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1. 근육의 수축 현상
1.1. 근육의 구분
근육은 크게 골격근, 평활근, 그리고 심장근으로 구분된다.
골격근은 뼈에 부착되어 있어 외부로 드러난 근육으로, 주로 신체의 움직임을 담당한다. 골격근은 가로무늬가 육안으로 관찰되는 가로무늬근에 해당한다. 이 가로무늬는 근육 내부의 미오신 필라멘트와 액틴 필라멘트가 규칙적으로 배열되어 있기 때문이며, 이러한 배열 구조가 근육의 수축과 이완을 가능하게 한다.
평활근은 속이 빈 장기나 혈관 등의 벽에 분포하고 있는 근육으로, 가로무늬가 관찰되지 않는 민무늬근에 해당한다. 평활근은 자율신경계의 지배를 받아 불수의적으로 움직이며, 장기의 수축과 이완을 통해 내부 환경을 조절하는 역할을 한다.
심장근은 심장 벽에 분포하는 근육으로, 골격근과 유사한 가로무늬 구조를 가지고 있다. 심장근은 심장의 수축과 이완을 담당하여 혈액을 전신으로 순환시키는 역할을 한다.
이처럼 근육은 구조와 기능에 따라 골격근, 평활근, 심장근으로 구분된다. 골격근은 뼈에 부착되어 신체 움직임을 담당하고, 평활근은 장기와 혈관의 수축과 이완을 조절하며, 심장근은 심장의 펌프 기능을 수행한다. 이러한 근육의 다양성은 인체의 복잡하고 정교한 기능을 가능하게 한다.
1.2. 골격근과 근수축의 기초
골격근은 인체의 움직임을 가능하게 하고, 항상성 유지, 체온 조절 등에도 관여하는 근육이다"" 골격근 세포에는 수많은 근원섬유(myofibril)가 있는데, 각 근원섬유에는 굵은 필라멘트(thick filament)와 가는 필라멘트(thin filament)가 일정하게 배열되어 있다"" 굵은 필라멘트는 단백질 미오신(myosin)으로, 가는 필라멘트는 액틴(actin)으로 구성되어 있다""
미오신 분자는 마치 골프채처럼 생긴 2개의 소 단위로 이루어져 있으며, 이 미오신 분자들이 규칙적으로 배열되어 굵은 필라멘트를 형성한다"" 가는 필라멘트는 액틴, 트로포미오신, 트로포닌으로 구성되어 있으며, 2개의 가닥이 서로 꼬인 형태를 이루고 있다""
근육이 이완된 상태에서는 트로포미오신이 액틴의 교차다리 결합 부위를 덮어 미오신과 액틴이 결합하지 못하게 한다"" 그러나 칼슘 이온(Ca2+)이 트로포닌에 결합하면 트로포미오신의 구조가 변화하여 액틴의 교차다리 결합 부위가 노출되어 미오신과 액틴이 결합할 수 있게 된다""
미오신과 액틴의 결합으로 인한 교차다리의 파워 스트로크(power stroke)로 가는 필라멘트가 안쪽으로 당겨지면서 근원절이 짧아지고, 이것이 반복되면 근육이 수축하게 된다"" 이와 같은 필라멘트의 미끄러짐 기전(sliding filament mechanism)에 의해 근육의 수축이 일어나는 것이다""
활동전위에 의해 개시된 근육의 수축은 실제 수축 작용보다 시간이 지연되는데, 이를 지연기(latent period)라고 한다"" 수축 시 최대 장력이 발생하는 시점까지의 시간을 수축시간(contraction time)이라 하며, 이완이 완료되는 시점까지의 시간을 이완시간(relaxation period)이라 한다""
근육의 장력은 근원절 내부의 수축요소로부터 발생하며, 이 힘은 결합조직, 건, 세포 내 티틴 등의 직렬탄력성분을 거쳐 뼈로 전달된다"" 근육은 보통 2개 이상의 뼈에 연결되어 있어 수축하면 관절의 위치와 자세가 변화한다""
개별 근섬유의 단일 활동전위에 대한 반응을 연축(twitch)이라 하는데, 실제 근육은 여러 근섬유들이 협동하여 다양한 힘을 발생시킨다"" 이 때 많은 수의 근섬유가 수축할수록, 그리고 각 근섬유의 장력이 클수록 총 근장력이 커진다"" 근육의 피로를 막기 위해 운동단위의 비동시성 동원이 이루어진다""
1.3. 평활근
평활근은 속이 빈 장기와 관 모양 장기의 벽에 위치하며, 제어된 수축을 통해 혈관을 통한 혈액의 이동, 소화관을 통한 음식의 이동, 호흡계를 통한 공기의 이동, 그리고 외부로 소변을 배출하는 것을 조절한다.
평활근 세포에는 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트로 이루어진 수축단위들이 서로 대각선으로 교차하면서 격자 형태를 이루고 있다. 평활근이 수축하면 가는 필라멘트가 굵은 필라멘트 쪽으로 당겨지면서 격자무늬가 짧아져서 평활근 세포의 전체 길이가 짧아지고, 각 가는 필라멘트 사이는 볼록하게 튀어나온 형태가 된다.
평활근의 굵은 필라멘트를 형성하는 미오신 분자는 굵은 필라멘트 전체에서 교차다리를 형성한다. 따라서 평활근 세포의 가는 필라멘트는 골격근 세포보다 길게 당겨지고, 평활근 굵은 필라멘트의 미오신 분자들은 골격근 굵은 필라멘트의 미오신 분자와는 다른 형태로 배열되어 있어서 어느 한 쪽의 가는 필라멘트와 다른 쪽의 가는 필라멘트는 반대 방향으로 당겨진다.
평활근에서는 경사슬(light chain)이 수축에 결정적인 역할을 한다. 미오신 머리 부위의 경사슬이 ATP로부터 나온 무기인산에 의해 인산화되었을 때만 액틴과 상호작용할 수 있다. 평활근 세포가 활성화되면 세포질 안에...
