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生理学ノート13「筋」

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1.骨格筋の構造と働き
■1)骨格筋の作用=
(1)張力の発生
(2)運動作用
(3)姿勢保持作用
(4)熱の産生

■2)筋線維と筋原線維
(1)骨格筋
筋線維束が多数集まったもの
筋線維束の間は結合組織や血管で埋められている
(2)筋線維(筋細胞)
直径:10~100μm
長さ:数ミリメートル~30センチ程度とさまざま
多核細胞
(3)筋原線維
筋線維内に多数あり、直径1~2μm

■3)筋の微細構造
筋原線維を光学顕微鏡で観察すると、2種のフィラメントが規則正しく並び、横紋がみとめられる
①ミオシンフィラメント
太いフィラメントのこと
②アクチンフィラメント
細いフィラメントのこと
③I帯(明帯)
アクチンフィラメントがミオシンフィラメントに重ならない部分
④A帯(暗帯)
ミオシンフィラメントの部分
⑤H帯
A帯の中央のやや明るく見える部分
ミオシンフィラメントのみ
⑥Z帯
I帯の中央にあるくぎりのこと
⑦筋節
Z帯とZ帯との間で筋原線維の構造上、機能上の単位

2.筋の収縮のしくみ
■1)滑り説
アクチンフィラメントがミオシンフィラメントの間に滑り込むことにより、筋収縮が起こるということ

■2)興奮収縮連関
(1)概念
骨格筋の活動電位発声から収縮にいたるまでの過程のこと
(2)キーワード
①筋小胞体
筋原線維を取り巻く袋状の構造物で、終末槽に大量のカルシウムイオンを含む
②横行小管(T管)
骨格筋の細胞膜が細胞内に陥入したもの
この構造のため、細胞膜に発生した活動電位が細胞内にすぐに伝わる
③トロポミオシン
ミオシン頭部(連結橋)とアクチンフィラメントとの結合を抑制するタンパク
④トロポニン
トロポミオシン上に存在するタンパク質

(5)プロセス
筋細胞膜に活動電位発生
→横行小管
→筋小胞体
→終末槽からカルシウム・イオンが放出される
→カルシウムイオンがトロポニンに結合
→トロポミオシンによる抑制がとれ、アクチンとミオシンが結合
→アクチンフィラメントがミオシンフィラメントに滑り込み(ATPを消費)
★カルシウムイオンはATPを使って金小胞体に戻される

■3)等張性収縮と等尺性収縮
①等張性収縮
筋の張力がほぼ一定で、筋の長さが変化する収縮形態
例)歩行
②等尺性収縮
筋の長さが変化しない収縮形態
例)姿勢保持

■4)単収縮と強縮
①単収縮(攣縮)
一回の活動電位に対応して、筋肉が収縮して弛緩する過程
②収縮の加重
単収縮が終わらないうちに次の活動電位が生じると、筋の収縮が加重されて大きくなること
③強縮
収縮の加重の結果、生じた持続的な収縮
ア.不完全強縮
個々の刺激に対する単収縮が区別できる場合をいう
イ.完全強縮
個々の単収縮が完全に融合した場合をいう
④筋の疲労
筋収縮が繰り返されると、収縮力が減少、消失してしまうこと

3.筋のエネルギーの供給の仕組み
■1)筋収縮のエネルギー代謝
(1)ATPの消費
①筋収縮の過程でのミオシン頭部の運動
②筋弛緩の過程でのカルシウム・イオンの筋小胞体への回収
③ミオシン頭部とアクチンとの結合の分離

(2)ATPの生成
①ローマン反応
無酸素のもと、細胞質内で行われる
ADP + クレアチンリン酸←→ATP + クレアチン
ATPが消費されると、右方向の反応が起こり、不足が補われる
筋静止時には、ATPが補給され、反応が左に進んでクレアチンリン酸が再生される
②解糖
無酸素のもと、細胞質内で行われる
グルコースまたはグリコーゲンからピルビン酸、乳酸が精製される過程でATPが生成される
③クエン酸回路、電子伝達系
有酸素のもと、ミトコンドリアで行われる

(3)筋運動とATP
①数秒程度の収縮
筋線維内のATPを利用
②10秒程度の運動
ローマン反応によって生成されるATPを利用
③中等度の運動
有酸素下でクエン酸回路や電子伝達系において生成されたATPを利用
④激しい運動
解糖系で生成されたATPを利用
乳酸が筋に蓄積し、筋疲労を起こす

★筋肉の硬直と融解
ATPが不足すると筋肉が硬直する(死後硬直など)
時間が経過するとアクチン、ミオシンが壊され、筋肉が融解して柔らかくなる

■2)筋の熱産生
エネルギーのすべてが筋収縮に用いられるのではなく、一部は熱になる
①初期熱
筋が収縮してから弛緩するまでに発生する熱
②回復熱
弛緩した後に発生する熱
初期熱と回復熱との熱量はほぼ同じ

4.心筋と平滑筋の構造と働き
■1)骨格筋、心筋、平滑筋の特徴
骨格筋 心筋 平滑筋
①横紋構造 あり あり なし
②神経支配 運動神経 自律神経 自律神経
③細胞間の 絶縁伝導 ギャップ結合 ギャップ結合のものとそうでないものあり
興奮伝導
④自動性 なし あり 両方ある
⑤電気刺激域値 低い 中程度 高い
(機械的刺激には敏感)
⑥絶対不応期 1~2m秒 200m秒 50~100m秒
⑦単収縮の持続 0.1秒 0.5秒 数秒
⑧強縮 多い 単収縮のみ ほとんどが強縮
⑨核の数 多核細胞 単核細胞 単核細胞
⑩疲労が起こり やすい にくい にくい

■2)平滑筋
(1)単元性平滑筋
各細胞がギャップ結合によって電気的につながっている
自動性を持つ
例)胃腸管、膀胱、尿管、子宮などの平滑筋
(2)多元性平滑筋
細胞間の連結はない
例)瞳孔括約筋、瞳孔散大筋、血管壁の平滑筋





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