background image

The muscle 

 


background image

Objectives 

1-Recognize the meaning of summation of contraction 

and its types. 

2-detrmine the effect of changing length on skeletal 

muscle tension. 

3-Differntiate between the 2 types of muscle fibers. 
4- Describe the motor unit and how its type affects the 

function of the muscle? 

5- Discuss the energy sources for the muscle and for 

what it is used? 

6-Outline the abnormalities in muscle fiber contractions 


background image

The summation of contraction 

   It means the adding together of individual twitch 

contractions to increase the intensity of overall 
contraction. 

 Because the contractile mechanism has no 

refractory period.  

Repeated stimulation, before relaxation can 

produce additional activation of the contractile 
elements  .  

The response will be added to that already present, 

this is called 

"summation of contraction". 

 


background image

It depends on the frequency of stimulation. It occurs in  
2 ways: 
 

1 – Multiple fiber summation (increasing the 

number of motor units contracting at the 
same time). 

2- Frequency summation and tetanization, with  

 rapid  repeated  stimulation,  before  any 
relaxation  occurs  and  the  response  fuses  into 
one  continuous  contraction  and  the  whole 
contraction  appears  to  be  smooth  called 
Tetanus  (

by  increasing  the  frequency  of 

contraction). 

 


background image

During tetanus the tension developed is 4 times than 
the individual contraction. 
 


background image

At slightly higher frequencies, the strength of the 

muscle contraction reaches maximum, so any 

additional increase  in frequency beyond that 

point has no further effect in increasing the force 

of contraction,  

This is because enough Ca ions are maintained in 

the sarcoplasm ,even between action potentials  

so will not allow relaxation to happen. 

But if a lower frequency is used, there will be a 

period of incomplete relaxation between the 

summated stimuli; this condition is called 

incomplete tetanization or clonus.  
 


background image

3- The CNS sends weak signals, so smaller motor 

units contract than the larger ones, the 
strength will increase, larger and larger motor 
units will be excited (large motor units have 
more contractile force than the smaller ones). 

 


background image

Effect of muscle length on the force of 

contraction: 

 

The tension develops in a muscle when it is 

stimulated to contract 

isometrically

; this is 

called the total tension. 

When the length of the unstimulated muscle 

fiber is changed this is called passive tension.. 

 


background image

Passive tension curve 

is the curve plotted to 

include the changes in tension against the 

changes in the muscle length. It shows that, as 

the length increases, it rises sharply. 

The total tension curve 

shows the total tension 

against the passive tension, we will see a sharp 

increase up to a maximum value, then the curve 

declines. 

If we measure the distance between the two curves 

we will see 

the active tension curve 

which is 

similar in shape with the total tension curve but 

has a lower peak. 
 


background image

background image

 From these curves we will see that the maximum tension 

occurs when the muscle length is at its resting length i.e. 

the sarcomere length is about 2 micrometer (relaxed state).  

Shortening or contraction of the muscle will reduce this 

tension. This is because the maximum number of 

interaction between actin and myosin occurs at the resting 

length .So shortening of the muscle fiber, causes smaller 

sarcomere and actin filament overlap, so less actin to 

myosin interaction sites 

Stretching of muscle fiber (increase in its length) will cause 

less actin to myosin interaction i.e. bigger sarcomere with a 

large gap in the middle .. 

  


background image

background image

Energy sources and metabolism: 
   

Contraction of the muscle depends on energy supplied by ATP. 

In general the source of energy is the metabolism of 
carbohydrates and lipids. 
 

 

Most of the energy is required for physical activity 

(contraction, relaxation) or walk along mechanism, and 

small amounts are required for: 

1- Pumping of Ca ions from the sarcoplasm to the 

sarcoplasmic reticulum after the contraction is over.

 

 

2- Regeneration of ATP. 
ATP split to ADP, then ADP rephosphorlated to ATP. 
3- Removal of lactic acid. 
4- Heat production. 

 


background image

Sources of energy for the rephosphorlation

: 

 

1- Substance called phosphocreatine (high 

energy phosphate bond). 

ADP+P→ATP 
This  compound supplies energy to the muscle 

at rest .During exercise this compound 
hydrolyse at the junction between actin and 
myosin releasing energy ,this reaction is 
catalyzed by the enzyme phosphorylcreatinine 
at the mitochondria and myosin heads. 

 


background image

2- 

Glucose

: it is supplied by the blood and undergoes 

series of reactions forming finally Co2, H2o and Energy. 

3- 

Glycolysis of glycogen 

stored in the muscle cells: 

enzymatic break down of glycogen to pyruvic which 

has 2 pathways in the presence of O2, it enters citric 

acid cycle (crips cycle), then the respiratory chain to 

form co2, H2O and large amount of energy, (aerobic 

Glycolysis).  But in the absence of O2(like in prolong 

contraction), pyruvate is reduced to lactate and lactic 

acid and small amount of energy. 

4- 

The free fatty acids(FFA

) (gives double the energy that 

glucose gives) 

skeletal muscles take the FFA in the blood and oxidized 

to give Co2, H2o and ATP (the use of FFA mainly at rest 

and during recovery after contraction  

 


background image

The oxygen debt mechanism: 

During exercise 

the blood vessels dilates to provide 

enough O 2 for the muscle, the energy is supplied by 

aerobic glycolysis.  

If the exercise is sever 

or continues for longer 

periods, 

the anaerobic glycolysis 

contribute 

also to provide energy. 
It is self limiting ,because lactic acid will diffuse 

to the blood it will lower the PH  ,accumulate 
in the muscle causing muscle exhaustion , 


background image

So after the exercise there will be a period of 

hyperventilation to produce the extra amount 
of O2 in order to remove  the lactic acid and to 
rebuild the storage of ATP and 
phosphorylcreatinin . This extra amount of O2 
taken to replace the demand required more 
than that supplied by the aerobic glycolysis 
during exercise is called the 

oxygen debt 

.mechanism 


background image

Trained persons need less period of 

hyperventilation because they have 

smaller 

oxygen debt mechanism 

(i.e. he has 

endurance, he can use the muscle to perform 
the job better).  

 


background image

Heat production in the muscle: 

 

This is produced as:  
  1- 

Resting heat

: liberated during resting stage.      

2- 

Initial heat 

which is produced during activity and it is 

divided into: 

a- 

Activation heat

: produced during contraction, from the 

actin –myosin interaction. 

b - 

Shortening heat

:  produced during shortening 

(isotonic contraction), due to the changes in muscle 

fiber structure during shortening. 

In isotonic contraction there are both activation and 

shortening heat but in isometric there is only activation 

heat. 
 


background image

3- Recovery heat

: liberated by the metabolic 

processes that restore the muscle fiber to its 
precontraction state and it is rather equal to 
the initial heat. 

4- Relaxation heat

: liberated because work 

should be done to return the muscle to its 
original length (after isotonic contraction) in 
addition to the recovery heat. 

 


background image

Types of muscle fibers 

3 types according to the differences in enzyme activity, 

metabolism and contractile properties: 

1- Type I fibers

: these are darker than other muscles 

called 

Red muscles 

or the slow fibers, they response 

slowly and have longer duration of action(resist 
fatigue). They are specialized for long slow sustained 
contraction, supplied by slow conducting fibers. e.g. 
muscles in the back and in the lower limbs which are 
used to maintain posture. They are small fibers, have 
more extensive blood supply to supply high oxygen, 
and high number of mitochondria and large number of 
myoglobulin.  

 


background image

2- 

Type II b: 

called the white muscles or the fast fibers, they 

are innervated by large mylinated fibers, they have short 

duration of action(fatigue quickly) .So they are specialized 

for fine skilled movement e.g. muscles of the hand and the 

extra-ocular muscles. They are large fibers and have 

extensive sarcoplasmic reticulum for rapid release of Ca 

ions, large amounts of glycolytic enzymes for rapid release 

of energy, they have less extensive blood supply and fewer 

mitochondria and less myoglobulin. 

 
3- 

Type II a

: this is rare type in human, has properties similar 

to type I, and other properties to type II.  

   
  
 


background image

The motor units

: 

The motor unit means all the muscle fibers 

innervated by a single nerve fiber .i.e. the axon of 
a single motor neuron divides to supply many 
muscle fibers. There are 2 types of motor units: 

1- Small motor units

: contain 3-6 muscle fibers, 

concerned with fine graded, precise movement, 
like movements of the hand. They are Small 
muscles that react rapidly and whose control 
must be exact have more nerve fibers for fewer 
muscle fibers (2-3 muscle fibers for each motor 
unit, e.g. laryngeal muscles). 
 


background image

2- 

large motor units 

:contain usually 120-165 

muscle fibers ,like muscles of the back ,for the 
sustained form of activity. These are large 
muscles that do not need fine control (e.g. 
soleus muscle), may have several hundreds of 
muscle fibers in the motor unit. 

    Each motor unit is of one type i.e. innervates 

one type of muscle, but when a nerve to slow 
muscle is cut and replaced by a nerve to fast 
muscle ,the slow muscle after a period of time 
becomes fast.  

 


background image

The muscle fibers in each motor unit overlap 

other motor units in microbundles of 3-15 
fibers. This interdigitation allows the separate 
motor units o contract in support of one 
another rather than as individual segment. 

 


background image

Denervation: 

 

Means the deprivation of muscles from the nerve supply, the following 

effects will happen: 

1- Immediate loss of muscular activity called flaccid paralysis. 
2- Abnormal excitability of muscle fiber with increase sensitivity to 

circulate Ach (deneravation hypersensitivity), this result in fine 

irregular contraction of individual muscle fiber (fibrillation). 

Up to these 2 points, if the nerve fiber regenerates these 2 effects 

will disappear. 

3- Atrophy of the muscle: prolong denervation results in degeneration 

of the muscle fibers and replacement by fibrous tissue, this result in 

reduction of muscle size called wasting (because of decay of 

contractile proteins). If after 2 months the nerve supply back, full 

return of function ,but after 3 months the return back of muscle 

function is less, and after 1-2 years, no return of muscle function. 

All these features are of lower motor neuron lesions which is the 

effect from the spinal cord to the muscle. Above that is called upper 

motor neuron lesion. 

 


background image

Contracture: 

This is persistent sustained contraction of the muscle without an action potential, 

causing no relaxation. It occurs due to the increase level of extracellular calcium. 

  

Rigor: 
 

When the muscle fiber is completely depleted of ATP and phosphoryl creatinin, they 

develop a state of complete contraction causing increase rigidity after death 

because no ATP available for relaxation ,in this state Rigor mortis ,almost all the 

myosin heads attached to the actin in an abnormal fixed and resistant way.(it 

occurs more rapidly in high temperature). 

 

 

Muscle fatigue: 
 

Prolonged and strong muscle contraction lead to muscle fatigue. This results from: 
-Depletion of glycogen stores in the muscle (inability of the contractile and metabolic 

processes to continue supplying the same work). 

-Diminished transmission in the NMJ . 
- Interruption of blood supply or flow results in nutrient and O2 deficiency. 
   
  
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 132 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل