Vad är muskelfysiologi?

Muskelfysiologi är studiet av muskelfunktion. En muskel är ett knippe fibrer som sammandras för att producera värme, hållning och rörelse, antingen av inre organ eller av organismen själv. Muskelfysiologi studerar de fysiska, mekaniska och biokemiska aspekterna av muskler under utveckling, fiberstruktur, muskelstruktur, sammandragning och styrkande uppbyggnad.

Kroppen har tre typer av muskler: hjärt, slät och skelett. Skelettmuskulatur är en frivillig muskel, eller en muskel som medvetet kan kontrolleras, kännetecknad av jämna strippningar eller ränder. Skelettmuskeln fäster vid benen för att påverka skelettets rörelse för syften såsom hållning och rörelse. Slät muskel är en ofrivillig muskel, präglat av brist på striations, som påverkar rörelse i de inre organen. Hjärtmuskel är en ofrivillig, ojämnt strippad muskel som komponerar hjärtat och orsakar dess sammandragningar eller hjärtslag.

Förståelse av skelettmuskelns muskelfysiologi kräver ett grundläggande grepp om dess struktur. Skelettmuskler fäster vanligtvis till ben via senor och förekommer ofta i antagonistiska par, så att när en muskel sammandras, förlängs den andra. Muskeln i sig består av ett bunt eller fascicle av långa, cylindriska celler som kallas muskelfibrer. Varje fiber innehåller många strängliknande strukturer som kallas myofilament som sitter i sarkoplasma, en vätska som liknar cytoplasma som hålls in av fiberns sarkolemma eller membran. Myofilamenten innehåller kontraktila strukturer som kallas myofibrils, vars element upprepas geometriskt för att skapa funktionella enheter som kallas sarcomerer.

Varje sarkomerer innehåller överlappande tjocka filament, sammansatta av myosinmolekyler och tunna filament, sammansatta av aktin-, troponin- och tropomyosinmolekyler. Glidtrådsteorin för sammandragning föreslår att myosinet under sammandragning binder till molekylerna i tunn filament för att dra de tunna filamenten över eller under den tjocka filamenten. Sarkomeren blir kortare som helhet, även om inget av fibern faktiskt krymper i storlek. Bindningen av molekyler som är ansvariga för denna sammandragning stimuleras av en frisättning av kalciumjoner från sarkoplasma. Kalcium frigörs som svar på en elektrisk impuls som kallas en handlingspotential som skickas från en neuron till en muskel genom en neuromuskulär synap.

Smidig muskelfysiologi skiljer sig från skelettmuskelfysiologi eftersom glatta muskler inte har sarkomerer, vilket förklarar bristen på striationer i glatt muskel. Istället sammandras släta muskler som en enda enhet, där elektriska impulser kommuniceras från cell till cell genom mellanrumskorsningar. Dessa elektriska impulser kommuniceras av neuroner som härrör från det autonoma nervsystemet. Vissa släta muskler kan samlas spontant utan stimulans från en neuron på grund av närvaron av pacemakerceller, som kan skapa sina egna elektriska impulser. Liksom skelettmuskeln uppträder sammandragningar från bindning och glidning av tjocka filament med tunna filament som svar på en frisättning av kalcium i muskelfibrerna.

Hjärtmuskelfysiologi liknar skelettmuskelfysiologi på flera sätt. Hjärtmuskeln sammandras som svar på förhöjda nivåer av kalcium och är också striat; indikerar att den också använder sarcomerer som sin kontraktila enhet. Liksom glattmuskel och till skillnad från skelettmuskulatur behöver hjärtmuskeln inte innerveras vid varje fiber eftersom den kan kommunicera elektriska signaler från cell till cell. Denna kommunikation uppnås genom intercalated skivor, en funktion som är unik för hjärtmuskeln.