האם קיים הסבר חליפי לתיאוריה שהתכווצויות השרירים נגרמות מהתייבשות או שיבוש במאזן האלקטרוליטים, התואם את התצפיות והראיות בצורה טובה יותר? על הקשר שבין התכווצויות שרירים ועייפות. ניתן לראות את המקור וכתבות רבות נוספות ב: sportsscientists
מאת:ד"ר רוס טאקר, תרגום: תומר גמינדר
התכווצויות שרירים- כתבה 1 בסדרה, כתבה 2 בסדרה
תיאוריה חדשה להתכווצויות שרירים מפעילות
זה הפרק השלישי בסדרה שלנו על התכווצויות שרירים. פרק זה אמור היה לחתום את הסדרה, אבל מאחר קיבלנו שאלות מצוינות החלטנו שדרוש פוסט רביעי, שיסכם נקודות אלו. מתוך התגובות שקיבלנו עד עתה, ברור כי זה אחד מאותם נושאים שתמיד מעוררים מחלוקת, ולכן בפוסט הרביעי ננסה לחבר את הקצוות.
בחלקים 1 ו- 2 הראינו חלק מהבעיות עם תיאורית האלקטרוליטים. בעיות אלו – חורים בתיאוריה – הם מה שסטפן הוקינג מתייחס אליו כ"מבנים מכוערים וחורקים". במדע, אנו בונים היפותזה, וכאשר הנתונים אינם תואמים את ההיפותזה זה הזמן למצוא היפותזה אלטרנטיבית. כרגע כבר ברור שהנתונים אינם תומכים בתיאוריות על התייבשות ושיבוש במאזן האלקטרוליטים (למרות שגם אינם מבטלים אותן ב-100%), לכן זה הזמן להציע תיאוריות אחרות. ועל כך פוסט זה …
ורפלקס שדרתי (Spinal Reflex) לכיווצי שרירים
מקור התיאוריה במאמר שפורסם ב-1997 בכתב העת למדעי הספורט, בו פרופסור מרטין שצ'וולנוס ועמיתיו בחנו את נושא האלקטרוליטים-התייבשות והסיקו שעל סמך מחסור בראיות, יש צורך בתיאוריה חדשה. במאמר זה הם הציעו שיתכן וההתכווצויות הן תוצאה של בקרת רפלקסים משובשת בנוירונים המוטוריים כתוצאה מעייפות.
זה נשמע מורכב, ואם נצלול לפרטים זה אכן יהיה פוסט טכני מאוד. אנו ננסה לפרק טענה זו צעד אחר צעד מבלי לסבך את הדברים יתר על המידה!
כמובן שאנו מסתכנים בלפשט את הדברים יתר על המידה, וויתור על חלק מן הפרטים שאינם קשורים ישירות לנושא, אך אנו מקווים שהתוצאה תהיה ברורה לכולם, ותגרה ותעודד דיונים נוספים, היכן שדרוש!
שכיוון שאנו יודעים שמדובר בנושא טכני מאוד, החלטנו לפתוח ב"סיכום מנהלים". כל מי שמחפש לדעת את הפרטים יכול להמשיך ולקרוא, אך מי שמסתפק בתשובה התחתונה הנה המסר שצריך לקחת עימכם:
• התכווצות השריר מאותחלת על ידי עצב, הנקרא נוירון מוטורי אלפא (alpha motor neuron). הנוירון מוטורי אלפא מקבל קלטים מאזורים גבוהים יותר במוח (האחראים לביצוע התנועות המודעות) כמו גם מהרפלקסים השדרתיים (spinal reflexes).
• רפלקסים אלה אחראים להגן על השריר מפני מתיחה או העמסה מוגזמת: כישור השריר (muscle spindle – מבנה הממוקם בתוך שרירים, המתפקד כקולטן הרגיש לשינויים באורך השריר) ואברון הגיד על שם גולג'י (Golgi tendon organs – קולטן חישה הממוקם בצומתי שריר-גיד ומייצר משוב על עוצמת מאמץ המתיחה בעת כיווץ השריר).
• ישנן ראיות כי עייפות גורמת לקצב דחפים עצביים גבוה יותר מכישור השריר, ומקטינה את פעילות אברון הגיד על שם גולג'י.
• התוצאה הסופית של שינויים אלה על פעילות הרפלקס היא הגבר פעילות הנוירון מוטורי אלפא, ולכם השריר מתכווץ באופן לא רצוני.
כדי ללמוד על הפרטים, תמשיכו לקרוא … אנו נתחיל בסקירה מהירה כיצד השריר מתכווץ בפעילות רגילה.
הגירוי שגורם לשרירים שלכם להתכווץ מגיע מקבוצת עצבים הידועה כנוירונים מוטוריים אלפא – כדי שתוכלו לבצע כל פעילות מוטורית (לגעת באף, רכיבה, ריצה וכו'), אות שיוצא מהקליפה המוטורית במוח (motor cortex) יורד במורד חוט השדרה, ולפני שהוא עוזב את חוט השדרה ועובר לסיבי השריר לאורך הנוירון המוטורי. ברגע שהגיע לשריר, האות החשמלי שהועבר אחראי להתכווצות השריר (בעזרת תהליך שלא ניכנס אליו כאן).
ישנם מעברים אחרים המשפיעים גם הם על התנועה, וכמובן, לא מדובר בתהליך כל כך פשוט של אות יחיד הנע במורד חוט השדרה אל השריר – המורכבות של מטלה מוטורית יחידה היא מדהימה, והיא מערבת הרבה אזורים אחרים במוח כמו גם קבוצות שרירים נוספות. אבל למטרתנו, מה שחשוב הוא שכאשר עולה הפעילות של נוירון מוטורי אלפא, השריר מתכווץ.
עכשיו אנו יכולים להוסיף רמה נוספת של מורכבות. כפי שאמרנו, נוירון מוטורי אלפא אחראי לעורר את התכווצות השריר. את הנוירון מוטורי אלפא עצמו מעוררים שלושה מסלולים – כל אחד ממסלולים אלה יעורר את הנוירון המוטורי ובכך יגרום להתכווצות השריר:
• ראשית, ישנם מרכזי בקרה גבוהים יותר שכבר תיארנו למעלה;
• שנית, יש לכם נוירונים מקשרים בחוט השדרה שלא נדון בהם בפירוט כאן;
• שלישית, והחשוב ביותר לדיון שלנו על התכווצויות, הוא מווסת גם על ידי מה שנקרא פעילות רפלקס שדרתי (spinal reflex activity), וישנם שני רפלקסים שדורשים התייחסות פרטנית.
(muscle spindle reflex)
כולכם שמעתם או חוויתם את רפלקס "הקפצת הברך", כאשר רופא (או חבר) מכה על גיד הברך בעזרת פטיש קטן והרגל בועטת ללא שליטה. בדיקה קטנה זו מדגימה את הרפלקס החשוב הראשון.
הכישור השרירי הוא מבנה זעיר בכל סיב שריר, שתפקידו להבטיח שהשריר אינו נמתח יותר מדי. לכן כל פעם שהשריר נמתח, הפעילות של כישור השריר מתגברת. וכך נישלח אות חזרה לחוט השדרה (לאורך מה שנקרא תאי עצב מביא מסוג Ia Type- Ia AFFERENTS), שם האות העצבי מועבר לנוירון מוטורי אלפא, ואז חזרה לשריר. כפי שאתם רואים, התוצאה הסופי של כל זה היא שהנוירון מוטורי אלפא יהיה פעיל, ויגרום להתכווצות השריר – במילים אחרות, אם אתם מותחים את השריר, התגובה הסופית היא לגרום לו להתכווץ – זה מנגנון הגנה שנועד למנוע מתיחת יתר של השריר.
אם נחזור לרפלקס הקפצת הברך, המכה על הברך גורמת לשריר הארבע ראשי להימתח. כתוצאה מכך הכישור יורה, פעילות תא העצב המביא מסוג Ia לחוט השדרה עולה, וכתוצאה מכך פעילות הנוירון מוטורי אלפא עולה. כאשר הנוירון מוטורי אלפא יורה, הוא גורם לאותו שריר להתכווץ, וזו הסיבה שהשריר הארבע ראשי מתכווץ ואתם בועטים בתגובה למכה!
השורה התחתונה היא, אם קצב הירי של כישור השריר עולה, השריר יתכווץ.
(Golgi Tendon organ reflex)
אברון נוסף בשריר שיש לו תפקיד בוויסות רפלקסים הוא אברון הגיד על שם גולג'י. לאברון הגיד על שם גולג'י יש תפקיד כמעט הפוך לתפקידו של כישור השריר, כאשר הוא מנטר את המתח בשרירים ובגידים, והוא פעיל כאשר השריר מתכווץ או נמתח (פעילויות שמעמיסות על הגיד). התפקיד שלו הוא להבטיח שהשריר לא מתכווץ בכוח רב מדי או תחת עומס גדול מדי.
לכן כאשר מופעל עומס על השריר (התכווצות כלשהי), אברון הגיד על שם גולג'י יורה, ושולח דחפים עצביים לחוט השדרה דרך מה שנקרא תא עצב מביא מסוג Ib (זכרו שלכישור השריר היו תאי עצב מביאים מסוג Ia).
ההבדל הוא שבמקרה זה, תאי העצב המביא מסוג Ibאומרים לנוירון המוטורי אלפא להפסיק לירות – הם מעכבים. במילים אחרות, כאשר אברון הגיד על שם גולג'י יורה, הפעילות של נוירון מוטורי אלפא פוחתת. התוצאה היא הפחתה בהתכווצות השריר. גם אפקט זה הוא כמובן הגנתי, מכיוון שהוא מונע מהשריר לשאת בעומס גבוה מדי.
השורה התחתונה היא שאם מעוררים אברון הגיד על שם גולג'י, התוצאה הסופית היא שהשריר חדל מלהתכווץ. אבל, אם מעכבים את אברון הגיד על שם גולג'י, אזי פעילות הנוירון מוטורי אלפא תעלה, והשריר יתכווץ אפילו יותר – מצב זה נקרא "העדר עכבה".
שיכול להסביר את ההתכווצויות?
במחקרים על תפקוד השרירים ועייפות, מצאו את הדברים הבאים:
• כאשר השריר מתעייף, קצב שליחת הדחפים בתאי העצב המביאים מסוג Ia מכישור השריר עולה;
• וקצב שליחת הדחפים מתאי העצב המביעים מסוג Ibמאברון הגיד על שם גולג'י יורד.
זכרו, כפי שהסברנו קודם, פעילות של תאי העצב המביאים מסוג Ia מכישור השריר תגרום לשריר להתכווץ, ואילו פעילות תאי העצב המביעים מסוג Ib מאברון הגיד על שם גולג'י תגרום לשריר להשתחרר. אם מעכבים את הדחפים מאברון הגיד על שם גולג'י, השריר יתכווץ.
לפיכך, התוצאות של עייפות הן:
• פעילות כישור השריר גוברת – פעילות נוירון מוטורי אלפא גוברת – התכווצות שריר
• פעילות אברון הגיד על שם גולג'י פוחתת – פעילות נוירון מוטורי אלפא גוברת – התכווצות שריר
מכאן אתם יכולים לראות כיצד עייפות יכולה להסביר בקלות רבה התכווצות שרירים ממושכת ובלתי רצונית, מכיוון שהיא מפעילה את הנוירון מוטורי אלפא.
תיאוריה זו נתמכת על ידי מספר תצפיות, אשר לא ניתן להסביר אותן על ידי תיאורית דלדול האלקטרוליטים בסרום.
1. איזה שרירים צפויים להתכווץ?
זו שאלה חשובה למדי. התשובה היא, כמובן, השרירים הפעילים. תיאוריה זו מסבירה מדוע, מכיוון שהעייפות אשר משבשת את פעילות שני הרפלקסים, באה לידי ביטוי בעיקר בשרירים הפעילים. תיאורית האלקטרוליטים אינה מסבירה מדוע רק השרירים הפעילים נוטים להתכווץ – למעשה, אם רמות אלקטרוליטים נמוכות היו הסיבה להתכווצויות, היינו מצפים להתכווצויות כלליות, כפי שקורה במצבים קליניים כאשר אנשים מאבדים הרבה מלחים ונעשים היפונתרמים. זה לא קורה באימון, אבל תיאורית העייפות יכולה להסביר זאת.
2. איזה שרירים מתכווצים לעיתים קרובות יותר
כאן, התשובה היא ששרירים החוצים שני מפרקים יתכווצו לעיתים קרובות יותר. זה הגיוני לפי תיאורית העייפות העצבית, מכיוון שאם שריר חוצה שני מפרקים, הוא ימצא במצב מקוצר כאשר הוא מתכווץ. תחשבו על שרירי השוק במהלך שחייה – הבהונות שלכם מתוחות קדימה (הקרסול מתוח), כלומר השריר מתכווץ במצב מקוצר. כאשר השריר במצב זה, פעילות אברון הגיד על שם גולג'י פוחתת אפילו יותר מאשר בדרך כלל. הוסיפו זאת להתכווצות אשר מעוררת את כישור השריר, והתוצאה המתקבלת היא שהעיקוב של הנוירון מוטורי אלפא פוחת עוד, וחושף אותנו להתכווצות.
זו הסיבה שהתכווצויות של שרירי השוק נפוצות כל כך אצל שחיינים (הפעם היחידה שסבלתי מהתכווצויות, במקרה), וזו גם הסיבה שכאשר אתם מתעוררים באמצע הלילה או יושבים בתנוחה מוזרה במשך שעות רבות, ברגע שבו אתם מותחים את האצבעות לפתע השריר מתכווץ בכל הכוח!
3. מתי ניתן לצפות להתכווצויות?
התשובה כאן פחות חדה, אך עדיין נוטה לכיוון המודל של עייפות עצבית. התשובה, כמובן, שהתכווצויות קורות במרוצים ולא באימונים, ורק לקראת סוף המרוץ, כאשר העייפות מגיעה לשיא. ניתן כמובן לטעון שרק לקראת סוף המרוץ רמות האלקטרוליטים ירודות לרמה שהן גורמות להתכווצויות, אבל הסברנו כבר בחלק II שאין ראיות לכך. לכן ההסבר עכשיו יהיה שהשריר נעשה חשוף יותר ויותר להתכווצויות כאשר הוא מתעייף.
כתמיכה לכך, שצ'וולנוס ועמיתיו מצאו שטריאתלטים למרחק איש ברזל שקצבו את עצמם בצורה לא טובה וניסו לרכב או לרוץ מהר מכפי יכולתם (בהתבסס על ביצועים בעבר) היו אלו שסבלו מהתכווצויות. במילים אחרות, אם הטריאתלט היה מסוגל לרכב 180 ק"מ ב-6 שעות ובמקום זאת ניסה לעשות זאת ב-5:45, הוא סבל מהתכווצויות. שימו לב שאין לכך שום קשר לאלקטרוליטים – הם השלים אותן כמויות, ואיבד את אותו נפח של נוזלים, אבל התכווץ מכיוון שהשרירים שלו אינם מסוגלים לעבוד כפי שניסה לגרום להם! העייפות שנגרמה מכך היא זו שהובילה להתכווצויות.
4. הם ישנן ראיות לתיאוריה?
התיאוריה כולה מבוססת על "התוצאה הסופית" שהפעילות של הנוירון מוטורי אלפא גוברת, כתוצאה מהתגברות הדחפים העצביים בתאח העצב המביאים מסוג Ia מכישור השריר והפחתתה מתאי העצב המביאים מסוג Ib מאברון הגיד על שם גולג'י. ובכן, יש ראיות שזה אכן המקרה – הפעילות החשמלית של השרירים אצל רצים שסבלו מהתכווצויות אחרי 56 הק"מ של מרתון Two Oceans נמדדה, ונימצא שפעילות הנוירון מוטורי אלפא הייתה גבוהה יותר מאשר אצל רצים שלא סבלו מהתכווצויות.
שימו לב שתיאורית האלקטרוליטים איננה יכולה להסביר תוצאות אלו. אפילו חשוב יותר, לאחר 20 שניות של מתיחות פאסיביות פעילות ה-EMG יורדת. כיצד ניתן לקשר התנהגות זו לאלקטרוליטים? אם הם היו הגורם, הדרך היחידה להפסיק את ההתכווצויות הייתה להשלים את האלקטרוליטים החסרים?
מנגד, הטיפול היעיל ביותר הוא מתיחות, והראו שהתוצאה היא ירידה בפעילות הנוירון מוטורי אלפא. האקט של המתיחה מחזיר את האיזון הרגיל, מכיוון שהוא מעלה את פעילות אברון הגיד על שם גולג'י, והשריר משתחרר.
כמובן שראייה זו אינה "הוכחה מוחלטת", וכפי שג'ונתן הזכיר בחלק II, אנו צריכים למצוא דרך לחקור התכווצויות בסביבה נשלטת המאפשרת לחזות את תוצאות הניסוי. רק אז נוכל לנתח בדיוק מה קורה. ועד שזה יקרה, אנו צריכים להסתפק בתיאוריות ומודלים. אבל תיאורית העייפות העצבית היא בוודאי התיאוריה שמסבירה בצורה הטובה ביותר את התצפיות בזמן זה. למרות זאת אין לי ספק שהיא תמשיך ותתפתח עם הזמן!
כל הכבוד למי שהגיע עד הנה! אנו יודעים כי זהו פוסט די כבד, ונסמך על רמה מסוימת של ידע פיזיולוגי ואנטומי. בדרך כלל אנו משתדלים להימנע מכך, אבל בפוסט זה הרגשתי שזו הדרך היחידה להסביר את הפרטים החיוניים. כמובן שיש מי שימצאו שפישטתי את הדברים יתר על המידה.
עבור האחרים המסר הוא "עייפות גורמת להתכווצויות, על ידי שיבוש מנגנון הרפלקס השדרתי – היא מפעילה את ה-alpha motor neuron והשריר מתכווץ בצורה לא נשלטת.
הפוסט הבא יעסוק בויכוח סביב אלקטרוליטים, נוזלים והתכווצויות.
ד"ר רוס טאקר
ד"ר רוס טאקר בעל תואר ד"ר בפיזיולוגיה של האימון ותואר שני במנהל הספורט מאוניברסיטת קייפ טאון.
תחום העניין העיקרי של רוס ביישום המדע להישגים, אצל ספורטאי עילית ומערכותספורטיביות, ובגישור הפער בין מדע למסחר. הבלוג של רוס נועד לשרת מטרה זועל ידי גישור הפער בין המדע ליישומו אצל האתלטים על ידי מאמרים, אימוןוהסברה. רוס חי בקייפ טאון, דרום אפריקה שם הוא מבלה את מרבית זמנו כמרצהבכיר במחלקת מדעי האימון ורפואת ספורט. הוא עובד עם קבוצות ספורט וספורטאיםאולימפיים.
תומר גמינדר– המתרגם
נשוי + 3 בנות מדהימות, טכנולוג תקשורת מחשבים ואבטחה בימים, וטריאתלט, נווט וצלם בשעות הפנאי
