근육: 뼈대계통의 일차적인 안정자와 운동자

근육: 뼈대계통의 일차적인 안정자와 운동자

안정된 자세는 맞서고 있는 힘들의 균형으로 일어납니다. 이와는 대조적으로, 움직임은 맞서고 있는 힘들의 균형이 깨질 때 일어납니다. 근육에 의해 발생된 힘은 자세와 움직임 사이의 복잡한 균형을 조절하기 위한 일차적인 수단입니다. 이 장에서는 힘의 발생, 조절, 그리고 전달에 대한 근육과 힘줄의 역할에 대해 다룹니다. 이러한 기능들은 뼈대구조들을 안정화시키거나 움직이게 하는 데 필요합니다. 

 

 

 

뼈대 안정자로서의 근육: 주어진 길이에서 적절한 양의 힘을 발생시키기

뼈들은 주어진 환경과 상호작용하면서 인체를 지지합니다. 비록 많은 조직이 인체를 지지하는 뼈대에 붙어 있다 할지라도, 근육만이 인체를 불안정화시킬 수 있는 즉각적인(급성) 외적인 힘들과, 반복된 장기간(만성)의 외적인 힘들 둘 다에 적응할 수 있습니다. 근육조직이 이러한 기능에 이상적으로 적합한 이유는 근육조직이 외적인 환경과 신경계통에 의해 제공되는 내적인 조절기전 둘 다에 연결되어 있기 때문입니다. 신경계통의 미세한 조절 하에서, 근육은 굉장히 광범위한 상황들에도 불구하고 뼈대구조를 안정화시키는데 필요한 힘을 발생시킬 수 있습니다. 예를 들어, 눈을 수술하는 동안 근육은 조그마한 외과용 메스를 사용하는 손가락들을 안정화시키기 위해 미세한 조절을 발휘합니다. 근육은 또한 극한의 무게를 들어올리는 과제를 수행하는 결정적인 몇 초 동안 큰 힘을 발생시킬 수 있습니다. 안정화의 힘들을 발생시키는 근육의 특별한 역할에 대한 이해는 근육의 기본적 구조적 단위인 근섬유의 소개로 시작됩니다. 이러한 주제 대음으로 뼈로 전달되는 힘의 범위가 근육의 형태학과 근육-힘줄의 구조방식에 의해 어떻게 영향을 받는지를 논의합니다. 근육이 길어질 때 발생되는 수동장력이나 신경계에 의해 자극되거나 "활성"되었을 때 발생되는 능동적인 힘을 어떻게 생산하는지에 대한 근육의 기능을 탐구할 것입니다. 그 다음으로 근육의 힘과 길이 사이의 관계 그리고 이것이 관절에 대해 발생한 등척성 토크에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 검토할 것입니다.

 

 

 

 

뼈대근육의 구조적 구성에 대한 소개

두갈래근이나 네갈래근과 같은 인체의 모든 근육은 많은 개별 근섬유로 구성되어 있으며, 이러한 근섬유는 두께가 약 10~100㎛이고 길이는 약 1~50 cm의 다양한 범위를 보입니다. 근섬유는 사실 다핵의 개별세포입니다. 개별 근섬유들의 수축 또는 짧아짐은 전체 근육의 수축을 유발합니다. 각 근섬유의 기본 단위를 근육원섬유마디(sarcomere)라 합니다. 근섬유 내에서 일렬로 정렬된 근육원섬유마디의 짧아짐은 근섬유의 짧아짐을 유발합니다. 이러한 이유 때문에, 근육원섬유마디는 근육 내의 궁극적인 힘 발생기로서 고려됩니다. 근육원섬유마디의 구조와 기능은 좀 더 나중에 알아보고 지금은 수축단백질이든 비수축단백질이든 간에 근육이 단백질을 포함하고 있다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 액틴과 미오신 가은 근육원섬유마디 내의 수축단백질(Contractile protein)은 근섬유를 짧아지게 하여 능동적인 힘을 발생시키도록 상호작용합니다(이러한 이유 때문에, 수축단백질을 "능동"단백질이라 한다). 반면, 비수축단백질(non-contractile protein)은 근섬유들의 안과 사이에서 세포뼈대(cyto-skeleton)를 구성하고 있습니다. 이러한 단백질들은 근섬유들의 구조를 지지하는 역할을 수행하기 때문에 "구조단백질"이라 불립니다. 구조단백질들이 근섬유의 수축을 직접적으로 유발하지는 않지만, 힘의 발생과 전달에 있어 중요한 이차적인 역학을 담당합니다. 예를 들어, 티틴(titin)과 같은 구조단백질들은 근섬유 내의 수동장력을 어느 정도 제공해주는 반면, 데스민(desmin)은 인접하고 있는 근육원섬유마디들의 정렬을 안정화시킵니다. 일반적으로, 구조단백질은 (1)신장될 때 수동장력을 발생시키고, (2)근섬유의 내적인 그리고 외적인 지지를 제공하며, (3)해당 근육 내에서 발생한 능동적인 힘들을 전달하는데 도움이 됩니다. 이러한 개념들은 좀 더 나중에 더 설명됩니다.

 

 

 

 

방금 전 설명했던 능동단백질과 구조단백질 외에도, 근육을 구성하는 다른 요소에는 광범위하게 놓여 있는 세포바깥결합조직(extracellular connective tissues)이 있으며, 이 결합조직의 대부분은 아교질과 탄력소로 구성되어 있습니다. 구조단백질과 함께, 이러한 세포바깥결합조직들은 근육에 구조적 지지와 탄력성을 제공하는 비수축단백질로 분류됩니다. 근육 내의 세포바깥결합조직들은 3가지 묶음인 근육바깥막, 근육다발막, 그리고 근육속막으로 나눠집니다. 근육바깥막(epimysium)은 근힘살의 전체 표면을 에워싸고 있으며 주변 근육과는 서로 분리시켜주는 질긴 구조입니다. 본질적으로 근육바깥막은 근힘살에 대한 형태를 제공합니다. 근육바깥막은 질기게 엮어진 아교섬유 다발들을 갖고 있어 신장에 저항하게 됩니다. 근육다발막(perimysium)은 근육바깥막의 아래에 놓여 있으며 혈관과 신경을 위한 도관의 역할을 제공하는 근섬유다발들(fascicles, 근섬유들의 무리들)로 근육을 나눕니다. 근육 바깥 막처럼 근육 다발 막도 질기고 비교적 두꺼우며 신장에 저항합니다. 근육속막(endomysium)은 세포막에 해당하는 횡문근형질막(sarocolemma)의 바로 바깥에서 개개 섬유근들을 에워싸고 있습니다. 근육속막은 근섬유들과 모세혈관들 사이에서의 대사물질들의 교환 장소로서의 특징이 있습니다. 이런 예민한 조직은 아교섬유들에 의한 비교적 조밀한 그물망 구조의 형태로 구성되어 있으며 일부는 근육다발막에 연결됩니다. 근육속막은 근섬유로부터의 곁가지 연결을 통해 근 수축력의 일부를 힘줄로 전달합니다.

 

 

 

 

 

근육 내의 근섬유들의 일부는 힘줄에서 힘줄까지 뻗어 있는 것이 있으며 다른 일부는 아주 짧은 거리에 걸쳐 놓여져 있는 것들이 있기 때문에 길이는 근육마다 다양합니다. 세포바깥결합조직은 개개 근섬유들의 연결을 도와주기 때문에 근육의 전체 길이에 걸쳐 수축력을 전달하는데 도움이 됩니다. 이런 3가지 묶음의 결합조직들이 개별적인 독립체로 설명되고 있지만, 이들은 조직의 연속적인 막으로서 서로 엮여 있습니다.