
筋肉は、私たちのほとんどが完全に当然のことと思っているものの1つですが、2つの主な理由から非常に重要です。
- 筋肉はあなたの体がそれ自身を推進するために使用する「エンジン」です。車のエンジンや電気モーターとは動作が異なりますが、筋肉は同じことを行います。つまり、エネルギーを運動に変えます。
- あなたがあなたの筋肉なしで何かをすることは不可能でしょう。絶対にあなたがあなたの脳で想像するすべては筋肉の動きとして表現されます。アイデアを表現する唯一の方法は、喉頭、口、舌の筋肉(話し言葉)、指の筋肉(書き言葉または「手で話す」)、または骨格筋(ボディーランゲージ)を使用することです。 、いくつか例を挙げると、ダンス、ランニング、構築、または戦闘)。
筋肉はどの動物にとっても非常に重要であるため、非常に洗練されています。それらは燃料を動きに変えるのに効率的であり、長持ちし、自己回復し、そして練習することでより強く成長することができます。彼らはあなたが歩くことを許可することからあなたの血を流し続けることまですべてをします!
ほとんどの人が「筋肉」について考えるとき、彼らは私たちが見ることができる筋肉について考えます。たとえば、私たちのほとんどは、腕の二頭筋について知っています。しかし、哺乳類の体には3つのユニークな種類の筋肉があります。
- 骨格筋は、私たちが見たり感じたりできる筋肉の一種です。ボディビルダーが筋肉量を増やすために運動するとき、骨格筋が行使されているものです。骨格筋は骨格に付着し、ペアになります。1つの筋肉は骨を一方向に動かし、もう1つの筋肉は骨を反対方向に戻します。これらの筋肉は通常、自発的に収縮します。つまり、収縮することを考え、神経系がそうするように指示します。彼らは、短い単一の収縮(単収縮)または長く持続的な収縮(破傷風)を行うことができます。
- 平滑筋は、消化器系、血管、膀胱、気道、そして女性では子宮に見られます。平滑筋には、長時間ストレッチして緊張を維持する能力があります。不本意に収縮します。つまり、神経系が自動的に制御するので、収縮することを考える必要はありません。たとえば、あなたの胃と腸は一日中筋肉の働きをします、そして、ほとんどの場合、あなたはそこで何が起こっているのか決してわかりません。
- 心筋はあなたの心臓にのみ見られ、その大きな特徴は持久力と一貫性です。平滑筋のように限られた方法で伸び、骨格筋の力で収縮することができます。それは単収縮のみと契約筋肉思わず。
この記事では、あなたの体のさまざまな種類の筋肉と、それらが非常にうまく機能することを可能にする驚くべき技術を見ていきます。これからは、骨格筋に焦点を当てます。基本的な分子プロセスは、3つのタイプすべてで同じです。
- 骨格筋の基本
- 筋肉の収縮
- 収縮のトリガーと逆転
- 心臓と平滑筋
骨格筋の基本

骨格筋は横紋筋とも呼ばれます。これは、偏光下で見たり、インジケーターで染色したりすると、明暗の縞模様が交互に現れるためです。
骨格筋は、それがどのように収縮するかに不可欠な複雑な構造を持っています。骨格筋を、最大の構造から始めて、小さな構造に向かって分解します。
あらゆる筋肉の基本的な作用は収縮です。たとえば、上腕二頭筋を使って腕を動かすことを考えると、脳は神経細胞に信号を送り、上腕二頭筋が収縮するように伝えます。筋肉が作り出す力の量はさまざまです。神経が送る信号に応じて、筋肉は少しまたは大きく収縮する可能性があります。どんな筋肉でもできることは、収縮力を生み出すことだけです。
筋肉は繊維と呼ばれる多くの細胞の束です。あなたは筋線維を長い円柱と考えることができます、そしてあなたの体の他の細胞と比較して、筋線維はかなり大きいです。それらは、長さが約1〜40ミクロン、直径が10〜100ミクロンです。比較のために、髪の毛は直径約100ミクロンであり、あなたの体の典型的な細胞は直径約10ミクロンです。
筋線維には、筋タンパク質の円柱である多くの筋原線維が含まれています。これらのタンパク質は、筋細胞の収縮を可能にします。筋原線維には、繊維の長軸に沿って走る2種類のフィラメントが含まれており、これらのフィラメントは六角形のパターンで配置されています。太いフィラメントと細いフィラメントがあります。それぞれの太いフィラメントは6本の細いフィラメントに囲まれています。
太いフィラメントと細いフィラメントは、ファイバーの長軸に垂直に走るZディスクまたはZラインと呼ばれる別の構造に取り付けられています(あるZラインから別のZラインに走る筋原線維はサルコメアと呼ばれます)。Zラインダウン垂直実行すると呼ばれる小さな管である横方向またはT-細管実際の一部であり、細胞膜の深い繊維の内部に延びています。横行小管の間の長軸に沿って伸びる繊維の内側には、筋小胞体と呼ばれる膜システムがあり、これは筋肉の収縮を引き起こすカルシウムイオンを貯蔵および放出します。
筋肉の収縮
収縮中、細いフィラメントは太いフィラメントを通り過ぎてスライドし、サルコメアを短くします。
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太いフィラメントと細いフィラメントは実際の筋肉の働きをします、そしてこれをする方法はかなりクールです。太いフィラメントはミオシンと呼ばれるタンパク質でできています。分子レベルでは、太いフィラメントは円柱状に配置されたミオシン分子のシャフトです。細いフィラメントは、アクチンと呼ばれる別のタンパク質でできています。細いフィラメントは、真珠の2本のストランドが互いにねじれたように見えます。
収縮中、ミオシンの太いフィラメントは、クロスブリッジを形成することによってアクチンの細いフィラメントをつかみます。太いフィラメントは細いフィラメントを引っ張って通過させ、サルコメアを短くします。筋線維では、収縮の信号が線維全体で同期されるため、サルコメアを構成するすべての筋原線維が同時に短くなります。
各細いフィラメントの溝には、細いフィラメントが太いフィラメントに沿ってスライドできるようにする2つの構造があります。トロポミオシンと呼ばれる長い棒状のタンパク質と、トロポニンと呼ばれる短いビーズ状のタンパク質複合体です。トロポニンとトロポミオシンは、収縮中のアクチンとミオシンの相互作用を制御する分子スイッチです。
フィラメントのスライドは筋肉がどのように短くなるかを説明しますが、筋肉がどのように短縮に必要な力を生み出すかについては説明しません。この力がどのように発生するかを理解するために、ロープで何かを引き上げる方法について考えてみましょう。
- 両手でロープをつかみ、腕を伸ばします。
- 片手、たとえば左手でグリップを緩め、右手でグリップを維持します。
- 右手でロープを持った状態で、右腕の形を変えて手の届く範囲を短くし、ロープを手前に引きます。
- 伸ばした左手でロープをつかみ、右手のグリップを放します。
- 左腕の形を変えて短くし、ロープを引っ張って、右腕を元の伸ばした位置に戻し、ロープをつかむことができるようにします。
- 完了するまで、ステップ2から5を交互に腕を繰り返します。
筋肉はミオシンクロスブリッジを循環させることによって力を生み出します。
筋肉がどのように力を生み出すかを理解するために、ロープの例を適用してみましょう。
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ミオシン分子はゴルフクラブの形をしています。この例では、ミオシンクラブヘッド(およびそれが形成するクロスブリッジ)が腕であり、アクチンフィラメントがロープです。
- 収縮中、ミオシン分子は細いフィラメント上のアクチン分子と化学結合を形成します(ロープをつかみます)。この化学結合がクロスブリッジです。わかりやすくするために、上の図には1つのクロスブリッジのみが示されています(片方の腕に焦点を当てています)。
- 最初に、ミオシンに結合したアデノシン二リン酸(ADP)と無機リン酸(P i)を使用して、クロスブリッジを伸ばします(腕を伸ばします)。
- クロスブリッジが形成されるとすぐに、ミオシンの頭が曲がり(腕が短くなり)、それによって力が発生し、アクチンフィラメントがミオシンを通過してスライドします(ロープを引っ張る)。このプロセスはパワーストロークと呼ばれます。パワーストロークの間、ミオシンリリースADPとP I。
- ADPとPたら私はミオシンに、アデノシン三リン酸(ATP)に結合する分子をリリースしています。ATPが結合すると、ミオシンはアクチン分子を放出します(ロープを手放します)。
- アクチンが解放されると、ATP分子はADPとPに分割されます私ミオシンによる。ATPからのエネルギーにより、ミオシンヘッドが元の位置にリセットされます(腕が再び伸びます)。
- このプロセスが繰り返されます。ミオシン分子の作用は同期していません-ある瞬間に、いくつかのミオシンがアクチンフィラメントに付着し(ロープをつかむ)、他のミオシンが力を生み出し(ロープを引っ張る)、他のミオシンがアクチンフィラメントを解放します(ロープを解放します) )。
すべての筋肉の収縮は、神経細胞によって伝達されるか、内部で作成されるか(ペースメーカーの場合のように)、または外部から適用されるか(電気ショック刺激の場合)、電気インパルスによってトリガーされます。
収縮のトリガーと逆転
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電気信号から生じる結合プロセス(励起)
骨格筋の収縮に
筋収縮の引き金は電気インパルスです。電気信号は、ミオシンとアクチンの間のクロスブリッジサイクリングにつながる一連のイベントを引き起こし、力を生成します。一連のイベントは、骨格筋、平滑筋、心筋の間でわずかに異なります。
興奮から収縮、弛緩まで、骨格筋内で何が起こるかを見てみましょう:
- 電気信号(活動電位)は神経細胞を伝わり、化学メッセージ(神経伝達物質)を神経細胞と筋細胞の間の小さな隙間に放出します。このギャップはシナプスと呼ばれます。
- 神経伝達物質はギャップを越え、筋細胞膜上のタンパク質(受容体)に結合し、筋細胞に活動電位を引き起こします。
- 活動電位は筋細胞に沿って急速に広がり、横行小管を通って細胞に入ります。
- 活動電位は、筋肉のカルシウム貯蔵(筋小胞体)の門を開きます。
- カルシウムイオンは、アクチンとミオシンのフィラメントがある細胞質に流れ込みます。
- カルシウムイオンは、アクチンフィラメントの溝にあるトロポニン-トロポミオシン分子に結合します。通常、棒状のトロポミオシン分子は、ミオシンがクロスブリッジを形成できるアクチン上の部位を覆っています。
- カルシウムイオンを結合すると、トロポニンは形状を変化させ、トロポミオシンを溝から滑り出させ、アクチン-ミオシン結合部位を露出させます。
- ミオシンは、前述のように、クロスブリッジをサイクリングすることによってアクチンと相互作用します。これにより、筋肉は力を生み出し、短くなります。
- 活動電位が通過した後、カルシウムゲートが閉じ、筋小胞体にあるカルシウムポンプが細胞質からカルシウムを除去します。
- カルシウムが筋小胞体にポンプで戻されると、カルシウムイオンがトロポニンから放出されます。
- トロポニンは通常の形状に戻り、トロポミオシンがアクチンフィラメント上のアクチン-ミオシン結合部位を覆うことを可能にします。
- 現在、結合部位が利用できないため、クロスブリッジが形成されず、筋肉が弛緩します。
ご覧のとおり、筋収縮は細胞質内のカルシウムイオンのレベルによって調節されています。骨格筋では、カルシウムイオンはアクチンのレベルで働きます(アクチンによって調節される収縮)。それらはトロポニン-トロポミオシン複合体を結合部位から移動させ、アクチンとミオシンが相互作用することを可能にします。
この活動はすべてエネルギーを必要とします。筋肉はATPの形でエネルギーを使用します。ATPからのエネルギーは、ミオシンクロスブリッジヘッドをリセットし、アクチンフィラメントを解放するために使用されます。ATPを作るために、筋肉は次のことをします:
- クレアチンリン酸を分解し、リン酸をADPに加えてATPを生成します
- 行う嫌気呼吸を、グルコースを乳酸に分解され、ATPが形成されます
- 行って酸素呼吸を(参照、グルコースによる、グリコーゲン、脂肪、アミノ酸はATPを生成するために、酸素の存在下で分解されているどのように行使作品詳細)。
筋肉には、速いけいれんと遅いけいれんという2つの基本的な種類の繊維が混在しています。速収縮繊維は、より大きな力を発生させ、より速く収縮し、より大きな嫌気性能力を有することができます。対照的に、遅筋線維は力をゆっくりと発達させ、収縮をより長く維持し、より高い有酸素能力を有することができる。トレーニングは、おそらく繊維の種類ではなく、筋繊維のサイズと数を変更することによって、筋肉量を増やすことができます。一部のアスリートは、パフォーマンス向上薬、特にアナボリックステロイドを使用して筋肉を構築しますが、この慣行は危険であり、ほとんどの競技会で禁止されています。
心臓と平滑筋

ほとんどのプロセスは似ていますが、骨格筋、心臓筋、平滑筋の作用にはいくつかの顕著な違いがあります。
心筋細胞は横紋筋であり、心筋では繊維が相互接続されていることを除けば、骨格筋細胞によく似ています。心筋細胞の筋小胞体は、骨格筋細胞の筋小胞体ほど発達していません。心筋の収縮はアクチンによって調節されます。つまり、カルシウムイオンは筋小胞体(骨格筋のように)と細胞の外側(平滑筋のように)の両方から来ます。それ以外の点では、心筋の収縮で発生する一連のイベントは、骨格筋のそれと同様です。
骨格筋と比較して、平滑筋細胞は小さいです。それらは紡錘形で、長さは約50から200ミクロン、直径はわずか2から10ミクロンです。彼らは縞模様やサルコメアを持っていません。代わりに、筋原線維に対応する細いフィラメントと太いフィラメントの束があります(十分に発達したバンドとは対照的です)。平滑筋細胞では、中間径フィラメントは、一対の「魚網」ストッキングの糸のように細胞を介して織り交ぜられています。中間径フィラメントは細いフィラメントを固定し、骨格筋のZディスクに対応します。骨格筋細胞とは異なり、平滑筋細胞にはトロポニン、トロポミオシン、または組織化された筋小胞体がありません。
骨格筋細胞の場合と同様に、平滑筋細胞の収縮には、太いフィラメントをすり抜けるクロスブリッジと細いフィラメントの形成が含まれます。ただし、平滑筋は骨格筋ほど組織化されていないため、すべての方向で短縮が発生します。収縮中、平滑筋細胞の中間径フィラメントは、引きひも財布を閉じるように、細胞を引き上げるのに役立ちます。
カルシウムイオンは平滑筋の収縮を調節しますが、骨格筋とは少し異なる方法でそれを行います。
- カルシウムイオンは細胞の外側から来ます。
- カルシウムイオンは、カルモジュリン-ミオシン軽鎖キナーゼと呼ばれるミオシン上の酵素複合体に結合します。
- ADP転送にATPアップ酵素複合ブレークP I直接ミオシンへ。
- このP私転送は、ミオシンを活性化させます。
- ミオシンはアクチンとクロスブリッジを形成します(骨格筋で発生するように)。
- カルシウムが細胞から排出された場合、Pは、私は別の酵素によってミオシンから削除されます。
- ミオシンが不活性になり、筋肉が弛緩します。
このプロセスは、ミオシン調節収縮と呼ばれます。
筋肉と関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
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初版:2001年4月11日