W jaki sposób mięśnie szkieletowe są stymulowane do skurczu?

Mięśnie szkieletowe są stymulowane do skurczu w procesie znanym jako sprzężenie wzbudzenie-skurcz, który jest serią zdarzeń łączących pojawienie się sygnału elektrycznego w połączeniu nerwowo-mięśniowym z wytworzeniem siły we włóknie mięśniowym. Oto przegląd poszczególnych kroków:

1. Potencjał działania: Kiedy neuron ruchowy jest stymulowany, generuje potencjał czynnościowy, który jest impulsem elektrycznym przemieszczającym się wzdłuż jego aksonu.

2. Połączenie nerwowo-mięśniowe: Potencjał czynnościowy dociera do połączenia nerwowo-mięśniowego, które jest synapsą pomiędzy neuronem ruchowym a włóknem mięśniowym.

3. Uwolnienie neuroprzekaźnika: Na połączeniu nerwowo-mięśniowym neuron ruchowy uwalnia neuroprzekaźnik zwany acetylocholiną (ACh) do szczeliny synaptycznej, czyli przestrzeni między neuronem a włóknem mięśniowym.

4. Wiązanie ACh z receptorami: Acetylocholina wiąże się ze specyficznymi receptorami na błonie komórek mięśniowych, znanymi jako nikotynowe receptory acetylocholiny. Wiązanie to powoduje otwarcie receptorów i umożliwienie wniknięcia jonów sodu (Na+) do komórki mięśniowej.

5. Depolaryzacja: Napływ jonów sodu prowadzi do depolaryzacji błony komórkowej mięśni, co oznacza, że ​​wnętrze komórki staje się bardziej dodatnie w stosunku do zewnątrz.

6. Sprzężenie wzbudzenie-skurcz: Depolaryzacja błony komórkowej mięśni powoduje sprzężenie wzbudzenia i skurczu. Proces ten polega na uwolnieniu jonów wapnia (Ca2+) z siateczki sarkoplazmatycznej, wewnętrznego magazynu wapnia w komórkach mięśniowych.

7. Wiązanie wapnia: Jony wapnia wiążą się z receptorami na powierzchni siateczki sarkoplazmatycznej, powodując zmiany konformacyjne, które skutkują uwolnieniem większej ilości jonów wapnia do cytoplazmy komórek mięśniowych.

8. Uwalnianie wapnia wywołane wapniem: Początkowe uwalnianie jonów wapnia uruchamia proces zwany uwalnianiem wapnia indukowanym wapniem, podczas którego jony wapnia wiążą się z receptorami na powierzchni siateczki sarkoplazmatycznej, co prowadzi do uwolnienia jeszcze większej liczby jonów wapnia, wzmacniając sygnał wapniowy.

9. Wapń i troponina: Zwiększony poziom wapnia w cytoplazmie wiąże się z białkiem zwanym troponiną, które jest częścią kompleksu troponina-tropomiozyna. Wiązanie to powoduje zmiany konformacyjne, które odsłaniają miejsca wiązania miozyny na włóknach aktynowych.

10. Formacja mostu krzyżowego: Odsłonięte miejsca wiązania miozyny na włóknach aktynowych umożliwiają tworzenie mostków krzyżowych pomiędzy grubymi (miozyną) i cienkimi (aktyną) włóknami w komórce mięśniowej.

11. Skurcz mięśni: Tworzenie mostków poprzecznych wyzwala impuls mocy cyklu skurczu mięśni, podczas którego główki miozyny łączą się z włóknami aktynowymi, obracają się i ciągną cienkie włókna w kierunku środka sarkomeru, podstawowej jednostki skurczu mięśni. To przesuwanie się włókien powoduje, że mięsień się skraca i wytwarza siłę.

Ciągła stymulacja mięśnia przez neuron ruchowy i późniejsze uwalnianie jonów wapnia podtrzymują tworzenie mostków krzyżowych i przesuwanie włókien, co powoduje utrzymujący się skurcz mięśni. Kiedy neuron ruchowy przestaje działać, jony wapnia są pompowane z powrotem do siateczki sarkoplazmatycznej, mostki krzyżowe odłączają się, a mięsień się rozluźnia.

Taka sekwencja zdarzeń zapewnia precyzyjną kontrolę i koordynację skurczów mięśni szkieletowych, pozwalając na różnorodne ruchy i działania organizmu człowieka.