Sinh lý cơ

I. Giới thiệu

Cơ bắp là một loại mô mềm linh hoạt nhất của cơ thể sống. Cơ bắp có khả năng co giãn, sinh công và sinh nhiệt. Trong cơ thể người, có ba loại cơ chính: cơ bắp – hay còn gọi là cơ vân (skeletal muscle), cơ trơn (smooth muscle), và cơ tim (cardiac muscle). Trong khoa học thể thao, chúng ta chủ yếu tập trung vào cơ bắp vì đây là bộ phận quan trọng bậc nhất và cũng là chủ đề quan tâm chính trong lĩnh vực: phát triển thể chất – thể lực (Physical & Performance) và y học thể thao (Sport medicine).

Hiểu biết về sinh lý cơ giúp các chuyên gia trị liệu thể thao trong việc:

• Hiểu rõ quá trình lành vết thương (Healing phase) và phục hồi mô mềm sau chấn thương
• Phát triển các kỹ thuật trị liệu bằng tay (Manual therapy) hiệu quả
• Áp dụng các phương pháp điều trị như trị liệu điện EMS, kích thích cơ NMES, …
• Đánh giá chính xác tình trạng cơ thể và vận động của VĐV
• Thiết kế các phương án lượng giá chẩn đoán chấn thương, chương trình tập luyện và phục hồi hiệu quả
• Phòng ngừa chấn thương và tối ưu hóa hiệu suất vận động thể thao

II. Cấu trúc cơ bắp

Cơ bắp (vân) có cấu trúc phức tạp, bao gồm nhiều lớp tổ chức từ vĩ mô đến vi mô. Cơ bắp đóng vai trò vô cùng quan trọng giúp cho con người vận động, hồi lưu máu và hỗ trợ hệ tiêu hóa trong việc tiêu thụ thức ăn. Cơ bắp là tế bào được nuôi dưỡng tốt nhất nhờ có hệ thống mạch máu đi cùng nó.

Đi sâu vào chi tiết cấu tạo cơ vân, chúng ta có 3 thành phần được bóc tách như sau:

1. Sợi cơ (muscle fibers): là đơn vị cấu trúc cơ bản của cơ vân với mỗi sợi là 1 tế bào hình trụ dài và đa nhân. Chiều dài có thể đạt tới 30cm với đường kính mỗi sợi cơ là 10-100µm (micromet). Mỗi sợi cơ được bọc bởi màng tế bào (sacrolemma) và bên trong chúng chứa các tơ cơ (myofibril) chạy dọc theo chiều dài của sợi cơ.
2. Tơ cơ (Myofibril): là cấu trúc nhỏ hơn cấu tạo nên sợi cơ (muscle fibres) với đường kính khoảng 1-2µm. Các tơ cơ gồm nhiều sợi protein actin và myosin xếp song song tạo thành các vùng sáng-tối xen kẽ (dải A và I), Chúng được chia thành nhiều đơn vị sacromere.
3. Sarcomere: là đơn vị nhỏ hơn cấu tạo nên tơ cơ với chiều dài khoảng 2.5-3.0µm được giới hạn bởi 2 đĩa Z. Là cấu tạo đơn vị nhỏ hơn của tơ cơ, bên trong các sarcomere cũng chứa các sợi actin và myosin và tạo ra các vùng đặc trưng như dải H, vùng M và dải I.

D. Bó cơ và lớp màng bao quanh:

Cơ bắp (muscle) là cấu trúc phân cấp gồm nhiều các bó cơ (muscle bundle) được tạo thành bởi hàng triệu triệu các sợi cơ (muscle fibers). Cơ bắp được bao bọc bởi 3 lớp màng chính, chúng là các phần của hệ thống myofascia (màng bao cơ) – phần mà mình sẽ giải thích kĩ hơn trong 1 bài sau. Hệ thống màng cơ này như những lớp bao bì bảo vệ hàng hoá. Theo thứ tự từ ngoài vào trong cùng, chúng ta sẽ có:

• Lớp ngoài cùng là epimysium (hay còn gọi là lớp deep fascia) – như lớp bọc màng film dày và đàn hồi, bảo vệ toàn bộ cơ bắp và giúp cho các cơ bắp có thể trượt trên nhau.
• Đi sâu vào trong là lớp màng perimysium như các vách ngăn, chia cơ bắp thành từng bó cơ nhỏ hơn (fascicle).
• Cuối cùng là lớp endomysium, như lớp màng film mỏng bọc riêng từng món hàng, bao quanh từng sợi cơ (muscle fiber) đơn lẻ.

E. Các loại sợi cơ và đặc điểm:

Đa phần khi đã vận động, chúng ta sẽ cảm thấy mệt mỏi và yếu đi. Chính vì vậy, chúng ta cần sự bền bỉ, kể cả phát lực trong 1 thời gian cực ngắn hay dài hơi. Các sợi cơ được phân bố chủ yếu thành 2 nhóm: sợi cơ chậm (loại I), sợi cơ nhanh (loại II). Trong nhóm loại II lại phân bố thành 2 nhóm nhỏ hơn là: IIA và IIB. Mỗi người sinh ra đều có sự trộn lẫn giữa 2 nhóm sợi cơ này, giúp cho chúng ta vận động đa dạng các môn thể thao khác nhau. Cụ thể chúng ta có bảng sau:

Trong cơ thể con người sẽ có 1 vài nhóm cơ chủ yếu là sợi cơ chậm, ví dụ điển hình như cơ dép (Soleus) ở bắp chân (1). Ngoài ra, các sợi cơ chậm được phân bố cho các vận động tinh vi như viết, gõ phím hoặc nháy mắt do sự phân bố dây thần kinh bị hạn chế.

Fun fact về sợi cơ chậm: hãy tận dụng nó để thả lỏng sau tập luyện !

Mặc dù sợi cơ chậm sử dụng nguồn năng lượng chính là phụ phẩm chất béo và tinh bột chuyển hoá, acid lactic cũng là nguồn năng lượng yêu thích của sợi cơ chậm. Đặc biệt, chúng sử dụng 1 loại enzyme đặc biệt để hấp thụ. Mà chúng ta đều biết acid lactic là phế phẩm sinh ra từ các hoạt động cường độ cao, gây đau mỏi và khó chịu sau khi tập luyện căng thẳng. Vậy thì hãy sử dụng mẹo này để giảm tải căng thẳng sau tập.

Ví dụ: sau khi tập luyện cường độ cao, hãy chạy nhẹ nhàng hoặc đi bộ để thả lỏng cơ thể. Điều này sẽ có lợi ích hơn là ngồi giãn cơ hoặc là chẳng làm gì!

Sau khi đọc xong phần này, bạn sẽ có câu hỏi đặt ra là: liệu chạy bộ / tập tạ nhẹ nhàng / tập chuyên về tăng cơ phì đại (hypertrophy) có làm ta chạy chậm đi không? Câu trả lời sẽ là “có thể”. Vì cơ thể con người nhạy cảm và thích nghi với các hình thái vận động, chính vì vậy các sợi cơ nhanh sẽ hợp với các vận động nhanh và nước rút. Nhưng khi tập luyện sang hình thái chậm và bền, loại sợi này lại bị ảnh hưởng.

Ví dụ như nếu bạn chạy bộ ở ngưỡng bền, bạn sẽ phát triển thể lực nhưng lại bị mất dần đi tốc độ, và ngược lại. Nếu bạn là 1 VĐV thiên về sức mạnh và tốc độ, hãy cân nhắc phối hợp các hình thức tập luyện với tốc độ khác nhau để gia tăng ngưỡng chịu đựng của sợi cơ, từ đó nâng cao hiệu suất thi đấu.

III. Cơ chế hoạt động của cơ bắp

A. Lý thuyết sợi trượt (Sliding filament theory)

Đây là lý thuyết giải thích cách sợi cơ co lại để tạo ra chuyển động và sức mạnh. Nắm được cơ chế này sẽ giúp chúng ta: tối ưu hoá hiệu suất tập luyện, cá nhân hoá chương trình tập luyện và phòng tránh chất thương.

Quá trình co cơ diễn ra chủ yếu tại các đơn vị nhỏ nhất của cơ bắp là các sacromere. Chi tiết hơn về sợi actin và myosin, đây là 2 loại sợi protein chính cấu tạo nên sacromere:

• Sợi actin mỏng, gắn với Z-line và kéo dài vào giữa sacromere.
• Sợi myosin dày hơn, nằm giữa sacromere. 2 loại sợi này xếp song song.

Theo lý thuyết co cơ (Sliding filament theory), khi não gửi kích thích điện xuống tuỷ sống, các đơn vị vận động (motor unit) lan truyền tín hiệu tới sợi cơ mà chúng kết nối, kích hoạt giải phóng Calcium (chứa trong lưới cơ tương – sarcoplasmic reticulum) và ATP. Khi đoầu của sợi dày (myosin) gắn vào vị trí trên sợi mỏng (actin), kết nối chúng lại với nhau, làm cho sợi sacromere ngắn lại và tạo ra lực. Khi hàng triệu triệu sacromere hoạt động như vậy. Miễn là còn kích thích tín hiệu não và năng lượng (ATP) để duy trì thì quá trình này vẫn sẽ tiếp tục. Đó chính là sự co cơ.

Lý thuyết là vậy, khá khó để hình dung. Vậy thì bạn hãy tưởng tượng: chúng ta đi siêu thị và thanh toán (quá gần gũi phải không nào?)

Trước mặt bạn có 1 băng chuyền “kì diệu” (sợi actin) và người thu ngân (sợi myosin). Chúng ta đặt hàng hoá đã mua lên đầu bên này băng chuyển (đĩa Z) và chúng ta biết chắc chắn hàng của mình sẽ đi về đầu cuối băng chuyền để đóng gói (đĩa Z). Khi bắt đầu thanh toán (co cơ), thu ngân kéo hàng về phía họ để scan code và băng chuyền cũng sẽ ngắn lại theo cử động của họ. Chúng ta có cảm giác 2 đầu băng chuyền gần lại với nhau (2 đĩa Z gần lại.) Y hệt như vậy là sợi myosin kéo sợi actin gần lại với nhau. Khi thanh toán xong, băng chuyền lại duỗi dài như ban đầu và thu ngân nghỉ ngơi (nhưng thực tế họ thu tiền của chúng ta !). Bằng ví dụ tưởng tượng như vậy, bạn có thể ngầm hiểu rằng trong cơ thể bạn có hàng triệu triệu “băng chuyền siêu thị” tí hon như vậy – chúng là các sacromere, hoạt động đồng bộ để tạo ra cử động của cơ bắp.

B. Phản ứng bảo vệ của cơ bắp với áp lực: sự co cơ (muscle tension) Hãy tưởng tượng cơ bắp của bạn như một đội quân phòng thủ tinh nhuệ, luôn sẵn sàng ứng phó với những tác động bất ngờ. Giống như một đội quân có hệ thống báo động và phản ứng nhanh, cơ bắp của chúng ta có những cơ chế tự bảo vệ rất tinh vi. Đó chính là:

• Phản xạ căng cơ (myotatic stretch reflex)
• Phản xạ căng thẳng (tension reflex)

Phản xạ căng cơ

Ví dụ cụ thể, khi bạn bị ai đó kéo tay quá nhanh, các nhóm cơ quanh khớp vai và cánh tay sẽ tự động co lại để không bị kéo đi, đồng thời bảo vệ bạn khỏi chấn thương. Đây chính là vai trò của “thoi cơ” (muscle spindle) – một loại cảm biến cảm thụ nhạy bén (proprioceptor / sensory receptor) nằm sâu trong sợi cơ – phát hiện tốc độ và mức độ kéo giãn cơ, phản ứng nhanh để tự chống lại khi chịu các lực tác động quá nhanh/mạnh. Từ đó chúng kích hoạt “phản xạ căng cơ” tại tuỷ sống ngay lập tức. Khi thoi cơ (muscle spindle) phát hiện nguy hiểm chấn thương, nó gửi ngay tín hiệu tới các nhóm cơ đang bị kéo giãn phải co lại để giảm lực, tốc độ và phạm vi chuyển động. Ví dụ như bạn đang cố sút quả bóng nhưng trượt, khi đó “phản xạ căng cơ” sẽ kích thích sự co cơ, kéo chân bạn lại để không gây chấn thương như rách cơ, giãn gân, …

Phản xạ căng thẳng Cơ bắp có phản xạ bảo vệ rồi, vậy đối với gân thì sao? Lỡ đâu chúng ta nâng vật gì quá tải, gân không chịu được và bị đứt thì sao? Chúng ta có ngay 1 hệ thống bảo vệ dành riêng cho gân, bằng “cơ quan Golgi” (Golgi tendon organ – GTO). Đây là 1 mạng lưới cảm thụ (proprioceptor / sensory receptor) nằm ngay tại điểm nối giữa cơ và gân (Myotendinous junction) để phát hiện mức độ căng của cơ. Chúng phản ứng chậm hơn, và theo thời gian thì giảm dần trương lực cơ khi căng kéo dài. Đồng thời ngăn chặn cơ căng quá mức để tránh chấn thương. Hãy hình dung GTO như một nhân viên an ninh có nhiệm vụ giám sát mức độ co cơ. Khi bạn nâng một vật nặng trên 50kg, GTO sẽ theo dõi chặt chẽ mức độ căng của cơ. Nếu áp lực vượt quá ngưỡng cho phép, nó sẽ gửi tín hiệu ức chế co cơ, từ đó sẽ bảo vệ cơ bắp và gân khỏi chấn thương.

Ứng dụng trong tập luyện

• Giãn cơ: khi bạn giãn cơ thụ động (static stretch), bạn sẽ thấy đau và cảm giác bị kéo lại (hay là cảm giác cứng), nhưng sau đó khoảng 20s-30s, bạn sẽ cảm thấy thoải mái. Cảm giác bị kéo lại chính là do cơ chế phản xạ căng thẳng (tension reflex). GTO lúc đó đã thấy việc bạn kéo căng cơ là nguy hiểm và cố gắng giữ lại bằng việc co cơ ngược lại. Bạn cố giãn cơ lâu thêm 1 chút, nó tự động giảm tín hiệu “không còn nguy hiểm nữa” và cho phép cơ được kéo dài theo chiều giãn cơ.
• Tăng sức mạnh: điều thú vị là bạn có thể “huấn luyện” hệ thống phản xạ này! Thông qua việc tập luyện đều đặn và tăng tiến, bạn có thể nâng cao ngưỡng chịu đựng của cơ bắp. Giống như việc một VĐV cử tạ sau nhiều năm tập luyện có thể nâng được những tạ nặng mà trước đây họ không thể, cơ bắp của bạn cũng sẽ dần thích nghi và trở nên mạnh mẽ hơn.

Tuy nhiên, cũng cần cẩn trọng. Giống như việc huấn luyện quá mức có thể làm hỏng một đội quân tinh nhuệ, việc đẩy cơ bắp quá giới hạn cũng có thể dẫn đến nguy cơ chấn thương. Tips ở đây là: đều đặn (continuous) và tăng tiến (progressive).

C. Các hình thức co duỗi cơ bắp (đồng tâm, ly tâm, đẳng trương, đẳng trường)

Trong lĩnh vực VLTL-PHCN thể thao, các loại co cơ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển sức mạnh, kiểm soát chuyển động, và hỗ trợ quá trình phục hồi sau chấn thương. Các loại co cơ chính bao gồm:

1. Co cơ đồng tâm (Concentric): cơ ngắn lại trong quá trình tạo lực, rất quan trọng để cải thiện sức mạnh. Ví dụ, khi VĐV cuốn bắp tay (bicep curls), cơ bắp tay trước (biceps) co lại, tạo ra lực để nâng tạ lên và tăng kích thích lên bắp tay và khớp vai. Đối với phục hồi chấn thương, các bài tập đồng tâm được sử dụng để kích thích tăng trưởng cơ bắp.
2. Co cơ ly tâm (Eccentric): Là khi cơ dài ra kèm kiểm soát lực cực độ. Vẫn tiếp tục với ví dụ bài bicep curls, khi hạ tạ xuống curl, cơ biceps vẫn co nhưng dài ra, giúp kiểm soát tốc độ và giảm tác động lên các khớp. Các bài tập eccentric thường được ưu tiên dùng để điều trị ở giai đoạn sau (late stage rehab) và ngăn ngừa chấn thương cơ và gân bằng cách cho phép gân hấp thụ lực lớn hơn. Bằng việc tăng tải trọng và kích thích lên gân, gân sẽ dày và khoẻ hơn bằng sự thích nghi cấu trúc (phì đại) trong quá trình eccentric.
3. Co cơ đẳng trường (Isometric): Là khi cơ tạo lực mà không thay đổi chiều dài, giữ nguyên vị trí. Vẫn ví dụ bài cuộn bắp tay, chúng ta giữ tạ ở một vị trí cố định mà không nâng lên hay hạ xuống, cơ biceps co cơ 1 cách tối đa để giữ nguyên tạ mà không có chuyển động. Các bài tập Isometric đặc biệt quan trọng trong phục hồi sau chấn thương giai đoạn đầu vì khi đó lực chuyển động lên khớp là ổn định (gần như ít).
4. Co cơ đẳng trương (Isotonic): Đây là dạng co cơ mà lực của cơ duy trì không đổi trong suốt quá trình vận động, bao gồm cả co cơ đồng tâm (concentric) và ly tâm (eccentric). Ví dụ điển hình nhất là khi tập luyện với máy Isokinetic. Các bài tập đẳng trương hữu ích trong việc phát triển khả năng chịu đựng và kiểm soát cơ, hỗ trợ phục hồi chức năng sau chấn thương một cách an toàn nhất.

Trong phục hồi chức năng thể thao, áp dụng các loại co cơ phù hợp sẽ giúp tăng cường sức mạnh, cải thiện độ bền và bảo vệ cơ bắp. Chuyên gia vật lý trị liệu sẽ lựa chọn các loại co cơ khác nhau theo từng giai đoạn phục hồi để đạt hiệu quả tối ưu và hỗ trợ vận động viên quay lại tập luyện và thi đấu nhanh chóng.

IV. Sinh Lý Cơ trong Trị Liệu Thể Thao

Cơ bắp thường xuyên phải chịu các áp lực cơ học trong hoạt động thể thao, dẫn đến nguy cơ tổn thương nhẹ (rách vi thể) tới các chấn thương nghiêm trọng. Cơ chế tổn thương thường liên quan đến áp lực lên cơ bắp quá mức, kéo giãn cơ đột ngột hoặc cơ thể chưa sẵn sàng mà đã vận động ở cường độ cao. Những nguyên nhân phổ biến bao gồm luyện tập quá sức, kỹ thuật không đúng, hoặc do va chạm trong thể thao đối kháng.

Quá trình tự lành vết thương của cơ bắp diễn ra qua 3 giai đoạn chính. Ban đầu, các tế bào miễn dịch được huy động để loại bỏ mô tổn thương, sau đó các nguyên bào cơ (satellite cells) được kích hoạt để hình thành sợi cơ mới. Đây là quá trình quan trọng để khôi phục cơ bắp, đặc biệt trong thể thao, nơi mà cơ bắp cần nhanh chóng trở lại trạng thái hoạt động tối ưu.

Phục hồi chức năng (rehabilitation) đóng vai trò thiết yếu trong giai đoạn này, giúp định hướng quá trình phục hồi một cách an toàn và hiệu quả, đồng thời hạn chế nguy cơ tái chấn thương.

Cuối cùng, để phòng ngừa chấn thương và tăng cường hiệu suất, việc hiểu rõ cấu trúc và cơ chế hoạt động của cơ bắp là điều cốt lõi. Thông qua các liệu pháp chuyên biệt, trị liệu thể thao cải thiện sự cân bằng và linh hoạt, giúp cơ bắp hoạt động nhịp nhàng và bền vững hơn. Điều này không chỉ giảm thiểu rủi ro mà còn nâng cao hiệu suất vận động, đảm bảo sự phát triển bền vững trong hành trình thể thao.

Edgerton, V. R., Smith, J. L., & Simpson, D. R. (1975). Muscle fibre type populations of human leg muscles. The Histochemical journal, 7(3), 259–266.