등장성 수축과 등력성 수축, 근섬유

등장성 수축과 등력성 수축

 

수축하는 동안 근육이 나타내는 힘이 변하지 않을 때 등장성(isotonic)이라고 한다. 근육이 전혀 들어올릴 수 없는 무거운 추를 추가한다면 어떻게 될까? 근육은 장력을 나타내지만 짧아지지는 않을 것이다. 그러한 수축을 등력성(isometric)이라 한다.

이러한 장치에 근육을 두고 자극했을 때 짧아지지는 않지만 장력은 측정할 수 있다. 따라서 그 근육은 등력성 수축(isometric contraction)으로 한정되어진다. 실험장치에 근육을 두고 어떤 길이로 늘려 일련의 강축자극을 주어 활동장력-자극을 주었을 때 발생하는 장력을 측정한다(근육은 탄성이 있어서 만약 그 실험장치에 근육을 두고 잡아당긴다면, 이미 휴지장력을 나타낼 것이다). 발휘할 수 있는 활동장력의 길이를 측정하여 보면 자극되었을 때 가장 높은 활동장력을 나타내는 반면 길이는 자극되지 않는 동물이 갖는 정상 길이이다. 만약 기계가 잡고 있는 길이가 정상보다 짧거나 길다면, 활동장력은 작다. 이러한 점에서 자연상태가 가장 좋다고 결론지을 수 있다(사실상 그렇다. 만약 근육의 길이를 바꾸기 위해 골격근을 외과수술에 의해 다시 붙인다면, 근육은 새로운 길이에 점차적으로 적응하여 수주일 후 새로운 길이에 최대한의 능력성 수축을 나타낼 수 있다). 이러한 현상에서 더 많은 것을 배울 수 있다. 골격근 수축을 분자적 수준에서 시험한다면 결과들이 당신이 예상했던 것과 같을 것이라고 생각한다.

 

 

 

근섬유

한 개의 근섬유를 횡단하여 확대하면 근원섬유(myofibril)로 쌓여 있는 것이 보인다. 이것들은 세로로 쌓여 있고 근섬유 전체를 가로지르는 것처럼 보인다. 근섬유는 세포질, 미토콘드리아, 많은 소포체와 놀랍게도 많은 핵을 가지고 있다. 한 개의 근섬유는 많은 세포들의 융합에 의해 형성되었기 때문에 많은 핵이 존재한다. 근섬유 중 일부는 특별한 이름이 붙여진다(예를 들어 원형질에 근막(sarcolemma), 세포질에 근형질(sarcoplasm), 소포체에 근소포체(sarcoplasmic reticulum)). 그렇지만 구조적인 유사성과 기능 그리고 다른 세포에서 발견되는 등 애매한 경향이 있다. 핵들과 미토콘드리아는 원형질막 바로 아래에 있고 소포체는 근원섬유 사이에 넓게 퍼져 있다. 근섬유의 횡문(pattern of striation)은 각 근섬유의 횡문이 모여서 된 것이다. 정상적으로는 서로서로 일정하게 배열되어 있으나 가끔은 평행의 배열이 전자현미경의 시료일지라도 흐트러진다.

 

어두운 띠(dark band, A)와 밝은 띠(light band, I)가 교대로 보이는 형태는 근원섬유가 횡문으로 보이게 한다. 어두운 띠는 시대에 의해 다시 나누어지고, 밝은 띠는 Z선에 의해 다시 나누어진다. 어두운 띠의 횡단면(H대가 아닌 부분)은 정확한 점의 배열로 나타난다. 이것들은 두 가지 크기가 있는데 큰 것은 직경이 약 15 nm 이고 작은 것은 약 5nm 이다. I대로 횡단면을 만들면, 5nm의 점들만 있고 큰 점들은 보이지 않는다. 반대로 H대의 횡단면은 15nm인 큰 점들만 보인다. 이러한 결과들의 설명은 근원섬유의 종단면에서 명확해진다. 근원섬유는 필라멘트(filament)가 평행으로 배열되어 있는 것처럼 보인다. 굵은 필라멘트(thick filament)는 어두운 띠를 만들고 직경이 15 nm 이다. 직경이 5nm 인 가는 필라멘트(thin filament)는 Z선에서 양쪽 방향으로 넓혀져 있다. 가는 필라멘트만 있는 부분이 밝은 띠이다. H대는 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트가 겹치지 않는 어두운 부분이다. Z선 사이의 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트의 배열을 근절(sarcomere)이라 한다. 휴지상태의 근육에서 근절의 길이는 약 2.5 μm 이다. 그러나 우리가 알고 있는 것처럼 근원섬유에 있는 근절이 수축할 수 있는 능력은 근원섬유 전체를 수축시키고 다음으로 근섬유를 수축시킨다.