زیست‌شناسیزیست‌شناسی (۲)

دستگاه حرکتی؛ ماهیچه و حرکت؛ زیست‌شناسی

ماهیچه و حرکت

برای دانلود پی‌دی‌اف گفتار ماهیچه و حرکت، اینجا کلیک نمایید.

بدن انسان بیش از ۶۰۰ ماهیچه اسکلتی دارد که با انقباض خود بسیاری از حرکات بدن را ایجاد می‌کنند. با این ماهیچه‌ها در سال‌های قبل آشنا شدید. شکل و بعضی از این ماهیچه‌ها را در بدن انسان نشان می‌دهد.

شکل ۹ – ماهیچه‌های اسکلتی بدن

بسیاری از ماهیچه‌ها به صورت جفت باعث حرکات اندام‌ها می‌شوند؛ زیرا ماهیچه‌ها فقط قابلیت انقباض دارند. انقباض هر ماهیچه فقط می‌تواند استخوانی را در جهتی خاص بکشد، ولی آن ماهیچه نمی‌تواند استخوان را به حالت قبل برگرداند، این وظیفه بر عهده ماهیچه متقابل آن است. برای مثال، ماهیچه روی بازو می‌تواند ساعد را به سمت جلو یا بالا بیاورد، ولی نمی‌تواند آن را به حالت قبل برگرداند و این حرکت توسط ماهیچه پشت بازو انجام می‌شود. بنابراین، هنگامی که یکی از جفت ماهیچه‌های متقابل در حالت انقباض است، ماهیچه دیگر در حال استراحت است (شکل ۱۰). همه ماهیچه‌های اسکلتی باعث حرکت استخوان نمی‌شوند. شما چه ماهیچه‌های اسکلتی را می‌شناسید که به استخوان متصل نیستند؟

ماهیچه پشت بازو در حال انقباض و ماهیچه جلوی بازو در حال استراحت

ماهیچه جلوی بازو در حال انقباض و ماهیچه پشت بازو در حال استراحت

شکل ۱۰۔ عملکرد ماهیچه‌های متقابل

گرچه ماهیچه‌های اسکلتی تحت کنترل ارادی، هستند، ولی بعضی از این ماهیچه‌ها به صورت غیر ارادی هم منقبض می‌شوند. انقباض ماهیچه‌ها در اثر انعکاس نمونه‌ای از این انقباض‌هاست که با آن‌ها در گذشته آشنا شدید. ماهیچه‌ها همچنین با انقباض خود در حفظ شکل و حالت بدن و ایجاد حرارت مؤثرند (جدول ۲).

جدول ۲- اعمال ماهیچه‌های اسکلتی

وظیفه توضیح
حرکات ارادی ماهیچه‌ها با اتصال به استخوان‌ها باعث ایجاد حرکت ارادی می‌شوند
کنترل دریچه‌های بدن ماهیچه‌های اسکلتی نوعی کنترل ارادی برای دهان، مخرج و پلک‌ها ایجاد می‌کنند.
حفظ حالت بدن ماهیچه‌ها با اتصال به استخوان‌ها و انقباض خود باعث اتصال استخوان‌ها به هم و نگهداری بدن به صورت قائم می‌شوند.
ارتباطات ماهیچه‌های اسکلتی با کمک به سخن گفتن، نوشتن یا رسم شکل و ایجاد حالات مختلف چهره، در برقراری ارتباط ایفای نقش می‌کنند.
حفظ دمای بدن فعالیت‌های سوخت و ساز در یاخته‌های ماهیچه‌ای باعث ایجاد گرمای زیادی می‌شود که می‌تواند در حفظ دمای مناسب بدن مؤثر باشد.

ساختار ماهیچه اسکلتی

یک ماهیچه اسکلتی مانند آنچه که در شکل ۱۱ دیده می‌شود از چندین دسته تار ماهیچه‌ای تشکیل شده است. هر دسته تار ماهیچه‌ای از تعدادی یاخته یا تار ماهیچه‌ای تشکیل شده است.

این دسته تارها با غلافی از بافت پیوندی رشته‌ای محکم احاطه شده است. این غلاف‌های پیوندی در انتها، به صورت طناب یا نواری محکم به نام زردپی در می‌آیند (شکل ۱۱). زردپی‌های دو انتهای ماهیچه، به استخوان‌های مختلف متصل می‌شوند. با انقباض ماهیچه، دو استخوان به طرف هم کشیده می‌شوند. نحوه اتصال ماهیچه به استخوان طوری است که معمولاً با تغییر کوتاهی در طول ماهیچه، استخوان به اندازه زیادی جابه جا می‌شود. مثلاً با کوتاه شدن حدود یک سانتی متر ماهیچه جلوی بازو، ساعد دست به اندازه زیادی حرکت می‌کند.

شکل ۱۱- ساختار ماهیچه اسکلتی

یاخته (تار) ماهیچه اسکلتی: در شکل ۱۲، یاخته‌های ماهیچه‌ای مانند استوانه¬ای با چندین هسته دیده می‌شوند. در واقع هر یاخته از به هم پیوستن چند یاخته در دوره جنینی ایجاد می‌شود و به همین علت چند هسته دارد. درون هر یاخته، تعداد زیادی رشته به نام تارچه ماهیچه‌ای وجود دارد که موازی هم در طول یاخته قرار گرفته‌اند (شکل ۱۲).

تارچه‌ها از واحدهای تکراری به نام سارکومر تشکیل شده‌اند که به تار ماهیچه‌ای ظاهر مخطط (خط خط) می‌دهند. در انتهای هر سارکومر خطی به نام خط Z دیده می‌شود. آیا با توجه به شکل ۱۲ می‌توانید علت این نام¬گذاری را حدس بزنید؟ ظاهر مخطط این یاخته‌ها به دلیل وجود دو نوع رشته پروتئینی اکتین و میوزین است که با آرایش خاصی در کنار هم قرار گرفته‌اند. رشته‌های اکتین نازک و از یک طرف به خط Z متصل‌اند. این رشته‌ها به درون سارکومر کشیده شده‌اند. رشته‌های میوزین، ضخیم و بین رشته‌های اکتین جاگرفته اند. این رشته‌ها سرهایی برای اتصال به اکتین دارند. آیا می‌توانید با توجه به شکل ۱۳ و نحوه قرارگیری رشته‌های اکتین و میوزین در شکل ۱۲، علت تیره و روشن دیده شدن این تارهای ماهیچه‌ای را بیان کنید؟

شکل ۱۲- اجزای یک تار و تارچه ماهیچه‌ای

شکل ۱۳- تصویر میکروسکوپی از الف) ساختار ماهیچه مخطط و ب) سارکومر

شکل ۱۴- بخش‌های مختلف مولکول میوزین

مکانیسم انقباض ماهیچه

با رسیدن پیام از مراکز عصبی، تحریک از طریق همایه ویژه‌ای از یاخته عصبی به یاخته ماهیچه‌ای می‌رسد و ناقل عصبی از پایانه یاخته عصبی آزاد می‌شود. با اتصال این ناقلین به گیرنده‌های خود در سطح یاخته ماهیچه‌ای، یک موج تحریکی در طول غشای یاخته ایجاد می‌شود. با تحریک یاخته ماهیچه‌ای، یون‌های کلسیم از شبکه آندوپلاسمی آن آزاد می‌شود. در نتیجه این عمل، سرهای پروتئین‌های میوزین به رشته‌های اکتین متصل می‌شوند.

با اتصال پروتئین‌های میوزین به اکتین و تغییر شکل آن، خطوط Z سارکومر به هم نزدیک می‌شوند. نزدیک شدن خطوط Z باعث کوتاه شدن طول سارکومرها و در کل، کاهش طول ماهیچه می‌شود (شکل ۱۵).

شکل ۱۵- طرح ساده‌ای از انقباض سارکومرها

لغزیدن میوزین و اکتین در مجاورت هم به انرژی نیاز دارد. برای این کار، باید پل‌های اتصال میوزین و اکتین دائماً تشکیل و با حرکتی مانند پارو زدن، خطوط Z به سمت هم کشیده شوند؛ سپس سرهای متصل جدا و به بخش جلوتر وصل شوند. این لیز خوردن، اتصال و جدا شدن سرهای میوزین صدها مرتبه در ثانیه تکرار و در نتیجه ماهیچه اسکلتی منقبض می‌شود (شکل ۱۶).

توقف انقباض: با توقف پیام عصبی انقباض، یون‌های کلسیم به سرعت با انتقال فعال به شبکه آندوپلاسمی بازگردانده و در نتیجه اکتین و میوزین از هم جدا می‌شوند. در این حال، سارکومر تا زمان رسیدن پیام عصبی بعدی در حالت استراحت می‌ماند.

بیشتر بدانید

بعضی عوامل بیماری‌زا می‌توانند در انقباض ماهیچه اختلال ایجاد کنند؛ مثلاً نوعی باکتری سمّی خطرناک به نام بوتولینوم تولید می‌کند. این سم مانع از آزاد شدن استیل کولین از یاخته‌های عصبی حرکتی می‌شود، در نتیجه ماهیچه هیچ پیامی برای تحریک دریافت نمی‌کند. این سم که به بوتاکس نیز معروف است در مقادیر بسیار کم برای کاهش چین و چروک‌های ظاهری چهره استفاده می‌شود. تزریق مقادیر بسیار کم بوتاکس در اطراف چشم و پیشانی به طور موقت باعث فلج ماهیچه‌های چهره می‌شود و تا مدتی چروک‌های صورت را رفع می‌کند، ولی از طرفی باعث بی‌حالت شدن چهره می‌شود که به چهره یخی یا بی روح معروف است.

شکل ۱۶ نحوه انقباض ماهیچه

تأمین انرژی انقباض

بیشتر انرژی لازم برای انقباض ماهیچه‌ها از سوختن گلوکز به دست می‌آید. در ماهیچه‌ها گلیکوژن به صورت ذخیره وجود دارد و در صورت لزوم به گلوکز تجزیه می‌شود. در صورت وجود اکسیژن، تجزیه گلوکز می‌تواند تا چند دقیقه انرژی لازم برای ساخت ATP را فراهم کند. برای انقباض طولانی‌تر، ماهیچه‌ها از اسیدهای چرب استفاده می‌کنند.

ماده دیگر کراتین فسفات است که طبق واکنش زیر می‌تواند با دادن فسفات خود، مولکول ATP را به سرعت بازتولید کند.

C + ATP (کراتین)  ➛ CP + ADP (کراتین فسفات)

ماهیچه‌ها برای تجزیه کامل گلوکز به اکسیژن نیاز دارند. در فعالیت‌های شدید که اکسیژن کافی به ماهیچه‌ها نمی‌رسد، تجزیه گلوکز به صورت بی‌هوازی انجام می‌شود. در اثر این واکنش‌ها لاکتیک اسید تولید می‌شود که در ماهیچه انباشته می‌شود. انباشته شدن لاکتیک اسید پس از تمرینات ورزشی طولانی، باعث گرفتگی و درد ماهیچه‌ای می‌شود. لاکتیک اسید اضافی به تدریج تجزیه می‌شود و اثرات درد و گرفتگی ماهیچه‌ای کاهش می‌یابد.

انواع یاخته‌های بافت ماهیچه‌ای

یاخته‌های ماهیچه‌ای را می‌توان به دو نوع یاخته‌های تند و کند تقسیم کرد. این تقسیم¬بندی براساس سرعت انقباض است. بسیاری از ماهیچه‌های بدن هر دو نوع یاخته را دارند. تار ماهیچه‌ای نوع کند، برای حرکات استقامتی مانند شناکردن ویژه شده‌اند. این تارها مقدار زیادی رنگ دانه قرمز به نام میوگلوبین (شبیه هموگلوبین) دارند که می‌توانند مقداری اکسیژن را ذخیره کنند. این تارها بیشتر انرژی خود را به روش هوازی به دست می‌آورند (شکل ۱۷).

تارهای ماهیچه‌ای تند (یا سفید) سریع منقبض می‌شوند. این تارها مسئول انجام انقباضات سریع مثل دوی سرعت و بلند کردن وزنه‌اند. این تارها تعداد میتوکندری کمتری دارند و انرژی خود را بیشتر از راه تنفس بی¬هوازی به دست می‌آورند. مقدار میوگلوبین این تارها هم کمتر است. این تارها سریع انرژی خود را از دست می‌دهند و خسته می‌شوند. افراد کم تحرک، دارای تارماهیچه ای تند بیشتری هستند که با ورزش، تارهای نوع تند به نوع کند تبدیل می‌شوند (شکل ۱۷).

شکل ۱۷- تارهای ماهیچه‌ای تند و کند

فعالیت ۴

الف) به نظر شما چه تفاوت‌هایی بین دوندگان دوی صدمتر و ماراتن از نظر تعداد و درصد تارهای ماهیچه‌ای تند و کند وجود دارد؟

ب) کدام گروه هنگام فعالیت ورزشی حرفه‌ای خود به اکسیژن نیاز بیشتری دارند؟

پ) مقدار میوگلوبین ماهیچه‌های مؤثر در ورزش حرفه‌ای این ورزشکاران چه تفاوتی دارد؟

حرکت در جانوران

جانوران حداقل در بخشی از زندگی خود می‌توانند از جایی به جای دیگری حرکت کنند. شیوه‌های حرکتی در جانوران بسیار متنوع است. شناکردن، پروازکردن، دویدن و خزیدن، نمونه‌هایی از این حرکات‌اند. با این وجود، اساس حرکت در جانوران مشابه است؛ برای حرکت در یک سو، جانور باید نیرویی در خلاف آن وارد کند. برای انجام حرکت، جانوران نیازمند ساختارهای اسکلتی و ماهیچه‌ای هستند.

ساختار اسکلت در جانوران متفاوت است، ولی می‌توان انواع اسکلت در جانوران را به سه گروه آب ایستایی ، بیرونی و درونی طبقه¬بندی کرد. اسکلت آب ایستایی در اثر تجمع مایع درون بدن به آن شکل می‌دهد. عروس دریایی اسکلت آب ایستایی دارد. ضمناً در این جانوران، با فشار جریان آب به بیرون، جانور به سمت مخالف حرکت می‌کند. این حالت مانند حرکت بادکنک هنگام خالی شدن هوای آن است و باعث رانده شدن بادکنک در خلاف جهت خروج هوا می‌شود.

حشرات و سخت پوستان نمونه‌هایی از جانوران دارای اسکلت بیرونی هستند. در این جانوران، اسکلت علاوه بر کمک به حرکت، وظیفه حفاظتی هم دارد. با افزایش اندازه جانور، اسکلت خارجی آن هم باید بزرگ¬تر و ضخیم‌تر شود. بزرگ بودن اسکلت خارجی، باعث سنگین‌تر شدن آن می‌شود که در حرکات جانور محدودیت ایجاد می‌کند. به همین علت، اندازه این جانوران از حدّ خاصی بیشتر نمی‌شود.

مهره‌داران اسکلت درونی دارند. در انواعی از ماهی‌ها مانند کوسه ماهی، جنس این اسکلت از نوع غضروفی است، ولی در سایر مهره¬داران استخوانی است که غضروف نیز دارد. ساختار استخوان در این جانوران بسیار شبیه ساختار استخوان انسان است.

فعالیت ۵

با استفاده از منابع علمی تحقیق کنید هریک از انواع اسکلت درونی یا بیرونی چه مزایا و محدودیت‌هایی دارند. نتایج تحقیق خود را به صورت گزارش در کلاس ارائه کنید.

ماهیچه یعنی چه؟

در فرهنگ دهخدا در توصیف “ماهیچه ” آمده است که برخی از بافت‌های بدن دارای دو سر باریک بوده و به شکل ماهیان کوچکی‌اند که موجب حرکت موجود زنده البته نوع حیوان و انسان می‌شوند. این اعضا هنگامی که منقبض می‌شوند، مانند موشی می‌مانند که زیر پوست حرکت می‌کنند.به این بافت‌ها ماهیچه یعنی ماهی کوچک یا مانند ماهی یا موشک یا موش‌گوشت یا بافت گوشتی شبیه موش نیز می‌گویند. البته کلمه ماهیچه در آشپزی و معماری نیز به کار می‌رود.

ترین‌های عضلات

o کوچک‌ترین عضله: استاپدیوس یا عضله رکابی که استخوان رکابی را در گوش میانی کنترل می‌کند و کمتر از ۱۳ میلی متر طول دارد.

o قوی‌ترین عضله: قوی ترین عضله در بدن انسان یک جفت عضله ماستر یا ماضغه است که مربوط به جویدن بوده در دو طرف لب قرار دارد. در ماه آگوست سال ۱۹۶۸ در دانشکده دندانپزشکی دانشگاه فلوریدای آمریکا، شخصی به نام ریچارد هوفمن، رکورد جدیدی در کارایی این عضله ماستر از خود به جا گذاشت و موفق شد با انقباض این عضله فشاری معادل ۴۴۲ کیلو گرم را برای مدت ۲ ثانیه روی دستگاه فشار سنج مربوطه ثبت نماید.

o پرکارترین عضله: عضلات چشم به طور متوسط در طی شبانه روز ۱۰۰ هزار بار حرکت می‌کنند که بخش عمده ای از این رقم مربوط به زمانی است که انسان خواب است و خواب می‌بیند.

o بزرگ‌ترین عضله: در میان ۲۶۰ عضله در بدن، بزرگ‌ترین عضله، عضله نشیمنگاهی بزرگ یا گلوتئوس ماگزیموس است که تا ران ادامه دارد.

در بدن چند عضله داریم؟

بـدن انسان از ۲۶۰ عضله تشکیل شده که اکثر آنها به صورت جفت هستند. عضلات، ۴۵ درصد وزن کل از ماده خشک بدن را به خود اختصاص می‌دهند. عضلات از بافت فیبری تشکیل شده‌اند. میوفیبریل‌ها (فیبرهای تشکیل دهنده ماهیچه‌ها) قابلیت انقبآتروفی یا تحلیل رفتن عضله: هنگامی ‌که عضلات برای مدت طولانی فعال نباشند، به تدریج حجمشان تحلیل رفته و کوچک می‌شوند که به آن آتروفی می‌گویند.

هیپرتروفی یا حجیم شدن عضله: هنگامی ‌که فعالیت عضلات افزایش می‌یابد، سبب افزایش حجم و اندازه سلول‌های عضلانی می‌شود که هیپرتروفی نام داردچگونه عضلانی شویم؟

تصور کنید که شما با یک عضله خاص در بدن وزنه‌ای به وزن ۱ کیلوگرم را روزانه بلند می‌کنید. هنگامی‌که این وزنه از ۱ کیلوگرم مثلا به ۵ کیلوگرم افزایش می‌یابد، ابتدا با بلند کردن آن وزنه به‌طور مکرر در فیبرهای عضلات یک پارگی بسیار ریز پدید می‌آید.

سپس بدن شما سعی می‌کند با آن وزنه جدید سازگاری حاصل کرده و نیروی عضله مورد نظر را افزایش دهد بنابراین هنگام ترمیم، فیبرهای آسیب دیده آنها را قوی‌تر و با استحکام‌تر از پیش بازسازی می‌کند. بر خلاف تصور هنگامی‌که به حجم عضلات افزوده می‌شود، در واقع به اندازه سلول‌های عضلانی افزوده می‌شود و نه به تعداد آنها. تعداد سلول‌های عضلانی در طول حیات ثابت می‌مانند اما این تعداد در افراد مختلف متفاوت است.

یکی از عللی که برخی افراد سریع‌تر عضلانی می‌شوند، نیز همین موضوع است بنابراین عضلات پس از انجام تمرینات با وزنه نیاز به زمان دارند که مجددا خود را ترمیم کنند. این مدت، زمان ترمیم یا ریکاوری نام دارد. بنابراین شما هیچ‌گاه نباید روی یک گروه عضلات هر روز و بدون وقفه کار کنید زیرا در این صورت تنها به عضلات خود آسیب وارد می‌آورید. زمان ترمیم معمولا ۲ تا ۳ روز است. در روند سازگاری نه تنها حجم سلول‌های عصبی افزایش می‌یابد بلکه به تعداد مویرگ‌هایی که به عضلات خون‌رسانی می‌کنند نیز افزوده می‌شود زیرا عضله بزرگ‌تر و پرکارتر به خون، اکسیژن و مواد مغذی بیشتری نیاز دارد. یک عامل بسیار مهم دیگر در توانایی بدن به عضلانی شدن وجود دارد و آن هم وراثت است..اض دارند.

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بله
تقریبا
خیر

داریوش طاهری

اولیــــــن نیستیــم ولی امیـــــد اســــت بهتـــرین باشیـــــم...! خدایــــــــــا نام و آوازه مـــن را چنان در حافظه‌ها تثبیت کن که آلزایمـــــــــــــر نیز توان به یغما بردن آن را نداشته باشد...!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا