근육
[ muscle , 筋肉 ]
- 요약
근육세포들의 결합조직으로 수축 운동을 통해 개체의 이동과 자세 유지, 체액분비 등을 담당하는 신체기관
| 계통 | 근육계 |
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정의
근육은 중배엽의 줄기세포에서 발현되는 조직이다. 근육세포는 근필라멘트로 구성되어 있는데, 이는 서로 움직이고 세포의 크기를 변하도록 하여 수축을 유발한다. 근육은 골격근육, 심장근육, 내장근육으로 구분되어 있는데, 각각의 위치에서 힘을 만들어 내고 움직임을 유발하는 기능을 한다.
심장근육과 내장근육은 수축을 조절할 수 없는 불수의근으로, 심장이 수축하여 혈액을 순환하도록 하고 소화기관이 연동운동을 통해 음식물을 이동하도록 하는 등의 생명활동에 꼭 필요한 근육이다. 골격근육은 수의근으로 안구를 움직이고 허벅지 근육을 수축하는 등 몸을 미세하게 조절하고 움직이도록 하는 역할을 한다. 수의근에는 빠르게 수축하는 근섬유(빠른연축근섬유, 속근섬유)와 느리게 수축하는 근섬유(느린연축근섬유, 지근섬유) 두 가지가 존재한다. 느리게 수축하는 근섬유는 지구력이 좋아 오랫동안 수축을 유지할 수 있지만 큰 힘을 낼 수 없고 빠르게 수축하는 근섬유는 쉽게 피로해 지지만 빠르고 힘 있게 수축할 수 있는 특징을 가지고 있다.
근육은 탄수화물과 지방을 태워 힘을 만들어 내지만, 빠르게 수축하는 섬유는 무산소 반응을 이용해 힘을 얻기도 한다. 이런 화학적 반응은 마이오신(근단백질을 이루는 주요 성분)의 머리를 움직이는 힘이 되는 아데노신 3인산(ATP) 성분에 의해서 발생하게 된다.
위치
신체 내에서 움직임이 가능한 모든 부분에 위치한다.
형태 및 구조
골격 근육은 근육바깥막으로 싸여 있고 근육다발막이라는 결체조직막에 의하여 주위 조직과 구분되며 이 결체조직막은 근육 내로 들어가 근육섬유막을 형성한다. 근육의 양끝은 대부분 힘줄에 의해 뼈에 연결되어 있고 일부는 직접 뼈에 붙어 있다. 근육을 구성하는 세포들 사이에는 모세혈관, 감각신경, 운동신경이 있다.
체중의 40% 정도를 차지하는 골격 근육은 기본적으로 근육세포인 근섬유로 구성된다. 하나의 근육은 수천 개의 근섬유로 구성되어 있는데 그 직경은 50~100㎛ 정도이고 길이는 근육의 종류에 따라 다양하여 2~3mm로부터 30cm에 까지 이르고 있다. 근섬유의 세포막인 근육속막(근초)은 화학적, 전기적 자극에 의해 흥분되며 신호를 전달하는 특성이 있다.
근섬유들은 직경 1㎛ 정도인 실린더형의 근원섬유 다발로 구성되는데 각 근섬유는 1000개 이상의 근원섬유를 포함한다. 각각의 근원섬유는 세로로 평행한 배열의 수많은 근필라멘트로 이루어진다. 이 필라멘트는 굵기에 따라 굵은근육미세섬유(100~120Å, 마이오신)와 가는근육미세섬유(60~70Å, 액틴)로 구분된다. 근원섬유는 Z-선(전자현미경 상에 가로로 달리고 있는 굵은 선)에 의해 경계가 되는 많은 근육원섬유마디(근절)로 나뉘어진다.
근육의 단계별 하부 구조
근 수축의 모식도
하위 기관
근육은 구조적 단위인 근섬유로 이뤄지고, 근섬유는 근원섬유로, 근원섬유는 근필라멘트로 이뤄진다.
- 근섬유 : 근육의 기본 구조인 근육세포에 해당하며 근육섬유막으로 둘러싸여 있다.
- 근원섬유 : 근원섬유의 다발이 근섬유를 구성한다.
- 근필라멘트 : 근원섬유를 구성하는 기본 구조이며 굵기에 따라 가는근육미세섬유와 굵은근육미세섬유로 나뉜다.
기능
근육의 가장 중요한 기능은 운동이다. 운동은 근육의 수축을 통해 나타나는데, 근육 수축의 기전은 주로 헉슬리가 주장한 근활주설(sling-filament theory)으로 설명한다. 많은 근절들은 근원섬유 내에 직렬로 연결되어 있다. 액틴으로 구성된 가는근육미세섬유가 마이오신으로 되어 있는 굵은근육미세섬유의 중앙으로 미끄러져 들어와 근절의 길이가 짧아지면서 근육의 길이도 짧아진다.
마이오신 머리 부분은 마이오신 필라멘트와 액틴 필라멘트를 연결시키는데 마이오신 머릿부분이 구부러짐으로써 액틴 필라멘트를 근절 가운데로 노저어 들어가게 한다. 이후 마이오신 머릿부분이 엑틴 필라멘트에서 떨어졌다 다시 붙는 반복운동을 통해 근육 수축이 지속적으로 발생하게 된다. 이 학설을 바탕으로 겹치는 부분에서 수축 반응이 일어나는 것을 알 수 있는데, 그 근거의 하나로 근육이 짧아지는 것을 억제하고서 발생하는 장력을 측정하여 보면, 힘은 두 필라멘트가 겹치는 부분의 길이가 길수록 크다는 것을 들 수 있다.
골격 근육은 운동 신경의 전기적 신호에 의해 수축되고 신경의 전기적 신호는 신경 섬유가 전파하는 전기적 흥분파의 형태로 전달된다. 이러한 흥분파를 활동전위라 한다. 활동전위를 받아들이기 위해 근섬유의 종판은 신경섬유의 말단을 감싸는 형태로 되어 있으며 아세틸콜린에 대한 수용체가 있다. 활동전위가 신경섬유의 말단에 전달되면 아세틸콜린이 분비되고 이 아세틸콜린은 근섬유의 종판에 존재하는 수용체에 결합한다. 그 결과 근섬유의 형질막에서 활동전위가 발생한다. 활동전위는 초당 10m의 속도록 전파되고 z막 부분에서는 근섬유의 내부에도 영향을 주어 그 결과 근소포체는 칼슘 이온을 방출시킨다. 칼슘이온이 방출될 때 ATP와 소량의 마그네슘이온이 존재하면 마이오신의 ATP 분해효소 작용은 높아지고 그 결과 ATP가 분해되어 에너지가 발생된다. 이 에너지는 액틴과 마이오신이 수축할 때 이용된다.
우리 몸이 쉬고 있을 때는 산소를 이용하여 미토콘드리아에서 ATP를 만들어 사용하기에 피로를 유발하는 물질이나 젖산을 생산하지 않는다. 그러나 운동 중에는 운동의 강도나 정도, 개인의 특성에 따라 ATP를 생산하는 방법은 다양해진다. 낮은 강도로 오랫동안 운동을 지속하면 체내의 탄수화물과 지방은 산소와 결합하여 에너지를 생산한다. 좀더 높은 강도로 운동을 하면 ATP 생산 과정은 크레아틴인산을 이용하는 무산소성 해당과정이나 포스파겐 시스템 등으로 바뀌게 된다. 이러한 경우에는 근육 내에 에너지 생산의 산물인 젖산이 쌓이게 되고 젖산은 근육을 산성화시켜 여러 가지 화학반응의 촉매로서 작용하는 효소의 기능을 저하시킨다. 산소를 이용한 ATP 생산은 매우 천천히 일어나며 주로 낮은 강도로 오랫동안 운동을 할 때 일어나는데 대신 피로를 일으키는 물질을 생산하지 않는다.
또한 유산소 훈련은 산소를 운반하는 시스템의 효율을 높이고 산소를 이용한 대사 과정이 빠르게 일어나도록 만든다. 산소를 이용하지 않는 ATP 생산은 ATP를 빠르게 만들어 내고 최대 강도의 힘을 내는데 도움이 되나 많은 양의 젖산을 만든다. 산소의 공급이 적어지면 젖산의 생산이 많아지고 근육의 피로가 쉽게 유발되게 된다. 따라서, 격심한 근육의 수축이나 운동을 할 때에는 산소를 충분히 공급하도록 해야 한다. 산소는 혈액 내의 적혈구를 통해 운반되기 때문에 운동 중 산소공급을 충분히 하기 위해서는 호흡 운동을 왕성하게 하여 혈액 중의 산소농도를 높이고 근육으로 가는 혈액 순환량을 함께 높여야 한다.
신경섬유는 여러 개의 가지를 내어 많은 근섬유를 지배하고 전기 신호의 전달을 통해 근육이 수축할 수 있도록 한다. 이들을 합쳐 운동단위 또는 신경근단위라고 부른다. 1개의 신경섬유가 지배하고 있는 근섬유의 수에 따라 수축할 때 나타나는 힘의 정도가 다르다. 섬세한 움직임이 필요한 혀나 안구의 근육에서는 10개 정도의 근섬유를 지배하고 큰 힘을 내야 하는 대퇴부나 배의 경우에는 150개의 근섬유를 1개의 신경섬유가 지배한다. 신경섬유가 손상되어 근섬유를 지배하지 못하면 근섬유는 점점 위축된다. 마찬가지로 근섬유가 손상되면 신경섬유가 정상이어도 근육이 힘을 낼 수 없다.
이처럼 근육과 신경은 하나의 운동단위로 존재하기 때문에 근육을 이해하기 위해서 관련된 신경에 대한 이해도 필요하다.
운동단위의 모식도