Lärandemål
- Diskutera muskelspänning och muskelkontraktion
Muskelryckning
Vi kan öka vår förståelse för muskelsammandragning genom att undersöka sammandragningen av en muskelfiber. En ryckning uppstår när en muskelfiber drar ihop sig som svar på ett kommando (stimulus) från nervsystemet. Tiden mellan aktiveringen av ett motorneuron tills muskelkontraktionen inträffar kallas för fördröjningsfasen (ibland kallad latentfasen). Under fördröjningsfasen rör sig en signal som kallas aktionspotential till motorneuronets ände (axonterminalen). Detta resulterar i frisättning av acetylkolin och depolarisering av den motoriska ändplattan. Depolariseringen leder till att kalcium frigörs av det sarkoplasmatiska retikulumet och att kalcium därefter binds till troponin, vilket leder till att myosinbindningsstället exponeras. Detta följs av själva muskelkontraktionen som utvecklar spänningen i muskeln. Denna nästa fas kallas kontraktionsfasen. Under kontraktionsfasen bildas korsbryggor mellan aktin och myosin. Myosin förflyttar aktin, frigör och bildar korsbryggor många gånger när sarkomeren förkortas och muskeln kontraherar. ATP används under denna fas och energi frigörs som värme. Myosin frigör sig från aktin när ett andra ATP fäster vid myosin. Myosin är nu tillgängligt för ytterligare en korsbrobildning. När muskeln slappnar av minskar spänningen. Denna fas kallas relaxationsfasen. Under denna fas transporteras kalcium aktivt tillbaka till det sarkoplasmatiska retikulumet med hjälp av ATP. Troponinet flyttar tillbaka till sin position och blockerar myosinbindningsstället på aktinet och muskeln förlängs passivt.
Muskelstimulans och kontraktionsstyrka
En skelettmuskelfiber kommer att producera en viss mängd kraft om stimulansen är tillräckligt stark för att nå tröskelvärdet för muskelkontraktion. Detta kallas för lagen om allt eller inget. Låt oss säga att vi elektriskt stimulerar en muskelfiber. Vi börjar med en låg stimuleringsmängd som inte når upp till tröskelvärdet för att producera en sammandragning. Muskelfibrerna kommer att reagera genom att förbli avslappnade, de kommer inte att kontrahera. Om vi nu ökar stimuleringen så att tillräckligt mycket stimulering produceras för att nå tröskelvärdet kommer muskelfibern att reagera genom att kontrahera. Om vi slutligen fortsätter att öka stimulansen så att den väl överstiger tröskelvärdet kommer muskelfibern att reagera genom att kontrahera med samma kraft som när vi just nådde upp till stimulansen. Muskeln kommer inte att dra ihop sig med större kraft om stimulansen är större. Muskeln reagerar på starkare stimuli genom att producera samma kraft. I skelettmuskulaturen kan en motorneuron innervera många muskelfibrer. Detta kallas för en motorisk enhet. Det finns många motoriska enheter i hela skelettmuskulaturen. Motoriska enheter agerar på ett samordnat sätt. Ett stimulus påverkar alla de muskelfibrer som innerveras av en viss motorenhet.
Muskelns längd-spänningsförhållande
Längden på en muskel är relaterad till den spänning som genereras av muskeln. Muskler kommer att generera mer kraft när de sträcks utöver sin vilolängd till en punkt. Muskler som sträcks bortom denna punkt kommer att generera mindre spänning. Om muskeln har sin vilolängd kommer den inte att producera maximal spänning eftersom aktin- och myosinfilamenten överlappar varandra alltför mycket. Myosinfilamenten kan sträcka sig in i Z-skivorna och båda filamenten stör varandra, vilket begränsar antalet korsbryggor som kan bildas. Om muskeln sträcks till en punkt kommer spänningen att öka i muskeln. Aktin- och myosinfilamenten kan nu överlappa varandra optimalt så att det största antalet tvärbroar kan bildas. Om muskeln översträcks kommer spänningen att minska. Aktin- och myosinfilamenten överlappar inte varandra, vilket leder till att antalet korsbryggor som kan bildas minskar. Den ideala längden på en sarkomer under produktion av maximal spänning uppstår när tjocka och tunna filament överlappar varandra i största möjliga utsträckning.
Kontroll av muskelspänning
Neural styrning initierar bildandet av korsbryggor mellan aktin och myosin, vilket leder till den förkortning av sarkomer som är involverad i muskelkontraktion. Dessa sammandragningar sträcker sig från muskelfibrerna genom bindväv för att dra i benen, vilket orsakar skelettrörelser. Det drag som utövas av en muskel kallas för spänning, och den kraft som skapas av denna spänning kan variera. Detta gör det möjligt för samma muskler att förflytta mycket lätta föremål och mycket tunga föremål. I enskilda muskelfibrer beror den mängd spänning som produceras på muskelfiberns tvärsnittsarea och frekvensen av nervstimulering.
Antalet tvärbryggor som bildas mellan aktin och myosin avgör hur mycket spänning som en muskelfibers kan producera. Korsbryggor kan endast bildas där tjocka och tunna filament överlappar varandra, vilket gör det möjligt för myosin att binda till aktin. Om fler korsbryggor bildas kommer mer myosin att dra på aktin och mer spänning kommer att produceras.
Den ideala längden på en sarkomer under produktion av maximal spänning inträffar när tjocka och tunna filament överlappar varandra i störst utsträckning. Om en sarkomer i vila sträcks över den ideala vilolängden överlappar inte tjocka och tunna filament i högsta grad varandra, och färre korsbryggor kan bildas. Detta resulterar i att färre myosinhuvuden drar på aktin och mindre spänning produceras. När en sarkomer förkortas minskar överlappningszonen när de tunna filamenten når H-zonen, som består av myosintails. Eftersom det är myosinhuvudena som bildar korsbryggor kommer aktin inte att binda till myosin i denna zon, vilket minskar den spänning som produceras av denna myofiber. Om sarkomeren förkortas ännu mer börjar tunna filament att överlappa varandra, vilket minskar bildandet av korsbryggor ännu mer och ger ännu mindre spänning. Omvänt, om sarkomeren sträcks till den punkt där tjocka och tunna filament inte överlappar varandra alls, bildas inga korsbryggor och ingen spänning produceras. Denna grad av sträckning sker vanligtvis inte eftersom accessoriska proteiner, inre sensoriska nerver och bindväv motsätter sig extrem sträckning.
Den primära variabeln som bestämmer kraftproduktionen är antalet myofibrer i muskeln som får en aktionspotential från den neuron som kontrollerar den fibern. När man använder biceps för att plocka upp en penna signalerar hjärnans motoriska cortex endast till ett fåtal neuroner i biceps, och endast ett fåtal myofibrer reagerar. Hos ryggradsdjur reagerar varje myofiber fullt ut om den stimuleras. När man plockar upp ett piano signalerar den motoriska hjärnbarken alla neuronerna i biceps och alla myofibrer deltar. Detta är nära den maximala kraft som muskeln kan producera. Som nämnts ovan kan en ökning av frekvensen av aktionspotentialer (antalet signaler per sekund) öka kraften lite mer, eftersom tropomyosinet översvämmas av kalcium.
Typer av muskelfibrer
Det finns tre huvudtyper av skelettmuskelfibrer. Dessa kallas för snabb ryckning, långsam ryckning och intermediär ryckning. Generellt sett genererar fibrer med snabb ryckning hög kraft under korta tidsperioder. Fibrer med långsam ryckning genererar lägre kraft men kan göra det under längre perioder. Intermediära fibrer har vissa egenskaper från både snabba och långsamma ryckfibrer. Snabba ryckfibrer kallas också för typ II-fibrer. Snabba ryckfibrer är de dominerande fibrerna i kroppen. De reagerar snabbt på stimuli och kan generera en hel del kraft. De har en stor diameter på grund av den stora mängden myofibriller. Deras aktivitet drivs av ATP som genereras från anaerob metabolism. Fibrer med långsam ryckning reagerar mycket långsammare på stimuli än fibrer med snabb ryckning. De har en mindre diameter och innehåller ett stort antal mitokondrier. De kan upprätthålla långa kontraktioner och får sitt ATP från aerob metabolism. Fibrer med långsam ryckning är omgivna av kapillärnätverk som förser dem med syresatt blod som används i de aeroba energisystemen. De innehåller också ett rött pigment som kallas myoglobin. Myoglobin kan binda syre (som hemoglobin) och ger en betydande syrereserv. På grund av myoglobinets rödaktiga färg kallas dessa fibrer ofta för röda muskelfibrer. Fibrer med långsam ryckning kallas också för typ I-fibrer. Intermediära fibrer liknar snabbt ryckande fibrer eftersom de innehåller små mängder myoglobin. De har också ett kapillärnätverk runt omkring sig och tröttnar inte lika lätt som fibrer med snabba ryckningar. De innehåller fler mitokondrier än snabbspänningsfibrer men inte lika många som långsamspänningsfibrer. Kontraktionshastigheten och uthålligheten ligger också mellan snabba och långsamma twitch-fibrer. Intermediära fibrer kallas också för typ IIa-fibrer. Muskler som har en övervikt av långsamma fibrer kallas ibland för röda muskler, till exempel i ryggen och delar av benen. På samma sätt kallas muskler som har en övervikt av snabba fibrer för vita muskler. Det är intressant att notera att det inte finns några långsamma ryckfibrer i ögonmusklerna eller musklerna i händerna.
Bidrag!
Förbättra den här sidanLär dig mer