근육의 구조와 형태
1) 근육
ㄱ. 수축 단백질
- 근원섬유마디 내의 능동적 힘을 발생시키는 단백질
- 미오신(myosin) : 근육 수축 시 수축력 발생시키기 위해 액틴과 결합하는 단백질
- 액틴(actin) : 힘 전달하고 근원섬유마디가 짧아지도록 미오신과 결합하는 단백질
ㄴ. 조절 단백질
- 트로포미오신(tropomyosin) : 액틴을 안정화시켜 액틴과 미오신의 상호작용 조절하는 단백질
- 트로포닌(troponin) : 칼슘이온과 결합해 트로포미오신의 위치에 영향을 주는 단백질
ㄷ. 근육의 섬유
- 근원섬유(sarcomere) : 근섬유의 기본단위
- 근섬유(muscle fiber) : 근육섬유가 근육속막에 의해 모인 다발
- 근섬유다발(fascicle) : 근섬유가 근육다발막에 의해 모인 다발
- 근힘살(muscle belly) : 근육다발막이 근육바깥막에 의해 모인 다발
2) 세포바깥결합조직(Extracellular connective tissues)
ㄱ. 구조 단백질
- 네블린(nebulin) : 액틴을 Z 판에 고정시키는 단백질
- 티틴(titin) : 신장된 근원섬유마디내에서 스프링의 형태로 수동 장력 만드는 단백질
- 데스민(desmin) : 근원섬유마디의 세로와 가쪽 정렬 안정화시키는 단백질
- 비멘틴(vimentin) : Z 판의 주기성을 유지하는 단백질
- 스켈레민(skelemin) : M 선의 위치 안정화시키는 단백질
- 디스트로핀(dystrophin) : 근섬유 세포 뼈대와 횡문근형질막에 구조적 안정성 제공하는 단백질
- 인테그린(integrins) 근섬유의 세포뼈대를 안정화시키는 단백질
ㄴ. 세포바깥결합조직
- 근육의 구조/형태를 제공하며 근육의 신장 시 수동 장력을 발생시키고 원래 형태로의 회복을 도움
- 횡문근형질막(sarcolemma) : 흥분성과 전도성을 가진 세포막
- 근육속막(endomysium) : 횡문근형질막의 바깥에서 각각의 근섬유를 에워쌈
- 근육다발막(perimysium) : 혈관/신경과 근섬유다발을 에워쌈
- 근육바깥막(epimysium) : 근힘살을 에워싸 주변 근육과 분리시킴
3) 근육의 형태
- 깃 근육(익상근, pennate muscle) : 중심 힘줄에 대해 비스듬히 부착하는 근육으로 큰 힘 발
- 방추 근육(방추 상근, fusiform muscle) : 중심 힘줄에 대해 평행하게 부착하는 근육으로 수축 길이가 길어 운동범위가 큼
4) 생리학적 단면적 / 깃각
ㄱ. 생리학적 단면적(Physiologic cross-sectional area)
- 능동적인 힘 발생시킬 수 있는 능동 단백질의 양
- 근힘살을 가로로 자르거나 전체 용적을 길이로 나눠서 측정
- cm2 / mm2 으로 제시
- 생리학적 단면적이 클수록 발생시키는 힘이 큼
- 깃 근육의 경우 근섬유가 단면에 대해 수직으로 만들어야 함
ㄴ. 깃각(Pennation angle)
- 근섬유와 힘줄 사이의 방향 각도
- 깃각 = 0도 : 근섬유가 힘줄에 평행하게 부착해 발생한 힘이 힘줄을 가로질러 전달
- 깃각 > 0도 : 근섬유에 의해 발생된 힘의 일부만 힘줄로 전달
- 인체 대부분의 근육은 0~30도의 깃각을 가짐
- 깃각에 의해 깃 근육은 방추 근육보다 생리학적 단면적이 큼
근육과 힘줄의 힘 발생
1) 수동적 길이-장력 곡선
ㄱ. 직렬탄성요소(series elastic components)
- 능동 단백질과 직렬로 부착되는 조직
- (ex. 티틴 등)
ㄴ. 병렬탄성요소(parallel elastic components)
- 능동 단백질과 병렬로 부착되는 조직
- (ex. 세포바깥결합조직들, 구조단백질 등)
ㄷ. 수동적 길이-장력 곡선
- 직렬탄성요소와 병렬탄성요소가 근육 내에서 신장될 때 발생
- 수동 장력(passive tension) : 근육이 신장될 때 힘줄 / 구조단백질 / 세포바깥결합조직 등에 의해 생산된 탄성력(의도적X)
- 근육이 최대로 신장되어 능동적인 힘 발생을 상실할 때 중요하게 사용됨
- 임계길이 이후 수동 장력이 발생되어 한계점까지 점진적으로 증가함
2) 능동적 길이-장력 곡선
ㄱ. 근원섬유마디(Sarcomere)
- 근원섬유의 기능적 소단위
- A 띠 : 굵은 미오신에 의해 만들어진 어두운 띠
- I 띠 : 얇은 액틴에 의해 만들어진 밝은 띠
- H 띠 : 얇은 액틴과 굵은 미오신이 중첩되지 않은 A 띠 내의 영역
- M 선 : H 띠의 중앙에 미오신이 비후 해져 있는 영역
- Z 선 : 연속된 근원섬유 마디의 연결 지점
ㄴ. 근세사 활주 가설(Sliding filament hypothesis)
- 얇은 액틴 필라멘트가 굵은 미오신 필라멘트를 지나 미끄러져 당겨 능동적인 힘을 발생시킨다는 가설
- 미오신 머리는 액틴에 부착되어 교차연결을 형성
- 교차 연결이 많을수록 힘 발생 증가
- 이상적인 근육 안정길이 : 최대 교차 연결로 근육에서 최대 힘 생성
- 능동 단백질의 짧아짐이 아닌 근원섬유마디의 짧아짐 발생
ㄷ. 능동적 길이-장력 곡선
- 근원섬유마디 길이에 따라 교차 연결 수가 달라져 발생하는 힘이 달라짐
- 이상적인 안정길이 시 최대 교차 연결 수로 인해 가장 큰 힘 발생
3) 총길이-장력 곡선
- 능동적 길이-장력 곡선과 수동적 길이-장력 곡선이 결합될 때 나타나는 근육의 총길이-장력 곡선
- (a) : 근육이 안정길이까지 신장될 때 능동 장력에 의해 근육 힘 발생
- (b) : 안정길이 이후 근육 신장 시 능동 장력의 감소는 수동 장력에 의해 상쇄
- (c) : 근육이 많이 신장될 때 수동장력에 의해 근육의 힘 유지
※정리 문제
1. 수축 단백질과 조절 단백질의 종류에 대해 설명하라
2. 깃 근육과 방추 근육의 차이점에 대해 설명하라
3. 깃각이란?
4. 수동 장력과 능동 장력의 차이?
5. 근세사활주가설이란?
6. 근육 수축시 이상적인 안정길이란?
7. 총 길이-장력 곡선이란?
답 ↓
1. 수축 단백질에는 얇은 액틴과 굵은 미오신이 있고 조절 단백질에는 액틴과 미오신의 결합을 조절하는 트로포미오신과 트로포닌이 있음
2. 깃 근육은 중심 힘줄에 대해 근섬유가 비스듬히 부착된 근육으로 같은 공간에 더 많이 부착될 수 있어 방추 근육 보다 강한 힘을 발생시킬 수 있고, 방추 근육은 중심 힘줄에 대해 근섬유가 평행하게 부착되어 깃 근육보다 더 많이 수축 할 수 있어 운동범위가 큼
3. 깃각은 깃 근육에서 중심 힘줄과 부착된 근 섬유의 각으로 깃각이 클수록 근섬유의 힘이 힘줄에 적게 전달됨
4. 수동 장력은 근육이 신장됨에 따라 구조단백질, 세포바깥결합조직 등에 의해 수동적으로 발생되는 장력이고, 능동 장력은 근육을 수축시켜 능동적으로 발생시키는 장력
5. 얇은 액틴 필라멘트가 굵은 미오신필라멘트에 대해 미끄려져 근원섬유마디를 수축시켜 근육의 수축력을 발생시킨다는 가설
6. 근육의 수축력은 액틴-필라멘트의 교차연결 수에 비례하는데 가장 많은 교차연결을 가지는 길이를 이상적인 안정길이라고 함
7. 근육의 신장 시 안정길이 까지는 능동장력에 의해 근육의 힘이 발생하며 안정길이를 넘어서면 수동장력이 개입하고 그 상태에서 더 신장이 발생하면 대부분 수동장력에 의해 근육의 힘이 발생함
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