Hvad er muskelfysiologi?
Muskelfysiologi er studiet af muskelfunktion. En muskel er et bundt af fibre, der sammentrækkes for at producere varme, kropsholdning og bevægelse, enten af indre organer eller af selve organismen. Muskelfysiologi studerer de fysiske, mekaniske og biokemiske aspekter af muskler under udvikling, fiberstruktur, muskelstruktur, sammentrækning og styrkeopbygning.
Kroppen har tre typer muskler: hjerte, glat og skelet. Skelettemuskulatur er en frivillig muskel eller en muskel, der bevidst kan kontrolleres, kendetegnet ved jævne striber eller striber. Skelettemuskler fastgøres til knogler for at bevirke bevægelse af skeletet til formål såsom kropsholdning og bevægelse. Glat muskel er en ufrivillig muskel, præget af en mangel på striber, der påvirker bevægelse i de indre organer. Hjertemuskulatur er en ufrivillig, ujævnt strippet muskel, der komponerer hjertet og forårsager dets sammentrækninger eller hjerteslag.
At forstå skeletmuskelens muskelfysiologi kræver et grundlæggende greb om dens struktur. Skeletmuskler fastgøres typisk til knogler via sener og forekommer ofte i antagonistiske par, så når den ene muskel sammentrækkes, forlænges den anden. Selve musklerne består af et bundt eller fascicle af lange, cylindriske celler kaldet muskelfibre. Hver fiber indeholder mange strenglignende strukturer kaldet myofilamenter, der sidder inden i sarkoplasma, en væske, der ligner cytoplasma, som holdes inde i fiberens sarkolemma eller membran. Myofilamenterne indeholder kontraktile strukturer kaldet myofibriller, hvis elementer gentages geometrisk for at skabe funktionelle enheder kaldet sarcomerer.
Hver sarcomere indeholder overlappende tykke filamenter sammensat af myosinmolekyler og tynde filamenter sammensat af actin-, troponin- og tropomyosin-molekyler. Glidende filamentteori om sammentrækning foreslår, at myosinet under sammentrækning binder sig til molekylerne i tynd filament for at trække de tynde filamenter over eller under det tykke filament. Sarkomeren bliver kortere som en helhed, skønt intet element af fiberen faktisk krymper i størrelse. Bindingen af molekyler, der er ansvarlige for denne sammentrækning, stimuleres ved frigivelse af calciumioner fra sarkoplasmaen. Calcium frigives som reaktion på en elektrisk impuls kaldet et handlingspotentiale sendt fra en neuron til en muskel gennem en neuromuskulær synapse.
Glat muskelfysiologi adskiller sig fra skeletmuskelfysiologi, fordi glatte muskler ikke har sarkomerer, hvilket forklarer manglen på striationer i glat muskel. I stedet sammentrækkes glat muskel som en enkelt enhed, hvor elektriske impulser kommunikeres fra celle til celle gennem spalteforbindelser. Disse elektriske impulser kommunikeres af neuroner, der stammer fra det autonome nervesystem. Nogle glatte muskler kan sammentræbe spontant uden stimulering fra en neuron på grund af tilstedeværelsen af pacemakerceller, som kan skabe deres egne elektriske impulser. Ligesom knoglemuskler forekommer sammentrækninger fra binding og glidning af tykke filamenter med tynde filamenter som reaktion på en frigivelse af calcium i muskelfiberen.
Hjertemuskelfysiologi ligner knoglemuskelfysiologi på flere måder. Hjertemuskulatur sammentrækkes som reaktion på forhøjede niveauer af calcium og strippes også; hvilket angiver, at det også bruger sarcomerer som sin kontraktile enhed. Ligesom glat muskel og i modsætning til skelettemuskulatur, behøver hjertemuskler ikke at blive inderveret ved hver fiber, fordi den kan kommunikere elektriske signaler fra celle til celle. Denne kommunikation opnås gennem sammenkalkede diske, en funktion, der er unik for hjertemuskler.