為什么說肌肉相當于是引擎？肌肉組織的結構和功能及其背后的相關原理
為什么說肌肉相當于是引擎？肌肉組織的功能，第一印象是肌肉保護我們的骨頭，關節與許多身體的其他部位。事實上肌肉對人體非常的重要，我們體重的一半是肌肉，它們有許多的形狀與大小，在我們大腿上的肌肉可長達半公尺以上，在手上也能找到很微小的肌肉。它們除了是我們身體最大的能量消耗之外，肌肉也是我們溫暖的來源，我們可以說肌肉是幫助我們身體保持必要溫度的加熱器。
肌肉是我們的身體用以驅動自身的“引擎”。盡管它與汽車發動機或電動機的工作原理不同，但作用卻是相同的，都將能量轉化為運動。如果沒有肌肉，我們將不能做任何事情—不能微笑，不能咀嚼，甚至連呼吸都無法完成。
肌肉組織的功能，以身體內部功能的觀點而言，某些肌肉極端的重要。心肌最大的功能就是在我們的一生當中持續的動作，壓縮血液來分配養分給全身各個部分，并且收集廢物，它的動作受到自律神經系統的控制，血管主要由平滑肌組成，就相是棉線纏繞卷軸一樣，這樣肌肉不能隨意的動。
在我們消化與呼吸器官中的也是不隨意肌，假如這些肌肉是隨意肌，那我們的生命就有危險了，因為任何一點收縮都會要我們的命。一點輕微的動作就能控制光線進入我們眼睛的數量，那是由微小的隨意肌—虹膜所組成的。
同樣的道理對于肌肉組織的功能，有一些微小的肌肉是我們怕冷或感覺冷時被潛意識所啟動的，那就是我們的雞皮疙瘩。不過肌肉最主要的功能還是產生我們身體的動作也就是肌肉鍛煉，這些是由我們能隨意控制的。
對于大多數人來說，肌肉再平常不過了，但是它們的重要性卻令人難以置信，原因主要有兩個：肌肉是身體用以驅動自身的“引擎”。盡管它們與汽車發動機或電動機的工作原理不同，但作用相同。它們都將能量轉化為運動。
如果沒有肌肉，將不能做任何事情。大腦構想的任何內容都要以肌肉運動的形式表現出來。
表達思想的方式只能是使用喉部、嘴部和舌部肌肉(說話)、指部肌肉(寫字或“手語”)或者骨骼肌(身體語言、舞蹈、奔跑、鍛煉或搏斗等)。
因為肌肉對所有動物都如此重要，所以結構極為復雜。它們能夠高效地將營養物轉變為運動，能夠持久運作，還能夠自行痊愈并通過鍛煉變得更強壯。它們執行人體的一切活動，包括從走路到保持血液流動!
肌肉的結構功能
在本文中，我們將了解人體的不同肌肉類型及其令人驚嘆的工作機理。談到“肌肉”時，大部分人想到的都是可見的肌肉。
例如，大多數人都知道胳臂中有二頭肌。但實際上，所有哺乳動物體內均有三種特殊類型的肌肉：
1.第一種是骨骼肌，即可以看到和感覺到的肌肉類型。當健身者通過鍛煉增加肌肉力量時，鍛煉的就是骨骼肌。
骨骼肌附著在骨骼上且成對出現：一塊肌肉朝一個方向移動骨頭，另外一塊朝相反方向移動骨頭。這些肌肉通常隨意志收縮，意味著想要收縮它們時，神經系統會指示它們這樣做。骨骼肌可以做短暫單次收縮(顫搐)或長期持續收縮(破傷風)。
2.第二種是平滑肌，存在于消化系統、血管、膀胱、呼吸道和女性的子宮中。平滑肌能夠長時間拉緊和維持張力。
這種肌肉不隨意志收縮，意味著神經系統會自動控制它們，而無需人去考慮。例如，胃和腸中的肌肉每天都在執行任務，但人們一般都不會察覺到。
3.第三種是心肌，只存在于心臟，它最大的特征是耐力和堅固。
它可以像平滑肌那樣有限地伸展，也可以用像骨骼肌那樣的力量來收縮。它只是一種顫搐肌肉并且不隨意志收縮。
從現在開始，我們將著重介紹骨骼肌。三種肌肉類型中的基本分子過程是一樣的。
骨骼肌也稱為橫紋肌，因為在偏振光下觀察或者用指示劑染色后，骨骼肌上會有明暗交錯的條紋。
顯示出肌纖維(紅色)和脂肪細胞(白色)的
骨骼肌的橫截面(放大200倍)
骨骼肌具有一套復雜的結構，對于收縮非常重要。我們將從骨骼肌最大的結構看起，依次到最小的結構。
任何肌肉的基本動作都是收縮。例如，當您想要用二頭肌移動胳臂時，您的大腦會發送信號給指示二頭肌收縮的神經細胞。肌肉產生的力量大小是不同的，肌肉可以根據發送的信號來小幅或大幅收縮。肌肉所做的就是產生收縮力。
一塊肌肉就是一束稱為纖維的細胞，而且細胞的數量很多。您可以把肌纖維看作是長的圓柱體。與體內的其他細胞相比，肌纖維相當大，長度約為1至40微米，直徑約為10至100微米。相比而言，一根頭發的直徑約為100微米，而體內一般細胞的直徑約為10微米。
肌纖維包含許多肌原纖維，它們是肌肉蛋白質組成的圓柱體。這些蛋白質使得肌肉細胞能夠收縮。肌原纖維包含兩種類型的平行于纖維長軸方向的肌絲，這些肌絲以六邊形模式排列，分為粗肌絲和細肌絲。每根粗肌絲周圍有六根細肌絲。
粗肌絲和細肌絲都附著在稱為Z盤或Z線的另一個結構上，該結構垂直于纖維的長軸(從一個Z線到另一個Z線的肌原纖維稱為肌小節)。與Z線垂直的是稱為橫小管或T小管的結構，它實際上是延伸至纖維深部的細胞膜的一部分。在纖維內部，沿T小管間的長軸伸展的是稱為肌質網的膜系統，用來存儲和釋放激發肌肉收縮的鈣離子。
粗肌絲和細肌絲負責完成肌肉的實際工作，而且工作方式相當有趣。粗肌絲由稱為肌球蛋白的蛋白質組成。在分子層次上，粗肌絲是由排列成圓柱體的肌球蛋白分子組成的軸狀物。細肌絲由另外一種稱為肌動蛋白的蛋白質組成，看起來像兩串彼此纏繞的珍珠。
收縮過程中，肌球蛋白粗肌絲通過形成橫橋抓住肌動蛋白細肌絲。粗肌絲將細肌絲拉過來，使肌小節變短。在肌肉纖維內，指示收縮的信號在整個纖維層次上同步，使構成肌小節的所有肌原纖維同時縮短。
每個細肌絲的凹槽內都有兩個能夠讓細肌絲沿粗肌絲滑動的結構：一個長的桿狀蛋白質，稱為原肌球蛋白;一個較短的珠狀蛋白復合體，稱為肌鈣蛋白。原肌球蛋白和肌鈣蛋白是收縮過程中控制肌動蛋白和肌球蛋白相互作用的分子開關。收縮過程中，細肌絲滑過粗肌絲，使肌小節縮短。
雖然肌絲滑動解釋了肌肉是如何縮短的，但沒有解釋肌肉如何產生縮短所需要的力。
為了解這一過程，想像一下您用繩索向上拉物體時的情形：
1.用雙手抓住繩索，伸出雙臂。
2.松開一只手(如左手)，同時右手繼續緊抓不放。
3.在用右手抓住繩索時，改變右臂的形狀以縮短其伸出距離，并朝自己拉繩索。
4.用伸開的左手抓住繩索，右手放開。
5.改變左臂的形狀以縮短其伸出距離，并朝自己拉繩子，同時重新把右手放在最初的伸展位置以便抓住繩索。
重復第2步到第5步，雙臂交替使用，直到完成工作。
肌肉通過循環形成肌球蛋白橫橋來產生力
讓我們借用繩索的例子來說明肌肉是如何產生力的。肌球蛋白分子形如高爾夫球桿。在本例中，肌球蛋白桿頭(以及它形成的橫橋)相當于您的胳膊，而肌動蛋白肌絲相當于繩索：
1.收縮過程中，肌球蛋白分子與細肌絲上的肌動蛋白分子形成化學結合(抓住繩索)。這個化學結合就是橫橋。為清晰起見，上圖僅顯示一個橫橋(著重討論一只胳臂)。
2.最初，橫橋是伸開的(您的胳臂伸開)，而腺苷二磷酸(ADP)和無機磷酸鹽(Pi)附著在肌球蛋白上。
3.一旦形成橫橋，肌球蛋白的頭部彎曲(您的胳臂回縮)，從而產生力并使得肌動蛋白肌絲從肌球蛋白上滑過(拖動繩索)。該過程稱為動力沖程。在動力沖程中，肌球蛋白釋放ADP和Pi。
4.一旦ADP和Pi被釋放，三磷酸腺苷(ATP)的分子就結合到肌球蛋白上。當ATP凝固時，肌球蛋白會釋放肌動蛋白分子(放開繩索)。
5.肌動蛋白被釋放后，ATP分子被肌球蛋白分解為ADP和Pi。來自ATP的能量重新將肌球蛋白的頭部恢復到原始位置(重新伸開您的胳臂)。
6.重復該過程。肌球蛋白分子的動作并不同步——在任何時候，都有一些肌球蛋白附著在肌動蛋白肌絲上(抓住繩索)，有些產生力(拉動繩索)，有些釋放肌動蛋白肌絲(松開繩索)。等張收縮與等長收縮肌肉纖維縮短可產生機械力，稱為肌肉張力。肌肉自身改變長度(等力或等張收縮)或不改變長度(等長或等長收縮)取決于肌肉上的負載。
例如，二頭肌一端附著在肩胛上，另一端附著在前臂的尺骨上。二頭肌收縮時，它會縮短并朝肩胛拉動尺骨(尺骨附著在肘關節上)。該運動使人能夠抬起前臂或特定負載。相反，如果手提的東西太重(如裝滿物品的手提箱)，人就不能提升前臂，因此二頭肌不會明顯縮短。但是，此時肌肉產生的力正努力幫您提起箱子。
所有肌肉的收縮都是由電脈沖觸發的，但不必理會這些電脈沖是由神經細胞傳送的、內部產生的(如用起搏器)還是外部施加的(如用電擊刺激)。電信號引發一系列活動，在肌球蛋白和肌動蛋白之間形成橫橋循環，從而產生力。骨骼肌、平滑肌和心肌中的類似活動會稍有不同。讓我們首先來看骨骼肌中的活動。
骨骼肌中從電信號發出（刺激）到收縮的耦合過程
下面讓我們來了解從刺激到收縮再到松弛的過程中骨骼肌內發生了什么：
電信號(動作電位)在傳遞過程中經過神經細胞時，會引起該細胞在自身和肌肉細胞之間的小間隙中釋放化學信息(神經傳遞素)。該間隙稱為突觸。
神經傳遞素跨過突觸，結合至肌肉細胞膜上的蛋白質(受體)，且在肌肉細胞中引起動作電位。
動作電位快速沿肌肉細胞傳播，并通過T小管進入細胞。
動作電位打開肌肉鈣離子庫中(肌質網)的通路。
鈣離子流入細胞質，即肌動蛋白和肌球蛋白肌絲所在的位置。
鈣離子會與位于肌動蛋白肌絲的凹槽內的肌鈣蛋白-原肌球蛋白分子相結合。通常情況下，桿狀原肌球蛋白分子覆蓋著肌動蛋白上肌球蛋白可以形成橫橋的位置。
一旦與鈣離子結合，肌鈣蛋白就改變形狀并使原肌球蛋白滑出凹槽，露出肌動蛋白與肌球蛋白的結合位置。
肌球蛋白通過重復形成橫橋而與肌動蛋白相互作用(如前所述)。肌肉因此產生力量并收縮。
在動作電位過后，鈣離子庫通路關閉，而位于肌質網上的鈣泵從細胞質中吸走鈣離子。
當鈣被吸回到肌質網中時，鈣離子離開肌鈣蛋白。
肌鈣蛋白恢復正常形狀，而且使原肌球蛋白能夠覆蓋在肌動蛋白肌絲上肌動蛋白與肌球蛋白結合的位置。
現在因為沒有結合位置可用，不能形成橫橋，因此肌肉松弛。
可以看出，肌肉收縮由細胞質內的鈣離子水平進行調節。在骨骼肌內，鈣離子在肌動蛋白的層次工作(肌動蛋白控制的收縮)。它們將肌鈣蛋白-原肌球蛋白復合體移離結合位置，使得肌動蛋白和肌球蛋白能夠相互作用。
肌肉使用ATP形式的能量，它用于復位肌球蛋白橫橋頭部并釋放肌動蛋白肌絲。
若要產生ATP，肌肉需進行下列活動：1.分解磷酸肌酸，向ADP添加磷酸鹽以產生ATP2.進行無氧呼吸，將葡萄糖分解為乳酸并形成ATP3.進行有氧呼吸，在有氧時分解葡萄糖、肝糖、脂肪和氨基酸以產生ATP(有關詳細信息，請參見怎樣鍛煉)。
肌肉混合了兩種基本類型的肌肉纖維：快速顫搐和緩慢顫搐。快速顫搐纖維能夠產生較大的力、較快的收縮和較強的無氧代謝能力。相反，緩慢顫搐纖維產生力的速度較慢，可以維持較長時間的收縮且具有較強的有氧代謝能力。
紅肌/混合肌/白肌
訓練可以通過改變肌肉纖維的大小和數量(但不是纖維類型)來增加肌肉重量。有些運動員還使用體能增強藥物(尤其是合成代謝類固醇)來強化肌肉，但是這種做法非常危險而且被大多數競賽項目禁止。
其他肌肉細胞
雖然大多數過程類似，但骨骼肌、心肌和平滑肌的行為仍有一些顯著差異。
心肌細胞是有條紋的，很像骨骼肌細胞，不過心肌內的纖維是互連的。
心肌細胞的肌質網不像骨骼肌細胞那樣發達。心肌收縮是肌動蛋白控制的，意味著鈣離子同時來自肌質網(如骨骼肌)和細胞外部(如平滑肌)。另外，心肌收縮中發生的一系列活動類似于骨骼肌收縮。
與骨骼肌相比，平滑肌細胞較小。它們是紡錘形的，長約50至200微米，直徑只有2至10微米。它們沒有條紋或者肌小節。相反，它們具有許多束與肌原纖維對應的細肌絲和粗肌絲(與發達的肌肉帶相反)。
在平滑肌細胞中，中間肌絲在細胞中交織，很像魚網或絲襪上的細絲。中間肌絲固定細肌絲并對應于骨骼肌的Z盤。與骨骼肌細胞不同，平滑肌細胞沒有肌鈣蛋白、原肌球蛋白或有組的肌質網。
與骨骼肌細胞中的收縮一樣，平滑肌細胞中的收縮也包括形成橫橋以及細肌絲滑過粗肌絲。但是，由于平滑肌不像骨骼肌那樣組織嚴密，它在所有方向均會發生縮短現象。收縮過程中，平滑肌細胞的中間肌絲幫助拉緊細胞，就像關閉束帶囊那樣。鈣離子控制平滑肌內的收縮，但是作用方式與在骨骼肌中的稍有不同：
鈣離子來自細胞外部。鈣離子結合至肌球蛋白上的酶復合體，這種酶稱為鈣調蛋白-肌球蛋白輕鏈激酶。酶復合體將ATP分解為ADP并直接將Pi傳送到肌球蛋白。這種Pi傳輸會激活肌球蛋白。肌球蛋白與肌動蛋白形成橫橋(如同骨骼肌中橫橋的形成)。將鈣從細胞中抽出時，Pi會被另外一種酶從肌球蛋白中去除。肌球蛋白的活動停止時，肌肉開始松弛。這個過程稱為肌球蛋白控制的收縮。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關于肌肉組織的知識技巧了，學習以上的為什么說肌肉相當于是引擎？肌肉組織的結構和功能及其背后的相關原理知識，對于肌肉組織的幫助都是非常大的，這也是新手學習醫藥衛生所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側人工服務，我們會有專業的人士來為您解答。
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