Skurcz izotoniczny – co to jest, rodzaje, przykłady

Chcesz zrozumieć, czym dokładnie jest skurcz izotoniczny i jak działa w twoich mięśniach? Z tego tekstu dowiesz się, jak wygląda taki skurcz od strony fizjologii, jakie ma rodzaje i gdzie spotykasz go na co dzień. Poznasz też przykłady ruchów oraz treningów opartych na skurczach izotonicznych.

Co to jest skurcz izotoniczny?

W najprostszym ujęciu skurcz izotoniczny mięśnia to taki rodzaj pracy mięśniowej, w którym zmienia się długość mięśnia, a napięcie pozostaje praktycznie stałe. Mięsień skraca się lub wydłuża, wykonuje ruch w stawie, ale nie „twardnieje” tak mocno jak przy dźwiganiu dużego ciężaru. Efektem jest przemieszczenie części ciała lub przedmiotu, czyli widoczny ruch.

Ten typ skurczu pojawia się wtedy, gdy mięsień może swobodnie zmieniać długość. Elementy sprężyste (ścięgna, tkanka łączna) nie są wtedy mocno rozciągnięte, więc mięsień nie musi generować dużego napięcia. W praktyce oznacza to, że wykonujesz pracę, ale bez uczucia maksymalnego „zaciśnięcia” mięśnia.

Definicja fizjologiczna

Z fizjologicznego punktu widzenia skurcz izotoniczny opisuje się jako skurcz, podczas którego następuje zmiana długości włókna mięśniowego przy prawie niezmienionym napięciu. W odróżnieniu od skurczu izometrycznego, gdzie rośnie napięcie przy stałej długości, tutaj długość włókna wyraźnie się zmienia, a napięcie pozostaje w zbliżonym zakresie.

Spotkasz się też z pojęciem skurczu auksotonicznego. To połączenie cech skurczu izotonicznego i izometrycznego – w trakcie ruchu zmienia się jednocześnie długość i napięcie mięśnia. W codziennych czynnościach właśnie skurcz auksotoniczny pojawia się najczęściej, natomiast skurcz izotoniczny to idealny model wykorzystywany do opisu działania mięśnia.

Co dzieje się w mięśniu?

Na poziomie komórkowym za skurcz odpowiadają przede wszystkim białka kurczliwe: aktyna i miozyna. Są one ułożone w filamenty wewnątrz włókien mięśniowych, tworząc strukturę, która potrafi się ślizgać względem siebie. Ten mechanizm działa zarówno w skurczu izotonicznym, jak i izometrycznym, różni się tylko efekt mechaniczny na zewnątrz mięśnia.

Pod wpływem impulsu nerwowego do wnętrza komórki napływają jony wapnia. Wiążą się z troponiną, która zmienia ułożenie tropomiozyny i odsłania miejsca wiązania aktyny z miozyną. Główki miozyny przyłączają się do aktyny, a po rozpadzie ATP na ADP i energię przesuwają filamenty względem siebie. W skurczu izotonicznym ten ruch przesuwania przekłada się na skrócenie lub wydłużenie mięśnia i zmianę położenia kończyny.

Aby lepiej wyobrazić sobie kolejność zdarzeń w typowym skurczu mięśnia szkieletowego, można prześledzić uproszczony schemat reakcji zachodzących w miocycie:

• impuls nerwowy dociera do motoneuronu i płytki nerwowo-mięśniowej,
• w szczelinie synaptycznej uwalnia się acetylocholina,
• błona włókna mięśniowego ulega depolaryzacji i powstaje potencjał czynnościowy,
• siateczka sarkoplazmatyczna uwalnia jony wapnia do cytoplazmy,
• wapń wiąże się z troponiną, co odsłania miejsca wiązania na aktynie,
• główki miozyny przyłączają się do aktyny i „odpychają” filament, skracając sarkomer,
• po wypompowaniu wapnia z powrotem do siateczki mięsień się rozluźnia.

Skurcz mięśnia zawsze zaczyna się na poziomie komórkowym, ale jego efekt – czy będzie to ruch, czy tylko wzrost napięcia – zależy od warunków zewnętrznych, w jakich pracuje mięsień.

Jakie są rodzaje skurczu izotonicznego?

W obrębie skurczu izotonicznego wyróżnia się dwa podstawowe typy: skurcz koncentryczny i skurcz ekscentryczny. W obu przypadkach napięcie pozostaje na zbliżonym poziomie, natomiast inaczej zachowuje się długość mięśnia. Zmienia się też relacja między siłą mięśnia a siłami zewnętrznymi, które na niego działają.

Podział ten ma duże znaczenie nie tylko w fizjologii, ale też w treningu i rehabilitacji. Inaczej obciążają stawy, inaczej wpływają na mikrourazy mięśni i adaptację do wysiłku. Dlatego warto od razu kojarzyć nazwę każdego z typów z konkretnym ruchem.

Skurcz koncentryczny

Skurcz koncentryczny to sytuacja, w której mięsień ulega skróceniu, a jego przyczepy zbliżają się do siebie. Siła generowana przez włókna mięśniowe przewyższa siły oporu zewnętrznego, więc ruch zachodzi w kierunku działania mięśnia. To najbardziej intuicyjny typ skurczu – kojarzy się z „aktywnym unoszeniem” danego segmentu.

Przykładem może być zgięcie w stawie łokciowym bez obciążenia, gdy chcesz dotknąć barku palcami. Biceps skraca się, ale jego napięcie nie rośnie gwałtownie, bo nie podnosisz dużego ciężaru. Podobnie dzieje się przy zgięciu kolana w leżeniu na brzuchu lub przy skłonie głowy do przodu w pozycji siedzącej, gdy ruch wykonujesz spokojnie, bez dodatkowego obciążenia.

Skurcz ekscentryczny

Skurcz ekscentryczny to drugi typ skurczu izotonicznego. W tym przypadku mięsień wydłuża się, a jego przyczepy oddalają się od siebie, mimo że nadal jest aktywny. Dzieje się tak wtedy, gdy działające na mięsień siły zewnętrzne są większe niż siła rozwijana przez włókna mięśniowe.

Doskonałym przykładem jest kontrolowane opuszczanie przedmiotu w dół, schodzenie po schodach albo powolne prostowanie łokcia po wcześniejszym zgięciu. Mięsień „hamuje” ruch, ale się wydłuża. Skurcze ekscentryczne są bardzo ważne w procesie usprawniania, bo dobrze stymulują przebudowę mięśni, choć często mocniej je obciążają.

Skurcz auksotoniczny i różnice z izotonicznym

W codziennych sytuacjach czysty skurcz izotoniczny występuje rzadziej niż skurcz auksotoniczny. Podczas auksotonicznej pracy mięśnia jednocześnie zmienia się długość i napięcie. Dzieje się tak np. przy chodzeniu, bieganiu czy ćwiczeniach z gumą oporową. Mięsień nie tylko skraca się lub wydłuża, ale też wyraźnie zwiększa napięcie, bo rośnie opór zewnętrzny.

W praktyce skurcz izotoniczny jest często modelem teoretycznym, wykorzystywanym do opisu zachowania mięśnia w warunkach laboratoryjnych. W organizmie człowieka większość działań ruchowych to mieszanina elementów izotonicznych i izometrycznych, co daje elastyczną reakcję na zmieniające się obciążenia.

Różnice między najczęściej omawianymi rodzajami skurczów mięśniowych dobrze widać w prostym porównaniu:

Skurcz izotoniczny a inne rodzaje skurczów mięśni?

Żeby dobrze zrozumieć rolę skurczu izotonicznego, warto odnieść go do pozostałych rodzajów skurczów, które pojawiają się w tkance mięśniowej. Inaczej zachowują się mięśnie szkieletowe, inaczej mięsień sercowy, a jeszcze inaczej mięśnie gładkie ścian naczyń czy jelit. Wspólnym elementem pozostaje mechanizm aktyna–miozyna, ale sterowanie i efekt mechaniczny są już odmienne.

Szczególnie ciekawa jest sytuacja w sercu. Mięsień sercowy pracuje rytmicznie dzięki układowi bodźcotwórczo-przewodzącemu. W cyklu pracy serca występuje m.in. skurcz izowolumetryczny komór, kiedy zmienia się napięcie, ale objętość krwi pozostaje stała, oraz faza skurczu izotonicznego komór, w której komory wyrzucają krew do tętnic. W tym okresie w tętnicach obwodowych wyczuwa się falę tętna.

Skurcz izometryczny

Skurcz izometryczny polega na wzroście napięcia mięśnia przy stałej długości. Nie pojawia się widoczny ruch, ale mięsień pracuje i wydatkuje energię. Przykładem jest utrzymywanie ciężkiej torby w wyprostowanej ręce, stanie w bezruchu czy „dreszcze” służące utrzymaniu ciepłoty ciała. To także podnoszenie bardzo ciężkiego przedmiotu, którego nie jesteś w stanie ruszyć z miejsca.

Ten rodzaj skurczu ma duże znaczenie dla stabilizacji postawy. Mięśnie tułowia, mięśnie przykręgosłupowe i mięśnie głębokie brzucha często pracują izometrycznie, by utrzymać ciało w pionie. Długotrwałe napięcie bez ruchu bywa jednak obciążające dla układu krążenia, bo wzrasta opór naczyniowy, a serce musi pompować krew z większą siłą.

Skurcze tężcowe i pojedyncze

W fizjologii opisuje się także skurcze pojedyncze oraz skurcze tężcowe. Skurcz pojedynczy to odpowiedź mięśnia na pojedynczy impuls nerwowy. W warunkach naturalnych rzadko go obserwujemy, poza skurczami serca. Do mięśni docierają raczej serie impulsów, które sumują się w czasie.

Gdy kolejne impulsy przychodzą, zanim mięsień zdąży się w pełni rozkurczyć, pojawia się skurcz tężcowy niezupełny. To fizjologiczny sposób pracy większości mięśni szkieletowych, który pozwala płynnie regulować siłę skurczu przy relatywnie niskich kosztach energetycznych. Jeśli natomiast impulsy nerwowe docierają w tak krótkich odstępach, że mięsień przez cały czas jest w skurczu, mówimy o skurczu tężcowym zupełnym. Taka sytuacja ma często charakter patologiczny, np. przy szczękościsku czy napadowych skurczach mięśni karku.

Najniższe zużycie energii przy zachowaniu użytecznej siły mięśnia występuje zwykle w tężcowych skurczach niezupełnych, dlatego organizm tak chętnie z nich korzysta w codziennych czynnościach.

Przykłady skurczu izotonicznego w życiu codziennym i treningu?

Skurcz izotoniczny pojawia się w niemal każdym prostym ruchu, który wykonujesz bez większego wysiłku. Zastanawiałeś się kiedyś, jak wiele takich ruchów robisz w ciągu dnia, nawet o tym nie myśląc? Każde sięgnięcie po kubek, skłon głowy, lekkie zgięcie kolana to właśnie przykład działania mięśni w trybie zbliżonym do skurczu izotonicznego.

Można wyróżnić wiele sytuacji, w których twoje mięśnie skracają się lub wydłużają przy niewielkim napięciu. Dobrze jest kojarzyć konkretne grupy mięśniowe z typowymi ruchami, bo później ułatwia to planowanie ćwiczeń i rehabilitacji. Przykłady skurczów izotonicznych bez dodatkowego oporu to między innymi:

• zgięcie w stawie łokciowym, aby dotknąć barku lub ucha,
• zgięcie kolana w leżeniu przodem, gdy pięta przesuwa się w stronę pośladka,
• skłon głowy do boku w pozycji stojącej lub siedzącej,
• złączenie łopatek za plecami przy luźno opuszczonych rękach,
• zgięcie grzbietowe stopy w siadzie, gdy palce kierujesz do góry, a stopa jest swobodnie oparta o podłoże.

Na bazie skurczów izotonicznych buduje się też wiele ćwiczeń fizycznych i rehabilitacyjnych. Jeśli nie dokładamy ciężarów ani mocnych gum oporowych, mięśnie zmieniają długość przy niewielkim napięciu, co jest korzystne w początkowych etapach usprawniania. W praktyce fizjoterapeutycznej często wykorzystuje się między innymi:

1. ćwiczenia wahadłowe kończyną górną po urazach barku,
2. powolne zgięcia i wyprosty kolan w odciążeniu, np. w leżeniu,
3. unoszenie i opuszczanie ramion bez ciężaru,
4. ćwiczenia oddechowe z luźną pracą mięśni międzyżebrowych,
5. łagodne skłony tułowia w przód i w bok bez dodatkowego obciążenia.

Skurcze izotoniczne są też podstawą wysiłków dynamicznych. Chodzenie, spokojne bieganie, jazda na rowerze czy pływanie to aktywności, w których mięśnie wykonują naprzemiennie skurcze koncentryczne i ekscentryczne. W czasie takiego wysiłku rośnie przepływ krwi, a serce pompuje więcej – nawet do 25 l/min u osoby niewytrenowanej i 35–40 l/min u sportowców wyczynowych.

Jak bezpiecznie trenować skurcze izotoniczne?

Trening oparty na skurczach izotonicznych jest fundamentem pracy nad kondycją, wydolnością i sprawnością funkcjonalną. Ruch dynamiczny sprzyja zdrowiu układu krążenia, poprawia pracę płuc i pomaga utrzymać prawidłową masę ciała. Żeby taki wysiłek służył, potrzebne są jednak proste zasady związane z dawkowaniem obciążenia i kontrolą pracy serca.

Dla zdrowych dorosłych zaleca się co najmniej 2,5–5 godzin tygodniowo aktywności o umiarkowanej intensywności lub 1–2,5 godziny wysiłku o dużej intensywności. Może to być marsz, bieg, jazda na rowerze, pływanie, aerobik, wchodzenie po schodach czy praca w ogrodzie. Umiarkowana intensywność to taka, którą oceniasz jako 5–6 punktów w skali 10-stopniowej zmęczenia.

Inne zalecenia dotyczą osób prowadzących siedzący tryb życia lub pacjentów z chorobami serca. Dla nich lepsze są krótsze, częstsze sesje wysiłku izotonicznego. Typowe wytyczne obejmują:

• 4–5 krótkich treningów tygodniowo po minimum 10 minut dla osób bardzo mało aktywnych,
• aerobowy trening o umiarkowanej intensywności co najmniej 3 razy w tygodniu po około 30 minut u pacjentów po zawale, zabiegach na tętnicach wieńcowych czy z przewlekłą chorobą wieńcową,
• stopniowe zwiększanie czasu trwania wysiłku zamiast gwałtownego podnoszenia intensywności,
• regularne nawadnianie i kontrola oddechu podczas ćwiczeń dynamicznych.

Bezpieczeństwo treningu zależy też od tego, jakie mięśnie pracują i jak długo utrzymujesz daną pozycję. Wysiłek statyczny, czyli długotrwałe skurcze izometryczne, mocniej obciąża serce i naczynia niż wysiłek dynamiczny. Utrzymywanie ciężarów bez ruchu powoduje wzrost ciśnienia tętniczego i może być niekorzystne u osób z nadciśnieniem czy chorobą wieńcową. Z kolei wysiłek izotoniczny, z naprzemiennym skurczem i rozkurczem mięśni, sprzyja lepszemu przepływowi krwi.

Warto też dodać elementy rozgrzewki i rozciągania. Delikatne, izotoniczne ruchy o małej amplitudzie przygotowują mięśnie, ścięgna i stawy do większego wysiłku. Po treningu spokojne rozciąganie i ćwiczenia oddechowe pomagają ograniczyć dolegliwości takie jak „zakwasy” oraz nadmierne napięcie mięśni.