Sinh lý học và Sự co cơ
Sinh lý học và sự co cơ là lĩnh vực nghiên cứu cách cơ xương chuyển đổi năng lượng hóa học thành lực cơ học và chuyển động. Lĩnh vực này bao gồm bộ máy phân tử của sarcomere, các tín hiệu điện và canxi kích hoạt sự co cơ, sự chuyên biệt hóa trao đổi chất của các loại sợi cơ khác nhau, và các định luật cơ học liên quan đến lực, vận tốc, chiều dài và công suất. Đây là lĩnh vực tổ chức các yếu tố thiết yếu về cách cơ hoạt động khi nghỉ ngơi, trong quá trình hoạt động và khi bị mỏi.
Definition
Sinh lý học và sự co cơ là một nhánh của sinh lý học liên quan đến các quá trình cấu trúc, điện, hóa học và cơ học mà qua đó cơ vân tạo ra lực, rút ngắn và tạo ra chuyển động.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm bộ máy co cơ và cơ chế sợi trượt, sự ghép nối giữa kích thích màng và giải phóng canxi, phân loại các sợi cơ theo đặc tính co cơ và trao đổi chất của chúng, các quá trình gây ra mỏi cơ, và các mối quan hệ lực-vận tốc, chiều dài-sức căng, và công suất mô tả cơ như một hệ thống cơ học. Đây là một bản đồ tham khảo và giáo dục về chức năng cơ, không phải là hướng dẫn về kê đơn tập luyện hay quản lý lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Cấu trúc phân tử của sarcomere tạo ra lực và sự rút ngắn như thế nào?
- Một tín hiệu điện tại màng cơ được chuyển thành sự giải phóng canxi và sự co cơ như thế nào?
- Tại sao các sợi cơ khác nhau về tốc độ, khả năng chống mỏi và trao đổi chất?
- Những quá trình tế bào nào gây ra sự suy giảm lực và công suất cơ trong hoạt động kéo dài?
- Những mối quan hệ cơ học nào chi phối lượng lực, vận tốc và công suất mà một cơ có thể tạo ra?
Key concepts
- Sarcomere và bộ máy co cơ
- Actin, myosin và chu trình cầu nối
- Ghép nối kích thích-co cơ
- Các loại sợi co rút chậm và co rút nhanh
- Mối quan hệ lực-vận tốc và chiều dài-sức căng
- Công suất cơ và các yếu tố quyết định
- Mỏi cơ
Key theories
- Lý thuyết sợi trượt
- Sự co cơ là kết quả của việc các sợi actin mỏng trượt qua các sợi myosin dày, làm rút ngắn sarcomere mà không làm thay đổi chiều dài của bản thân các sợi, như đã được đề xuất độc lập bởi hai bài báo trên Nature năm 1954.
- Cơ chế cầu nối (cầu nối xoay)
- Lực và sự trượt được tạo ra bởi sự gắn kết, xoay và tách rời theo chu kỳ của các cầu nối myosin kéo các sợi mỏng về phía trung tâm của sarcomere, được cung cấp năng lượng bởi quá trình thủy phân ATP.
Mechanisms
Cơ xương được cấu tạo từ các sarcomere lặp lại, trong đó các sợi mỏng (actin) và sợi dày (myosin) xen kẽ nhau. Một điện thế hoạt động lan truyền dọc theo màng cơ và vào các ống ngang kích hoạt giải phóng canxi từ lưới nội chất cơ; canxi liên kết với troponin, dịch chuyển tropomyosin ra khỏi các vị trí liên kết actin, và cho phép các cầu nối myosin chu kỳ, làm trượt các sợi và rút ngắn sarcomere. Lượng lực phụ thuộc vào sự chồng chéo của sợi (mối quan hệ chiều dài-sức căng) và vào tốc độ cơ đang rút ngắn (mối quan hệ lực-vận tốc), trong khi công suất là tích của lực và vận tốc. Các sợi cơ chuyên biệt hóa theo một phổ từ các loại oxy hóa chậm, chống mỏi đến các loại glycolytic nhanh, mạnh nhưng dễ mỏi hơn, và hoạt động kéo dài làm rối loạn quá trình xử lý canxi và năng lượng là nền tảng của các cơ chế này, gây ra mỏi cơ.
Clinical relevance
Hiểu biết về sự co cơ bình thường cung cấp nền tảng sinh lý để giải thích tình trạng yếu cơ, mỏi cơ và các rối loạn của khớp thần kinh cơ và bộ máy co cơ, cũng như để đọc các tài liệu về sinh lý học thể dục. Lĩnh vực này mô tả cách cơ hoạt động như một khung tham chiếu; nó không phải là nguồn cung cấp tiêu chí chẩn đoán, chương trình tập luyện hoặc khuyến nghị điều trị.
Evidence & guidelines
Kiến thức nền tảng trong lĩnh vực này dựa trên sinh lý học cơ bản cổ điển (các bài báo về sợi trượt năm 1954 và các nghiên cứu cầu nối tiếp theo) và các bài đánh giá tổng quan có thẩm quyền trên các tạp chí như Physiological Reviews, tổng hợp hàng thập kỷ công trình thực nghiệm. Đây là bằng chứng cơ chế và khoa học cơ bản hơn là bằng chứng thử nghiệm lâm sàng, vì vậy nó không bị chi phối bởi các hướng dẫn điều trị.
History
Sinh lý học cơ hiện đại đã được biến đổi vào năm 1954 khi hai bài báo trên cùng một số tạp chí Nature độc lập đề xuất rằng cơ rút ngắn bằng cách các sợi trượt qua nhau chứ không phải do bản thân các sợi co lại. Hugh Huxley và các đồng nghiệp đã phát triển mô hình cầu nối về cách sự trượt này được cung cấp năng lượng, và công trình trước đó của A. V. Hill về nhiệt và cơ học cơ đã cung cấp khung lực-vận tốc định lượng. Các thập kỷ sau đó đã bổ sung các mô tả chi tiết về sự ghép nối kích thích-co cơ, sự đa dạng của loại sợi cơ và cơ sở tế bào của sự mỏi cơ.
Key figures
- Andrew Huxley
- Hugh Huxley
- Jean Hanson
- Rolf Niedergerke
- Archibald Vivian Hill
- Stefano Schiaffino
Related topics
Seminal works
- huxley-niedergerke-1954
- huxley-hanson-1954
- huxley-1969
- gordon-2000
Frequently asked questions
- Sinh lý học và sự co cơ bao gồm những gì?
- Nó bao gồm cách cơ xương tạo ra lực và chuyển động: cơ chế sợi trượt và cầu nối, ghép nối kích thích-co cơ, các loại sợi cơ, sự mỏi cơ, và các mối quan hệ cơ học giữa lực, vận tốc, chiều dài và công suất.
- Bản thân các sợi cơ có rút ngắn trong quá trình co cơ không?
- Không. Lý thuyết sợi trượt cho thấy các sợi actin và myosin giữ nguyên chiều dài trong khi trượt qua nhau, điều này làm rút ngắn sarcomere và toàn bộ cơ.