Hvordan stimuleres skjelettmuskulaturen til å trekke seg sammen?

Skjelettmuskulaturen stimuleres til å trekke seg sammen av en prosess kjent som eksitasjons-kontraksjonskobling, som er en serie hendelser som kobler ankomsten av et elektrisk signal ved det nevromuskulære krysset til generering av kraft i muskelfiberen. Her er en oversikt over trinnene som er involvert:

1. Handlingspotensial: Når et motorneuron stimuleres, genererer det et aksjonspotensial, som er en elektrisk impuls som beveger seg langs aksonet.

2. Neuromuscular Junction: Aksjonspotensialet når det nevromuskulære krysset, som er synapsen mellom det motoriske nevronet og muskelfiberen.

3. Neurotransmitterfrigjøring: Ved det nevromuskulære krysset frigjør det motoriske nevronet en nevrotransmitter kalt acetylkolin (ACh) inn i den synaptiske kløften, rommet mellom nevronet og muskelfiberen.

4. Binding av ACh til reseptorer: Acetylkolin binder seg til spesifikke reseptorer på muskelcellemembranen, kjent som nikotiniske acetylkolinreseptorer. Denne bindingen fører til at reseptorene åpner seg og lar natriumioner (Na+) komme inn i muskelcellen.

5. Depolarisering: Tilstrømningen av natriumioner fører til depolarisering av muskelcellemembranen, noe som betyr at innsiden av cellen blir mer positiv i forhold til utsiden.

6. Eksitasjons-kontraksjonskobling: Depolariseringen av muskelcellemembranen utløser eksitasjons-sammentrekningskobling. Denne prosessen innebærer frigjøring av kalsiumioner (Ca2+) fra det sarkoplasmatiske retikulum, muskelcellens indre kalsiumlager.

7. Kalsiumbinding: Kalsiumioner binder seg til reseptorer på overflaten av det sarkoplasmatiske retikulum, og forårsaker konformasjonsendringer som resulterer i frigjøring av mer kalsiumioner i muskelcellens cytoplasma.

8. Kalsiumindusert kalsiumfrigjøring: Den første frigjøringen av kalsiumioner utløser en prosess som kalles kalsiumindusert kalsiumfrigjøring, der kalsiumioner binder seg til reseptorer på overflaten av det sarkoplasmatiske retikulumet, noe som fører til frigjøring av enda flere kalsiumioner, som forsterker kalsiumsignalet.

9. Kalsium og Troponin: Økte kalsiumnivåer i cytoplasmaet binder seg til et protein kalt troponin, som er en del av troponin-tropomyosin-komplekset. Denne bindingen forårsaker konformasjonsendringer som eksponerer myosinbindingsstedene på aktinfilamenter.

10. Tverrbroformasjon: De eksponerte myosinbindingsstedene på aktinfilamenter tillater dannelse av kryssbroer mellom de tykke (myosin) filamentene og de tynne (aktin) filamentene i muskelcellen.

11. Muskelsammentrekning: Dannelsen av kryssbroer utløser kraftslaget til muskelkontraksjonssyklusen, der myosinhodene binder seg til aktinfilamentene, svinger og trekker de tynne filamentene mot midten av sarkomeren, den grunnleggende enheten for muskelkontraksjon. Denne glidningen av filamentene får muskelen til å forkorte og generere kraft.

Den fortsatte stimuleringen av muskelen av det motoriske nevronet og den påfølgende frigjøringen av kalsiumioner opprettholder dannelsen av tverrbroer og glidningen av filamenter, noe som resulterer i vedvarende muskelkontraksjon. Når det motoriske nevronet slutter å skyte, pumpes kalsiumionene tilbake i det sarkoplasmatiske retikulumet, kryssbroene løsner og muskelen slapper av.

Denne hendelsessekvensen sikrer presis kontroll og koordinering av skjelettmuskelsammentrekninger, noe som tillater ulike bevegelser og handlinger i menneskekroppen.