תַקצִיר
האם ידעתם ששריריכם יכולים להרגיש עייפים בלי להיות עייפים בפועל? מתברר שמוחכם חשוב בדיוק כמו השרירים שלכם כשמדובר בתשישות, או בעייפות גופנית. אתם יכולים לחוות עייפות היקפית, שהיא עייפות שנובעת מהשרירים, או עייפות מרכזית, אשר נובעת מהמוח וממערכת העצבים המרכזית. על ידי חקירת המוח והשרירים, מדענים יכולים לבחון מי מהם גורם לתשישותכם. אך כיצד? האם עלינו לבצע ניתוח מוח כדי לקבל תשובות? למרבה המזל, במקום זאת ניתן להשתמש בשיטות מיוחדות שמעורבות בגירוי העצבים והשרירים! במאמר זה, נמחיש כיצד מדענים קובעים אם העייפות שאתם חשים אחרי אימון גופני נגרמת על ידי עייפות מרכזית או היקפית, או אולי שתיהן, ונחקור את ההבדלים ביניהן.
כיצד מוחכם שולט בשריריכם?
האם אי פעם הרגשתם עייפים מאוד אחרי שיעור התעמלות ארוך? לאחר ביצוע פעילות גופנית מרובה, ייתכן שחשתם כי שריריכם חלשים יותר מהרגיל. בעוד שאתם עשויים לחשוב כי שריריכם הם אלה שעייפים, מה אם זה למעשה מוחכם?
תנועה דורשת כיווץ של שרירים, אשר מצריך ממוחכם לתקשר עם השרירים האלה. הדבר נעשה בצורה של אות חשמלי שנישא מהמוח אל השריר על ידי סוג תא מיוחד שנקרא נוֹירוֹן. נוירונים מבצעים דברים רבים, כשאחד מתפקידיהם החשובים הוא להנחות את שריריכם מה לעשות. נוירונים מבצעים זאת באמצעות ענף ארוך מאוד שנקרא אַקְסוֹן, אשר מאפשר לנוירונים להגיע למרחקים גדולים. אך נוירונים לא עוברים ישירות מהמוח אל השרירים. במקום זאת הם נושאים אותות חשמליים מהמוח דרך חוט השדרה (שם ישנוֹ אוסף של נוירונים) ואז לשרירים (איור 1). כששריר מקבל את האות הזה, הוא נעשה פעיל ומתכווץ.
- איור 1 - כיצד המוח שולט בשרירים.
- ראשית, המוח מייצר אות כימי-חשמלי (ברקים צהובים). לאחר מכן, האות נשלח מהמוח אל חוט השדרה (חתך רוחב של חוט השדרה מוצג באיור). לבסוף, נוירונים מעבירים את האות לשריר-המטרה דרך האקסונים הארוכים שלהם. כאשר האות מגיע לשריר, הוא גורם לשריר להתכווץ.
תוכלו לתהות, באיזה אות המוח משתמש? וכיצד השרירים יודעים כמה לזוז? כשאתם מחליטים להזיז שריר, כימיקל טעון חיובית שנקרא סוֹדְיוּם (נַתְרָן) נע אל תוך הנוירונים. תנועתו של המטען החיובי הזה אל תוך הנוירון גורמת ל''שערים'' זעירים לכל אורך האקסון להיפתח, מה שמאפשר אפילו לנתרן טעון חיובית נוסף להיכנס אל הנוירון. כאשר שערים חדשים נפתחים בתגובה לנתרן, השערים שסביבם שהיו פתוחים קודם לכן, נסגרים. כך, המטען החשמלי-כימי החיובי מתקדם לכל אורך האקסון, דרך פעולה של פתיחת שערים וסגירתם. כשהמטען החשמלי-כימי הזה מגיע אל קרבת השריר, אות כימי משוחרר מהנוירון, אשר גורם לשריר להתכווץ או לנוע. מידת העוצמה שבה השריר מתכווץ תלויה בכמה אותות מגיעים אליו, ובאיזו מהירות. אם אתם מרימים נוצה, המוח ישלח רק כמה אותות מאחר שאינכם צריכים הרבה כוח כדי להזיז משהו כל כך קל. אך, אם אתם מרימים לְבֵנָה, אותות רבים יותר יישלחו במהירות גבוהה יותר מאחר שהלבנה כבדה יותר ודורשת יותר מאמץ!
זה מחזיר אותנו לשאלה המרכזית: אם הייתם רצים במשך זמן ארוך, ייתכן שרגליכם היו מרגישות עייפוּת, אך כיצד אנו יודעים מה גורם לעייפות הזו? ייתכן שבפועל אלה לא שריריכם שעייפים; אולי מוחכם לא שולח אותות לשרירי הרגליים שלכם במהירות מספיק גבוהה, או שמשהו בחוט השדרה שלכם מאט את האותות. אף על פי ששרירי רגליכם יכולים להמשיך לנוע, אם מוחכם והעצבים שלכם לא מסוגלים לומר להם לזוז ביעילות, הם לא יזוזו. אם כן, כיצד נדע לומר אם הבעיה היא בשרירים או במוח?
האם שריריכם עייפים?
עייפות היקפית היא מונח שאנו משתמשים בו כדי לתאר שינויים בשריר עצמו או בצומת שבין הנוירון לשריר. בעייפות היקפית, השריר אינו מסוגל לייצר את אותה כמות הכוח כמו קודם. ייתכן שהבחנתם בתחושה הזו בזמן שתרגלתם שכיבות סמיכה, שנעשות קשות יותר ויותר לביצוע ככל שמרבים בהן.
גורמים רבים עשויים לגרום לשרירים להתעייף. אחד מהם הוא שהשרירים עשויים להגיב פחות לאותות שנשלחים מהמוח במהלך ביצוע התעמלות. כדי ששרירים יגיבו לאותות מהמוח, כמות המטען החשמלי בתוך תאי השריר צריכה להשתנות. בפרט, החלק הפנימי של התא צריך להפוך חיובי יותר. כאשר החלק הפנימי של התא מספיק חיובי, התא יכול להגיב לאותות מהמוח. אולם, במהלך פעילות מְרַבִּית, המטענים החיוביים עשויים ''לברוח'' מתאי השריר [1]. זה משאיר את החלק הפנימי של תאי השריר שלילי יותר ופחות תגובתי כלפי האותות שנשלחים לאורך נוירונים. אתם עשויים לתהות כמה זמן העייפות ההיקפית הזו תימשך, ומתי תחזרו לכוחכם הרגיל. כפי שככל הנראה ניחשתם מתוך ניסיונכם האישי וחוויותיכם, עייפות אינה קבועה. אם אתלטים היו נחלשים בכל פעם שהם מתאמנים, הם לא היו מתאמנים יותר! במציאות, אימונים ועייפות קצרת-טווח מְחַזְּקִים אתכם עם הזמן. כתלות בעצימוּת הפעילות, יכול לקחת דקות, שעות, או אפילו ימים להתאושש מעייפות היקפית [2].
האם אתם חווים עייפות היקפית?
כדי לקבוע אם אתם חווים עייפות היקפית, תצטרכו ללכת למעבדת אימונים לבדיקות באמצעות שיטה שנקראת גירוי עצבי היקפי [3]. בשיטה זו עושה משתמשים במכשירים קטנים שנקראים אלקטרודות. האלקטרודות מחוברות לעור כמו מדבקות, ושולחות אותות קטנים ומהירים של חשמל שמרגישים כמו עקצוצים עדינים בגופכם [2]. תגובת שריריכם לגירוי הזה יכולה להימדד באמצעות מכשיר מיוחד שמודד את הכוח של תנועת השריר שנובעת מכך [2].
לאחר שהאלקטרודות מונחות על עורכם ואתם נינוחים, מדענים יגרו את העצב באמצעות האלקטרודות. הגירוי הזה גורם לשריר הרפוי שלכם להתכווץ בחוזקה לזמן קצר, מה שמוביל לתופעה הידועה בתור עווית שריר. עווית השריר שלכם יכולה להימדד לפני סוגים מסוימים של תרגילים שמעייפים את השריר, ואחריהם. זה יכול להיות פשיטות ברך, שבהן אתם כופפים ופושטים את רגלכם מהברך, כמו בבעיטת כדורגל, או תרגיל שמשתמש בזרועכם. הכול תלוי באיזה שריר המדענים רוצים לחקור! אם העווית שמיוצרת אחרי תרגיל קטנה יותר מהעווית שמיוצרת לפני התרגיל, המשמעות היא שהשריר שלכם איבד יכולת מסוימת להתכווץ (איור 2)–זוהי עייפות היקפית.
- איור 2 - מדידת עייפות היקפית באמצעות גירוי עצבי היקפי.
- שתי אלקטרודות (אחת חיובית והשנייה שלילית) מוצמדות לשריר באמצעות מדבקות מיוחדות. גירוי של האלקטרודות גורם לשריר להתכווץ בצורה של עווית שריר. עווית השריר נרשמת באמצעות מַתְמֵר כוח (המכשיר הירוק בציור שמחבר בין אחיזת היד לבין המחשב), אשר מודד את עוצמת כיווץ השריר. ניתן לבדוק עייפות היקפית באמצעות השוואה אם העווית שנרשמה ונמדדה על ידי מתמר הכוח קטנה יותר אחרי התרגיל (מה שמוֹרה על עייפות היקפית) או נשארה אותו הדבר (מה שמצביע על היעדר עייפות היקפית).
מוח על פני שריר
כשאתם מתבקשים לסייע לסחוב סלי קניות רבים מהרכב, ייתכן שאתם מבחינים בכך שהשקים מרגישים כבדים יותר ויותר ככל שאתם מתקדמים בדרככם. בעוד שריריכם עשויים להיות ''אשמים'' בעייפות היקפית, הגורם לכך יכול להיות משהו אחר. עייפות מרכזית היא סוג עייפות שמקוֹרהּ במוחכם [4]. במקרה זה, ללא תלות בשאלה אם שריריכם עייפים או לא, מערכת העצבים המרכזית שלכם–המוח וחוט השדרה–אינה מסוגלת לשלוח אותות חזקים מספיק כדי להניע את שריריכם להשקיע את המאמץ הגדול ביותר האפשרי.
במובנים רבים, מערכת העצבים המרכזית פועלת כמו מחשב, ומייצרת אותות חשמליים באמצעות כימיקלים ששולחים הודעות דרך הנוירונים. הנוירונים שלכם הם כמו כבלים שנושאים את המידע הזה בכל רחבי גופכם, ויכולים לגרום לפעולה כאשר האות מגיע לשרירים. כדי לגרום להם להתכווץ, לשריריכם נדרש אות שהוא מספיק עוצמתי. אם חל שינוי ביכולת של מערכת העצבים המרכזית שלכם לאותת לשריריכם, אז שריריכם לא יהיו מסוגלים להתכווץ בחוזקה הַמְּרַבִּית, אפילו כשאתם חושבים שאתם מפעילים אותם באופן מְרַבִּי. ניתן למדוד זאת על ידי כך שמבקשים ממישהו לבצע את מה שידוע בתור כיווץ רצוני מְרַבִּי. זהו הכוח המרבּי שאתם יכולים ליצור עם שריריכם על ידי ניסיון יזום. עייפות מרכזית תתרחש בדרך כלל כשאתם מותשים מתרגילים שמבוצעים לאורך פרק זמן ארוך, כמו נשיאת קניות. עייפות מרכזית היא דרך להגן על שריריכם מפני פציעה, אשר עלולה אם משתמשים בשרירים בעודף. כשאתם חווים עייפות מרכזית, לוקח למוחכם לפחות כמה דקות להתאושש ולהיות מסוגל לשלוח שוב אותות בעוצמה מרבית [2]. תרגילים מסוימים עשויים לדרוש אפילו כמה ימים להתאוששות [2].
מדידת מידת העייפות של מוחכם
אם עייפות מרכזית מתרחשת במערכת העצבים המרכזית, כיצד ניתן למדוד אותה כשאיננו יכולים לראותה או לגעת בה ישירות? מדען אחד גילה כי עייפות מרכזית יכולה גם להימדד בעזרת חשמל, באמצעות שיטה שידועה בתור שיטת Twitch interpolation [5, 6]. בעוד שעייפות היקפית מוערכת באמצעות מדידת עווית השריר שמתרחשת בזמן ששריר במנוחה מגורה, עייפות מרכזית נמדדת על ידי הערכת עווית השריר בתגובה לגירוי בזמן שאתם מייצרים כיווץ מרבי באופן רצוני, כמו כיווץ האגרוף שלכם ממש חזק, או בעיטה מקסימלית של רגלכם. אם גירוי שריריכם באמצעות אותות חשמליים יכול ליצור יותר כוח מהכיווץ הרצוני המרבי שלכם לבדו, משמעות הדבר היא ששריריכם לא התכווצו במלוא יכולתם, אף על פי שניסיתם הכי חזק שהייתם מסוגלים (איור 3). זהו סימן קלאסי לעייפות מרכזית! הכוח החסר היה תוצאה של כך שמוחכם לא שלח אותות חזקים מספיק!
- איור 3 - מדידת עייפות מרכזית באמצעות שיטת Twitch interpolation.
- עייפות שרירים מרכזית נבחנה באמצעות שליחת גירוי דרך אלקטרודות אל תוך השריר במהלך כיווץ רצוני מרבי–כאשר השריר מתכווץ כמה שניתן. אם עוצמת העווית במהלך הגירוי גדולה יותר מכוח הכיווץ הרצוני המרבי הנורמלי, אז השריר עדיין מסוגל לעבוד חזק יותר, מה שמצביע על עייפות מרכזית. אם בתגובה לגירוי ישנוֹ שינוי קטן בכיווץ הרצוני המרבי או שלא חל כל שינוי, אז העייפות היא ככל הנראה היקפית.
מסקנות
לסיכום, העייפות שאתם חשים אחרי פעילות גופנית מאומצת יכולה להתרחש בצורות שונות. אף על פי שאתם עשויים לחשוב כי אלה רק שריריכם שעייפים, גם מוחכם עשוי למלא תפקיד מרכזי מאוד. היכולת לומר אם אנשים מוגבלים בפעילויות הפיזיות שלהם בשל עייפות היקפית או עייפות מרכזית נעשית חשובה אפילו יותר כאשר בוחנים מה עוצר בעד אתלטים מלהגיע לאבני הדרך העיקריות הבאות בביצועיהם, או כאשר מנסים לסייע לאנשים המתמודדים עם מצבי בריאות כרוניים לבצע פעילויות יומיומיות בצורה יעילה יותר, כמו לעלות במדרגות, לנקות, או להתלבש. בפעם הבאה שאתם מתעייפים, חשבו האם זה יכול לנבוע מעייפות היקפית או מרכזית, או אפילו משתיהן!
מילון מונחים
נוירון (Neuron): ↑ סוג תא שמרכיב חלק גדול ממוחנו ומתמחה בתקשורת של מידע לגבי גופנו אל מוחנו, או בשליחת מידע מהמוח לחלקים שונים בגוף.
אקסון (Axon): ↑ הענף הארוך של נוירון שנושא אות.
עייפות היקפית (Peripheral Fatigue): ↑ עייפות שנובעת משרירינו.
גירוי עצבי היקפי (PNS-Peripheral Nerve Stimulation): ↑ גירוי של עצב באמצעות אלקטרודות שמחוברות לעור, אשר מעבירות פּוּלְסִים מהירים של חשמל.
עייפות מרכזית (Central Fatigue): ↑ עייפות שנובעת ממוחנו וממערכת העצבים המרכזית.
מערכת עצבים מרכזית (CNS-Central Nervous System): ↑ המוח וחוט השדרה.
כיווץ רצוני מרבּי (MVC-Maximal Voluntary Contraction): ↑ כמות הכוח הגדולה ביותר שאתם יכולים ליצור באמצעות החלטה לכווץ שריר בודד או קבוצת שרירים.
שיטת Twitch Interpolation (Twitch Interpolation Technique): ↑ בזמן כיווץ מרבי של השריר שלכם, משתמשים באלקטרודה להעברת פּוּלְס חשמלי כדי לבחון אם השריר יכול להתכווץ אפילו יותר, מה שמוביל לעווית בשריר.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
האיורים במאמר זה נוצרו באמצעות שילוב בין PowerPoint לבין תמונות שזמינוֹת ברשת דרך רישיון Creative Commons.
מקורות
[1] ↑ Juel, C. 1986. Potassium and sodium shifts during in vitro isometric muscle contraction, and the time course of the ion-gradient recovery. Pflügers Archiv. 406:458–63. doi: 10.1007/bf00583367
[2] ↑ Carroll, T. J., Taylor, J. L., and Gandevia, S. C. 2017. Recovery of central and peripheral neuromuscular fatigue after exercise. J. Appl. Physiol. 122:1068–76. doi: 10.1152/japplphysiol.00775.2016
[3] ↑ Mortimer, J. T., and Bhadra, N. 2004. “Peripheral nerve and muscle stimulation,” in Neuroprosthetics, eds K. W. Horch and G. S. Dhillon (Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd). p. 638–82. doi: 10.1142/978981mor2561763_0020
[4] ↑ Zory, R., Boerio, D., Jubeau, M., and Maffiuletti, N. A. 2005. Central and peripheral fatigue of the knee extensor muscles induced by electromyostimulation. Int. J. Sports Med. 26:847–53. doi: 10.1055/s-2005-837459
[5] ↑ Herbert, R. D., and Gandevia, S. C. 1999. Twitch interpolation in human muscles: Mechanisms and implications for measurement of voluntary activation. J. Neurophysiol. 82:2271–83. doi: 10.1152/jn.1999.82.5.2271
[6] ↑ Merton, P. A. 1954. Voluntary strength and fatigue. J. Physiol. 123:553–64. doi: 10.1113/jphysiol.1954.sp005070