為什么說肌肉相當(dāng)于是引擎？肌肉組織的結(jié)構(gòu)和功能及其背后的相關(guān)原理
為什么說肌肉相當(dāng)于是引擎？肌肉組織的功能，第一印象是肌肉保護(hù)我們的骨頭，關(guān)節(jié)與許多身體的其他部位。事實上肌肉對人體非常的重要，我們體重的一半是肌肉，它們有許多的形狀與大小，在我們大腿上的肌肉可長達(dá)半公尺以上，在手上也能找到很微小的肌肉。它們除了是我們身體最大的能量消耗之外，肌肉也是我們溫暖的來源，我們可以說肌肉是幫助我們身體保持必要溫度的加熱器。
肌肉是我們的身體用以驅(qū)動自身的“引擎”。盡管它與汽車發(fā)動機(jī)或電動機(jī)的工作原理不同，但作用卻是相同的，都將能量轉(zhuǎn)化為運動。如果沒有肌肉，我們將不能做任何事情—不能微笑，不能咀嚼，甚至連呼吸都無法完成。
肌肉組織的功能，以身體內(nèi)部功能的觀點而言，某些肌肉極端的重要。心肌最大的功能就是在我們的一生當(dāng)中持續(xù)的動作，壓縮血液來分配養(yǎng)分給全身各個部分，并且收集廢物，它的動作受到自律神經(jīng)系統(tǒng)的控制，血管主要由平滑肌組成，就相是棉線纏繞卷軸一樣，這樣肌肉不能隨意的動。
在我們消化與呼吸器官中的也是不隨意肌，假如這些肌肉是隨意肌，那我們的生命就有危險了，因為任何一點收縮都會要我們的命。一點輕微的動作就能控制光線進(jìn)入我們眼睛的數(shù)量，那是由微小的隨意肌—虹膜所組成的。
同樣的道理對于肌肉組織的功能，有一些微小的肌肉是我們怕冷或感覺冷時被潛意識所啟動的，那就是我們的雞皮疙瘩。不過肌肉最主要的功能還是產(chǎn)生我們身體的動作也就是肌肉鍛煉，這些是由我們能隨意控制的。
對于大多數(shù)人來說，肌肉再平常不過了，但是它們的重要性卻令人難以置信，原因主要有兩個：肌肉是身體用以驅(qū)動自身的“引擎”。盡管它們與汽車發(fā)動機(jī)或電動機(jī)的工作原理不同，但作用相同。它們都將能量轉(zhuǎn)化為運動。
如果沒有肌肉，將不能做任何事情。大腦構(gòu)想的任何內(nèi)容都要以肌肉運動的形式表現(xiàn)出來。
表達(dá)思想的方式只能是使用喉部、嘴部和舌部肌肉(說話)、指部肌肉(寫字或“手語”)或者骨骼肌(身體語言、舞蹈、奔跑、鍛煉或搏斗等)。
因為肌肉對所有動物都如此重要，所以結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。它們能夠高效地將營養(yǎng)物轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動，能夠持久運作，還能夠自行痊愈并通過鍛煉變得更強(qiáng)壯。它們執(zhí)行人體的一切活動，包括從走路到保持血液流動!
肌肉的結(jié)構(gòu)功能
在本文中，我們將了解人體的不同肌肉類型及其令人驚嘆的工作機(jī)理。談到“肌肉”時，大部分人想到的都是可見的肌肉。
例如，大多數(shù)人都知道胳臂中有二頭肌。但實際上，所有哺乳動物體內(nèi)均有三種特殊類型的肌肉：
1.第一種是骨骼肌，即可以看到和感覺到的肌肉類型。當(dāng)健身者通過鍛煉增加肌肉力量時，鍛煉的就是骨骼肌。
骨骼肌附著在骨骼上且成對出現(xiàn)：一塊肌肉朝一個方向移動骨頭，另外一塊朝相反方向移動骨頭。這些肌肉通常隨意志收縮，意味著想要收縮它們時，神經(jīng)系統(tǒng)會指示它們這樣做。骨骼肌可以做短暫單次收縮(顫搐)或長期持續(xù)收縮(破傷風(fēng))。
2.第二種是平滑肌，存在于消化系統(tǒng)、血管、膀胱、呼吸道和女性的子宮中。平滑肌能夠長時間拉緊和維持張力。
這種肌肉不隨意志收縮，意味著神經(jīng)系統(tǒng)會自動控制它們，而無需人去考慮。例如，胃和腸中的肌肉每天都在執(zhí)行任務(wù)，但人們一般都不會察覺到。
3.第三種是心肌，只存在于心臟，它最大的特征是耐力和堅固。
它可以像平滑肌那樣有限地伸展，也可以用像骨骼肌那樣的力量來收縮。它只是一種顫搐肌肉并且不隨意志收縮。
從現(xiàn)在開始，我們將著重介紹骨骼肌。三種肌肉類型中的基本分子過程是一樣的。
骨骼肌也稱為橫紋肌，因為在偏振光下觀察或者用指示劑染色后，骨骼肌上會有明暗交錯的條紋。
顯示出肌纖維(紅色)和脂肪細(xì)胞(白色)的
骨骼肌的橫截面(放大200倍)
骨骼肌具有一套復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對于收縮非常重要。我們將從骨骼肌最大的結(jié)構(gòu)看起，依次到最小的結(jié)構(gòu)。
任何肌肉的基本動作都是收縮。例如，當(dāng)您想要用二頭肌移動胳臂時，您的大腦會發(fā)送信號給指示二頭肌收縮的神經(jīng)細(xì)胞。肌肉產(chǎn)生的力量大小是不同的，肌肉可以根據(jù)發(fā)送的信號來小幅或大幅收縮。肌肉所做的就是產(chǎn)生收縮力。
一塊肌肉就是一束稱為纖維的細(xì)胞，而且細(xì)胞的數(shù)量很多。您可以把肌纖維看作是長的圓柱體。與體內(nèi)的其他細(xì)胞相比，肌纖維相當(dāng)大，長度約為1至40微米，直徑約為10至100微米。相比而言，一根頭發(fā)的直徑約為100微米，而體內(nèi)一般細(xì)胞的直徑約為10微米。
肌纖維包含許多肌原纖維，它們是肌肉蛋白質(zhì)組成的圓柱體。這些蛋白質(zhì)使得肌肉細(xì)胞能夠收縮。肌原纖維包含兩種類型的平行于纖維長軸方向的肌絲，這些肌絲以六邊形模式排列，分為粗肌絲和細(xì)肌絲。每根粗肌絲周圍有六根細(xì)肌絲。
粗肌絲和細(xì)肌絲都附著在稱為Z盤或Z線的另一個結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)垂直于纖維的長軸(從一個Z線到另一個Z線的肌原纖維稱為肌小節(jié))。與Z線垂直的是稱為橫小管或T小管的結(jié)構(gòu)，它實際上是延伸至纖維深部的細(xì)胞膜的一部分。在纖維內(nèi)部，沿T小管間的長軸伸展的是稱為肌質(zhì)網(wǎng)的膜系統(tǒng)，用來存儲和釋放激發(fā)肌肉收縮的鈣離子。
粗肌絲和細(xì)肌絲負(fù)責(zé)完成肌肉的實際工作，而且工作方式相當(dāng)有趣。粗肌絲由稱為肌球蛋白的蛋白質(zhì)組成。在分子層次上，粗肌絲是由排列成圓柱體的肌球蛋白分子組成的軸狀物。細(xì)肌絲由另外一種稱為肌動蛋白的蛋白質(zhì)組成，看起來像兩串彼此纏繞的珍珠。
收縮過程中，肌球蛋白粗肌絲通過形成橫橋抓住肌動蛋白細(xì)肌絲。粗肌絲將細(xì)肌絲拉過來，使肌小節(jié)變短。在肌肉纖維內(nèi)，指示收縮的信號在整個纖維層次上同步，使構(gòu)成肌小節(jié)的所有肌原纖維同時縮短。
每個細(xì)肌絲的凹槽內(nèi)都有兩個能夠讓細(xì)肌絲沿粗肌絲滑動的結(jié)構(gòu)：一個長的桿狀蛋白質(zhì)，稱為原肌球蛋白;一個較短的珠狀蛋白復(fù)合體，稱為肌鈣蛋白。原肌球蛋白和肌鈣蛋白是收縮過程中控制肌動蛋白和肌球蛋白相互作用的分子開關(guān)。收縮過程中，細(xì)肌絲滑過粗肌絲，使肌小節(jié)縮短。
雖然肌絲滑動解釋了肌肉是如何縮短的，但沒有解釋肌肉如何產(chǎn)生縮短所需要的力。
為了解這一過程，想像一下您用繩索向上拉物體時的情形：
1.用雙手抓住繩索，伸出雙臂。
2.松開一只手(如左手)，同時右手繼續(xù)緊抓不放。
3.在用右手抓住繩索時，改變右臂的形狀以縮短其伸出距離，并朝自己拉繩索。
4.用伸開的左手抓住繩索，右手放開。
5.改變左臂的形狀以縮短其伸出距離，并朝自己拉繩子，同時重新把右手放在最初的伸展位置以便抓住繩索。
重復(fù)第2步到第5步，雙臂交替使用，直到完成工作。
肌肉通過循環(huán)形成肌球蛋白橫橋來產(chǎn)生力
讓我們借用繩索的例子來說明肌肉是如何產(chǎn)生力的。肌球蛋白分子形如高爾夫球桿。在本例中，肌球蛋白桿頭(以及它形成的橫橋)相當(dāng)于您的胳膊，而肌動蛋白肌絲相當(dāng)于繩索：
1.收縮過程中，肌球蛋白分子與細(xì)肌絲上的肌動蛋白分子形成化學(xué)結(jié)合(抓住繩索)。這個化學(xué)結(jié)合就是橫橋。為清晰起見，上圖僅顯示一個橫橋(著重討論一只胳臂)。
2.最初，橫橋是伸開的(您的胳臂伸開)，而腺苷二磷酸(ADP)和無機(jī)磷酸鹽(Pi)附著在肌球蛋白上。
3.一旦形成橫橋，肌球蛋白的頭部彎曲(您的胳臂回縮)，從而產(chǎn)生力并使得肌動蛋白肌絲從肌球蛋白上滑過(拖動繩索)。該過程稱為動力沖程。在動力沖程中，肌球蛋白釋放ADP和Pi。
4.一旦ADP和Pi被釋放，三磷酸腺苷(ATP)的分子就結(jié)合到肌球蛋白上。當(dāng)ATP凝固時，肌球蛋白會釋放肌動蛋白分子(放開繩索)。
5.肌動蛋白被釋放后，ATP分子被肌球蛋白分解為ADP和Pi。來自ATP的能量重新將肌球蛋白的頭部恢復(fù)到原始位置(重新伸開您的胳臂)。
6.重復(fù)該過程。肌球蛋白分子的動作并不同步——在任何時候，都有一些肌球蛋白附著在肌動蛋白肌絲上(抓住繩索)，有些產(chǎn)生力(拉動繩索)，有些釋放肌動蛋白肌絲(松開繩索)。等張收縮與等長收縮肌肉纖維縮短可產(chǎn)生機(jī)械力，稱為肌肉張力。肌肉自身改變長度(等力或等張收縮)或不改變長度(等長或等長收縮)取決于肌肉上的負(fù)載。
例如，二頭肌一端附著在肩胛上，另一端附著在前臂的尺骨上。二頭肌收縮時，它會縮短并朝肩胛拉動尺骨(尺骨附著在肘關(guān)節(jié)上)。該運動使人能夠抬起前臂或特定負(fù)載。相反，如果手提的東西太重(如裝滿物品的手提箱)，人就不能提升前臂，因此二頭肌不會明顯縮短。但是，此時肌肉產(chǎn)生的力正努力幫您提起箱子。
所有肌肉的收縮都是由電脈沖觸發(fā)的，但不必理會這些電脈沖是由神經(jīng)細(xì)胞傳送的、內(nèi)部產(chǎn)生的(如用起搏器)還是外部施加的(如用電擊刺激)。電信號引發(fā)一系列活動，在肌球蛋白和肌動蛋白之間形成橫橋循環(huán)，從而產(chǎn)生力。骨骼肌、平滑肌和心肌中的類似活動會稍有不同。讓我們首先來看骨骼肌中的活動。
骨骼肌中從電信號發(fā)出（刺激）到收縮的耦合過程
下面讓我們來了解從刺激到收縮再到松弛的過程中骨骼肌內(nèi)發(fā)生了什么：
電信號(動作電位)在傳遞過程中經(jīng)過神經(jīng)細(xì)胞時，會引起該細(xì)胞在自身和肌肉細(xì)胞之間的小間隙中釋放化學(xué)信息(神經(jīng)傳遞素)。該間隙稱為突觸。
神經(jīng)傳遞素跨過突觸，結(jié)合至肌肉細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)(受體)，且在肌肉細(xì)胞中引起動作電位。
動作電位快速沿肌肉細(xì)胞傳播，并通過T小管進(jìn)入細(xì)胞。
動作電位打開肌肉鈣離子庫中(肌質(zhì)網(wǎng))的通路。
鈣離子流入細(xì)胞質(zhì)，即肌動蛋白和肌球蛋白肌絲所在的位置。
鈣離子會與位于肌動蛋白肌絲的凹槽內(nèi)的肌鈣蛋白-原肌球蛋白分子相結(jié)合。通常情況下，桿狀原肌球蛋白分子覆蓋著肌動蛋白上肌球蛋白可以形成橫橋的位置。
一旦與鈣離子結(jié)合，肌鈣蛋白就改變形狀并使原肌球蛋白滑出凹槽，露出肌動蛋白與肌球蛋白的結(jié)合位置。
肌球蛋白通過重復(fù)形成橫橋而與肌動蛋白相互作用(如前所述)。肌肉因此產(chǎn)生力量并收縮。
在動作電位過后，鈣離子庫通路關(guān)閉，而位于肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣泵從細(xì)胞質(zhì)中吸走鈣離子。
當(dāng)鈣被吸回到肌質(zhì)網(wǎng)中時，鈣離子離開肌鈣蛋白。
肌鈣蛋白恢復(fù)正常形狀，而且使原肌球蛋白能夠覆蓋在肌動蛋白肌絲上肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合的位置。
現(xiàn)在因為沒有結(jié)合位置可用，不能形成橫橋，因此肌肉松弛。
可以看出，肌肉收縮由細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣離子水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。在骨骼肌內(nèi)，鈣離子在肌動蛋白的層次工作(肌動蛋白控制的收縮)。它們將肌鈣蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體移離結(jié)合位置，使得肌動蛋白和肌球蛋白能夠相互作用。
肌肉使用ATP形式的能量，它用于復(fù)位肌球蛋白橫橋頭部并釋放肌動蛋白肌絲。
若要產(chǎn)生ATP，肌肉需進(jìn)行下列活動：1.分解磷酸肌酸，向ADP添加磷酸鹽以產(chǎn)生ATP2.進(jìn)行無氧呼吸，將葡萄糖分解為乳酸并形成ATP3.進(jìn)行有氧呼吸，在有氧時分解葡萄糖、肝糖、脂肪和氨基酸以產(chǎn)生ATP(有關(guān)詳細(xì)信息，請參見怎樣鍛煉)。
肌肉混合了兩種基本類型的肌肉纖維：快速顫搐和緩慢顫搐?？焖兕澊だw維能夠產(chǎn)生較大的力、較快的收縮和較強(qiáng)的無氧代謝能力。相反，緩慢顫搐纖維產(chǎn)生力的速度較慢，可以維持較長時間的收縮且具有較強(qiáng)的有氧代謝能力。
紅肌/混合肌/白肌
訓(xùn)練可以通過改變肌肉纖維的大小和數(shù)量(但不是纖維類型)來增加肌肉重量。有些運動員還使用體能增強(qiáng)藥物(尤其是合成代謝類固醇)來強(qiáng)化肌肉，但是這種做法非常危險而且被大多數(shù)競賽項目禁止。
其他肌肉細(xì)胞
雖然大多數(shù)過程類似，但骨骼肌、心肌和平滑肌的行為仍有一些顯著差異。
心肌細(xì)胞是有條紋的，很像骨骼肌細(xì)胞，不過心肌內(nèi)的纖維是互連的。
心肌細(xì)胞的肌質(zhì)網(wǎng)不像骨骼肌細(xì)胞那樣發(fā)達(dá)。心肌收縮是肌動蛋白控制的，意味著鈣離子同時來自肌質(zhì)網(wǎng)(如骨骼肌)和細(xì)胞外部(如平滑肌)。另外，心肌收縮中發(fā)生的一系列活動類似于骨骼肌收縮。
與骨骼肌相比，平滑肌細(xì)胞較小。它們是紡錘形的，長約50至200微米，直徑只有2至10微米。它們沒有條紋或者肌小節(jié)。相反，它們具有許多束與肌原纖維對應(yīng)的細(xì)肌絲和粗肌絲(與發(fā)達(dá)的肌肉帶相反)。
在平滑肌細(xì)胞中，中間肌絲在細(xì)胞中交織，很像魚網(wǎng)或絲襪上的細(xì)絲。中間肌絲固定細(xì)肌絲并對應(yīng)于骨骼肌的Z盤。與骨骼肌細(xì)胞不同，平滑肌細(xì)胞沒有肌鈣蛋白、原肌球蛋白或有組的肌質(zhì)網(wǎng)。
與骨骼肌細(xì)胞中的收縮一樣，平滑肌細(xì)胞中的收縮也包括形成橫橋以及細(xì)肌絲滑過粗肌絲。但是，由于平滑肌不像骨骼肌那樣組織嚴(yán)密，它在所有方向均會發(fā)生縮短現(xiàn)象。收縮過程中，平滑肌細(xì)胞的中間肌絲幫助拉緊細(xì)胞，就像關(guān)閉束帶囊那樣。鈣離子控制平滑肌內(nèi)的收縮，但是作用方式與在骨骼肌中的稍有不同：
鈣離子來自細(xì)胞外部。鈣離子結(jié)合至肌球蛋白上的酶復(fù)合體，這種酶稱為鈣調(diào)蛋白-肌球蛋白輕鏈激酶。酶復(fù)合體將ATP分解為ADP并直接將Pi傳送到肌球蛋白。這種Pi傳輸會激活肌球蛋白。肌球蛋白與肌動蛋白形成橫橋(如同骨骼肌中橫橋的形成)。將鈣從細(xì)胞中抽出時，Pi會被另外一種酶從肌球蛋白中去除。肌球蛋白的活動停止時，肌肉開始松弛。這個過程稱為肌球蛋白控制的收縮。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于肌肉組織的知識技巧了，學(xué)習(xí)以上的為什么說肌肉相當(dāng)于是引擎？肌肉組織的結(jié)構(gòu)和功能及其背后的相關(guān)原理知識，對于肌肉組織的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)醫(yī)藥衛(wèi)生所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
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