Hva er muskelfysiologi?

Muskelfysiologi er studiet av muskelfunksjon. En muskel er et knippe fibre som trekker seg sammen for å produsere varme, kroppsholdning og bevegelse, enten av indre organer eller av selve organismen. Muskelfysiologi studerer de fysiske, mekaniske og biokjemiske aspektene ved muskler i utvikling, fiberstruktur, muskelstruktur, sammentrekning og styrkeoppbygging.

Kroppen har tre typer muskler: hjerte, glatt og skjelett. Skjelettmuskulatur er en frivillig muskel, eller en muskel som bevisst kan kontrolleres, preget av jevn striasjoner, eller striper. Skjelettmuskulatur fester seg til bein for å bevirke bevegelse av skjelettet til formål som holdning og bevegelse. Glatt muskel er en ufrivillig muskel, preget av mangel på striasjoner, som påvirker bevegelse i de indre organene. Hjertemuskulatur er en ufrivillig, ujevn stripet muskel som komponerer hjertet og forårsaker sammentrekninger eller hjerteslag.

Å forstå skjelettmuskelens muskelfysiologi krever et grunnleggende grep om dens struktur. Skjelettmuskler festes vanligvis til bein via sener og vises ofte i antagonistiske par, slik at når den ene muskelen trekker seg sammen, forlenger den andre seg. Selve muskelen består av en bunt, eller fascikkel, av lange, sylindriske celler som kalles muskelfibre. Hver fiber inneholder mange strenglignende strukturer kalt myofilamenter som sitter i sarkoplasma, en væske som ligner cytoplasma som holdes inne av fiberens sarkolemma, eller membran. Myofilamentene inneholder kontraktile strukturer som kalles myofibriller, hvis elementer gjentas geometrisk for å lage funksjonelle enheter kalt sarkomerer.

Hver sarkomere inneholder overlappende tykke filamenter, sammensatt av myosinmolekyler, og tynne filamenter, sammensatt av aktin-, troponin- og tropomyosinmolekyler. Glidende filamentteori om sammentrekning foreslår at under sammentrekning binder myosinet seg til molekylene i tynt filament for å trekke de tynne filamentene over eller under det tykke filamentet. Sarkomeren blir kortere som en helhet, selv om ingenting av fiberen faktisk krymper i størrelse. Bindingen av molekyler som er ansvarlige for denne sammentrekningen stimuleres ved frigjøring av kalsiumioner fra sarkoplasma. Kalsiumet frigjøres som respons på en elektrisk impuls kalt et handlingspotensial sendt fra en nevron til en muskel gjennom en nevromuskulær synapse.

Glatt muskelfysiologi skiller seg fra fysiologi i skjelettmuskulaturen fordi glatte muskler ikke har sarkomerer, noe som forklarer mangelen på striasjoner i glatt muskel. I stedet trekker muskler seg sammen som en enhet, og elektriske impulser blir kommunisert fra celle til celle gjennom gapskryss. Disse elektriske impulsene kommuniseres av nevroner som stammer fra det autonome nervesystemet. Noen glatte muskler kan trekke seg sammen spontant, uten stimulering fra et nevron, på grunn av tilstedeværelsen av pacemakerceller, som kan skape sine egne elektriske impulser. I likhet med skjelettmuskulatur oppstår sammentrekninger fra binding og glidning av tykke filamenter med tynne filamenter som respons på frigjøring av kalsium i muskelfibre.

Hjertemuskelfysiologi ligner på skjelettmuskelfysiologi på flere måter. Hjertemuskulatur trekker seg sammen som respons på forhøyede kalsiumnivåer og blir også strippet; som indikerer at den også bruker sarkomerer som sin kontraktile enhet. Som glatt muskulatur og i motsetning til skjelettmuskulatur, trenger ikke hjertemuskelen være innervert på hver fiber fordi den kan kommunisere elektriske signaler fra celle til celle. Denne kommunikasjonen oppnås gjennom sammenkalkede plater, en funksjon som er unik for hjertemuskelen.