กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 16 นาที

การหดตัวของกล้ามเนื้อ

การหดตัวของกล้ามเนื้อคือการกระตุ้น ตำแหน่งที่สร้าง แรงตึงภายในเซลล์กล้ามเนื้อ ในทางสรีรวิทยาการหดตัวของกล้ามเนื้อไม่ได้หมายความว่ากล้ามเนื้อจะสั้นลงเสมอไป

การหดตัวของกล้ามเนื้อ

ภาพแสดงการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ

การหดตัวของกล้ามเนื้อคือการกระตุ้น ตำแหน่งที่สร้าง แรงตึงภายในเซลล์กล้ามเนื้อ [ 1 ] [ 2 ] ในทางสรีรวิทยาการหดตัวของกล้ามเนื้อไม่ได้หมายความว่ากล้ามเนื้อจะสั้นลงเสมอไป เพราะแรงตึงของกล้ามเนื้อสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงความยาวของกล้ามเนื้อ ( การหดตัวแบบไอโซเมตริก ) เช่น เมื่อถือของหนักไว้ในตำแหน่งเดิม[ 3 ]การสิ้นสุดของการหดตัวของกล้ามเนื้อจะตามมาด้วยการคลายตัวของกล้ามเนื้อซึ่งเป็นการกลับคืนของเส้นใยกล้ามเนื้อสู่สภาวะที่สร้างแรงตึงต่ำ[ 1 ]

เพื่อให้เกิดการหดตัว เซลล์กล้ามเนื้อต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของเส้นใย สองชนิด ได้แก่ เส้นใยบางและเส้นใยหนา

ส่วนประกอบหลักของเส้นใยบางคือโซ่ที่เกิดจากการขดตัวเป็นเกลียวของเส้นใยแอคติน สองเส้น ในขณะที่เส้นใยหนาส่วนใหญ่ประกอบด้วยโซ่ของโปรตีนมอเตอร์ไมโอซินเส้นใยทั้งสองชนิดนี้รวมกันเป็นไมโอไฟบริล ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์พื้นฐานที่ทำหน้าที่ในระบบกล้ามเนื้อโครงร่าง

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างเป็นการทำงานที่เกิดจาก ระบบประสาท เนื่องจากต้องอาศัยการส่งสัญญาณประสาทจากเซลล์ประสาทสั่งการ เซลล์ประสาทสั่งการเพียงเซลล์เดียวสามารถส่งสัญญาณไปยังเส้นใยกล้ามเนื้อได้หลายเส้น ทำให้เส้นใยเหล่านั้นหดตัวพร้อมกัน เมื่อได้รับการส่งสัญญาณแล้ว เส้นใยโปรตีนภายในเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่างแต่ละเส้นจะเลื่อนผ่านกัน ทำให้เกิดการหดตัว ซึ่งอธิบายได้ด้วยทฤษฎีการเลื่อนของเส้นใย การหดตัวที่เกิดขึ้นสามารถอธิบายได้ว่าเป็นแบบกระตุกแบบรวม หรือแบบเกร็ง ขึ้นอยู่กับความถี่ของศักย์ไฟฟ้า ในกล้ามเนื้อโครงร่าง แรงตึงของกล้ามเนื้อจะสูงสุดเมื่อกล้ามเนื้อถูกยืดออกจนถึงความยาวปานกลางตามที่อธิบายไว้ในความสัมพันธ์ระหว่างความยาวและแรงตึง

ต่างจากกล้ามเนื้อโครงร่าง การหดตัวของ กล้ามเนื้อ เรียบและกล้ามเนื้อหัวใจเป็นการ หดตัวแบบ ไมโอเจนิค (หมายความว่าการหดตัวเริ่มต้นโดยเซลล์กล้ามเนื้อเรียบหรือกล้ามเนื้อหัวใจเอง แทนที่จะถูกกระตุ้นจากเหตุการณ์ภายนอก เช่น การกระตุ้นจากเส้นประสาท) แม้ว่าการหดตัวเหล่านี้จะสามารถถูกปรับเปลี่ยนได้ด้วยสิ่งกระตุ้นจากระบบประสาทอัตโนมัติกลไกการหดตัวในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ เหล่านี้ คล้ายคลึงกับกลไกในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อโครงร่าง

การหดตัวของกล้ามเนื้อยังสามารถอธิบายได้ในแง่ของตัวแปรสองตัว ได้แก่ ความยาวและความตึง[ 1 ]ในการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติที่เป็นพื้นฐานของกิจกรรมการเคลื่อนที่ การหดตัวของกล้ามเนื้อมีหลายแง่มุม เนื่องจากสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความยาวและความตึงในลักษณะที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา[ 4 ]ดังนั้น ทั้งความยาวและความตึงจึงไม่น่าจะคงที่ในกล้ามเนื้อโครงร่างที่หดตัวระหว่างการเคลื่อนที่ การหดตัวสามารถอธิบายได้ว่าเป็นแบบไอโซเมตริกหากความตึงของกล้ามเนื้อเปลี่ยนแปลง แต่ความยาวของกล้ามเนื้อยังคงเท่าเดิม[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ในทางตรงกันข้าม การหดตัวของกล้ามเนื้อจะถูกอธิบายว่าเป็นแบบไอโซโทนิกหากความตึงของกล้ามเนื้อยังคงเท่าเดิมตลอดการหดตัว[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]หากความยาวของกล้ามเนื้อสั้นลง การหดตัวจะเป็นแบบคอนเซนทริก[ 1 ] [ 8 ]หากความยาวของกล้ามเนื้อยาวขึ้น การหดตัวจะเป็นแบบเอ็กเซนทริก

ประเภท

ประเภทของการหดตัวของกล้ามเนื้อ

การหดตัวของกล้ามเนื้อสามารถอธิบายได้โดยใช้ตัวแปรสองตัวคือ แรงและความยาว แรงนั้นสามารถแบ่งได้เป็นแรงตึงหรือแรงรับน้ำหนัก แรงตึงของกล้ามเนื้อคือแรงที่กล้ามเนื้อกระทำต่อวัตถุ ในขณะที่แรงรับน้ำหนักคือแรงที่วัตถุกระทำต่อกล้ามเนื้อ[ 1 ]เมื่อแรงตึงของกล้ามเนื้อเปลี่ยนแปลงโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความยาวของกล้ามเนื้อที่สอดคล้องกัน การหดตัวของกล้ามเนื้อจะเรียกว่าแบบไอโซเมตริก[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]หากความยาวของกล้ามเนื้อเปลี่ยนแปลงในขณะที่แรงตึงของกล้ามเนื้อยังคงเท่าเดิม การหดตัวของกล้ามเนื้อจะเรียกว่าแบบไอโซ โทนิก [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ในการหดตัวแบบไอโซโทนิก ความยาวของกล้ามเนื้ออาจสั้นลงเพื่อทำให้เกิดการหดตัวแบบรวมศูนย์ หรือยาวขึ้นเพื่อทำให้เกิดการหดตัวแบบนอกศูนย์[ 1 ] [ 8 ]ในการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติที่เป็นพื้นฐานของกิจกรรมการเคลื่อนที่ การหดตัวของกล้ามเนื้อมีหลายแง่มุม เนื่องจากสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความยาวและแรงตึงในลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา[ 4 ]ดังนั้นทั้งความยาวและความตึงจึงไม่น่าจะคงที่เมื่อกล้ามเนื้อทำงานระหว่างการเคลื่อนไหว

การหดตัวแบบไอโซเมตริก

การหดตัวแบบไอโซเมตริกของกล้ามเนื้อจะสร้างแรงตึงโดยไม่เปลี่ยนแปลงความยาว[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ตัวอย่างสามารถพบได้เมื่อกล้ามเนื้อของมือและปลายแขนจับวัตถุ ข้อต่อของมือไม่ขยับ แต่กล้ามเนื้อสร้างแรงมากพอที่จะป้องกันไม่ให้วัตถุหล่น

การหดตัวแบบไอโซโทนิก

ในการหดตัวแบบไอโซโทนิก แรงตึงในกล้ามเนื้อจะคงที่แม้ว่าความยาวของกล้ามเนื้อจะเปลี่ยนแปลงไป[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแรงหดตัวของกล้ามเนื้อเท่ากับภาระรวมบนกล้ามเนื้อ

การหดตัวแบบศูนย์กลาง

ในการหดตัวแบบศูนย์กลาง แรงตึงของกล้ามเนื้อเพียงพอที่จะเอาชนะภาระ และกล้ามเนื้อจะสั้นลงเมื่อหดตัว[ 9 ]สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงที่สร้างขึ้นโดยกล้ามเนื้อเกินกว่าภาระที่ต้านการหดตัว

ในระหว่างการหดตัวแบบศูนย์กลาง กล้ามเนื้อจะถูกกระตุ้นให้หดตัวตามทฤษฎีการเลื่อนของเส้นใย การหดตัวนี้เกิดขึ้นตลอดความยาวของกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดแรงที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด ส่งผลให้กล้ามเนื้อสั้นลงและเปลี่ยนมุมของข้อต่อ ในส่วนของข้อศอกการหดตัวแบบศูนย์กลางของกล้ามเนื้อไบเซปส์จะทำให้แขนงอที่ข้อศอกขณะที่มือเคลื่อนจากขาไปยังไหล่ ( การยกไบเซปส์ ) ส่วนการหดตัวแบบศูนย์กลางของกล้ามเนื้อไตรเซปส์จะเปลี่ยนมุมของข้อต่อไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้แขนเหยียดตรงและเคลื่อนมือเข้าหาขา

การหดตัวแบบผิดปกติ

ในการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ แรงตึงที่เกิดขึ้นขณะหดตัวแบบไอโซเมตริกไม่เพียงพอที่จะเอาชนะภาระภายนอกบนกล้ามเนื้อ และเส้นใยกล้ามเนื้อจะยืดออกเมื่อหดตัว[ 10 ]แทนที่จะทำงานเพื่อดึงข้อต่อไปในทิศทางของการหดตัวของกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อจะทำหน้าที่ชะลอข้อต่อเมื่อสิ้นสุดการเคลื่อนไหว หรือควบคุมการจัดตำแหน่งของภาระใหม่ ซึ่งอาจเกิดขึ้นโดยไม่ตั้งใจ (เช่น เมื่อพยายามยกน้ำหนักที่หนักเกินกว่าที่กล้ามเนื้อจะยกได้) หรือโดยตั้งใจ (เช่น เมื่อกล้ามเนื้อกำลัง 'ทำให้การเคลื่อนไหวราบรื่น' หรือต้านทานแรงโน้มถ่วง เช่น ในระหว่างการเดินลงเขา) ในระยะสั้นการฝึกความแข็งแรงที่เกี่ยวข้องกับการหดตัวทั้งแบบเยื้องศูนย์และแบบรวมศูนย์ดูเหมือนจะเพิ่มความแข็งแรงของกล้ามเนื้อได้มากกว่าการฝึกด้วยการหดตัวแบบรวมศูนย์เพียงอย่างเดียว[ 11 ]อย่างไรก็ตาม ความเสียหายของกล้ามเนื้อที่เกิดจากการออกกำลังกายจะมากขึ้นในระหว่างการหดตัวแบบยืดออก[ 12 ]

ในระหว่างการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ของกล้ามเนื้อไบเซปส์ข้อศอกจะเริ่มการเคลื่อนไหวในขณะที่งออยู่ จากนั้นจึงเหยียดตรงเมื่อมือเคลื่อนออกห่างจากไหล่ในระหว่างการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ของกล้ามเนื้อไตรเซปส์ข้อศอกจะเริ่มการเคลื่อนไหวในขณะที่เหยียดตรง จากนั้นจึงงอเมื่อมือเคลื่อนเข้าหาไหล่เดสมินไททินและโปรตีน z-line อื่นๆ มีส่วนเกี่ยวข้องกับการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ แต่กลไกของพวกมันยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้เมื่อเทียบกับการหมุนเวียนของสะพานเชื่อมในภาวะหดตัวแบบรวมศูนย์[ 10 ]

แม้ว่ากล้ามเนื้อจะทำงานเชิงกล ในปริมาณที่เป็นลบ (มีการทำงานเกิดขึ้นกับกล้ามเนื้อ) แต่พลังงานเคมี (จากไขมันหรือกลูโคสหรือที่เก็บสะสมไว้ชั่วคราวในรูปของATP ) ก็ยังคงถูกใช้ไป แม้ว่าจะน้อยกว่าที่ใช้ไปในระหว่างการหดตัวแบบรวมศูนย์ด้วยแรงเท่ากันก็ตาม ตัวอย่างเช่น การเดินขึ้นบันไดใช้พลังงานมากกว่าการเดินลงบันไดชั้นเดียวกัน

กล้ามเนื้อที่รับน้ำหนักแบบเยื้องศูนย์ (eccentric loading) จะได้รับความเสียหายมากกว่าเมื่อรับน้ำหนักมากเกินไป (เช่น ในระหว่างการสร้างกล้ามเนื้อหรือ การฝึก ความแข็งแรง ) เมื่อเทียบกับการรับน้ำหนักแบบหดศูนย์ (concentric loading) เมื่อใช้การหดตัวแบบเยื้องศูนย์ในการฝึกยกน้ำหนัก โดยปกติจะเรียกว่า"เนกาทีฟ" (negatives ) ในระหว่างการหดตัวแบบหดศูนย์ เส้นใยกล้ามเนื้อที่หดตัวได้ของไมโอซินและแอคตินจะเลื่อนผ่านกัน ทำให้เส้น Z ดึงเข้าหากัน ในระหว่างการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ เส้นใยกล้ามเนื้อจะเลื่อนผ่านกันในทิศทางตรงกันข้าม แม้ว่าการเคลื่อนที่ที่แท้จริงของหัวไมโอซินในระหว่างการหดตัวแบบเยื้องศูนย์จะยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด การออกกำลังกายที่มีการรับน้ำหนักแบบเยื้องศูนย์มาก สามารถรองรับน้ำหนักได้มากกว่า (กล้ามเนื้อจะแข็งแรงกว่าในระหว่างการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับการหดตัวแบบหดศูนย์) และยังส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อกล้ามเนื้อมากขึ้นและปวดกล้ามเนื้อหลังออกกำลังกาย 1-2 วัน การออกกำลังกายที่รวมทั้งการหดตัวแบบเยื้องศูนย์และหดศูนย์ (เช่น การหดตัวที่แข็งแรงและการลดน้ำหนักอย่างควบคุมได้) สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้มากกว่าการหดตัวแบบหดศูนย์เพียงอย่างเดียว[ 11 ] [ 13 ]แม้ว่าการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ที่หนักหน่วงซึ่งไม่คุ้นเคยอาจนำไปสู่การฝึกมาก เกินไปได้ง่าย แต่การฝึกในระดับปานกลางอาจช่วยป้องกันการบาดเจ็บได้[ 11 ]

การหดตัวแบบผิดปกติในการเคลื่อนไหว

การหดตัวแบบยืดออก (Eccentric contraction) โดยปกติจะเกิดขึ้นเพื่อเป็นแรงเบรกที่ตรงข้ามกับการหดตัวแบบรวมศูนย์ (Concentric contraction) เพื่อป้องกันข้อต่อจากการเสียหาย ในการเคลื่อนไหวทั่วไปแทบทุกอย่าง การหดตัวแบบยืดออกจะช่วยให้การเคลื่อนไหวราบรื่น แต่ก็สามารถชะลอการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว เช่น การชกหรือการขว้างได้เช่นกัน ส่วนหนึ่งของการฝึกฝนสำหรับการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว เช่นการขว้างลูกเบสบอล เกี่ยวข้องกับการลดการเบรกแบบยืดออก เพื่อให้สามารถพัฒนาพลังได้มากขึ้นตลอดการเคลื่อนไหว

การหดตัวแบบเยื้องศูนย์กำลังได้รับการวิจัยถึงความสามารถในการเร่งการฟื้นฟูเอ็นที่อ่อนแอหรือได้รับบาดเจ็บเอ็นอักเสบที่เอ็นร้อยหวาย[ 14 ] [ 15 ]และเอ็นอักเสบที่กระดูกสะบ้า[ 16 ] (หรือที่รู้จักกันในชื่อโรคเข่าของนักกระโดดหรือโรคเอ็นอักเสบที่กระดูกสะบ้า) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าได้รับประโยชน์จากการหดตัวแบบเยื้องศูนย์ที่มีภาระสูง

สัตว์มีกระดูกสันหลัง

ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง มีเนื้อเยื่อกล้ามเนื้ออยู่ 3 ประเภท ได้แก่ 1) กล้ามเนื้อโครงร่าง 2) กล้ามเนื้อเรียบ และ 3) กล้ามเนื้อหัวใจ

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังมีเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ อยู่ 3 ประเภท ได้แก่ กล้ามเนื้อโครงร่าง กล้ามเนื้อเรียบ และกล้ามเนื้อหัวใจกล้ามเนื้อโครงร่างเป็นส่วนประกอบหลักของมวลกล้ามเนื้อในร่างกายและมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหวกล้ามเนื้อเรียบเป็นส่วนประกอบของหลอดเลือดระบบทางเดินอาหารและส่วนอื่นๆ ของร่างกายที่เกิดการหดตัวอย่างต่อเนื่องกล้ามเนื้อหัวใจเป็นส่วนประกอบของหัวใจ ซึ่งทำหน้าที่สูบฉีดเลือด กล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจเรียกว่ากล้ามเนื้อลายเนื่องจากมีลักษณะเป็นลายทางเมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งเกิดจากรูปแบบการเรียงตัวสลับกันอย่างเป็นระเบียบของแถบ A และแถบ I

กล้ามเนื้อโครงร่าง

การจัดระเบียบของกล้ามเนื้อโครงร่าง

ยกเว้นปฏิกิริยาสะท้อน การหดตัว ของกล้ามเนื้อโครงร่าง ทั้งหมด เกิดขึ้นจากสัญญาณที่มาจากสมอง สมองส่งสัญญาณไฟฟ้าเคมีผ่านระบบประสาทไปยังเซลล์ประสาทสั่งการที่ควบคุมเส้นใยกล้ามเนื้อหลายเส้น[ 17 ]ในกรณีของปฏิกิริยา สะท้อนบางอย่าง สัญญาณในการหดตัวสามารถเกิดขึ้นได้ในไขสันหลังผ่านวงจรป้อนกลับกับเนื้อเยื่อสีเทา การกระทำอื่นๆ เช่น การเคลื่อนไหว การหายใจ และการเคี้ยว มีลักษณะเป็นปฏิกิริยาสะท้อนเช่นกัน การหดตัวสามารถเริ่มต้นได้ทั้งโดยรู้ตัวหรือไม่รู้ตัว

จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ

โครงสร้างของจุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ

จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อเป็นไซแนปส์ทางเคมีที่เกิดจากการสัมผัสระหว่างเซลล์ประสาทสั่งการและเส้นใยกล้ามเนื้อ [ 18 ] เป็นตำแหน่งที่เซลล์ประสาทสั่งการส่งสัญญาณไปยังเส้นใยกล้ามเนื้อเพื่อเริ่มต้นการหดตัวของกล้ามเนื้อ ลำดับเหตุการณ์ที่ส่งผลให้เกิดการลดขั้วของเส้นใยกล้ามเนื้อที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อเริ่มต้นเมื่อศักยภาพการกระทำเริ่มต้นขึ้นในตัวเซลล์ของเซลล์ประสาทสั่งการ จากนั้นศักยภาพการกระทำจะแพร่กระจายโดยการนำไฟฟ้า แบบกระโดด ไปตามแอกซอนไปยังจุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ เมื่อถึงปลายประสาทศักยภาพการกระทำจะทำให้เกิดCa 2+การไหลเข้า ของไอออนเข้าสู่ปลายประสาทผ่านทางช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า Ca 2+การไหลเข้าของสารสื่อประสาททำให้ ถุง บรรจุสารสื่อประสาทอะเซทิลโคลีนรวมตัวกับเยื่อหุ้มเซลล์ ปล่อยอะเซทิลโคลีนเข้าสู่ช่องว่างไซแนปส์ระหว่างปลายประสาทสั่งการและจุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อของเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่าง อะเซทิลโคลีนแพร่ผ่านไซแนปส์และจับกับตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดนิโคตินิก ที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อและกระตุ้นการทำงาน การกระตุ้นตัวรับ นิโคตินิก จะเปิดช่อง โซเดียม / โพแทสเซียมภายในทำให้โซเดียมไหลเข้าอย่างรวดเร็วและโพแทสเซียมไหลออกอย่างช้าๆ ผลที่ได้คือ เยื่อหุ้มเซลล์กล้ามเนื้อจะเปลี่ยนขั้วและศักย์ไฟฟ้าจะกระโดดอย่างรวดเร็วจากศักย์ไฟฟ้าขณะพักที่ −90mV ไปจนถึง +75mV เมื่อโซเดียมไหลเข้า จากนั้นศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์จะกลายเป็นไฮเปอร์โพลาไรซ์เมื่อโพแทสเซียมไหลออกและจะปรับกลับไปที่ศักย์ไฟฟ้าขณะพัก การผันผวนอย่างรวดเร็วนี้เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าปลายแผ่น (end-plate potential) [ 19 ]ช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าของซาร์โคเลมมาที่อยู่ถัดจากแผ่นปลายประสาทจะเปิดออกเพื่อตอบสนองต่อศักยภาพของแผ่นปลายประสาท ช่องเหล่านี้จำเพาะต่อโซเดียมและโพแทสเซียม และอนุญาตให้ผ่านได้เพียงไอออนเดียวเท่านั้น คลื่นการเคลื่อนที่ของไอออนนี้สร้างศักยภาพการกระทำที่แพร่กระจายจากแผ่นปลายประสาทมอเตอร์ไปทุกทิศทาง[ 19 ]หากศักยภาพการกระทำหยุดมาถึง อะเซทิลโคลีนก็จะหยุดถูกปล่อยออกมาจากปุ่มปลายประสาท อะเซทิลโคลีนที่เหลืออยู่ในช่องว่างไซแนปส์จะถูกย่อยสลายโดยอะเซทิลโคลีนเอสเตอเรส ที่ทำงานอยู่ หรือถูกดูดซับกลับโดยปุ่มไซแนปส์ และไม่มีอะเซทิลโคลีนเหลืออยู่เพื่อทดแทนอะเซทิลโคลีนที่ถูกย่อยสลายไป

การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว

การเชื่อมโยง การกระตุ้นและการหดตัว (Excitation–contraction coupling, ECC) คือกระบวนการที่ศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อในเส้นใยกล้ามเนื้อทำให้ไมโอไฟบริลหดตัวในกล้ามเนื้อโครงร่าง การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัวอาศัยการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างโปรตีนสำคัญสองชนิด ได้แก่ช่องปล่อยแคลเซียมของซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม (SR) ซึ่งระบุว่าเป็น ตัวรับไรยาโนดีน 1 (RYR1) และช่องแคลเซียมชนิด L ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าซึ่งระบุว่าเป็นตัวรับไดไฮโดรไพริดีน (DHPRs) DHPRs ตั้งอยู่บนซาร์โคเลมมา (ซึ่งรวมถึงซาร์โคเลมมาผิวและท่อตามขวาง ) ในขณะที่ RyRs อยู่ฝั่งตรงข้ามของเยื่อหุ้ม SR การอยู่ใกล้กันของท่อตามขวางและบริเวณ SR สองบริเวณที่มี RyRs เรียกว่าไตรแอด และเป็นบริเวณหลักที่เกิดการเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว

ภาพแสดงปฏิสัมพันธ์ต่างๆ ภายในเส้นทาง ECC

การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว (Excitation–contraction coupling, ECC) เกิดขึ้นเมื่อการลดขั้วของกล้ามเนื้อโครงร่าง (โดยปกติผ่านการกระตุ้นของระบบประสาท) ส่งผลให้เกิดศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อ ศักย์ไฟฟ้านี้จะแพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวของกล้ามเนื้อและเข้าไปในเครือข่ายของท่อT ใน เส้นใยกล้ามเนื้อ ทำให้ส่วนด้านในของเส้นใยกล้ามเนื้อลดขั้ว ซึ่งจะกระตุ้นตัวรับไดไฮโดรไพริดีนในซิสเทอร์นาส่วนปลายซึ่งอยู่ใกล้กับตัวรับไรยาโนดีนในซาร์โคพลาสมิกเรติคู ลัมที่อยู่ติดกัน ตัวรับไดไฮโดรไพริดีนที่ถูกกระตุ้นจะทำปฏิกิริยาทางกายภาพกับตัวรับไรยาโนดีนเพื่อกระตุ้นพวกมันผ่านกระบวนการเท้า (เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่กระตุ้นตัวรับไรยาโนดีนแบบอัลโลสเตอริก) เมื่อตัวรับไรยาโนดีนเปิดออก แคลเซียมไอออน (Ca2 + ) จะถูกปล่อยออกมาจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมเข้าสู่ช่องว่างเชื่อมต่อเฉพาะที่และแพร่กระจายไปยังไซโตพลาซึมส่วนใหญ่ ทำให้เกิดประกายแคลเซียม[ 20 ]ศักยภาพการกระทำสร้างการกระตุ้นแบบเกือบพร้อมกันของประกายแคลเซียม หลายพันดวง และทำให้แคลเซียมเพิ่มขึ้นทั่วทั้งเซลล์ ส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของแคลเซียมชั่วคราว Ca 2+ที่ปล่อยออกมาในไซโตโซลจะจับกับTroponin Cโดยเส้นใยแอคตินพันธะนี้ทำให้เส้นใยแอคตินสามารถทำการหมุนเวียนสะพานเชื่อมทำให้เกิดแรงและในบางสถานการณ์ก็ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว

เมื่อการเคลื่อนไหวที่ต้องการสำเร็จแล้ว การผ่อนคลายสามารถเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วผ่านหลายเส้นทาง การผ่อนคลายเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วผ่านบัฟเฟอร์ Ca 2+โดยมีโปรตีนไซโตพลาสมิกหลายชนิดจับกับ Ca 2+ด้วยความสัมพันธ์ที่สูงมาก[ 21 ]โปรตีนไซโตพลาสมิกเหล่านี้ช่วยให้กล้ามเนื้อหดตัวเร็วผ่อนคลายได้อย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะช้ากว่า แต่เอนไซม์แคลเซียม-เอทีพีเอสของซาร์โค/เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (SERCA) จะปั๊ม Ca 2+กลับเข้าไปในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมอย่างแข็งขัน ส่งผลให้เกิดการผ่อนคลายอย่างถาวรจนกว่าจะเกิดศักย์ไฟฟ้าแอคชั่นครั้งต่อไป[ 20 ]

ไมโตคอนเดรียยังมีส่วนร่วมในการดูดซับ Ca 2+กลับคืน โดยส่ง Ca 2+ ที่รวบรวมได้ ไปยัง SERCA เพื่อเก็บไว้ในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม กลไกการผ่อนคลายบางส่วน (NCX, ปั๊ม Ca 2+และช่องรั่วไหลของ Ca 2+ ) ยังเคลื่อนย้าย Ca 2+ออกจากเซลล์อย่างสมบูรณ์อีกด้วย[ 22 ]เมื่อความเข้มข้นของ Ca 2+ลดลงจนถึงระดับพัก Ca 2+จะถูกปล่อยออกจากโทรโปนิน C ทำให้การหมุนเวียนของสะพานเชื่อมหยุดลง ส่งผลให้แรงลดลงและเกิดการผ่อนคลาย เมื่อการผ่อนคลายเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ กล้ามเนื้อจะสามารถหดตัวได้อีกครั้ง จึงรีเซ็ตวงจรอย่างสมบูรณ์

ทฤษฎีเส้นใยเลื่อน

ทฤษฎีการเลื่อนของเส้นใย: ซาร์โคเมียร์ในตำแหน่งผ่อนคลาย (ด้านบน) และตำแหน่งหดตัว (ด้านล่าง)

ทฤษฎีเส้นใยเลื่อนอธิบายกระบวนการที่กล้ามเนื้อ ใช้ ในการหดตัว เป็นวัฏจักรของเหตุการณ์ซ้ำๆ ที่ทำให้เส้นใยบางเลื่อนไปบนเส้นใยหนาและสร้างแรงตึงในกล้ามเนื้อ[ 23 ] ทฤษฎีนี้ ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยอิสระโดยAndrew HuxleyและRolf NiedergerkeและโดยHugh HuxleyและJean Hansonในปี 1954 [ 24 ] [ 25 ]ในทางสรีรวิทยา การหดตัวนี้ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งซาร์โคเมียร์ ตำแหน่งศูนย์กลางของเส้นใยหนาจะไม่เสถียรและสามารถเคลื่อนที่ได้ในระหว่างการหดตัว แต่สิ่งนี้จะถูกแก้ไขโดยการทำงานของไมโอฟิลาเมนต์ยืดหยุ่นของไททินไมโอฟิลาเมนต์ละเอียดนี้รักษาแรงตึงที่สม่ำเสมอทั่วทั้งซาร์โคเมียร์โดยการดึงเส้นใยหนาเข้าสู่ตำแหน่งศูนย์กลาง[ 26 ]

วงจรสะพานเชื่อม

วงจรสะพานเชื่อม

การหมุนเวียนของสะพานเชื่อมเป็นลำดับของเหตุการณ์ระดับโมเลกุลที่เป็นพื้นฐานของทฤษฎีเส้นใยเลื่อนสะพานเชื่อมคือส่วนยื่นของไมโอซิน ซึ่งประกอบด้วยหัวไมโอซินสองหัว ที่ยื่นออกมาจากเส้นใยหนา[ 1 ]หัวไมโอซินแต่ละหัวมีตำแหน่งการจับสองตำแหน่ง คือ ตำแหน่งหนึ่งสำหรับอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) และอีกตำแหน่งหนึ่งสำหรับแอคติน การจับของ ATP กับหัวไมโอซินจะทำให้ไมโอซินแยกออกจากแอคตินทำให้ไมโอซินสามารถจับกับโมเลกุลแอคตินอีกโมเลกุลหนึ่งได้ เมื่อจับแล้ว ATP จะถูกไฮโดรไลซ์โดยไมโอซิน ซึ่งใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาเพื่อเคลื่อนไปยัง "ตำแหน่งเตรียมพร้อม" ซึ่งมันจะจับกับส่วนหนึ่งของตำแหน่งการจับแอคตินอย่างอ่อนๆ ส่วนที่เหลือของตำแหน่งการจับแอคตินจะถูกปิดกั้นโดยทรอปโปไมโอซิน [ 27 ] เมื่อ ATP ถูกไฮโดรไลซ์แล้ว หัวไมโอซินที่เตรียมพร้อมจะมีอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) + Pi Ca 2+สองไอออนจะจับกับโทรโปนิน Cบนเส้นใยแอคติน โทรโปนิน- Ca 2+คอมเพล็กซ์ทำให้ทรอปโปไมโอซินเลื่อนไปและปลดบล็อกส่วนที่เหลือของไซต์การจับแอคติน การปลดบล็อกส่วนที่เหลือของไซต์การจับแอคตินทำให้หัวไมโอซินทั้งสองปิดลงและไมโอซินจับกับแอคตินได้อย่างแน่นหนา[ 27 ]จากนั้นหัวไมโอซินจะปล่อยฟอสเฟตอนินทรีย์และเริ่มการเคลื่อนที่แบบพาวเวอร์สโตรกซึ่งสร้างแรง 2 pN การเคลื่อนที่แบบพาวเวอร์สโตรกทำให้เส้นใยแอคตินเคลื่อนเข้าด้านใน ทำให้ซาร์โคเมียร์ สั้นลง จากนั้น ไมโอซินจะปล่อย ADP แต่ยังคงจับกับแอคตินอย่างแน่นหนา ในตอนท้ายของการเคลื่อนที่แบบพาวเวอร์สโตรก ADP จะถูกปล่อยออกจากหัวไมโอซิน ทำให้ไมโอซินติดอยู่กับแอคตินในสภาวะแข็งเกร็งจนกว่า ATP อีกตัวจะจับกับไมโอซิน การขาด ATP จะส่งผลให้เกิดสภาวะแข็งเกร็งซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของภาวะแข็งเกร็งหลังความตายเมื่อ ATP อีกตัวจับกับไมโอซิน หัวไมโอซินจะแยกตัวออกจากแอคตินอีกครั้งและวงจรครอสบริดจ์จะเกิดขึ้นอีกครั้ง

กระบวนการหมุนเวียนของสะพานเชื่อมสามารถดำเนินต่อไปได้ตราบใดที่มี ATP และCa 2+ ในปริมาณที่เพียงพอในไซโตพลาสซึม[ 27 ]การสิ้นสุดของวัฏจักรสะพานเชื่อมสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อCa 2+ถูกสูบกลับเข้าไปในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมอย่างแข็งขัน เมื่อCa 2+เมื่อไม่มี Ca 2+ อยู่บนเส้นใยบางอีกต่อไป โทรโปไมโอซินจะเปลี่ยนโครงสร้างกลับไปสู่สถานะเดิมเพื่อปิดกั้นตำแหน่งการจับอีกครั้ง ไมโอซินจะหยุดจับกับเส้นใยบาง และกล้ามเนื้อจะคลายตัว Ca 2+ไอออนจะออกจากโมเลกุลโทรโปนินเพื่อรักษาระดับCa 2+ความเข้มข้นของไอออนในซาร์โคพลาสม์ การสูบฉีดCa 2+ อย่างกระฉับกระเฉงการที่ไอออนเข้าไปในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมจะทำให้เกิดการขาดแคลนของเหลวรอบๆ ไมโอไฟบริล ส่งผลให้แคลเซียมไอออน ( Ca 2+) ถูกกำจัดออกไปไอออนจากโทรโปนิน ดังนั้น คอมเพล็กซ์โทรโปไมโอซิน-โทรโปนินจึงกลับมาปิดกั้นตำแหน่งการจับบนเส้นใยแอคตินอีกครั้ง และการหดตัวจึงหยุดลง

ระดับการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง

ชัก
ชัก
ผลรวมและบาดทะยัก
ผลรวมและบาดทะยัก
การหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างมี 3 ประเภท

ความแรงของการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างสามารถแบ่งออกเป็นtwitch , summation และtetanus ได้อย่างกว้างๆ twitch คือการหดตัวและคลายตัวเพียงครั้งเดียวที่เกิดจากศักย์ไฟฟ้าภายในเส้นใยกล้ามเนื้อเอง[ 28 ]ช่วงเวลาระหว่างการกระตุ้นเส้นประสาทสั่งการและการหดตัวของกล้ามเนื้อที่ถูกกระตุ้นเรียกว่าช่วงเวลาแฝงซึ่งโดยปกติจะใช้เวลาประมาณ 10  มิลลิวินาที และเกิดจากเวลาที่ใช้ในการแพร่กระจายของศักย์ไฟฟ้าของเส้นประสาท เวลาสำหรับการส่งผ่านทางเคมีที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ จากนั้นขั้นตอนต่อมาในการเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว[ 29 ]

หากเกิดศักยภาพการกระทำของกล้ามเนื้ออีกครั้งก่อนที่กล้ามเนื้อจะคลายตัวอย่างสมบูรณ์ การกระตุกครั้งต่อไปก็จะรวมเข้ากับการกระตุกครั้งก่อนหน้า ทำให้เกิดการรวมกัน [ 30 ] การรวมกันสามารถทำได้สองวิธี: [ 31 ]การรวมกันตามความถี่และการรวมกันหลายเส้นใยในการรวมกันตามความถี่ แรงที่กล้ามเนื้อโครงร่างออกแรงจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่ ส่ง ศักยภาพการกระทำไปยังเส้นใยกล้ามเนื้อ ศักยภาพการกระทำไม่ได้มาถึงกล้ามเนื้อพร้อมกัน และในระหว่างการหดตัว เส้นใยบางส่วนในกล้ามเนื้อจะทำงานในเวลาใดเวลาหนึ่ง ในสถานการณ์ทั่วไป เมื่อมนุษย์ออกแรงกล้ามเนื้อให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ ประมาณหนึ่งในสามของเส้นใยในแต่ละกล้ามเนื้อจะทำงานพร้อมกันแม้ว่าอัตราส่วนนี้อาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยทางสรีรวิทยาและจิตวิทยาต่างๆ (รวมถึงอวัยวะเอ็นกอลจิและเซลล์เรนชอว์ ) การหดตัวในระดับ 'ต่ำ' นี้เป็นกลไกป้องกันเพื่อป้องกันการฉีกขาดของเส้นเอ็น แรงที่เกิดจากการหดตัว 95% ของเส้นใยทั้งหมดนั้นเพียงพอที่จะทำลายร่างกายได้ ในการรวมตัวของเส้นใยหลายเส้นหากระบบประสาทส่วนกลางส่งสัญญาณอ่อนๆ เพื่อหดตัวกล้ามเนื้อหน่วยมอเตอร์ ขนาดเล็ก ซึ่งมีความไวต่อการกระตุ้นมากกว่าหน่วยขนาดใหญ่จะถูกกระตุ้นก่อน เมื่อความแรงของสัญญาณเพิ่มขึ้น หน่วยมอเตอร์อื่นๆ ก็จะถูกกระตุ้นมากขึ้น นอกเหนือจากหน่วยขนาดใหญ่ โดยหน่วยมอเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดจะมีแรงหดตัวมากกว่าหน่วยขนาดเล็กถึง 50 เท่า เมื่อหน่วยมอเตอร์ที่มากขึ้นและใหญ่ขึ้นถูกกระตุ้น แรงของการหดตัวของกล้ามเนื้อก็จะแข็งแรงขึ้นเรื่อยๆ แนวคิดที่เรียกว่าหลักการขนาด ช่วยให้เกิดการไล่ระดับของแรงกล้ามเนื้อในระหว่างการหดตัวที่อ่อนแอเป็นขั้นเล็กๆ ซึ่งจะค่อยๆ ใหญ่ขึ้นเมื่อต้องการแรงที่มากขึ้น

สุดท้ายนี้ หากความถี่ของศักยภาพการกระทำของกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้นจนกระทั่งการหดตัวของกล้ามเนื้อถึงแรงสูงสุดและคงที่อยู่ที่ระดับนี้ การหดตัวนั้นก็คือภาวะกล้ามเนื้อหดเกร็งอย่างรุนแรง ( tetanus )

ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวและความตึง

ความยาวของกล้ามเนื้อเทียบกับแรงไอโซเมตริก

ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวและแรงตึงเชื่อมโยงความแข็งแรงของการหดตัวแบบไอโซเมตริกกับความยาวของกล้ามเนื้อที่เกิดการหดตัว กล้ามเนื้อทำงานด้วยแรงตึงสูงสุดเมื่ออยู่ใกล้ความยาวที่เหมาะสม (มักจะเป็นความยาวขณะพัก) เมื่อยืดหรือหดเกินกว่านี้ (ไม่ว่าจะเกิดจากการทำงานของกล้ามเนื้อเองหรือจากแรงภายนอก) แรงตึงสูงสุดที่เกิดขึ้นจะลดลง[ 32 ]การลดลงนี้มีน้อยมากสำหรับการเบี่ยงเบนเล็กน้อย แต่แรงตึงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความยาวเบี่ยงเบนจากความยาวที่เหมาะสมมากขึ้น เนื่องจากมีโปรตีนยืดหยุ่นอยู่ภายในเซลล์กล้ามเนื้อ (เช่นไททิน ) และเมทริกซ์นอกเซลล์ เมื่อกล้ามเนื้อถูกยืดเกินความยาวที่กำหนด จะมีแรงตึงแบบพาสซีฟอย่างสมบูรณ์ ซึ่งต่อต้านการยืด เมื่อรวมกันแล้ว จะมีความต้านทานอย่างมากต่อการยืดกล้ามเนื้อที่ทำงานอยู่ให้เกินจุดสูงสุดของแรงตึง

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร็ว

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร็วของการหดตัวของกล้ามเนื้อ
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร็ว: ด้านขวาของแกนตั้งแสดงการหดตัวแบบศูนย์กลาง (กล้ามเนื้อสั้นลง) ด้านซ้ายของแกนแสดงการหดตัวแบบนอกศูนย์กลาง (กล้ามเนื้อยืดออกภายใต้แรงกด) กำลังที่กล้ามเนื้อสร้างขึ้นแสดงด้วยสีแดง เนื่องจากกำลังเท่ากับแรงคูณความเร็ว กล้ามเนื้อจึงไม่สร้างกำลังใดๆ ทั้งในกรณีที่แรงคงที่ (เนื่องจากความเร็วเป็นศูนย์) หรือความเร็วสูงสุด (เนื่องจากแรงเป็นศูนย์) ความเร็วในการหดตัวที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างกำลังคือประมาณหนึ่งในสามของความเร็วในการหดตัวสูงสุด

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร็วเกี่ยวข้องกับความเร็วที่กล้ามเนื้อเปลี่ยนแปลงความยาว (โดยปกติจะถูกควบคุมโดยแรงภายนอก เช่น น้ำหนักบรรทุกหรือกล้ามเนื้ออื่นๆ) กับปริมาณแรงที่กล้ามเนื้อสร้างขึ้น แรงจะลดลงในลักษณะไฮเปอร์โบลาเมื่อเทียบกับแรงไอโซเมตริกเมื่อความเร็วในการหดตัวเพิ่มขึ้น และในที่สุดจะลดลงเหลือศูนย์ที่ความเร็วสูงสุดค่าหนึ่ง ในทางกลับกัน เมื่อกล้ามเนื้อถูกยืดออก แรงจะเพิ่มขึ้นเหนือค่าสูงสุดของไอโซเมตริก จนกระทั่งในที่สุดถึงค่าสูงสุดสัมบูรณ์ คุณสมบัติภายในของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่ทำงานอยู่มีบทบาทในการลดการสั่นสะเทือนของข้อต่อที่ถูกกระตุ้นโดยกล้ามเนื้อที่ทำงานตรงข้ามกันพร้อมกัน ในกรณีเช่นนี้ โปรไฟล์แรง-ความเร็วจะเพิ่มแรงที่ผลิตโดยกล้ามเนื้อที่ยืดออกโดยแลกกับแรงของกล้ามเนื้อที่หดตัว การให้ความสำคัญกับกล้ามเนื้อใดก็ตามที่ทำให้ข้อต่อกลับสู่สมดุลจะเพิ่มการลดการสั่นสะเทือนของข้อต่ออย่างมีประสิทธิภาพ ยิ่งไปกว่านั้น ความแข็งแรงของการลดการสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้นตามแรงของกล้ามเนื้อ ดังนั้น ระบบมอเตอร์จึงสามารถควบคุมการลดการสั่นสะเทือนของข้อต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการหดตัวพร้อมกัน (การหดตัวร่วม) ของกลุ่มกล้ามเนื้อที่ทำงานตรงข้ามกัน[ 33 ]

กล้ามเนื้อเรียบ

อาการบวมที่เรียกว่าเส้นเลือดขอดนั้น เกิดจากเส้นประสาทอัตโนมัติที่ไปเลี้ยงเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ

กล้ามเนื้อเรียบสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อย ได้แก่ กล้ามเนื้อเรียบแบบหน่วยเดียวและ กล้าม เนื้อเรียบแบบหลายหน่วยเซลล์กล้ามเนื้อเรียบแบบหน่วยเดียวพบได้ในลำไส้และหลอดเลือด เนื่องจากเซลล์เหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) จึงสามารถหดตัวได้ในฐานะซิงไซเทียม (syncytium ) ที่ทำงานได้ เซลล์กล้ามเนื้อเรียบแบบหน่วยเดียวหดตัวแบบไมโอเจนิค (myogenically) ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยระบบประสาทอัตโนมัติ

ต่างจากเซลล์กล้ามเนื้อเรียบแบบหน่วยเดียว เซลล์กล้ามเนื้อเรียบแบบหลายหน่วยพบได้ในกล้ามเนื้อตาและบริเวณโคนรูขุมขน เซลล์กล้ามเนื้อเรียบแบบหลายหน่วยจะหดตัวเมื่อได้รับการกระตุ้นแยกกันจากเส้นประสาทของระบบประสาทอัตโนมัติ ดังนั้นจึงช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างละเอียดและตอบสนองอย่างค่อยเป็นค่อยไป คล้ายกับการกระตุ้นหน่วยมอเตอร์ในกล้ามเนื้อโครงร่าง

กลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ

การหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ
การหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ
กบกระโดด
เส้นใยที่เลื่อนไปมาในสภาวะหดตัวและไม่หดตัว

กิจกรรมการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบอาจเป็นแบบโทนิก (ต่อเนื่อง) หรือแบบเฟสิก (ชั่วคราว) [ 34 ]และได้รับอิทธิพลจากปัจจัยนำเข้าหลายอย่าง เช่น กิจกรรมทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเอง ปัจจัยนำเข้าจากระบบประสาทและฮอร์โมน การเปลี่ยนแปลงเฉพาะที่ในองค์ประกอบทางเคมี และการยืดตัว[ 1 ]ซึ่งแตกต่างจากกิจกรรมการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่างที่อาศัยปัจจัยนำเข้าจากระบบประสาทเพียงอย่างเดียว เซลล์กล้ามเนื้อเรียบบางชนิดสามารถสร้างศักยภาพการกระทำของตัวเองได้เอง ซึ่งมักเกิดขึ้นหลังจากศักยภาพของตัวกระตุ้นหรือศักยภาพของคลื่นช้าศักยภาพการกระทำเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยการไหลเข้าของCa 2+ นอกเซลล์และไม่ใช่Na +เช่นเดียวกับกล้ามเนื้อโครงร่าง แคลเซียมไอออนในไซโตพลาสซึม(Ca 2+)ไอออนยังจำเป็นต่อกระบวนการหมุนเวียนของสะพานเชื่อมในเซลล์กล้ามเนื้อเรียบอีกด้วย

แหล่งที่มาสองแหล่งของแคลเซียมไอออน ( Ca 2+) ในไซโตพลาสซึมในเซลล์กล้ามเนื้อเรียบมีแคลเซียมไอออน (Ca 2+)อยู่ภายนอกเซลล์เข้าสู่เซลล์ผ่านช่องแคลเซียมและCa 2+ไอออนที่ถูกปล่อยออกมาจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม การเพิ่มขึ้นของCa 2+ ในไซโตพลาสซึมส่งผลให้มีCa 2+ มากขึ้นแคลเซียม จะจับกับแคลโมดูลินซึ่งจากนั้นจะจับและกระตุ้นไมโอซินไลท์เชนไคเนสคอมเพล็กซ์แคลเซียม-แคลโมดูลิน-ไมโอซินไลท์เชนไคเนสจะฟอสฟอริเลตไมโอซินบนไมโอซินไลท์เชนขนาด 20 กิโลดาลตัน (kDa) ที่กรดอะมิโนซีรีน 19 ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลระหว่างไมโอซินและแอคติน และเริ่มต้นการหดตัวและกระตุ้นไมโอซินเอทีพีเอสต่างจากเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่าง เซลล์กล้ามเนื้อเรียบไม่มีโทรโปนิน แม้ว่าจะมีโปรตีนเส้นใยบางโทรโปไมโอซินและโปรตีนที่สำคัญอื่นๆ เช่น แคลเดสมอนและแคลโปนิน ดังนั้น การหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบจึงเริ่มต้นโดยCa2 +-กระตุ้นการฟอสโฟรีเลชันของไมโอซินแทนที่จะเป็นCa 2+จับกับคอมเพล็กซ์โทรโปนินซึ่งควบคุมตำแหน่งการจับของไมโอซินบนแอคติน เช่นในกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ

การสิ้นสุดของวัฏจักรการสร้างสะพานเชื่อม (และทำให้กล้ามเนื้ออยู่ในสภาวะล็อก) เกิดขึ้นเมื่อไมโอซินไลท์เชนฟอสฟาเทสกำจัดหมู่ฟอสเฟตออกจากหัวไมโอซิน การฟอสฟอริเลชันของไมโอซินไลท์เชนขนาด 20 kDa มีความสัมพันธ์ที่ดีกับความเร็วในการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ ในช่วงเวลานี้ จะมีการใช้พลังงานอย่างรวดเร็วซึ่งวัดได้จากการบริโภคออกซิเจน ภายในไม่กี่นาทีหลังจากเริ่มต้น ระดับแคลเซียมจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด การฟอสฟอริเลชันของไมโอซินไลท์เชนขนาด 20 kDa จะลดลง และการใช้พลังงานจะลดลง อย่างไรก็ตาม แรงในกล้ามเนื้อเรียบที่อยู่ในสภาวะโทนิกจะยังคงอยู่ ในระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อ สะพานเชื่อมที่หมุนเวียนอย่างรวดเร็วจะก่อตัวขึ้นระหว่างแอคตินที่ถูกกระตุ้นและไมโอซินที่ถูกฟอสฟอริเลชัน ทำให้เกิดแรง มีการตั้งสมมติฐานว่าการรักษาแรงไว้นั้นเกิดจาก "สะพานล็อก" ที่ไม่ถูกฟอสฟอริเลชันซึ่งหมุนเวียนอย่างช้าๆ และรักษาแรงไว้ เชื่อกันว่า ไคเนสหลายชนิด เช่นโรไคเนส , DAPK3และโปรตีนไคเนส Cมีส่วนร่วมในระยะการหดตัวที่ต่อเนื่อง และCa2 +อัตราการเปลี่ยนแปลงอาจมีนัยสำคัญ

การปรับเปลี่ยนระบบประสาท

แม้ว่าการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบจะเป็นการหดตัวที่เกิดจากกล้ามเนื้อเอง แต่ความเร็วและความแรงของการหดตัวนั้นสามารถถูกควบคุมได้โดยระบบประสาทอัตโนมัติเส้นใยประสาทหลังปมประสาทของระบบประสาทพาราซิมพาเทติกจะปล่อยสารสื่อประสาทอะเซทิลโคลีน ซึ่งจะจับกับตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดมัสคารินิก (mAChRs) บนเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ ตัวรับเหล่านี้เป็น ตัวรับ แบบเมตาโบโทรปิกหรือตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี ซึ่งเริ่มต้นกระบวนการส่งสัญญาณแบบลูกโซ่ ในทางกลับกัน เส้นใยประสาทหลังปมประสาทของระบบประสาทซิมพา เทติก จะปล่อยสารสื่อประสาทเอพิเนฟรินและนอร์เอพิเนฟริน ซึ่งจะจับกับตัวรับอะดรีเนอร์จิกซึ่งเป็นตัวรับแบบเมตาโบโทรปิกเช่นกัน ผลกระทบที่เกิดขึ้นกับกล้ามเนื้อเรียบนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของตัวรับที่ถูกกระตุ้น ทั้งสัญญาณจากระบบประสาทพาราซิมพาเทติกและระบบประสาทซิมพาเทติกสามารถกระตุ้น (หดตัว) หรือยับยั้ง (คลายตัว) ได้

กล้ามเนื้อหัวใจ

กล้ามเนื้อหัวใจ

เซลล์ กล้ามเนื้อหัวใจมีสองประเภทได้แก่ เซลล์ที่สร้างจังหวะเองได้ และเซลล์ที่หดตัวได้ เซลล์ที่สร้างจังหวะเองได้นั้นไม่หดตัว แต่จะกำหนดจังหวะการหดตัวให้กับเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจอื่นๆ ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยระบบประสาทอัตโนมัติ ในทางตรงกันข้าม เซลล์กล้ามเนื้อที่หดตัวได้ (คาร์ดิโอไมโอไซต์) เป็นส่วนประกอบหลักของกล้ามเนื้อหัวใจและสามารถหดตัวได้

การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว

ในการเชื่อมโยงการกระตุ้น-หดตัว (EC) ของกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ กระบวนการนำไฟฟ้าแบบดีโพลาไรเซชันและการปล่อย Ca 2+เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโปรตีนที่เกี่ยวข้องจะคล้ายกัน แต่โครงสร้างและการควบคุมนั้นแตกต่างกันตัวรับไดไฮโดรไพริ ดีน (DHPR) ถูกเข้ารหัสโดยยีนที่แตกต่างกัน และตัวรับไรยาโนดีน (RyR) เป็นไอโซฟอร์มที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ DHPR จะสัมผัสกับRyR1 (ไอโซฟอร์ม RyR หลักในกล้ามเนื้อโครงร่าง) เพื่อควบคุมการปล่อย Ca 2+ในกล้ามเนื้อโครงร่าง ในขณะที่ช่องแคลเซียมชนิด L (DHPR บนเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ) และRyR2 (ไอโซฟอร์ม RyR หลักในกล้ามเนื้อหัวใจ) ไม่ได้เชื่อมโยงกันทางกายภาพในกล้ามเนื้อหัวใจ แต่หันหน้าเข้าหากันโดยการเชื่อมโยงแบบจังก์ชัน[ 35 ]

แตกต่างจากกล้ามเนื้อโครงร่าง การเชื่อมต่อ EC ในกล้ามเนื้อหัวใจนั้นเชื่อว่าขึ้นอยู่กับกลไกที่เรียกว่า การปลดปล่อยแคลเซียม ที่เกิดจากแคลเซียมเป็น หลัก [ 36 ]ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างการเชื่อมต่อระหว่างท่อ T และซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม จังก์ โท ฟิลิน-2 (JPH2) มีความสำคัญต่อการรักษาโครงสร้างนี้ รวมถึงความสมบูรณ์ของท่อ Tด้วย[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]โปรตีนอีกตัวหนึ่งคือโปรตีนตัวรับเสริม 5 (REEP5) ทำหน้าที่รักษารูปร่างปกติของ SR ที่เชื่อมต่อ[ 40 ]ข้อบกพร่องของการเชื่อมต่อที่จุดเชื่อมต่ออาจเกิดจากการขาดโปรตีนใดโปรตีนหนึ่งในสองตัวนี้ ในระหว่างกระบวนการปลดปล่อยแคลเซียมที่เกิดจากแคลเซียม RyR2 จะถูกกระตุ้นโดยตัวกระตุ้นแคลเซียม ซึ่งเกิดจากการไหลของ Ca 2+ผ่านช่องแคลเซียมชนิด L หลังจากนั้น กล้ามเนื้อหัวใจมักจะแสดง โครงสร้าง แบบไดแอดมากกว่าแบบไตรแอด

การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัวในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเกิดขึ้นเมื่อศักย์ไฟฟ้าถูกกระตุ้นโดยเซลล์สร้างจังหวะในปุ่มไซโนเอทริอัลหรือปุ่มเอทริโอเวนทริคู ลาร์ และถูกส่งต่อไปยังเซลล์ทั้งหมดในหัวใจผ่านทางช่องว่างเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าจะเดินทางไปตามเยื่อหุ้มเซลล์เข้าสู่ท่อที (ซึ่งไม่พบในเซลล์หัวใจทุกชนิด) และการลดลงของศักย์ไฟฟ้าทำให้เกิดแคลเซียมไอออน(Ca 2+) นอกเซลล์แคลเซียมไอออนจะเข้าสู่เซลล์ผ่านช่องแคลเซียมชนิด L และอาจผ่านตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียม (NCX) ในช่วงต้นของระยะราบแม้ว่าการไหลเข้าของ Ca2 + นี้ จะมีเพียงประมาณ 10% ของ Ca2 +ที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้น แต่ก็มีปริมาณมากกว่าในกล้ามเนื้อโครงร่างอย่างเห็นได้ชัด Ca2 + นี้การไหลเข้าของแคลเซียม ไอออน ทำให้ระดับ แคลเซียมไอออนภายในเซลล์เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในบริเวณนั้นการเพิ่มขึ้นของCa 2+ ภายในเซลล์ไอออน Ca 2+ ถูกตรวจจับโดย RyR2 ในเยื่อหุ้มของซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งจะปล่อยไอออนCa 2+ ออกมาใน การตอบสนองทางสรีรวิทยา แบบป้อนกลับเชิงบวกการป้อนกลับเชิงบวกนี้เรียกว่าการปลดปล่อยแคลเซียมที่เกิดจากแคลเซียม[ 36 ]และทำให้เกิดประกายแคลเซียม ( Ca 2+ )ประกายไฟ[ 41 ] ) การรวมเชิงพื้นที่และเวลาของCa 2+ ประมาณ 30,000ประกายไฟทำให้ความเข้มข้นของแคลเซียมในไซโตพลาสซึมเพิ่มขึ้นทั่วทั้งเซลล์[ 42 ]การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมในไซโตโซลตามการไหลของแคลเซียมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมจะถูกควบคุมโดยบัฟเฟอร์แคลเซียมซึ่งจับกับแคลเซียมภายในเซลล์ส่วนใหญ่ ส่งผลให้การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมทั้งหมดจำนวนมากนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของCa 2+ อิสระที่ค่อนข้างน้อย[ 43 ]

แคลเซียมในไซโตพลาสซึมจะจับกับโทรโปนินซี ทำให้คอมเพล็กซ์โทรโปไมโอซินเคลื่อนออกจากตำแหน่งที่จับกับแอคติน ส่งผลให้หัวไมโอซินสามารถจับกับเส้นใยแอคตินได้ จากจุดนี้เป็นต้นไป กลไกการหดตัวจะเหมือนกับกล้ามเนื้อโครงร่าง (ข้างต้น) โดยสรุปคือ การใช้ไฮโดรไลซิสของ ATP หัวไมโอซินจะดึงเส้นใยแอคตินเข้าหาศูนย์กลางของซาร์โคเมียร์

โปรตีนสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนแคลเซียมในหัวใจและการเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว

หลังจากซิสโตล แคลเซียมภายในเซลล์จะถูกดูดซึมโดย ปั๊ม ซาร์โค/เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ATPase (SERCA) กลับเข้าไปในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับรอบต่อไปที่จะเริ่มต้น แคลเซียมยังถูกขับออกจากเซลล์โดยส่วนใหญ่ผ่านทางตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียม (NCX) และในระดับที่น้อยกว่าโดยแคลเซียม ATPase ของเยื่อหุ้มเซลล์ แคลเซียมบางส่วนยังถูกดูดซึมโดยไมโทคอนเดรีย[ 44 ]เอนไซม์ฟอสโฟแลมบันทำหน้าที่เป็นตัวเบรกสำหรับ SERCA ในอัตราการเต้นของหัวใจต่ำ ฟอสโฟแลมบันจะทำงานและชะลอการทำงานของ ATPase เพื่อให้Ca 2+ไม่จำเป็นต้องออกจากเซลล์ไปทั้งหมด เมื่ออัตราการเต้นของหัวใจสูงขึ้น ฟอสโฟแลมบันจะถูกฟอสโฟรีเลตและไม่ทำงาน จึงดึงแคลเซียมไอออน (Ca 2+) ส่วนใหญ่ไปจากไซโตพลาซึมกลับเข้าไปในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมอีกครั้งบัฟเฟอร์แคลเซียมจะช่วยควบคุมการลดลงของCa 2+ นี้ความเข้มข้น ซึ่งทำให้ปริมาณ Ca 2+อิสระลดลงเพียงเล็กน้อยความเข้มข้นที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างมากของแคลเซียมทั้งหมด การลดลงของCa 2+ความเข้มข้นที่สูงขึ้นทำให้คอมเพล็กซ์โทรโปนินแยกตัวออกจากเส้นใยแอคติน ส่งผลให้การหดตัวสิ้นสุดลง หัวใจจึงคลายตัว ทำให้โพรงหัวใจเต็มไปด้วยเลือดและเริ่มต้นวงจรการเต้นของหัวใจอีกครั้ง

สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

กล้ามเนื้อวงกลมและกล้ามเนื้อตามยาว

ภาพอย่างง่ายแสดงการเคลื่อนที่ของไส้เดือนดินโดยกระบวนการบีบตัวแบบเพริสตัลซิส

ในสัตว์กลุ่มแอนเนลิดเช่นไส้เดือนดินและปลิงเซลล์กล้ามเนื้อวงกลมและกล้ามเนื้อตามยาวจะก่อตัวเป็นผนังลำตัวของสัตว์เหล่านี้และมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหวของพวกมัน[ 45 ]ตัวอย่างเช่น ในไส้เดือนดินที่กำลังเคลื่อนที่ผ่านดิน การหดตัวของกล้ามเนื้อวงกลมและกล้ามเนื้อตามยาวจะเกิดขึ้นสลับกัน ในขณะที่ของเหลวในช่องลำตัวทำหน้าที่เป็นโครงกระดูกน้ำโดยการรักษาความเต่งของไส้เดือนดิน[ 46 ]เมื่อกล้ามเนื้อวงกลมในส่วนหน้าหดตัว ส่วนหน้าของร่างกายสัตว์จะเริ่มหดตัวในแนวรัศมี ซึ่งผลักของเหลวในช่องลำตัวที่ไม่สามารถบีบอัดได้ไปข้างหน้าและเพิ่มความยาวของสัตว์ ส่งผลให้ส่วนหน้าของสัตว์เคลื่อนที่ไปข้างหน้า เมื่อส่วนหน้าของไส้เดือนดินยึดอยู่กับที่และกล้ามเนื้อวงกลมในส่วนหน้าคลายตัว คลื่นของการหดตัวของกล้ามเนื้อตามยาวจะส่งผ่านไปข้างหลัง ซึ่งดึงส่วนที่เหลือของร่างกายที่ตามมาของสัตว์ไปข้างหน้า[ 45 ] [ 46 ]คลื่นการหดตัวแบบวงกลมและตามยาวสลับกันนี้เรียกว่าเพริสตัลซิสซึ่งเป็นพื้นฐานของการเคลื่อนที่แบบคลานของไส้เดือนดิน

กล้ามเนื้อลายเฉียง

สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น หนอนปล้อง หอยและหนอนตัวกลมมีกล้ามเนื้อลายเฉียง ซึ่งประกอบด้วยแถบเส้นใยหนาและบางที่เรียงตัวเป็นเกลียวแทนที่จะเป็นแนวขวาง เหมือนในกล้ามเนื้อโครงร่างหรือกล้ามเนื้อหัวใจของสัตว์มีกระดูกสันหลัง[ 47 ]ในหอยสองฝากล้ามเนื้อลายเฉียงสามารถรักษาแรงตึงไว้ได้เป็นเวลานานโดยไม่ต้องใช้พลังงานมากเกินไป หอยสองฝาใช้กล้ามเนื้อเหล่านี้ในการปิดเปลือกของพวกมัน

กล้ามเนื้อที่ไม่ประสานกัน

กล้ามเนื้อที่ทำงานไม่ประสานกันเป็นพลังงานขับเคลื่อนการบินในแมลงส่วนใหญ่ a: ปีก b: ข้อต่อปีก c: กล้ามเนื้อด้านหลัง-ด้านหน้า (Dorsoventral muscles) ขับเคลื่อนการยกปีกขึ้น d: กล้ามเนื้อด้านหลัง-ตามยาว (DLM) ขับเคลื่อนการลงปีก กล้ามเนื้อ DLM หันออกนอกหน้ากระดาษ

แมลงขั้นสูง เช่นตัวต่อแมลงวันผึ้งและด้วงมีกล้ามเนื้อที่ไม่ประสานกันซึ่งประกอบเป็นกล้ามเนื้อสำหรับการบินในสัตว์เหล่านี้[ 47 ] กล้ามเนื้อสำหรับการบินเหล่านี้มักเรียกว่ากล้ามเนื้อไฟบริลเนื่องจากมีไมโอไฟบริลที่หนาและเห็นได้ชัด[ 48 ]คุณลักษณะที่โดดเด่นของกล้ามเนื้อเหล่านี้คือ ไม่จำเป็นต้องมีการกระตุ้นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อแต่ละครั้ง ดังนั้นจึงเรียกว่ากล้ามเนื้อที่ไม่ประสานกันเนื่องจากจำนวนการหดตัวในกล้ามเนื้อเหล่านี้ไม่สอดคล้อง (หรือประสานกัน) กับจำนวนศักยภาพการกระทำ ตัวอย่างเช่น กล้ามเนื้อปีกของแมลงวันที่ถูกผูกไว้อาจได้รับศักยภาพการกระทำที่ความถี่ 3 Hz แต่สามารถเต้นได้ที่ความถี่ 120 Hz [ 47 ]การเต้นที่ความถี่สูงเป็นไปได้เพราะกล้ามเนื้อเชื่อมต่อกับ ระบบ เรโซแนนซ์ซึ่งถูกขับเคลื่อนไปที่ความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือน  

ประวัติศาสตร์

อิเล็กโทรดสัมผัสกบ และขาจะกระตุกขึ้นไปในตำแหน่งขึ้น[ 49 ]

ในปี ค.ศ. 1780 ลุยจิ กัลวานีค้นพบว่ากล้ามเนื้อขาของกบที่ตายแล้วจะกระตุกเมื่อถูกประกายไฟ[ 50 ]นี่เป็นหนึ่งในความพยายามครั้งแรกในการศึกษาด้านไฟฟ้าชีวภาพซึ่งเป็นสาขาที่ยังคงศึกษารูปแบบและสัญญาณไฟฟ้าในเนื้อเยื่อ เช่น เส้นประสาทและกล้ามเนื้อ

ในปี พ.ศ. 2495 คำว่า การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัว (excitation–contraction coupling) ถูกบัญญัติขึ้นเพื่ออธิบายกระบวนการทางสรีรวิทยาของการแปลงสิ่งเร้าทางไฟฟ้าไปเป็นการตอบสนองทางกล[ 51 ]กระบวนการนี้เป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาของกล้ามเนื้อ ซึ่งสิ่งเร้าทางไฟฟ้ามักจะเป็นศักย์การกระทำ (action potential) และการตอบสนองทางกลคือการหดตัว การเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัวอาจเกิดความผิดปกติในโรคต่างๆ มากมาย แม้ว่าการเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัวจะเป็นที่รู้จักมานานกว่าครึ่งศตวรรษแล้ว แต่ก็ยังคงเป็นหัวข้อการวิจัยทางชีวการแพทย์ที่ได้รับความสนใจอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้ว กลไกคือ ศักย์การกระทำจะมาถึงเพื่อทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เกิดการลดศักย์ไฟฟ้า (depolarization) ด้วยกลไกเฉพาะของกล้ามเนื้อแต่ละชนิด การลดศักย์ไฟฟ้านี้ส่งผลให้แคลเซียม ในไซโตพลาสมิกเพิ่มขึ้น ซึ่งเรียกว่าแคลเซียมทรานเซียนต์ (calcium transient) การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมนี้จะกระตุ้นโปรตีนหดตัวที่ไวต่อแคลเซียม จากนั้นโปรตีนเหล่านี้จะใช้ATPในการทำให้เซลล์หดตัวลง

กลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถค้นพบได้เป็นเวลาหลายปี และจำเป็นต้องมีการวิจัยและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง[ 52 ]ทฤษฎีเส้นใยเลื่อนได้รับการพัฒนาขึ้นโดยอิสระโดยAndrew F. HuxleyและRolf NiedergerkeและโดยHugh HuxleyและJean Hanson ผลการค้นพบของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์เป็นบทความสองฉบับติดต่อกันในวารสาร Natureฉบับวันที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2497 ภายใต้หัวข้อเดียวกันคือ "การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในกล้ามเนื้อระหว่างการหดตัว" [ 24 ] [ 25 ]

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • Krans, JL (2010) ทฤษฎีการเลื่อนของเส้นใยในการหดตัวของกล้ามเนื้อ Nature Education 3(9):66
  • Saladin, Kenneth S., Stephen J. Sullivan และ Christina A. Gan. (2015). กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา: ความเป็นเอกภาพของรูปแบบและหน้าที่. ฉบับที่ 7. นิวยอร์ก: McGraw-Hill Education.
  • ภาพเคลื่อนไหว: การหดตัวของไมโอฟิลาเมนต์เก็บถาวรเมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม 2013 ที่Wayback Machine
  • แบบจำลองการหดตัวของกล้ามเนื้อแบบเส้นใยเลื่อน
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Muscle_contraction&oldid=1344257102 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การหดตัวของกล้ามเนื้อ

การหดตัวของกล้ามเนื้อคือการกระตุ้น ตำแหน่งที่สร้าง แรงตึงภายในเซลล์กล้ามเนื้อ ในทางสรีรวิทยาการหดตัวของกล้ามเนื้อไม่ได้หมายความว่ากล้ามเนื้อจะสั้นลงเสมอไป

ประเภท

การหดตัวของกล้ามเนื้อสามารถอธิบายได้โดยใช้ตัวแปรสองตัวคือ แรงและความยาว แรงนั้นสามารถแบ่งได้เป็นแรงตึงหรือแรงรับน้ำหนัก แรงตึงของกล้ามเนื้อคือแรงที่กล้ามเนื้อกระทำต่อวัตถุ ในขณะที่แรงรับน้ำหนักคือแรงที่วัตถุกระทำต่อกล้ามเนื้อ [ 1 ]...

การหดตัวแบบไอโซเมตริก

การหดตัวแบบไอโซเมตริกของกล้ามเนื้อจะสร้างแรงตึงโดยไม่เปลี่ยนแปลงความยาว [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ตัวอย่างสามารถพบได้เมื่อกล้ามเนื้อของมือและ ปลายแขน จับวัตถุ ข้อ ต่อ ของมือไม่ขยับ แต่กล้ามเนื้อสร้างแรงมากพอที่จะป้องกันไม่ให้วัตถุหล่น

การหดตัวแบบไอโซโทนิก

ใน การหดตัวแบบไอโซโทนิ ก แรงตึงในกล้ามเนื้อจะคงที่แม้ว่าความยาวของกล้ามเนื้อจะเปลี่ยนแปลงไป [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแรงหดตัวของกล้ามเนื้อเท่ากับภาระรวมบนกล้ามเนื้อ