当一个人在举重物时,刚开始的时候感觉毫无费力,但是随着时间持续越长就越来越费劲,直到再也法继续举起。这是因为在我们人体的胳膊里,负责举重的肌肉组织已经疲劳无法再继续收缩工作了。
那么为什么我们的肌肉能感知疲倦,而停止收缩罢工了?除了有乳酸或者能量耗尽的因素外,还有另外一个非常重要的原因:肌肉接收大脑信号并作出反应的能力。
我们要理解肌肉疲劳的原因,首先要了解的是肌肉在接收到神经信号后,是如何收缩的。神经信号在时间不到一秒钟内,从大脑通过细长的运动神经元传递至肌肉,运动神经元和肌肉细胞被很小的间隙隔开,带电粒子通过这个间隙进行交换,从而实现肌肉组织收缩。
在间隙的一侧,运动神经元含有一种叫做乙酰胆碱的神经递质。
在间隙的另一侧,有带电粒子或者离子,排列在肌肉细胞膜上,正常情况下钾离子在内,钠离子在外。当接收到大脑传递来的信号后,运动神经元释放乙酰胆碱,使肌肉细胞膜上的孔隙打开,钠离子从外进入细胞膜,钾离子由膜内排出。
这些带电粒子的交换,是我们的肌肉收缩至关重要的一步:电荷的变化产生了一种叫做动作电位的电信号。这种电信号传递到肌肉细胞,刺激储存在肌肉中的钙离子的大量释放。
大量的钙离子将会与肌肉纤维里的受体蛋白质结合,同时受体蛋白中肌动蛋白使肌球蛋白的ATP酶活性大大提高,所以肌球蛋白催化ATP(ATP为肌肉组织收缩提供能量的一种物质)水解反应。
产生的能量使横桥改变角度,而水解产物的释放又使横桥的位置恢复,再与另一个ATP结合,如此循环,细丝便沿粗丝滑行,紧缩在一起,相互拉紧,从而促使肌肉拉紧手收缩。
在肌肉组织收缩之后,ATP酶会将被置换的离子泵回到膜上。重新把钠钾离子平衡的恢复在细胞膜的两侧。每次肌肉收缩都必须要重复这个过程。肌肉每收缩一次,ATP酶释放的能量将会被耗尽,产生乳酸等废弃物,部分离子就会从肌肉细胞膜上流失,残留的离子就会越来越少。
尽管肌肉组织反复收缩会耗尽ATP,但是肌肉组织又会不断的产生新的ATP。同时不管肌肉产生多少的乳酸等废弃物,我们的肌肉会同步高效的清理这些废弃物,把酸碱度调整到正常范围。但是最终,随着我们的肌肉反复收缩,肌肉细胞膜附近可用的钠钾钙离子减少到不足以使整个组织恢复正常的时候,即使我们大脑再传来信号,肌肉细胞已不再能执行任务——我们肌肉感知到非常的疲劳。
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