Hur stimuleras skelettmusklerna att dra ihop sig?

Skelettmusklerna stimuleras att dra ihop sig genom en process som kallas excitation-kontraktionskoppling, vilket är en serie händelser som kopplar ankomsten av en elektrisk signal vid den neuromuskulära korsningen till genereringen av kraft i muskelfibern. Här är en översikt över de inblandade stegen:

1. Handlingspotential: När en motorneuron stimuleras genererar den en aktionspotential, som är en elektrisk impuls som färdas längs dess axon.

2. Neuromuscular Junction: Aktionspotentialen når den neuromuskulära korsningen, som är synapsen mellan motorneuronen och muskelfibern.

3. Neurotransmitterfrisättning: Vid den neuromuskulära korsningen släpper motorneuronen ut en signalsubstans som kallas acetylkolin (ACh) i den synaptiska klyftan, utrymmet mellan neuronen och muskelfibern.

4. Bindning av ACh till receptorer: Acetylkolin binder till specifika receptorer på muskelcellsmembranet, kända som nikotinacetylkolinreceptorer. Denna bindning gör att receptorerna öppnas och låter natriumjoner (Na+) komma in i muskelcellen.

5. Depolarisering: Inflödet av natriumjoner leder till depolarisering av muskelcellmembranet, vilket innebär att insidan av cellen blir mer positiv i förhållande till utsidan.

6. Excitation-kontraktionskoppling: Depolariseringen av muskelcellmembranet utlöser excitation-kontraktionskoppling. Denna process involverar frisättning av kalciumjoner (Ca2+) från det sarkoplasmatiska retikulumet, muskelcellens inre kalciumlager.

7. Kalciumbindning: Kalciumjoner binder till receptorer på ytan av det sarkoplasmatiska retikulumet, vilket orsakar konformationsförändringar som resulterar i frisättning av mer kalciumjoner i muskelcellens cytoplasma.

8. Kalciuminducerad kalciumfrisättning: Den initiala frisättningen av kalciumjoner utlöser en process som kallas kalciuminducerad kalciumfrisättning, där kalciumjoner binder till receptorer på ytan av det sarkoplasmatiska retikulumet, vilket leder till frisättningen av ännu fler kalciumjoner, vilket förstärker kalciumsignalen.

9. Kalcium och Troponin: Ökade kalciumnivåer i cytoplasman binder till ett protein som kallas troponin, som är en del av troponin-tropomyosinkomplexet. Denna bindning orsakar konformationsförändringar som exponerar myosinbindningsställena på aktinfilament.

10. Bronbildning: De exponerade myosinbindningsställena på aktinfilament tillåter bildandet av korsbryggor mellan de tjocka (myosin) filamenten och de tunna (aktin) filamenten i muskelcellen.

11. Muskelsammandragning: Bildandet av tvärbryggor utlöser kraftslaget i muskelkontraktionscykeln, där myosinhuvudena binder till aktinfilamenten, svänger och drar de tunna filamenten mot mitten av sarkomeren, den grundläggande enheten för muskelkontraktion. Denna glidning av filamenten gör att muskeln förkortas och genererar kraft.

Den fortsatta stimuleringen av muskeln av motorneuronen och den efterföljande frisättningen av kalciumjoner upprätthåller korsbryggbildningen och glidningen av filament, vilket resulterar i ihållande muskelkontraktion. När motorneuronen slutar skjuta pumpas kalciumjonerna tillbaka in i det sarkoplasmatiska retikulumet, tvärbroarna lossnar och muskeln slappnar av.

Denna sekvens av händelser säkerställer exakt kontroll och koordination av skelettmuskelsammandragningar, vilket möjliggör olika rörelser och handlingar i människokroppen.