Hvad er mekanikken i bevægelse af muskler?

Muskelbevægelse er et biologisk fænomen, der først relativt for nylig er blevet forstået af forskere. En meget kompleks begivenhedsforløb, hvor mange finder sted på molekylært niveau, hvilket medfører muskelbevægelse. Der er forskellige typer muskler i kroppen, men kun knoglemuskler - musklerne, der bevæger knogler og led - kontrolleres frivilligt. Muskler, der kontrollerer kredsløbssystemet og visse organfunktioner, bevæger sig uden vores kontrol, og ofte uden at vi nogensinde har bemærket det.

Skeletmuskler består af lange, tynde celler, der også er kendt som muskelfibre. Hver mikroskopisk muskelfiber indeholder de mekanismer, der er nødvendige for at forårsage muskelbevægelse i lille skala. Blodkar og neuroner er til stede i og omkring bundlede grupper af muskelfibre, og de giver den energi og den nerveinformation, der er nødvendig for at bevæge muskelen.

Hver muskelfiber er i sig selv et bundt af mindre enheder kaldet myofibrils, hvor muskelbevægelsen kommer fra. Inde i hver myofibril er tråde eller filamenter lavet af to forskellige proteiner kaldet actin og myosin. Disse proteinstrenge er forankret til myofibrils struktur og ligger parallelt med hinanden. Når proteinerne trænger ud af en nerveimpuls, skubber de forbi hinanden som en rodbåds vand gennem vandet.

Proteinfilamenterne er i stand til at gøre dette ved at bruge kemisk energi, der stammer fra en forbindelse kendt som adenosintrifosfat (ATP). ATP er blandt de mere essentielle kemikalier, der findes i kroppen. Det muliggør betjening af hver muskel, inklusive hjertet og mellemgulvet, og livet ville øjeblikkeligt ophøre uden det.

Når myosin- og actinfilamenterne bevæger sig forbi hinanden fra en afslappet tilstand, trækker muskelfibren som helhed sammen. Når alle celler i en muskel sammentrækker i samme retning, bevæger musklen knoglen, den er bundet til i den retning. Omvendt, når muskelfibrene derefter slapper af, slapper musklen som helhed også af. Der er andre, meget komplekse kemiske reaktioner, der forekommer, der involverer calcium og andre elementer, der hjælper med at tænde og slukke muskelsammentrækninger, men mekanikerne i muskelbevægelsen udføres af proteinfilamenterne.

Muskler grupperes ofte i par, hvor en sammentrækning af den ene muskel bevæger en knogle på en bestemt måde, og en sammentrækning af den anden muskel bevæger den modsat. Dette er tilfældet med overarmens biceps og triceps-muskler. Når der gives en impuls af centralnervesystemet til at sammensætte biceps, opstår en tilsvarende impuls for at slappe af triceps, og vice versa. Disse samtidige impulser er nødvendige for at give mulighed for bevægelsesfrihed i begge retninger.