근육 수축의 기계적 특성
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근육 수축 기전(Excitation-Contraction Coupling, ECC)이 빈번하게 출제된다.
장력-길이 관계(Length-Tension Relationship)와 교차다리 형성 원리가 강조된다.
골격근과 심근의 수축 특성 차이 및 Ca²⁺ 방출 기전 차이가 출제 가능하다.
1. 근육 수축의 기본 개념
• 전기적 신호(활동전위)가 기계적 힘(수축)으로 변환되는 과정이며, 골격근, 심근, 평활근에서 서로 다른 기전이 작용
1) 골격근, 심근, 평활근의 차이점
• 골격근, 심근, 평활근은 모두 수축성을 가지지만 조절 방식과 Ca²⁺ 이용 기전에서 차이가 있음
• 골격근은 체성신경계의 지배를 받으며, 심근과 평활근은 자율신경계와 호르몬에 의해 조절됨
특성 | 골격근 | 심근 | 평활근 |
|---|---|---|---|
신경 지배 | 체성신경계 | 자율신경계 | 자율신경계 & 호르몬 |
ECC 과정 | DHPR이 RyR 기계적 개방 | Ca²⁺-유도 Ca²⁺ 방출(CICR) | Ca²⁺-칼모듈린(Calmodulin) 활성화 |
불응기 | 짧음 | 긺 (강축 발생 불가) | 비교적 긺 |
활동전위 | 빠르게 전도 | 느리게 전도 (Plateau phase 존재) | Ca²⁺ 의존성 탈분극 |
2. Excitation-Contraction Coupling(ECC) 과정
• 근육이 수축하려면 신경 자극이 근세포로 전달된 후, Ca²⁺이 방출되어 액틴-미오신 상호작용이 일어나야 함
• 이 과정을 전하 방출 결합(Excitation-Contraction Coupling, ECC) 라고 함
1) 운동신경에서 아세틸콜린(ACh) 방출 → 골격근 세포막(nAChR)에서 Na⁺ 유입 → 활동전위 발생
2) 활동전위가 T-세관(T-tubule)으로 전도됨 → 전압의존성 DHP 수용체(Dihydropyridine Receptor) 활성화
(1) 골격근: DHP 수용체(DHPR)가 Ryanodine 수용체(RyR)와 기계적으로 결합하여 Ca²⁺ 방출
(2) 심근: DHPR을 통한 Ca²⁺ 유입 → 유입된 Ca²⁺이 RyR을 활성화하여 Ca²⁺-유도 Ca²⁺ 방출(CICR)
3) 근소포체(SR)에서 방출된 Ca²⁺이 트로포닌 C(Troponin C)에 결합 → 트로포미오신(Tropomyosin) 이동 → 미오신 결합 부위 노출
4) 미오신 머리가 액틴에 결합하여 교차다리 형성 (Cross-bridge formation) → 근절(Sarcomere) 단축 → 근육 수축
5) ATP가 미오신에 결합하여 미오신-액틴 분리 → ATP 가수분해 후 새로운 수축 반복
6) 근소포체로 Ca²⁺이 다시 펌핑(SERCA 작용)되면서 근육 이완 (Calsequestrin이 SR 내 Ca²⁺ 저장에 기여)
3. 장력-길이 관계 (Length-Tension Relationship)
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