10.3: Misuli ya mifupa

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Kuelezea tabaka ya tishu connective ufungaji skeletal misuli
• Eleza jinsi misuli inavyofanya kazi na tendons ili kusonga mwili
• Tambua maeneo ya nyuzi za misuli ya mifupa
• Eleza kuunganisha msisimuzi-contraction

Kipengele kinachojulikana zaidi cha misuli ya mifupa ni uwezo wake wa mkataba na kusababisha harakati. Misuli ya mifupa hufanya si tu kuzalisha harakati lakini pia kuacha harakati, kama vile kupinga mvuto kudumisha mkao. Marekebisho madogo, mara kwa mara ya misuli ya mifupa yanahitajika kushikilia mwili sawa au uwiano katika nafasi yoyote. Misuli pia kuzuia harakati ya ziada ya mifupa na viungo, kudumisha utulivu wa mifupa na kuzuia uharibifu wa muundo wa mifupa au deformation. Viungo vinaweza kupotoshwa au kufutwa kabisa kwa kuunganisha mifupa yanayohusiana; misuli hufanya kazi ili kuweka viungo imara. Misuli ya mifupa iko katika mwili wote kwenye fursa za ndani ili kudhibiti harakati za vitu mbalimbali. Misuli hii inaruhusu kazi, kama vile kumeza, urination, na defecation, kuwa chini ya udhibiti wa hiari. Misuli ya mifupa pia hulinda viungo vya ndani (hasa viungo vya tumbo na pelvic) kwa kutenda kama kizuizi cha nje au ngao kwa majeraha ya nje na kwa kuunga mkono uzito wa viungo.

Misuli ya mifupa huchangia katika matengenezo ya homeostasis katika mwili kwa kuzalisha joto. Ukandamizaji wa misuli unahitaji nishati, na wakati ATP imevunjika, joto huzalishwa. Joto hili linaonekana sana wakati wa mazoezi, wakati harakati za misuli endelevu husababisha joto la mwili kuongezeka, na katika hali ya baridi kali, wakati kutetemeka hutoa vipande vya misuli ya mifupa ya random ili kuzalisha joto.

Kila misuli ya mifupa ni chombo ambacho kina tishu mbalimbali zilizounganishwa. Tishu hizi ni pamoja na nyuzi za misuli ya mifupa, mishipa ya damu, nyuzi za neva, na tishu zinazojumuisha. Kila misuli ya mifupa ina tabaka tatu za tishu zinazojumuisha (inayoitwa “mysia”) ambazo zinajumuisha na kutoa muundo kwa misuli kwa ujumla, na pia hugawanya nyuzi za misuli ndani ya misuli (Mchoro 10.3). Kila misuli ni amefungwa katika ala ya mnene, tishu isiyo ya kawaida inayojulikana inayoitwa epimysium, ambayo inaruhusu misuli kuambukizwa na kuhamia kwa nguvu wakati wa kudumisha uadilifu wake wa kimuundo. Epimysium pia hutenganisha misuli kutoka kwa tishu nyingine na viungo katika eneo hilo, kuruhusu misuli kuhamia kwa kujitegemea.

Kielelezo 10.3 Vipande vitatu vya Tissue Vipande vya nyuzi za misuli, inayoitwa fascicles, hufunikwa na perimysium. Fiber za misuli zinafunikwa na endomysium.

Ndani ya kila misuli ya mifupa, nyuzi za misuli hupangwa katika vifungu vya mtu binafsi, kila mmoja aitwaye fascicle, na safu ya kati ya tishu zinazojulikana zinazoitwa perimysium. Shirika hili la kawaida ni la kawaida katika misuli ya viungo; inaruhusu mfumo wa neva kuchochea harakati maalum ya misuli kwa kuanzisha subset ya nyuzi za misuli ndani ya kifungu, au fascicle ya misuli. Ndani ya kila fascicle, kila fiber misuli ni encased katika nyembamba connective tishu safu ya collagen na nyuzi reticular aitwaye endomysium. Endomysium ina maji ya ziada na virutubisho ili kusaidia fiber ya misuli. Virutubisho hivi hutolewa kupitia damu kwenye tishu za misuli.

Katika misuli ya mifupa inayofanya kazi na tendons ili kuvuta mifupa, collagen katika tabaka tatu za tishu (mysia) huingiliana na collagen ya tendon. Katika mwisho mwingine wa tendon, ni fuses na periosteum mipako mfupa. Mvutano uliotengenezwa na contraction ya nyuzi za misuli ni kisha kuhamishwa ingawa mysia, kwa tendon, na kisha kwa periosteum kuvuta mfupa kwa harakati ya mifupa. Katika maeneo mengine, mysia inaweza kuunganisha na karatasi pana, kama tendon inayoitwa aponeurosis, au fascia, tishu zinazohusiana kati ya ngozi na mifupa. Karatasi pana ya tishu zinazojumuisha katika nyuma ya chini ambayo misuli ya latissimus dorsi (“lats”) huingia ndani ni mfano wa aponeurosis.

Kila misuli skeletal pia ni utajiri hutolewa na mishipa ya damu kwa ajili ya chakula, utoaji oksijeni, na kuondolewa taka. Aidha, kila nyuzi za misuli katika misuli ya mifupa hutolewa na tawi la axon la neuron ya somatic motor, ambayo inaashiria fiber kwa mkataba. Tofauti na misuli ya moyo na laini, njia pekee ya mkataba wa kazi ya misuli ya mifupa ni kupitia ishara kutoka kwa mfumo wa neva.

Skeletal misuli nyuzi

Kwa sababu seli skeletal misuli ni muda mrefu na cylindrical, wao ni kawaida inajulikana kama nyuzi misuli. Mifupa ya misuli ya mifupa inaweza kuwa kubwa kabisa kwa seli za binadamu, na kipenyo hadi 100 μ m na urefu hadi 30 cm (11.8 in) katika Sartorius ya mguu wa juu. Wakati wa maendeleo ya mapema, myoblasts ya embryonic, kila mmoja na kiini chake mwenyewe, fyuzi na hadi mamia ya myoblasts nyingine ili kuunda nyuzi za misuli ya mifupa ya multinucleated. Viini vingi vinamaanisha nakala nyingi za jeni, kuruhusu uzalishaji wa kiasi kikubwa cha protini na enzymes zinazohitajika kwa ajili ya kupinga misuli.

Istilahi nyingine inayohusishwa na nyuzi za misuli ni mizizi katika sarco ya Kigiriki, ambayo ina maana “mwili.” Utando wa plasma wa nyuzi za misuli huitwa sarcolemma, cytoplasm inajulikana kama sarcoplasm, na reticulum maalumu ya endoplasmic laini, ambayo huhifadhi, hutoa, na hupata ioni za kalsiamu (Ca ⁺⁺) inaitwa reticulum ya sarcoplasmic (SR) ( Kielelezo 10.4). Kama hivi karibuni ilivyoelezwa, kitengo cha kazi cha nyuzi za misuli ya mifupa ni sarcomere, mpangilio ulioandaliwa sana wa myofilaments ya mikataba actin (filament nyembamba) na myosin (filament nene), pamoja na protini nyingine za msaada.

Kielelezo 10.4 Fiber ya misuli Fiber ya misuli ya mifupa imezungukwa na utando wa plasma unaoitwa sarcolemma, ambayo ina sarcoplasm, cytoplasm ya seli za misuli. Fiber ya misuli inajumuisha nyuzi nyingi, ambazo huwapa kiini kuonekana kwake.

Sarcomere

Kuonekana kwa mstari wa nyuzi za misuli ya mifupa ni kutokana na mpangilio wa myofilaments ya actin na myosin kwa utaratibu wa mtiririko kutoka mwisho mmoja wa nyuzi za misuli hadi nyingine. Kila pakiti ya microfilaments hizi na protini zao za udhibiti, troponin na tropomyosin (pamoja na protini nyingine) inaitwa sarcomere.

Interactive Link

Tazama video hii ili ujifunze zaidi kuhusu macro- na microstructures ya misuli ya mifupa. (a) Majina ya “pointi za makutano” kati ya sarcomeres ni nini? (b) Majina ya “subunits” ndani ya myofibrils ambayo huendesha urefu wa nyuzi za misuli ya mifupa? (c) Je, ni “pembe mbili za lulu” zilizoelezwa kwenye video? (d) Ni nini kinatoa fiber misuli skeletal muonekano wake striated?

Sarcomere ni kitengo cha kazi cha nyuzi za misuli. Sarcomere yenyewe hutunzwa ndani ya myofibril inayoendesha urefu mzima wa nyuzi za misuli na inaunganisha sarcolemma mwishoni mwake. Kama mkataba wa myofibrils, mikataba nzima ya seli ya misuli. Kwa sababu myofibrils ni takriban 1.2 μm mduara, mamia hadi maelfu (kila mmoja na maelfu ya sarcomeres) yanaweza kupatikana ndani ya nyuzi moja ya misuli. Kila sarcomere ni takriban 2 μ m urefu na mpangilio tatu-dimensional silinda na imepakana na miundo inayoitwa Z-rekodi (pia hujulikana Z mistari, kwa sababu picha ni pande mbili), ambayo ni nanga myofilaments actin (Kielelezo 10.5). Kwa sababu actin na troponini-tropomyosin tata yake (inayojitokeza kutoka kwenye diski za Z kuelekea katikati ya sarcomere) huunda vipande ambavyo ni nyembamba kuliko myosin, inaitwa filament nyembamba ya sarcomere. Vivyo hivyo, kwa sababu myosin kuachwa na vichwa vyao mbalimbali (projecting kutoka katikati ya sarcomere, kuelekea lakini si wote kwa njia ya, Z-rekodi) kuwa na wingi zaidi na ni nene, wao ni kuitwa filament nene ya sarcomere.

Kielelezo 10.5 The Sarcomere sarcomere, kanda kutoka moja Z mstari hadi Z-line ijayo, ni kitengo kazi ya nyuzi skeletal misuli.

Makutano ya Neuromuscular

Umaalumu mwingine wa misuli ya mifupa ni tovuti ambapo terminal ya neuroni ya motor hukutana na fiber-misuli inayoitwa makutano ya neuromuscular (NMJ). Hii ndio ambapo fiber ya misuli kwanza hujibu kwa ishara na neuroni ya motor. Kila fiber skeletal misuli katika kila misuli skeletal ni innervated na neuroni motor katika NMJ. Ishara za uchochezi kutoka kwa neuroni ndiyo njia pekee ya kuamsha fiber kwa mkataba.

Interactive Link

Kila fiber misuli skeletal hutolewa na neuroni motor katika NMJ. Tazama video hii ili ujifunze zaidi kuhusu kinachotokea kwenye NMJ. (a) Ufafanuzi wa kitengo cha magari ni nini? (b) Ni tofauti gani ya miundo na kazi kati ya kitengo kikubwa cha magari na kitengo kidogo cha magari? (c) Je, unaweza kutoa mfano wa kila? (d) Kwa nini neurotransmitter acetylcholine imeharibiwa baada ya kumfunga kwa receptor yake?

Mchanganyiko wa msisimuzi-contraction

Seli zote zilizo hai zina uwezo wa membrane, au gradients za umeme kwenye membrane zao. Ndani ya membrane ni kawaida karibu -60 hadi -90 mV, kuhusiana na nje. Hii inajulikana kama uwezo wa utando wa seli. Neurons na seli za misuli zinaweza kutumia uwezo wao wa utando kuzalisha ishara za umeme. Wanafanya hivyo kwa kudhibiti harakati za chembe za kushtakiwa, zinazoitwa ions, kwenye membrane zao ili kuunda mikondo ya umeme. Hii inafanikiwa kwa kufungua na kufunga protini maalumu katika utando unaoitwa njia za ion. Ingawa mikondo yanayotokana na ions inayohamia kupitia protini hizi za channel ni ndogo sana, huunda msingi wa ishara zote za neural na contraction ya misuli.

Wote neurons na seli skeletal misuli ni umeme excitable, maana yake ni kwamba wana uwezo wa kuzalisha uwezekano wa hatua. Uwezo wa hatua ni aina maalum ya ishara ya umeme ambayo inaweza kusafiri kando ya membrane ya seli kama wimbi. Hii inaruhusu ishara kupitishwa haraka na kwa uaminifu juu ya umbali mrefu.

Ingawa neno msisimuzi-contraction coupling confuses au kutisha baadhi ya wanafunzi, inakuja chini ya hii: kwa skeletal misuli fiber mkataba, utando wake lazima kwanza kuwa “msisimko” -kwa maneno mengine, ni lazima drivas kwa moto hatua uwezo. misuli fiber action uwezo, ambayo sweeps pamoja sarcolemma kama wimbi, ni “pamoja” kwa contraction halisi kupitia kutolewa kwa ions calcium (Ca ⁺⁺) kutoka SR. Mara baada ya kutolewa, Ca ^{++ inakabiliana} na protini za shielding, na kuwalazimisha kuhamia kando ili maeneo ya kisheria ya kitendo yanapatikana kwa kushikamana na vichwa vya myosin. Myosin kisha huchota filaments za actin kuelekea katikati, kupunguza fiber ya misuli.

Katika misuli ya mifupa, mlolongo huu huanza na ishara kutoka kwa mgawanyiko wa magari ya somatic ya mfumo wa neva. Kwa maneno mengine, hatua ya “uchochezi” katika misuli ya mifupa daima husababishwa na ishara kutoka kwa mfumo wa neva (Mchoro 10.6).

Kielelezo 10.6 Motor Mwisho Bamba na innervation Katika NMJ, terminal axon inatoa ACH. Safu ya mwisho ya motor ni eneo la ACH-receptors katika sarcolemma ya nyuzi za misuli. Wakati molekuli za ACH zinatolewa, zinaenea katika nafasi ya dakika inayoitwa cleft ya sinepsi na kumfunga kwa receptors.

Neuroni za motor zinazoelezea nyuzi za misuli ya mifupa kwa mkataba zinatoka kwenye kamba ya mgongo, na idadi ndogo iko kwenye shina la ubongo kwa uanzishaji wa misuli ya mifupa ya uso, kichwa, na shingo. Neuroni hizi zina taratibu ndefu, zinazoitwa akzoni, ambazo ni maalumu kwa kusambaza uwezo wa hatua umbali mrefu— katika kesi hii, njia yote kutoka uti wa mgongo hadi misuli yenyewe (ambayo inaweza kuwa hadi futi tatu mbali). Axoni za neuroni nyingi huunganisha pamoja ili kuunda neva, kama waya zilizounganishwa pamoja katika cable.

Kuashiria huanza wakati uwezekano wa hatua ya neuronal unasafiri pamoja na axon ya neuroni ya motor, na kisha pamoja na matawi ya mtu binafsi ili kukomesha kwenye NMJ. Katika NMJ, terminal ya axon hutoa mjumbe wa kemikali, au neurotransmitter, inayoitwa acetylcholine (ACH). Molekuli za ACH zinaenea katika nafasi ya dakika inayoitwa ufa wa sinepsi na kumfunga kwa receptors za ACH zilizopo ndani ya sahani ya mwisho ya motor ya sarcolemma upande mwingine wa sinepsi. Mara baada ya ACH kumfunga, channel katika receptor ACH kufungua na chanya kushtakiwa ions inaweza kupita katika nyuzi misuli, na kusababisha kuondoa polarize, maana yake ni kwamba uwezo utando wa nyuzi misuli inakuwa chini hasi (karibu na sifuri.)

Kama utando unavyozidi, seti nyingine ya njia za ion inayoitwa njia za sodiamu za voltage-gated husababishwa kufungua. Ioni za sodiamu huingia nyuzi za misuli, na uwezo wa hatua huenea haraka (au “moto”) kando ya utando mzima ili kuanzisha kuunganisha msisimuzi-contraction.

Mambo hutokea haraka sana katika ulimwengu wa membrane yenye kuvutia (fikiria tu juu ya jinsi unavyoweza kupiga vidole haraka unapoamua kufanya hivyo). Mara baada ya uharibifu wa membrane, inarudi tena, kuanzisha tena uwezo wa membrane hasi. Wakati huo huo, ACH katika cleft ya sinepsi imeharibika na enzyme acetylcholinesterase (ACHE) ili ACH haiwezi kurejea tena kwa receptor na kufungua tena kituo chake, ambayo ingeweza kusababisha zisizohitajika kupanuliwa misuli msisimko na contraction.

Uenezi wa uwezo wa hatua pamoja na sarcolemma ni sehemu ya msisimko wa kuunganisha msisimko. Kumbuka kwamba uchochezi huu husababisha kutolewa kwa ioni za kalsiamu (Ca ⁺⁺) kutoka kwenye hifadhi yake katika SR ya seli. Kwa uwezo wa hatua kufikia utando wa SR, kuna uvamizi wa mara kwa mara katika sarcolemma, inayoitwa T-tubules (“T” inasimama kwa “transverse”). Utakumbuka kwamba kipenyo cha nyuzi za misuli inaweza kuwa hadi 100 μ m, hivyo hizi T-tubules zinahakikisha kwamba utando unaweza kupata karibu na SR katika sarcoplasm. Mpangilio wa T-tubule na membrane ya SR upande wowote inaitwa triad (Mchoro 10.7). Triad inazunguka muundo wa cylindrical inayoitwa myofibril, ambayo ina actin na myosin.

Kielelezo 10.7 T-tubule nyembamba T-tubules inaruhusu uendeshaji wa mvuto wa umeme. SR inafanya kazi ili kudhibiti viwango vya ndani vya kalsiamu. Mbili terminal cisternae (ambapo SR iliyozidi inaunganisha na T-tubule) na moja T-tubule inajumuisha triad-“ threesome” ya utando, na zile za SR pande mbili na T-tubule iko kati yao.

T-tubules hubeba uwezo wa hatua ndani ya seli, ambayo husababisha ufunguzi wa njia za kalsiamu kwenye membrane ya SR iliyo karibu, na kusababisha Ca ⁺⁺ kueneza nje ya SR na ndani ya sarcoplasm. Ni kuwasili kwa Ca ⁺⁺ katika sarcoplasm ambayo inaanzisha contraction ya fiber misuli na vitengo vyake mikataba, au sarcomeres.