골격근의 구조와 기능

골격근의 구조와 기능

목차

• 섬유형태
• 근피로
• 근섬유 형태의 특성
• 근육의 힘 조절
• 근방추

섬유형태

인간의 골격근은 각각 근섬유의 조직화학적 특성에 따라 여러 종류로 구분할 수 있다. 비록 금섬유 형태를 구분하는 방법과 명칭에는 몇 가지 논란의 여지가 있지만 역사적으로 살펴볼 때 보통 속근섬유와 지근섬유로 구분한다. 비록 몇몇 근육군에서 속근섬유가 많거나 지근섬유의 비율이 높다고 알려져 있지만, 대부분의 근육들은 두 가지 섬유 형태의 비율이 균등하게 이루어져 있다. 각 개인의 골격근의 섬유 비율은 유전적 요인과 혈액 속의 호르몬 수준, 운동 형태에 따랄 영향을 받는다. 따라서 골격근을 구성하는 섬유 비율은 파워와 지구력 경기에서 운동능력을 좌우하는 중요한 역할을 한다.

골격근의 생화학적 특성 ㅇ리번적으로 근기능에 필수적인 근육의 중요한 생화학적 특성 두 가지는 첫째 산화능력 둘째 ATP효소의 동위 형태이다. 근섬유의 산화능력은 미토콘드리아의 수와 근 섬유를 둘러싸고 있는 모세혈관의 수, 섬유 내의 미오글로빈의 양에 의해 결정된다. 따라서 미토콘드리아의 수가 많으면 유산소적인 ATP 에너지원을 많이 제공할 수 있는 능력이 뛰어나다. 또한 근섬유를 에워싸고 있는 모세혈관이 많으면 근수축 시에 많은 양의 산소를 근섬유에 공급한다. 미오글로빈은 혈액 ㄱ속의 헤모글로빈과 역할이 비슷하여 산소와 결합하여 세포와 미토콘드리아 사이에 산소를  공급하는 역할을 한다. 그러므로 높은 함량의 미오글로빈은 모세혈관의 산소를 미토콘드리아에 많이 전달함으로써 근수축이 일어나는 근육에 많은 양의 에너지를 사용할 수 있게 한다. 결론적으로 이러한 생화학적 특성의 중요한 사실은 근섬유가 많은 수의 미토콘드리아와 모세혈관, 미오글로빈 함량을 높게 유지한다면 높은 ㅅ유산소성 능력을 보유하게 되어 운동을 해도 쉽게 피로하지 않다는 것이다.

 

근피로

단시간의 강도 높은 운동 또는 장시간의 최대하 운동은 근력을 감소시킨다. 이러한 현상은 근피로에 기인한다. 근피로는 최대근력의 감소를 의미하며 이는 곧 운동수행능력의 감소를 의미한다. 근피로의 원인은 무엇일까? 오늘날 이 질문에 대한 완벽한 대답은 없다. 실제로 운동생리학자들은 일반적으로 근피로의 원인이 되는 정확한 기전에 동의하지 않는다. 그러나 근피로의 원인은 복합적이고 운동수행의 유형에 따라 서로 다를 것이다. 예를 들어 400m 전력질주와 같이 대략 60초 이내에 행해지는 고강도운동의 결과로 생기는 근피로는 수소, AOP, 무기이산염, 젖산의 축적과 활동근섬유의 활성산소를 포함한 몇 가지 오인들 때문이다. 이러한 대사산물의 축적은 근육의 항상성을 붕괴시키고 몇 가지 다른 방법으로 근력을 감소시킨다. 마라톤과 같은 2~4시간을 지속하는 지구력 운동에서 나타나는 근피로 역시 근육 내 활성산소의 축적을 수반하겠지만, 근육 내 세포 외 전해액 항상성 장애와 근글리코겐의 고갈과 같은 다른 요인 또한 근피로의 이러한 형태에 기여할 것이다. 더욱이 이런 부분에 기여할 것이라고 말하고 있다. 근피로에서 중추신경계 역할은 중추피로하고 알려져 왔다. 중추피로는 잠재의식 두뇌가 운동하는 동안 수축성 근육에 운동작용을 줄일 때 일어난다. 이것은 활성화되는 근섬유의 감소된 수와 근력생산 저하에 기인하여 운동작용을 감소시킨다.

 

근섬유 형태의 특성

일반적으로 인간의 골격근은 세 가지 형태이다. 인간에 속근섬유는 역사적으로 근섬유 형태라고 불려 왔다. 하지만 최근 연구에서는 인간의 속근섬유가 근섬유 형태라는 새로운 이름으로 불러야 한다고 한다. 인간의 골격근 형태는 세 가지의 섬유 형태를 갖고 있는 것으로 보이는데, 여기서는 검증된 세 가지의 섬유 형태에 대해서 논의한다. 특히 지근과 속근섬유의 근수축적 특성과 생화학적 특성에 대해서 살펴보자.

지근섬유는 인간에 있어서 느린 수축을 하는 근육의 형태를 근섬유 형태라 한다. 느린 산화 또는 지근섬유로 불리는 근섬유 형태는 많은 수의 미토콘드리아로 뛰어난 산화효소를 갖고 있으며 다른 섬유보다 더 많은 모세혈관에 의해서 둘러싸여 있다. 더욱이 근섬유 형태 섬유는 속근섬유들보다 미오글로빈의 농도가 더 높다. 높은 농도의 미오글로빈과 많은 수의 모세혈관, 높은 미토콘드리아 효소활동은 지근섬유의 유산소성 대사에 대한 높은 능력과 피롱 대한 높은 저항능력을 갖게 한다.

수축 특성에서 지근섬유는 속근섬유에 비해 수축속도가 느리다. 특히 지근섬유는 속근섬유에 비해 장력이 낮다. 또한 지근 섬유는 속근섬유보다 효율성이 높다.

속근섬유는 인간의 속근섬유에는 두 가지 형태가 있다. 속근섬유 또는 빠른 해당섬유라 불리는 근섬유 형태는 상대적으로 적은 수의 미토콘드리아를 갖고 있어 제한된 유산소성 대사능력을 갖고 있으며, 지근섬유보다 피로에 대한 저항이 약하다. 그러나 소근섬유는 당원 저장과 해당작용 효소가 풍부하여 무산소성 능력이 크다. 근섬유 형태의 장력은 근섬유 형태와 비슷하나 지근섬유보다는 크다. 속근섬유의 두 번째 형태는 중간섬유 또는 빠른 유산소 해당섬유라 불리는 근섬유 형태이다. 이 섬유는 생화학적으로 또는 피로에 있어 중간적 형태의 특성을 갖는다. 두 섬유 형태를 혼합한 특성으로 보이며 적절한 섬유라는 것을 주목할 필요가 있다. 즉 지구력 훈련을 통해서 속근섬유 형태 수준의 유산소능력을 가질 수 있다.

 

 

근육의 힘 조절

 

위에서 언급했듯이, 하나의 근섬유 내에서 발휘되는 힘의 양은 액틴과 접촉하는 미오신 십자형 가교의 숫자와 관련이 있다. 그러나 근육군 내에서 근육이 수축하는 동안 발휘되는 힘의 양은 복잡한 3개의 주요 요인들에 의존한다. 동원된 운동단위의 형태와 숫자, 근육의 초기 길이, 운동단위의 신경자극 특성이다. 각각의 이런 요인들은 다음과 같다.

첫째, 전체 근육 내에서 수축력의 변화는 수축할 때 자극을 받게 되는 근섬유 숫자에 의존한다. 오직 몇 개의 운동단위가 동원된다면 그 힘은 작을 것이다. 만약 좀 더 많은 운동단위가 자극을 받게 되면 그 힘은 증가할 것이다. 자극이 증가되면 수축하는 힘은 추가적인 운동단위의 동원 때문에 증가한다. 또한 속근 섬유는 서근 섬유보다 더 큰 장력을 발휘하므로 동원된 운동단위의 형태 또한 장력에 영향을 미친다.

두 번째 요인은 근육에서 발휘되는 힘은 수축시간과 근육의 초기 길이와 관련이 있다. 이것은 근섬유의 이상적 길이가 존재한다는 것이다. 이상적 길이의 존재에 대한 해석은 액틴과 미오신간에 서로 겹쳐지는 것과 관련이 있다. 한 가지 예로, 휴식 시의 길이가 적정 길이보다 더 길 때는 액틴과 미오신 간에 겹쳐지는 것이 제한적이며 적은 수의 십자형 가교가 부착될 수 있다. 근육이 액틴과 미오신의 겹쳐지는 부분이 없는 지점까지 늘어나게 됐을 때, 십자형 가교는 부착될 수 없기 때문에 장력이 더 이상 발생할 수 없다는 점에 주목해야 한다. 또 다른 극도의 경우는 근육이 휴식 시 길이가 약 60%까지 짧아졌을 때 두꺼운 미오신 필라멘트에 매우 근접하게 되고, 그 결과 오직 제한된 추가적인 수축이 일어날 수 있다.

 

 

근방추

 

앞에서 언급했듯이 근방추는 길이 탐지자로서의 기능을 한다. 근방추는 대개 인간의 섬세한 근육에서 많이 발견된다. 손의 근육과 같이 아주 미세한 각도의 조절이 요구되는 근육들은 가장 높은 밀도의 근방추를 갖고 있다. 대조적으로 큰 동작을 담당하는 대퇴근과 같은 근육들은 상대적으로 적은 수의 근방추를 갖고 있다.

근방추는 추내근섬유라 불리는 몇 개의 얇은 근육세포들로 구성되어 있는데, 이것은 결제조직에 둘러싸여 있다. 일반적으로 추외근섬유라 불리는 골격근섬유처럼, 근방추는 연결조직 속에 놓여있다. 그러므로 근방추는 근섬유와 함께 평행하게 움직인다. 근방추는 두 가지 형태의 감각신경 말판을 가진다. 첫 번째 구심성 고리모양의 종말은 근방추의 중간 부위에 위치하고 있으면서 근육길이에서 동적인 변화에 반응한다. 구심성 꽃모양 분무기라 불리는 두 번째 형태의 감각말판은 근방추의 끝 부분에 위하고 있다. 이런 감각말판은 근육길이의 급속한 변화에 대해서 반응하지 않지만, 정적인 근육길이에 관한 지속적인 정보를 중추신경계에 제공한다.