عضله و حرکت
چگونگی تبدیل انرژی شیمیایی به حرکت در حیوانات: سازوکار مولکولی انقباض عضله و مکانیک شنا، پرواز، دویدن و خزش.
Definition
عضله بافت انقباضی است که با برهمکنش رشتههای اکتین و میوزین، نیرو و حرکت تولید میکند، و حرکت (لوکوموشن) به جابجایی خودران یک حیوان در محیط خود گفته میشود که از طریق عمل عضلات بر روی تکیهگاههای اسکلتی یا هیدرواستاتیک حاصل میشود.
Scope
این حوزه فیزیولوژی تطبیقی عضله و حرکت را پوشش میدهد: ساختار عضله و مکانیسم انقباض رشتهای لغزشی، انرژیزایی و انواع فیبرهای عضلانی، بیومکانیکی که نیروی عضلانی را به حرکت تبدیل میکند، و حالتهای متنوع حرکت و کارایی آنها. این حوزه سطوح مولکولی، سلولی و کل حیوان را در بر میگیرد و چگونگی تطابق حرکت با اندازه بدن و محیط را بررسی میکند. پوشش این حوزه تطبیقی و مکانیکی است تا بالینی.
Sub-topics
Core questions
- چگونه عضله انرژی شیمیایی را به نیرو و کوتاهشدن تبدیل میکند؟
- فیبرهای عضلانی در سرعت، مقاومت در برابر خستگی و تأمین انرژی چگونه با هم تفاوت دارند؟
- نیروی عضلانی چگونه توسط اسکلتها و اندامها به حرکت مفید تبدیل میشود؟
- چه حالتهای حرکتی تکامل یافتهاند و چه چیزی حرکت را کارآمد میسازد؟
Key theories
- نظریه رشتهای لغزشی انقباض
- عضله کوتاه میشود نه به این دلیل که رشتههای آن کوتاه میشوند، بلکه به این دلیل که رشتههای اکتین و میوزین از کنار یکدیگر میلغزند؛ مدلی که به طور مستقل توسط دو گروه از طریق میکروسکوپی عضله در حال انقباض پیشنهاد شد.
- چرخه پلهای عرضی
- نیرو و لغزش توسط سرهای میوزین تولید میشود که به طور مکرر به اکتین متصل میشوند، میکشند، جدا میشوند و دوباره متصل میشوند در چرخهای که توسط هیدرولیز ATP تأمین انرژی شده و توسط کلسیم تنظیم میشود و ویژگیهای مکانیکی عضله را توضیح میدهد.
Mechanisms
عضله مخطط از سارکومرها ساخته شده است که در آنها رشتههای اکتین و میوزین در هم فرورفته، از کنار یکدیگر میلغزند تا فیبر را کوتاه کنند. انقباض زمانی آغاز میشود که پتانسیل عمل، کلسیم را از شبکه سارکوپلاسمی آزاد میکند و جایگاههای اتصال را روی اکتین آشکار میسازد تا سرهای میوزین چرخههای اتصال، ضربه قدرتی و جدا شدن را طی کنند، که هر چرخه ATP مصرف میکند. فیبرهای عضلانی در سرعت انقباض و در اینکه آیا به متابولیسم هوازی یا بیهوازی متکی هستند، تفاوت دارند و انواع کند مقاوم به خستگی و انواع سریع و قدرتمند مناسب برای وظایف مختلف را ایجاد میکنند. عضلات بر روی اهرمهای اسکلتی یا اسکلتهای هیدرواستاتیک عمل میکنند تا حرکت تولید کنند، و مکانیک حاصله به اندازه بدن بستگی دارد، با حرکت در شنا، پرواز، دویدن و نقب زدن که هزینههای حمل و نقل مشخصی را نشان میدهد. کارهای تطبیقی این هزینهها را با اندازه بدن و محیط مرتبط میسازند و نشان میدهند که چرا هر حالت حرکت در شرایط خاص خود کارآمد است.
Clinical relevance
درک مولکولی انقباض و مطالعه تطبیقی انرژیزایی عضلانی، زیربنای تحلیل عملکرد عضلانی، خستگی و هزینه انرژیزایی ورزش و حرکت است. این مدخل آموزشی است و راهنمایی پزشکی ارائه نمیدهد.
History
مطالعات ترمودینامیکی A. V. Hill بر روی عضله و پیشنهادهای مستقل نظریه رشتهای لغزشی توسط اندرو هاکسلی با رولف نیدگرکه و توسط هیو هاکسلی با ژان هانسون در سال ۱۹۵۴، چگونگی انقباض عضله را مشخص کردند. بیومکانیستهای تطبیقی مانند رابرت مکنیل الکساندر بعدها چگونگی نیرودهی عضله به حرکتهای متنوع حیوانات را تحلیل کردند.
Key figures
- Andrew Huxley
- Hugh Huxley
- Archibald Vivian Hill
- Robert McNeill Alexander
Related topics
Seminal works
- huxley1954
- huxleyhanson1954
- hill2016
Frequently asked questions
- نظریه رشتهای لغزشی چه میگوید؟
- این نظریه میگوید عضله کوتاه میشود زیرا رشتههای اکتین و میوزین به جای کوچک شدن، از کنار یکدیگر میلغزند، بنابراین رشتههای همپوشان در طول انقباض همپوشانی خود را افزایش میدهند.
- چرا برخی عضلات سریع و برخی دیگر کند هستند؟
- فیبرهای عضلانی در پروتئینهای انقباضی و تأمین انرژی خود تفاوت دارند، به طوری که فیبرهای سریع برای تلاشهای قدرتمند و سریع و فیبرهای کند برای کارهای پایدار و مقاوم در برابر خستگی ساخته شدهاند.