근육 수축의 기계적 특성

이론과 하이라이트 히스토리를 확인 할 수 있어요.

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

• 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)

1) 최적 길이(Optimal Length, L₀)

• 교차다리 형성이 가장 잘 일어나는 길이

• 최대 장력(Maximal Tension) 생성

2) 너무 짧은 길이(Shortened Sarcomere)

• 액틴 필라멘트가 서로 겹쳐 교차다리 형성 방해 → 수축력 감소

3) 너무 긴 길이(Overstretched Sarcomere)

• 미오신과 액틴의 겹침이 적어 교차다리 형성이 어려움 → 수축력 감소

• 근육 수축은 힘을 발생시키는 방식에 따라 등척성 수축(Isometric Contraction)과 등장성 수축(Isotonic Contraction)으로 구분

수축 형태	특징	예시
등척성 수축 (Isometric Contraction)	장력 증가, 근육 길이 변화 없음	손으로 무거운 물체 들기 전 유지
등장성 수축 (Isotonic Contraction)	장력 유지, 근육 길이 변화	덤벨 들어올리기
단일 연축 (Twitch)	단일 자극에 대한 근수축 반응	실험적 자극
가중 (Summation)	연속적 자극 시 힘 증가	높은 빈도의 신경 자극
강축 (Tetanus)	매우 높은 빈도의 자극 → 지속적 수축	근육의 최대 지속적 수축

• 강축(Tetanus)의 두 가지 형태

- 불완전 강축(Incomplete Tetanus): 자극 간 간헐적 이완 발생

- 완전 강축(Complete Tetanus): 매우 높은 빈도의 자극으로 지속적인 수축 유지

Guyton and Hall 14e, pp.78-92