Muscle Contraction

contents 근육의 개요 골격근의 미세구조 근수축 기전 근수축의 종류

근육의 개요 1. 발생-중배엽(예외: 한선의 평활근, 모양체근, 동공괄약근, 동공산대근 → 외배엽 발생) 2. 근육의 분류 Skeletal muscle Cardiac muscle Visceral muscle 운동성/자동성 voluntary muscle/없음 involuntary muscle/있음 특징 Striated, 원주상 다핵 Striated, 원주상 단핵 Smooth, 방추상 단핵 근형질세망 잘 발달되어 있음 발달이 나쁨 발달이 극히 적음 Ca²+ 근원 근형질세망, 세포외액 Ca²+ 조절부위 트로포닌 마이오신 T세관 있음 없음 신경지배 운동신경 자율신경 안정전압 -70 ~ -90mV -80 ~ -115mV -30 ~ -50mV 활동전압 120 ~ 140mV 110 ~ 150mV 30 ~ 60mV 전기적 자극역치 낮음 중간 높음 전도속도 3 ~ 4 m/s 20 ~ 30 cm/s 2 ~ 3 cm/s 절대불응기 1 ~ 2 msec 100 ~ 200 msec 5 ~ 10 msec 피로도 쉽게 피로 쉽게 피로하지 않음

골격근의 미세구조 1. 근초(근섬유막, sarcolemma) – 근섬유의 세포막으로 흥분성과 전도성이 있음 2. T세관(T tubule) – 근초에서 발생되는 흥분성 변화를 근섬유 내부로 쉽게 전달 3. 근형질세망(SR) 1) 근원섬유 각각을 둘러싸고 있는 형태로 T세관과 직각으로 위치 2) 내부에 Ca²+ 를 저장하고 있다가 흥분반응이 전도되면 Ca²+ 를 근장 속으로 방출 4. 근원섬유(myofilament) 1) 종류 – myosin 성분의 굵은 filament – actin 성분의 가는 filament 2) 부분별 명칭 - A band : 암대, myosin으로 구성 - I band : 명대, actin으로 구성 - H zone : A band 중앙의 myofilament에 존재, 주변에 비해 밝다 - Z line : I band 중앙 부위의 선 - Z line ~Z line : sarcomere(근절, 골격근의 기본단위)

근수축 기전 근수축 기전 1. Sliding Filament Theory     1) actin(thin filament)이 myosin(thick fialment)사이로 미끄러져 들어가 근 수축이 이루어진다는 학설. 2) 활주설 5 단계 : rest → excitation coupling → contraction → recharging → relaxation 2. 근 수축 기전 수축 아세틸콜린이 운동신경 말단에서 분비되고 신경근 연접 사이로 확산 근섬유막이 자극을 받고 근육자극이 T세관을 통해 섬유 깊숙이 전달되고 SR에 다다름 Ca²+ 이 SR에서 근형질로 확산되고 트로포닌 분자에 결합 트로포마이오신 분자가 움직여 액틴 필라멘트의 특별한 위치에 노출 액틴필라멘트와 마이오신필라멘트가 결합하여 액틴필라멘트가 마이오신필라멘트를 따라 안쪽으로 미끄러져 들어감 수축이 일어나면 근섬유는 짧아짐 이완 콜린분해효소가 아세틸콜린을 분해시켜 근섬유막이 더 이상 자극받지 않게 됨 Ca²+ 이 SR 안으로 활발히 수송 액틴필라멘트와 마이오신필라멘트의 결합이 깨지고 트로포닌과 트로포마이오신분자가 액틴필라멘트와 마이오신팔라멘 트 사이의 상호작용 억제되고 서로 미끄러지며 떨어짐 - 근육이 이완하고 다시 휴식기가 찾아오면 근섬유는 길어짐

근수축 기전 3. 근수축 기전에 있어서 트로포마이오신과 트로포닌의 역할 안정상태에서 트로포마이오신은 액틴분자의 cross-bridge 결합부위를 가리고 있다가 수축반응 시에 칼슘이온이 트로포닌에 붙으면 트로포마이오신이 위치변동을 일으켜 결합부위가 노출되므로 cross-bridge가 형성된다. 1) 세포내 Ca²+ 2) Ca²+ 이 트로포닌에 결합 3) 트로포마이오신 위치 이동으로 결합부위노출 4) 결합부위에 마이오신 결합하여 노젓기 운동 5) 액틴 필라멘트의 미끄러짐 이동

근수축 기전 1) 근수축에 직접 사용되는 에너지원 : ATP 2) ATP가 가수분해 되어 ADP로 되면서 유리되는 4. 근수축 에너지 1) 근수축에 직접 사용되는 에너지원 : ATP 2) ATP가 가수분해 되어 ADP로 되면서 유리되는 에너지를 근필라멘트의 수축기전에 이용 → myosin head에 있는 ATPase에 의해 이루어짐 3) ATP는 cross-bridge cycle의 기능 (1) 형성되어 있던 cross-bridge를 분해 → 새로운 cycle을 시작 (2) cross bridge의 에너지 제공 → 근수축력 발생 4) creatine Phosphate(CP, 크레아틴인산염) : ATP 생성에 관여

근수축 기전 5. 근수축시 변화 1) I band, H zone, Z~Z 축소 (A band 변화 X ) 2) 근형질 세망에서 ca 유리 3) 운동신경 종말에서 아세틸콜린이 신경근연접 내에서 확산 6. 근수축 시 생성물과 분해물 1) 소모 : ATP, 포도당, creatine phosphate, O2 등 2) 생성 : lactic acid, creatine, CO2 등 3) 신체 피로 물질 : 젖산(간에서 glycogen으로 재합성) 4) 근의 에너지원 순서 : ATP → 크레아틴 인산 → 포도당 5) 근수축에 가장 큰 영향을 주는 인자 : 안정 시 근섬유의 길이

근수축의 종류 1. 근 수축모양에 따른 분류 1) 연축(twitch) (1) 단일 활동전압에 의해 근섬유에서 일어나는 수축현상(약 0.1초) (2) 시기 - 잠복기 : 활동전압이 발생 후 근장력이 증가되기 전까지의 간격(0.01초) - 수축기 : 근육이 장력을 발생시켜 작업을 수행하는 시기(0.04초) - 이완기 : 수축반응으로부터 회복되는 시기(0.05초) 2) 강축(tetanus) (1) 근육에 단일자극이 아닌 짧은 간격의 반복자극을 가했을 때 나타나는 지속적이고 큰 힘을 나타내 는 수축 (2) 반복적인 자극 때문에 SR의 Ca²+ 펌프가 칼슘이온을 모두 회수할 수 없어서 근긴장 칼슘이온 농도 가 높게 유지되기 대문에 유발 3) 긴장(tonus) : 근육의 부분적인 수축상태고 여러 개의 운동단위가 수축을 지속하고 있는 상태 4) 강직(rigidity) : 병적상태로 활동전압이 유발되지 않고서도 강축을 일으키는 비가역적 수축 5) 경직(rigor) : 불가역적인 지속적 수축상태로 ATP 고갈에 의해 액틴과 마이오신이 결합한 복합체 가 떨어지지 않는 현상

근수축의 종류 2. 근 길이변화에 따른 분류 1) isometric contraction 정적 수축으로 근섬유 길이에는 변화 없이 장력이 발생하는 수축 2) isotonic contraction 동적 수축으로 장력의 변화 없이 근의 길이가 짧아지는 수축, 근섬유의 길이가 짧아지고 관절각에 변화가 있는 수축 - concentric contraction - eccentric contraction