, czy można pozwolić na start biegaczowi bez nóg, lecz zakładającego specjalnie skonstruowane protezy. W ten sposób osiąga on wyniki porównywalne z najlepszymi biegaczami świata. Okazało się, że protezy spełniają swoją rolę lepiej niż anatomiczne nogi i być może osiągnięcia tego biegacza są dziełem techniki.
Mięśnie są dość specyficznym motorem, który jako paliwo używa tych samych substancji jakie powodują jego rozrost. Mięsień nie używany ulega degeneracji, organizm zaczyna odżywiać się jego masą. Jest to specjalnie niebezpieczne, jeżeli prowadzi się statyczny styl życia i jednocześnie ogranicza się odżywianie „by zeszczupleć”. Może to prowadzić do zaniku mięśni nie tylko tych szkieletowych, ale również mięśni niezbędnych do funkcjonowania organizmu. Specyficznym mięśniem jest serce. Budowa jego jest bardzo zróżnicowana u różnych gatunków zwierząt. Ma jednak zawsze wspólną cechę – praca jest niezależna od mózgu. Regularne i ukierunkowane skurcze pompujące krew są wynikiem impulsów elektrycznych powstających w samym mięśniu i regularnie obiegających jego części. Zdarza się, że serce wyjęte do przeszczepu zaczyna bić w czasie transportu. Typową procedurą reanimacyjną, gdy serce z jakichkolwiek powodów przestało bić, jest pobudzanie szokiem elektrycznym – może „zaskoczy”.
Rytm serca (puls) jest automatycznie regulowany aktualnymi potrzebami organizmu. Zależy to prawdopodobnie od składu krwi i stopnia jej nasycenia tlenem. Duży wpływ mają różne substancje chemiczne zarówno naturalne jak i sztuczne. Wspomniana adrenalina powoduje w chwili przestrachu lub napięcia przyspieszone bicie serca, mimo że żaden wysiłek jeszcze nie nastąpił. Mimo tak nietrwałych materiałów konstrukcyjnych i „doświadczalnie” zbudowanych układów ruchu, mięśnie mają zadziwiająco dużą sprawność wykonywania pracy. Szacuje się, że około 30% dostarczonej energii zamieniane jest na pracę a 70% na ciepło. Podobną sprawnością mogą się pochwalić współczesne silniki parowe czy spalinowe, ale pracują one przy znacznie wyższych temperaturach, których nie wytrzymałyby złożone związki „chemii organicznej”.
Tak więc mięśnie odgrywają ogromną rolę w życiu zwierząt i ludzi. Nie tylko umożliwiają wykonywanie różnych czynności, lecz nawet, jak dzięki pracy serca, pozwalają nam żyć. (ami)
Redakcja
