ماهیچه‌ها چطور منقبض می‌شوند و قوی می‌شوند؟

ماهیچه‌ها با لغزیدن رشته‌های پروتئینی اکتین و میوزین روی هم کوتاه می‌شوند و انرژی لازم را از ترکیب‌های مختلف سوخت‌وساز می‌گیرند. این مقاله ساختار ماهیچه، سازوکار انقباض، منبع انرژی، انواع تار، رشد ماهیچه، نقش تغذیه و خواب، آسیب‌ها و تغییرات سنی را توضیح می‌دهد.

۱. ماهیچه‌ها از چه ساخته شده‌اند؟

ماهیچهٔ اسکلتی، همان که با آن راه می‌روید و جسمی را بلند می‌کنید، مجموعه‌ای از بافت‌های منظم است. هر ماهیچه از دسته‌های کوچک تشکیل شده و هر دسته از تارهای بلند و نازک. هر تار در واقع یک سلول بسیار دراز با چندین هسته است که طولش گاهی به چند سانتی‌متر می‌رسد و با غشای پیوندی پوشانده شده است.

درون هر تار، رشته‌های باریکی به نام میوفیبریل قرار دارد و هر میوفیبریل از واحدهای تکرارشوندهٔ کوچکی به نام سارکومر ساخته شده است. سارکومر واحد انقباض ماهیچه است. درون آن دو نوع رشتهٔ پروتئینی هست: رشته‌های نازک اکتین و رشته‌های ضخیم میوزین که به صورت نوارهای متناوب چیده شده‌اند و ظاهر راه‌راه ماهیچه از همین چینش است.

ماهیچه‌ها سه نوع‌اند. ماهیچهٔ اسکلتی را با اراده کنترل می‌کنیم و به استخوان‌ها وصل است. ماهیچهٔ قلب فقط در قلب است و خودکار کار می‌کند. ماهیچهٔ صاف در دیوارهٔ اندام‌های درونی مثل روده، رگ‌ها و مثانه است و بدون اراده کار می‌کند. هر نوع ساختار و سرعت متفاوتی دارد.

ماهیچه‌های اسکلتی با تاندون به استخوان متصل می‌شوند. تاندون بافتی محکم و کم‌کشش است که نیروی ماهیچه را به استخوان منتقل می‌کند. بدن حدود ششصد ماهیچهٔ اسکلتی دارد و حدود چهل درصد وزن بدن بسیاری از افراد بالغ از ماهیچه است. این عدد با جنس، سن و میزان فعالیت تغییر می‌کند.

۲. انقباض ماهیچه چطور رخ می‌دهد؟

فرایند با پیام عصبی آغاز می‌شود. عصب حرکتی در محل اتصال خود به تار ماهیچه ماده‌ای شیمیایی آزاد می‌کند که به آن استیل‌کولین می‌گویند. این ماده در تار سیگنال الکتریکی راه می‌اندازد. سیگنال به درون تار می‌رود و باعث آزادشدن یون کلسیم از مخزن‌های درونی تار می‌شود.

کلسیم جای رشته‌های اکتین را برای اتصال میوزین باز می‌کند. سرهای میوزین مثل پاروهای کوچک به اکتین می‌چسبند، خم می‌شوند و اکتین را به سمت مرکز سارکومر می‌کشند. سپس با مصرف مولکول انرژی، یعنی ای‌تی‌پی، جدا می‌شوند و دوباره می‌چسبند. این چرخه هزاران بار تکرار می‌شود و سارکومر کوتاه می‌شود.

به این مدل نظریهٔ رشته‌های لغزان می‌گویند: رشته‌ها خودشان کوتاه نمی‌شوند، بلکه روی هم می‌لغزند. وقتی چرخهٔ اتصال متوقف شود و کلسیم دوباره در مخزن جمع شود، ماهیچه شل می‌شود. برای شل‌شدن هم ای‌تی‌پی لازم است. به همین دلیل پس از مرگ، که انرژی نمی‌ماند، ماهیچه‌ها سفت می‌مانند و حالتی به نام سفتی نعشی پدید می‌آید.

ماهیچه فقط می‌تواند منقبض شود و بکشد، نه هل بدهد. برای همین ماهیچه‌ها اغلب جفت‌اند: وقتی دوسر بازو منقبض می‌شود و ساعد را بالا می‌آورد، سه‌سر شل می‌شود، و برای صاف‌کردن آرنج برعکس. استخوان‌ها مثل اهرم عمل می‌کنند و مفصل تکیه‌گاه است. این جفت‌شدن همه حرکت‌های پیچیده را از چند اصل ساده می‌سازد.

«ماهیچه فقط می‌تواند بکشد، نه هل بدهد. حرکت‌های پیچیدهٔ بدن از جفت‌شدن ماهیچه‌ها با استخوان‌ها به‌شکل اهرم پدید می‌آید.»

۳. انرژی ماهیچه از کجا می‌آید؟

مستقیم‌ترین سوخت ماهیچه ای‌تی‌پی است، ولی ذخیرهٔ آن در ماهیچه فقط برای چند ثانیه کار شدید کافی است. بنابراین ماهیچه باید پیوسته ای‌تی‌پی بسازد. سه راه اصلی دارد که هر کدام سرعت و ظرفیت متفاوتی دارند و بسته به شدت و مدت فعالیت، سهم‌شان فرق می‌کند.

راه اول ماده‌ای به نام کراتین فسفات است که در ماهیچه ذخیره شده و بسیار سریع ای‌تی‌پی می‌سازد، ولی فقط برای چند ثانیه، مثل یک پرش یا دوی کوتاه. راه دوم تجزیهٔ بدون اکسیژن گلوکز است که سریع است ولی کارآیی کمتری دارد و محصول جانبی آن اسید لاکتیک است. این راه برای فعالیت‌های شدید یک تا دو دقیقه‌ای مهم است.

راه سوم سوخت‌وساز با اکسیژن است. در این روش گلوکز و چربی در میتوکندری‌ها سوزانده می‌شوند و ای‌تی‌پی بسیار بیشتری می‌دهند، ولی کندتر است. برای پیاده‌روی، دویدن طولانی و فعالیت‌های پایدار همین راه اصلی است. بازده ماهیچه در تبدیل انرژی شیمیایی به کار مکانیکی در حد یک‌چهارم است و باقی به گرما تبدیل می‌شود.

همین گرماست که هنگام ورزش بدن را گرم می‌کند و عرق می‌کنیم. برای بلند کردن ده کیلوگرم به اندازهٔ نیم متر، کار مکانیکی حدود چهل‌ونه ژول است، ولی با بازدهی یک‌چهارم، ماهیچه‌ها حدود صدونودوشش ژول انرژی مصرف می‌کنند. این عددها فقط برای فهم مرتبهٔ بزرگی است. بلوک زیر این برآورد ساده را نشان می‌دهد.

mass = 10        # kg
g = 9.8
height = 0.5     # m
work_j = mass * g * height
efficiency = 0.25
energy_j = work_j / efficiency
print(work_j, energy_j)   # 49.0 196.0

۴. تارهای تند و کند ماهیچه چه فرقی دارند؟

ماهیچه‌ها همه تار یکسان ندارند. تارهای نوع یک، که به آن‌ها تارهای کند هم می‌گویند، آهسته منقبض می‌شوند ولی دیر خسته می‌شوند. این تارها میتوکندری و مویرگ فراوان دارند و با اکسیژن کار می‌کنند. برای حفظ وضعیت بدن، راه رفتن طولانی و ورزش‌های استقامتی مثل دوی ماراتن بسیار مناسب‌اند.

تارهای نوع دو یا تند سریع‌تر و نیرومندتر منقبض می‌شوند ولی زودتر خسته می‌شوند. این تارها بیشتر به انرژی بدون اکسیژن متکی‌اند و برای حرکت‌های انفجاری مثل دوی سرعت، پرش و وزنه‌برداری مهم‌اند. در انسان انواع میانی هم وجود دارد که ویژگی‌هایی از هر دو دارند.

نسبت این تارها در افراد متفاوت است و تا حدی ژنتیکی است. به همین دلیل بعضی افراد برای ورزش‌های استقامتی و بعضی برای ورزش‌های توانی مستعدترند. تمرین هم می‌تواند ویژگی تارها را تا حدی تغییر دهد: تمرین استقامتی توان هوازی را بالا می‌برد و تمرین قدرتی تارهای تند را قوی‌تر می‌کند.

بیشتر ماهیچه‌های بدن ترکیبی از هر دو نوع‌اند و بدن بسته به نیاز، تارها را به ترتیب فعال می‌کند. برای کار سبک، تارهای کند و برای کار سنگین و سریع، تارهای تند هم وارد می‌شوند. این سامانه باعث می‌شود نیرو دقیق متناسب با نیاز مصرف شود و انرژی هدر نرود.

۵. ماهیچه چطور قوی و بزرگ می‌شود؟

ماهیچه به بار اضافه پاسخ می‌دهد. وقتی ماهیچه با نیرویی بیش از عادت کار می‌کند، فشار مکانیکی و ریزآسیب‌های کوچکی در تارها ایجاد می‌شود. بدن با ساختن پروتئین بیشتر و ضخیم‌کردن تارها پاسخ می‌دهد. نتیجه بزرگ‌شدن ماهیچه است که رشد ماهیچه یا هایپرتروفی نامیده می‌شود. سلول‌های بنیادی ماهیچه هم در ترمیم و رشد کمک می‌کنند.

اصل مهم این فرایند افزایش تدریجی بار است. اگر همیشه همان وزنه یا همان تعداد تکرار را به‌کار ببرید، بدن سازگار می‌شود و دیگر تحریکی برای تغییر نمی‌یابد. کمی افزایش وزنه، تکرار یا دفعات تمرین در طول هفته‌ها پیشرفت را ادامه می‌دهد. جهش‌های ناگهانی و بی‌برنامه خطر آسیب را بالا می‌برد.

در هفته‌های اول تمرین، بخش بزرگی از افزایش قدرت از سازگاری دستگاه عصبی است، نه بزرگ‌شدن ماهیچه. مغز یاد می‌گیرد تارهای بیشتری را هماهنگ‌تر فعال کند. به همین علت تازه‌کارها زود قوی‌تر می‌شوند، حتی بدون تغییر اندازهٔ ماهیچه. رشد قابل‌دیدن معمولاً چند هفته تا چند ماه بعد پدیدار می‌شود.

ورزش مقاومتی با وزنه، کش یا وزن بدن برای ماهیچه مفید است و برای همهٔ سنین توصیه می‌شود. تکنیک درست از شدت مهم‌تر است. با وزنهٔ سبک شروع کنید، حرکت را کنترل‌شده انجام دهید، نفس را حبس نکنید و بین روزهای تمرین استراحت بدهید. اگر بیماری قلبی یا مفصلی دارید، پیش از شروع با پزشک مشورت کنید.

۶. غذا و خواب چه نقشی در رشد ماهیچه دارند؟

ماهیچه برای ساخته‌شدن به پروتئین نیاز دارد. پروتئین از آمینواسیدها ساخته شده و بدن آمینواسیدها را از غذا می‌گیرد. منابع خوب آن گوشت، مرغ، ماهی، تخم‌مرغ، لبنیات، حبوبات و مغزها است. توزیع پروتئین در وعده‌های مختلف روز، به‌جای یک وعدهٔ خیلی سنگین، معمولاً برای ساخت ماهیچه مناسب‌تر است.

مقدار لازم به سن، فعالیت و هدف بستگی دارد. در ورزشکاران مقدارهای بیشتر از نیاز عمومی، حدود یک و دو دهم تا دو گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز، در منابع تغذیهٔ ورزشی دیده می‌شود. این عدد راهنمای کلی است. اگر بیماری کلیوی یا بیماری دیگری دارید، پیش از افزایش پروتئین با پزشک یا کارشناس تغذیه مشورت کنید.

کربوهیدرات سوخت اصلی تمرین است و کمبود کلی انرژی، رشد ماهیچه را مختل می‌کند. کسی که کالری کافی نمی‌خورد، حتی با پروتئین زیاد، ممکن است ماهیچه کم کند. آب کافی هم مهم است. مکمل‌ها جایگزین غذای متنوع نیستند و بسیاری از آن‌ها شواهد ضعیف دارند. از مکمل‌های ناشناخته و داروهای هورمونی بدون نظر پزشک دوری کنید.

ماهیچه در استراحت ترمیم و بزرگ می‌شود، نه در خود تمرین. خواب کافی ترشح هورمون رشد را حمایت می‌کند و بازیابی را بهتر می‌کند. کم‌خوابی مزمن با کاهش ساخت پروتئین و افزایش آسیب همراه است. اگر پیشرفت متوقف شده، قبل از زیاد کردن تمرین، خواب، تغذیه و برنامهٔ استراحتتان را بررسی کنید.

۷. گرفتگی، کوفتگی و آسیب ماهیچه

گرفتگی انقباض ناگهانی و دردناک ماهیچه است که معمولاً چند ثانیه تا چند دقیقه طول می‌کشد. علت دقیق همیشه روشن نیست. خستگی ماهیچه، تغییر ناگهانی فعالیت، کم‌آبی، گرمای زیاد و گاه بعضی داروها یا بیماری‌ها نقش دارند. کشش آرام و ماساژ ملایم معمولاً کمک می‌کند. گرفتگی‌های مکرر شبانه را به پزشک بگویید.

کوفتگی تأخیری ماهیچه یعنی درد و سفتی ماهیچه که یک تا دو روز پس از فعالیت تازه یا شدید پدیدار می‌شود و تا حدود سه روز می‌ماند. علتش ریزآسیب‌هایی است که ماهیچه بعد از حرکت‌های ناآشنا، به‌ویژه حرکات کششی و فرودی، متحمل می‌شود. این حالت معمولاً خطرناک نیست و با فعالیت سبک و استراحت بهتر می‌شود.

کشیدگی و پارگی ماهیچه شدیدتر است و با درد ناگهانی هنگام فعالیت، تورم یا کبودی همراه است. در موارد خفیف استراحت، سرما در روزهای اول و بازگشت تدریجی به فعالیت کافی است. اگر درد شدید است، نمی‌توانید عضو را حرکت دهید یا وزن بیندازید، یا فرورفتگی غیرعادی دیده می‌شود، به پزشک مراجعه کنید.

در موارد نادر، فعالیت بسیار شدید و ناآشنا می‌تواند به آسیب شدید ماهیچه و آزادشدن مواد آن در خون بینجامد که ربدومیولیز نام دارد. نشانه‌ها ماهیچهٔ بسیار دردناک و متورم، ضعف و ادرار تیره‌رنگ شبیه چای است. این حالت اورژانسی است؛ اگر پس از ورزش شدید چنین علائمی دارید، با ۱۱۵ تماس بگیرید. فهرست زیر نکته‌های پیشگیری را خلاصه می‌کند.

• پیش از ورزش چند دقیقه گرم کنید و در پایان آرام شوید
• بار تمرین را تدریجی افزایش دهید
• در گرما مایعات کافی بنوشید
• درد شدید و ناگهانی را نادیده نگیرید
• ادرار تیره و ضعف شدید بعد از ورزش را اورژانسی بدانید

۸. با افزایش سن ماهیچه‌ها چه می‌شوند؟

از حدود سی‌سالگی به بعد، اگر فعالیت نکنیم، توده و قدرت ماهیچه به‌تدریج کم می‌شود. در سنین بالا، این کاهش می‌تواند سریع‌تر شود و به حالتی به نام سارکوپنی برسد که با ضعف، کندی راه رفتن و افزایش خطر زمین‌خوردن همراه است. این روند طبیعی تا حدی اجتناب‌ناپذیر است ولی شدتش قابل تغییر است.

ورزش مقاومتی منظم در هر سنی می‌تواند قدرت و توده ماهیچه را حفظ یا بیشتر کند، حتی در دههٔ هفتاد و هشتاد زندگی. تمرین تعادل و راه رفتن هم کمک می‌کند. بنابراین توصیهٔ رایج این است که سالمندان فقط به پیاده‌روی بسنده نکنند و دست‌کم بخشی از هفته را به تمرین قدرتی اختصاص دهند، البته متناسب با توان خود.

تغذیه هم اهمیت دارد. بسیاری از سالمندان پروتئین کمتر از نیاز می‌خورند و در نتیجه ماهیچه بیشتر کم می‌شود. غذای کافی، پروتئین مناسب و ویتامین دی کافی کمک می‌کند. دربارهٔ مقدار دقیق و مکمل‌ها با پزشک یا کارشناس تغذیه مشورت کنید، مخصوصاً اگر بیماری کلیه یا قلب دارید.

بی‌حرکتی طولانی، مثلاً در بیماری یا گچ‌گیری، ماهیچه را به‌سرعت ضعیف می‌کند. به همین دلیل پس از آسیب یا بستری، حرکت زودهنگام و توان‌بخشی توصیه می‌شود. اگر خودتان یا یکی از عزیزانتان به‌تازگی ضعف ماهیچه یا کاهش وزن بی‌دلیل دارد، ارزیابی پزشکی لازم است، چون ممکن است علت درمان‌پذیر باشد.

۹. ماهیچهٔ قلب و ماهیچهٔ صاف چه تفاوتی دارند؟

ماهیچهٔ قلب ساختاری راه‌راه دارد، ولی برخلاف ماهیچهٔ اسکلتی، سلول‌هایش کوتاه و شاخه‌دارند و از طریق اتصال‌های ویژه‌ای به هم وصل‌اند که پیام الکتریکی را سریع منتقل می‌کنند. به همین دلیل کل قلب تقریباً همزمان منقبض می‌شود. میتوکندری فراوان دارند، چون قلب باید همیشه بی‌وقفه کار کند.

قلب ضربان‌ساز طبیعی دارد، گره‌ای از سلول‌های ویژه که بدون فرمان مغز ضربان تولید می‌کند. دستگاه عصبی خودکار فقط سرعت را کم و زیاد می‌کند. به همین دلیل قلب پیوندی، که عصب‌هایش بریده شده، باز هم می‌تواند بتپد. ماهیچهٔ قلب برخلاف اسکلتی، به‌آسانی خسته نمی‌شود و ترمیم کمی دارد.

ماهیچهٔ صاف در دیوارهٔ روده، رگ‌ها، مثانه و رحم و مجاری هوایی است. ساختار راه‌راه ندارد و آهسته و پایدار منقبض می‌شود. حرکت‌های موج‌مانند روده که غذا را جلو می‌برند، تنظیم قطر رگ‌ها برای کنترل فشار خون و تنگ و گشادشدن مجاری هوایی از کارهای آن است. داروهایی مثل برخی ضدفشارخون‌ها بر همین ماهیچه اثر می‌گذارند.

این تفاوت‌ها نشان می‌دهد هر ماهیچه برای وظیفهٔ خودش طراحی شده است. ورزش منظم به قلب هم کمک می‌کند: قلب ورزشکاران معمولاً در هر ضربه خون بیشتری پمپ می‌کند و ضربان استراحتشان پایین‌تر است. اگر هنگام ورزش درد قفسهٔ سینه، تپش نامنظم یا تنگی نفس شدید دارید، فعالیت را متوقف کنید و فوراً با ۱۱۵ تماس بگیرید.