제 5 장 운동과근육계
근육의분류 골격근 (skeletal muscle) 뼈에부착, 수의적운동 가로무늬근배열 심장근은규칙성이다른가로무늬배열 심장근 (cardiac muscle), 평활근 내부의혈액, 내용물을압박하여이동 평활근 (smooth muscle) 위장, 내장, 혈관등구성 수의근 (voluntary muscle) 의지대로수축할수있는근육 골격근 불수의근 (involuntary muscle) 의지대로수축불가능 심장근, 평활근
횡문근 평활근 골격근심장근 내장근 수의근 불수의근 횡문근 평활근
Microscopic Images of Muscle a b c Microscopic photographs of (a) skeletal, (b) cardiac, and (c) smooth muscle
Skeletal Muscle Structure of Skeletal Muscle 400 개 ~ 수의적인골격근 체중의 40-50% 차지 골격근의 3 가지주요기능 운동과호흡을위한근수축 자세유지를위한근수축 체온유지를위한열생산 Muscle actions 굴근 (flexors) Decrease joint angle 신근 (extensors) Increase joint angles
골격근의구조 (Connective Tissue Covering Skeletal Muscle) 근막 ( 근외막 ) > 근주막 > 근내막 > 근초 ( 근섬유막 ) Fascia (Epimysium) > perimysium > endomysium > sarcolemma 근외막 (epimysium) 전체근육을둘러싸고있는결합조직의바깥층 근주막 (perimysium) 근섬유다발을둘러싸고있는결합조직 근섬유속 (fascicles) 각각의근섬유다발 근내막 (endomysium) 근섬유를감싸고있는결체조직 근초 (sarcolemma) Structure of Skeletal Muscle 근섬유를둘러싸고있는세포막 (muscle cell membrane)
골격근을둘러싸고있는결합조직 (Connective Tissue Surrounding Skeletal Muscle) Structure of Skeletal Muscle 근주막
Structure of Skeletal Muscle 근육의미세구조 (Microstructure of Muscle Fibers) 근원섬유 (myofibrils) 수축단백질 (contractile proteins) 포함 액틴 (actin; thin filament) 트로포닌, 트로포마이오신 마이오신 (myosin; thick filament) 근섬유분절 (sarcomere) Includes Z line, M line, H zone, A band, I band 근형질세망 (sarcoplasmic reticulum) Terminal cisternae : Ca +2 저장장소 가로세관 (transverse tubules; T- 세관 ) 근초함입으로생성, 근세포막에전달된흥분을근세포내부로전달하는통로의역할
근육의미세구조 (Microstructure of Skeletal Muscle) Structure of Skeletal Muscle
Structure of Skeletal Muscle 근형질세망과가로세관 (The Sarcoplasmic Reticulum & Transverse Tubules)
Neuromuscular Junction 근신경연접 (Neuromuscular Junction) 운동신경과근육세포가만나는지점 운동단위 (motor unit) 운동신경과그것이지배하는근섬유 근신경공간 (synaptic cleft) 신경과근섬유간의작은공간 운동종판 (motor end plate) 운동신경과골격근섬유사이의연접 (synapse) 후막에해당하는부분의근섬유막 운동신경의말단 ( 축색종말 ; axon terminal) 으로부터신경전달물질아세틸콜린방출 종판전위 (end-plate potential; EPP) 라불리는국소적탈분극발생 근섬유의탈분극 (depolarization) 으로수축과정의시작
Neuromuscular Junction 운동단위 (Motor Unit)
탈 ( 脫 ) 분극 * 보통음전기를띠고있던심근세포의내부는자극을받아서수축하려고하면 < 양전기 > 를띠게된다. * 이러한심근세포들에대한전기적인자극을 < 탈분극 > 이라고하며 < 수축 > 을일으킨다.
Neuromuscular Junction
Neuromuscular Junction In Summary 신체는 400 개이상의수의적인골격근을갖고있으며이는체중의 40-50% 를차지한다. 골격근의 3 가지주요기능은 (1) 운동과호흡을위한근수축 (2) 자세를유지하기위한근수축 (3) 체온유지를위한열생산이다. 각각의근섬유는근원섬유 (myofibrils) 라불리는수백개의단백질세사로구성되어있다. 근원섬유는 2 개의수축단백질로구성되어있다. (1) 액틴 (actin; 얇은세사 ) 과 (2) 마이오신 (myosin; 굵은세사 ).
Neuromuscular Junction In Summary 운동신경은척수에서빠져나와각각의근섬유에연결되어있다. 운동신경과근세포가만나는지점을근신경연접 (neuromuscular junction) 이라하고아세틸콜린은신경전달물질로서근섬유를탈분극시키며이를신호로하여근수축과정이시작된다.
Muscular Contraction 근세사활주설 (The Sliding Filament Model) 마이오신위로액틴이활주 (sliding) 함으로인해근육이수축하고장력발생 근섬유분절 (sarcomere) 의 Z 선사이의거리가줄어듬 액틴과마이오신세사의십자형가교 (cross-bridges) 형성 Power stroke
근수축의근세사활주설 (The Sliding Filament Theory of Contraction)
근수축의근세사활주설 (The Sliding Filament Theory of Contraction)
Muscular Contraction 트로포닌, 트로포마이오신, 마이오신십자형가교와칼슘간의관계 (The Relationships Among Troponin, Tropomyosin, Myosin, and Calcium)
Muscular Contraction 수축을위한에너지 (Energy for Muscle Contraction) 마이오신십자형가교의머리에위치한 ATPase 효소에의해근수축을위한에너지인 ATP 분해 ATP ADP + P i 근수축시 ATP의공급원 인산크레아틴 (phosphocreatine; PC) 해당작용 (glycolysis) 산화적인산화 (oxidative phosphorylation)
Muscular Contraction In Summary 현재까지액틴이마이오신위로움직여근육길이가짧아진다는가설을주장한근세사활주설 (sliding filament model) 이골격근의수축과정을가장잘설명해주고있다. 골격근수축과정을단계별로설명하면 : a. 신경전달은가로세관 (transverse tubules) 을통과하여근형질세망 (sarcoplasmic reticulum) 에이르면 Ca +2 이방출된다. b. Ca +2 은트로포닌 (troponin) 단백질과결합하고 c. Ca +2 과결합한트로포닌은트로포마이오신 (tropomyosin) 의위치를이동시켜액틴 (actin) 분자의 결합부위 (active sites) 로부터트로포마이오신을떨어지게하며액틴과마이오신이강력하게결합하게한다. d. 근수축은십자형가교 (cross-bridge) 활동의반복적인주기로일어나며근수축은 Ca +2 이트로포닌에결합하고에너지가허용하는한계속될수있다.
Muscular Contraction In Summary 근신경연접 (neuromuscular junction) 부위에신경전달이중단되면 Ca +2 펌프가작동하여 Ca +2 을근형질 (sarcoplasm) 에서근형질세망 (sarcoplasmic reticulum) 으로이동시킨다. 이는트로포마이오신을움직여액틴의결합부위를막음으로서근육을이완시킨다.
Fiber Types 근섬유형태 (Fiber Types) Type I 섬유 ( 적근, 서근섬유 ) 느린수축 (slow-twitch fibers) 느린산화 (slow-oxidative fibers) Type IIb 섬유 ( 백근, 속근섬유 ) 빠른수축 (fast-twitch fibers) 빠른해당과정 (fast-glycolytic fibers) Type IIa 섬유 ( 중간근섬유 ) 중간수축 (Intermediate fibers) 빠른 - 유산소해당과정 (fast-oxidative glycolytic fibers)
Fiber Types 근섬유의특성 (Characteristics of Muscle Fiber Types) 모세혈관밀도? 마이오글로빈? 인원질? 글리코겐? 근형질세망?
섬유형태별최대수축속도비교 (Comparison of Maximal Shortening Velocities Between Fiber Types) Fiber Types
면역조직화학염색법에의한근단면도 (Immunohistochemical Staining of Skeletal Muscle) Fiber Types Blue = Type IIb fibers Green = Type IIa fibers Black = Type I fibers
Fiber Types
Fiber Types In Summary 인간의골격근형태는근수축특성과생화학적요인에의해서 3 가지형태로구분하며속근섬유에는 Type IIa 와 Type IIb 가있으며지근섬유에는 Type I 이있다. 인간의골격근을 3 가지형태로분류하는것이근섬유의특성을연구하는데편리한방법이지만인간의골격은넓은범위의수축과생화학적특성을갖고있다. 즉 Type IIa, Type IIb 그리고 Type I 근섬유의수축과생화학적특성이독립된것이아니라일련의범위내에서구별되는것이다.
Fiber Types 운동종목별근섬유형태분포 (Distribution of Fiber Type in Athletes)
Alterations in Skeletal Muscle Due to Exercise, Inactivity, and Aging 운동을통한골격근변화 (Exercise-Induced Changes in Skeletal Muscles) 근력 (strength training) 근섬유크기의증가 ( 근비대 ; hypertrophy) 근섬유수의증가 ( 근비후 ; hyperplasia) 지구력 (endurance training) 산화능력 (oxidative capacity) 미토콘드리아수및크기증가 운동을통한근섬유형태의변화 (alteration in fiber type with training) 속근섬유 지근섬유 (Fast-to-slow shift) Type IIb IIa Type IIa I with further training
Alterations in Skeletal Muscle Due to Exercise, Inactivity, and Aging 비활동으로인한근위축 (Muscle Atrophy Due to Inactivity) 근육량과근력의감소 장기간침대생활, 깁스, 우주비행 Initial atrophy (2 days) 단백질합성감소 Further atrophy 단백질파괴 Atrophy is not permanent 저항성운동 (resistance training) 으로회복가능
Alterations in Skeletal Muscle Due to Exercise, Inactivity, and Aging 연령변화에따른골격근변화 (Age-Related Changes in Skeletal Muscle) 노화 (Aging) 는근육량 (muscle mass) 감소의결과 1단계 : 10% 근육량감소 (age 25 50 years) 2단계 : 40% 근육량감소 (age 50 80 years) 속근섬유 지근섬유
Alterations in Skeletal Muscle Due to Exercise, Inactivity, and Aging In Summary 지구력과부하훈련은골격근의형태를속근에서지근으로변화시키나이러한변화비율은작으며보통 Type IIb 에서 Type IIa 형태로변화시킨다. 노화는근육량의감소와관련이있으며근육량의감소는 25 세부터 50 세까지는완만하나 50 세이후부터는급격하게증가한다.
Muscle Actions 근수축형태 (Types of Muscle Action ) 등척성수축 (isometric, static) 근육의길이변화 ( 관절각의변화 ) 없이장력발생 정적인신체위치를유지하기위한근수축 등장성 (isotonic, dynamic) 단축성 or 구심성 (concentric) 근육의길이가짧아지면서장력이발생하는근활동 신장성 or 원심성 (eccentric) 근육의길이가늘어나면서장력이발생하는근활동 등속성수축 (isokinetic, dynamic) 관절각이동일한속도 (60 ~ 300 /sec) 로운동하는수축
Muscle Actions 근수축 (Muscle Actions)
Muscle Actions 등장성수축과등척성수축 (Isotonic and Isometric Muscle Actions)
등속성수축 (Isokinetic Muscle Actions) Muscle Actions