Neurophysiology and Muscle physiology

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시원 홍
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1 Neurophysiology and Muscle physiology Introduction Speed Energy consumption ROM Power Fatigue 1

2 continued Maximum effort Tension Cognition Stability Mobility Nerve impulse 2

3 Axon hillock 축삭둔덕 Action potential 활동전위 신경원 soma Neuromuscluar Junction 신경근접합부 Muslce 근육 신경원의세포막 5mm 두께 두층의지질분자 (lipid molecule) 고유단백구조물 펌프 (pumps) 이온통로 (channels) 수용기 (receptor) 효소 (enzymes) 3

4 펌프 - 대사에너지를소모하면서농도차를역행하여전해질이나다른분자들을이동시켜세포내부의구성성분을일정하게유지 이온통로 - 전극화된분자를통과시키는전해질이나전극화된분자가각기다름 수용기 - 여러가지종류의분자를인식, 부착 효소 - 세포막에서화학반응을매개하는기능 세포막 막전위변화 (membrance potential) 안정막전위 (Resting potential) 활동전위 (Action potential) 신경전달 (Nerve impulse) 신경과근육의기능을결정하는생리학적현상 - 막전위의변화 4

5 안정막전위 (resting potential) 안정기에세포밖에비하여세포안이전기적으로음극의상태를유지하고있는것 근육 -80~-90 mv 신경 -70 mv 나트륨 - 칼륨펌프, K+ 통로 5

특정분자만선택적으로투과 Voltage-gated channels - 전위변화에반응하여개폐, 말초신경

6 Sodium-postassium pump 세포액과세포외액 ( 간질액, interstitial fluid) Na+ 간질액, K+ 세포액 세포막은반투과성막 작은구멍을통해전해질의이동 이온을농도경사와는반대방향으로이송 이온통로 선택성 - 특정분자만선택적으로투과 Voltage-gated channels - 전위변화에반응하여개폐, 말초신경 Chemically-gated channels - 신경전달물질에민감한반응, 시냅스 나트륨통로는세포밖, 닫혀있음 칼륨통로는세포안쪽, 열려있음 6

7 활동전위 (action potential) 세포막의전해질에대한투과력변화로막전위가급격하게변하여일시적으로역전되는상태 세포막의안과밖의전위차가감소하는것 - 탈분극 (depolarization) 세포막이점차음극화되는과정 - 재분극 (repolarization) K+ 문이충분히열려막전위가몇 msec 동안안정막전위때보다더음극 - 과분극 (hyper-polarization) 활동전위의탈분극발생하고소멸하는기간 - 절대불응기 (absolute refractory period) 재분극기간동안활동전위발생할수있지만 보다강한자극 - 상대불응기 (relative refractory period) 7

8 실무율반응 (all or none response) 신경원체나가지돌기와신경근육접합부는화학적으로개폐되는통로 신경근육접합부 -Ach, 콜린에스트라제 (cholinesterase) 가시냅스공간에서 Ach 를분해 전기적변화는 axon hillock 에집결 - 시간가중, 공간가중 8

9 활동전위의전파 도약전도 (saltatory conduction) 전달속도가빠름 신경근육접합부의생리 신경종말 (nerve ending) 근막종판 (end plate) 으로구성 연접주머니속 Ach 9

10 Ca2+ 통로가열림연접이전막으로유인 연접이전막과융합 연접주머니열림 Ach 연접틈새로배출 근막종판의 Ach receptor 과결합전해질의투과력변화 ; 미세종판전위 (miniature end plate potential, MEPP) 종판전위 (end plate potential, EPP) - 활동전위에의한신경종말서의전위 EPP 가로소관 (transverse tuble) 도달 SR(sarcoplasmic retinaculum) 의 Ca2+ 를배출 10

11 신경섬유 (nerve fiber) Peripheral neurons -motor fibers -sensory fibers -A,B,C Central neurons -UMN -LMN 골격근의구조 Fasciculus( 근속 ) - 근섬유다발 Myofilament - 근원섬유를구성, actin 과 myosin 구성 11

12 Myofibrils( 근원섬유 ) - 모여서근섬유형성 Sarcolemma( 근초 ) 12

13 SR ( 근형질세망 ) Sarcomere Z line - 두개의선사이를 sarcomere( 근절 ) 로구성 Actin Myosine 13

14 A band I band H zone Tropomysin troponin Action of Titin 14

15 근육수축과정 Actin 이 myosine 쪽으로미끄러져들어가는과정 15

16 SR 에 Ca2+ 저장활동전위가신경종말에 도달 Ach 분비 근육세포막의수용기와 결합하여 MPP 형성 T-tube 지남 SR Ca2+ 를방출 트로포닌에붙음 actin 의활성부위를열음 actin 과 myosine 결합 16

17 ATP 가 ADP 와.Pi 로분해되면서에너지발생 cross bridge 를회전 ATP 가재합성 actin 과 myosine 으로분해 CA2+ 칼슘펌프에의해 SR 에축적근육이완 17

18 근수축을위한에너지원 직접적 -ATP 간접적 - 산소 무산소대사 - 산소소비를필요로하지않는과정 크레아틴인산 (CrPO4) 운 초동안근수축에필요한에너지제공 포도당이젖산으로분해되면서얻어짐 포도당은간이나근육에있는글리코겐의분해의의해보충 유산소대사 근섬유의미토콘드리아내에서지방, 탄수화물, 단백질의산화작용에의해회복 구연산회로를통하여효소가큰분자를작은분자로분해 18

19 근일의효율 에너지소모율은열발생률을검사하거나 숨을쉴때산소섭취량을검사 24 시간동안총에너지소비는안정시 1500cal MET(Metabolic equivalent) - 안정시대사율의배수 1MET 개개인의안정시산소소모량 1 분에체중 kg 당평균 3.5ml 운동단위 하나의 α- 운동신경원과 이것이지배하는근육섬유 근육수축의크기는활성되는운동단위들의수와활성되는빈도에의해결정 19

20 운동단위의크기 (size of motor unit) - 운동단위를형성하는근육섬유의수에의해결정 신경지배율 (innervation ratio) - 운동단위당근섬유수의평균 작은크기의운동단위 - 세밀하고정밀한움직임 큰크기의운동단위 - 큰힘과움직임 Size principle of recruitment Principle of Henneman 20

glycolytic, FG Mobility muscle, nonpostural muscle,

21 근육섬유의유형 운동단위유형에영향 Slow-twitch oxidative (SO) Fast-twitch oxidative glycolytic, FOG Fast-twitch glycolytic, FG Mobility muscle, nonpostural muscle, phasic muscle Stability muscle, postural muscle, tonic muscle 21

22 근수축의역학 장력을생성하여관절을이루는뼈를움직이는것 Physiological cross sectional area 근육수축유형, 속도, 근육의당기는각도, moment arm, 지렛대의길이등의영향 Passive tension - 비수축적인요소, 근육의수동적또는능동적인단축과신장에의해생성 22

23 Active tension - 활성되는운동단위들의크기, 빈도및수에따라결정 Total tension = active tension + passive tension 23

24 근육길이와장력과관계 근육의최대신장및최대단축할때의길이변화는휴식시길이 ± 20% 근장력을생성하는근육길이를최적길이 24

25 근절길이이완 -2.5 μm, 수축 -1.5 μm, 신장 -3.0 μm 근육수축속도와장력과의관계 원심성 > 등척성 > 구심성 25

26 Force Velocity Length Joint, tendon and muscle receptors 원하는운동에적절한근장력발생 길이, 수축력, 각도, 관절운동속도, 관절압박등의정보를 CNS로전달 Joint receptor Golgi tendon organ 26

27 운동조절에대한분절과상분절요소 분절 (segmental) - 척수의특정한신경분절에형성되어있는회로내의신경활동 상분절 (suprasegmental) - 척수내뉴론의흥분이뇌와뇌간으로부터의임펄스에영향 Nuclei or ganglia -neuron의집합체 Tract - 서로다른중추신경계부위를연결하는신경섬유다발 Gray matter - 신경세포체가집중되어있는중추신경계부위 White matter - 신경로가지나가는중추신경계부위 27

28 운동중추 (motor center) 감각운동계 (sensorimotor system) - 조화된운동을발생하기위해필요한 구심성, 원심성과정이복합되어있는것 추체로, 추체외로계 소뇌, 기저핵 감각수용기 감각운동통합 (sensorimotor integration) 척수로들어가는감각수용기의 구심성축삭 척수에서감각뉴론의연접 척수내의 α 운동뉴론의세포체 말초신경의전근으로나가는 α 운동뉴론의원심성축삭 신경근접합부 축삭에의해지배되는근섬유 28

29 운동감각과고유수용감각 (kinesthsesia and proprioception) 위치감각 - 정적자세를아는것 운동감각 - 동적인관절운동을아는것 고유수용감각 - 속도와크기, 방향을포함한관절운동, 관절의위치를식별하기위한감각 근긴장 (muscle tone) 근육의탄력성 자세긴장 (postural tone) - 특정자세를유지하기위한특정근육의장력 항중력근 (antigravity muscle) - 선자세를유지하기위하여작용하는근육 자세긴장은불수의적현상으로감각수용기로부터의구심성임펄스와감마운동뉴론으로부터원심성임펄스에의해영향 29

30 지구력과피로 (endurance and fatigue) 지구력 - 장시간동안같은활동을반복해서수행하는능력 피로 - 필요한만큼혹은기대하는수준으로근수축을유지할수없는것 말초피로 - 흥분 - 수축결합장애, 근활동전압발생실패, 신경임펄스전달장애 중추피로 - 운동단위의수혹은운동단위빈도에감소 30

31 운동조절 (motor control) Reflexive model ( 반사성이론 ) Hierarchy model( 수직계층이론 ) Heterarchy model( 수평계층이론 ) 운동조절에관한고려사항 저긴장 근약증과근위축 Axoplasmic flow 과긴장 말초신경손상 CP CVA Basal ganglia dysfunction Cerebellar dysfunction 31

제 11 강근육생리 The Skeletal muscle fiber ( 골격근섬유 ) Structure of Muscle Muscle( 근육 )- Muscle fascicles( 근다발 )- Muscle fiber( 근섬유 )- Myofibril( 근원섬유 )- Myof

제 11 강근육생리 The Skeletal muscle fiber ( 골격근섬유 ) Structure of Muscle Muscle( 근육 )- Muscle fascicles( 근다발 )- Muscle fiber( 근섬유 )- Myofibril( 근원섬유 )- Myofilaments( 근세사 ) - actin, myosin Epimysium( 근바깥막 ) -