肌肉收缩: 神经递质和化学反应如何让肌肉和骨骼运动

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股四头肌

当股四头肌肌群的肌肉收缩时,它们伸展膝关节,使腿伸直。

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肌肉系统和运动的解释

人体骨架上的骨骼如何运动? 骨骼肌收缩和松弛让人体产生机械运动。 来自神经系统的信息产生了这些肌肉的收缩。 整个过程称为肌肉收缩机制,可总结为三个步骤:

(1) 信息从神经系统传到肌肉系统,引发化学反应。

(2) 化学反应导致肌纤维以缩短肌肉的方式重新组织自身——这就是收缩。

(3) 不再存在神经系统信号时,化学过程反转,肌纤维再次重新排列,肌肉松弛。

让我们更靠近地看一下肌肉收缩机制的步骤。

1. 当动作电位沿着神经传导至肌肉时,触发肌肉收缩

肌肉神经支配过程

神经系统产生信号时,肌肉收缩即开始。 信号(一种被称为动作电位的冲动)通过一种称为运动神经元的神经细胞传导。 神经肌肉接头是运动神经元到达肌细胞位置的名称。 骨骼肌组织由被称为肌纤维的细胞组成。 当神经系统信号到达神经肌肉接头时,运动神经元释放化学信息。 化学信息(一种被称为乙酰胆碱的神经递质)与肌纤维外侧的受体结合。 这开始了肌肉内的化学反应。

2. 乙酰胆碱被释放出来,并与肌肉膜上的受体结合

肌节的收缩状态

当乙酰胆碱与肌纤维膜上的受体结合时,就开始了肌纤维内的多步骤分子过程。 肌肉纤维内的蛋白质被组织成可以相互作用的长链,重新组织以缩短和放松。 当乙酰胆碱到达肌纤维膜上的受体时,膜通道打开,开始了使松弛肌纤维收缩的过程:

  • 开放通道允许钠离子流入肌纤维的细胞质。
  • 钠流入还在肌纤维内发送信息,以触发储存的钙离子释放。
  • 钙离子弥散分布到肌纤维中。
  • 肌细胞内蛋白质链之间的关系发生变化,导致收缩。

3. 当神经系统信号不再存在时肌肉纤维松弛

肌动蛋白和肌球蛋白丝的松弛状态

当对肌肉纤维提供冲动的运动神经元刺激停止时,引起肌纤维蛋白质重排的化学反应就停止了。 这逆转了肌纤维中的化学过程,肌肉松弛下来。

外部资源

骨骼肌结构的描述,包括肌节的粗细肌丝。 休斯顿大学: 健康与人体运动能力系。http://grants.hhp.coe.uh.edu/clayne/6397/unit3.htm

对滑动肌丝理论支持证据的分析。 田纳西大学诺克斯维尔分校: 环境仿真研究所。http://www.tiem.utk.edu/~gross/bioed/webmodules/muscles.html

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