모터 장치

Motor unit

운동 단위는 운동 뉴런과 모든 골격 근육 섬유로 구성되어 있으며, 뉴런의 액손 단자에 의해 사크레 내측으로 알려져 있다.[1] 모터 장치 그룹은 종종 하나의 근육의 수축 과정을 조정하기 위한 모터 풀로서 함께 일한다. 이 개념은 찰스 스콧 셔링턴에 의해 제안되었다.[2]

운동단위의 모든 근육섬유는 섬유질이 같다. 모터 장치가 작동되면 모든 섬유는 수축한다. 척추동물에서 근육수축의 힘은 활성화된 운동단위의 수에 의해 제어된다.

각 단위 내의 근육 섬유의 수는 특정 근육 내에서 그리고 근육에 따라 더욱 다양할 수 있다; 가장 큰 체구에 작용하는 근육은 더 많은 근육 섬유를 포함하는 운동 단위를 가지고 있는 반면, 작은 근육은 각 운동 단위에서 더 적은 근육 섬유를 포함하고 있다.[1] 예를 들어, 허벅지 근육은 각 단위에서 천 개의 섬유질을 가질 수 있는 반면, 추가 안구 근육은 열 개의 섬유질을 가질 수 있다. 더 많은 운동 단위를 가지고 있는 근육(따라서 더 큰 개별적인 운동 뉴런 내경을 가지고 있음)은 힘의 출력을 더 정교하게 조절할 수 있다.

운동 단위는 무척추동물에서 약간 다르게 구성된다; 각각의 근육은 운동 단위가 거의 없으며(일반적으로 10개 미만), 근육 섬유는 흥분성 뉴런과 억제성 뉴런을 포함한 복수의 뉴런에 의해 내향적으로 구성된다. 그러므로 척추동물의 경우 근육의 수축력은 얼마나 많은 운동 단위가 활성화되는가에 의해 조절되는 반면, 무척추동물의 경우 흥분 신호와 억제 신호 사이의 균형을 조절함으로써 조절된다.

채용(vertebrate)

중추신경계는 가장 작은 운동 단위부터 시작하여 운동 뉴런의 질서 있는 모집을 담당한다.[3] 헤너맨의 크기 원리는 부하 크기에 따라 최소 단위에서 최대 단위로 모터 유닛을 모집한다는 것을 나타낸다. 적은 힘을 필요로 하는 작은 하중의 경우, 빠른 경련, 높은 힘, 덜 피로 저항적인 근육 섬유를 채용하기 전에 느린 경련, 낮은 힘, 피로 저항성 근육 섬유가 활성화된다. 더 큰 운동 단위는 일반적으로 더 높은 힘을 내는 더 빠른 근육 섬유로 구성된다.[4]

중추신경계는 운동부 모집으로 근육에서 발생하는 힘을 조절하는 두 가지 뚜렷한 방법이 있는데, 공간 모집과 시간 모집이다. 공간적 모집은 더 큰 힘을 생산하기 위해 더 많은 모터 유닛을 활성화하는 것이다. 더 큰 운동부위는 작은 운동부대와 함께 수축하여 하나의 근육에 있는 모든 근육섬유가 활성화되어 최대 근력을 발생시킨다. 시간 운동 단위 모집, 즉 비율 코딩은 근육 섬유 수축의 활성화 빈도를 다룬다. 알파 운동 뉴런에서 나온 운동부 섬유에 대한 연속적인 자극은 일시적으로 결로가 "퓨즈"될 때까지 근육이 더 자주 경련을 일으키게 한다. 이것은 동일한 수의 운동 단위로 더 큰 힘을 생성하기 위해 자극 사이의 간격을 줄임으로써 단수 수축보다 더 큰 힘을 생산한다.

전자기술(EMG)을 이용하면 근육 활성화의 신경 전략을 측정할 수 있다.[5] 램프 힘 임계값은 크기 원리를 시험하기 위해 운동 뉴런 크기의 지수를 말한다. 이는 힘이 점진적으로 증가하는 등축 수축 동안에 모터 장치의 모집 임계값을 결정하여 시험한다. 낮은 힘(저임계 단위)에서 모집된 모터 장치는 작은 모터 단위인 경향이 있고, 높은 힘이 필요할 때 고임계 유닛을 모집하여 더 큰 모터 뉴런을 수반한다.[6] 이것은 작은 단위보다 수축 시간이 짧은 경향이 있다. 주어진 힘의 증가 동안에 모집된 추가 모터 장치의 수는 높은 자발적 힘 수준에서 급격히 감소한다. 이는 높은 문턱 단위가 더 많은 긴장을 발생시키더라도, 자발적인 힘을 증가시키기 위한 모집의 기여도가 더 높은 힘 수준에서 감소함을 시사한다.

모터 장치 자극을 테스트하기 위해 전극을 세포외적으로 피부에 배치하고 근육내 자극을 가한다. 모터 장치가 자극된 후, 그 펄스는 전극에 의해 기록되고 모터 장치 작용 전위(MUAP)로 알려진 작용 전위로 표시된다. 짧은 시간 간격 내에 복수의 MUAP를 기록하면, 모터 장치 동작전위열차(MUAPT)가 기록된다. 이러한 펄스 사이의 시간을 IPI(펄스 간 간격)라고 한다.[7] 허약환자에 대한 의학적 전기진단 검사에서 MUAP의 크기, 형태, 채용패턴 등을 세심하게 분석하면 근병증과 신경증을 구분하는 데 도움이 될 수 있다.

모터 장치 유형(vertebrate)

모터 장치는 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 요인 간의 유사성에 기초하여 분류된다.

FF — 빠른 피로 - 높은 힘, 빠른 수축 속도, 단 몇 초 만에 피로감.
FR — 빠른 피로 저항 - 중간 힘, 내피로 내성 - 빠른 수축 속도 및 내피로 내성.
FI — FF와 FR 사이의 고속 중간.
S 또는 SO — 느린(산소) — 낮은 힘, 느린 수축 속도, 높은 피로 저항성.
일반적으로 섬유는 다음과 같이 지정된다.
I(느린 산화, SO) — 낮은 글리콜리틱과 높은 산화성 존재. 낮은 미오신 ATPase, 알칼리에 민감함.
IIa(고속 산화/글리코아제, FOG)[10] — 높은 글리코아제, 산화제 및 미오신 ATPase 존재, 산에 민감함.
IIb(고속 글리콜리틱, FG) — 높은 글리콜리틱 및 미오신 ATPase 존재, 산에 민감함. 낮은 산화성 유무.
III - IIa와 IIb 사이의 중간 섬유.
히스토케미컬과 생리학적 유형은 다음과 같다.
S형, I형, FR형, IIa형, FF형, IIb형, FI형, III형.
    • 면역항진화학(더 최신 형태의 섬유 타이핑)[11]
      • 미오신 헤비 체인(MHC)
      • Myosin Light Chain — 알칼리(MLC1)
      • Myosin Light Chain — 규제(MLC2)
Immunohistokemic 유형은 다음과 같으며, 타입 IIa, IIb 및 타입 IIa, IIb 및 slow (I) 히스토케미컬 타입에 해당한다.
표현:
진과
개발 중인
고속섬유(II)
느린 섬유(I)
MHC
배아 MHC
MHC IIA
β/저속 MHC
신생아 MHC
MHC IIB
MHC IIx
MLC1(알칼리)
배아
1f
1s
1f
3f
MLC2(규제)
2f
2f
2s
표 재생산[11]
현재 근육에서 인식된 MHC 유전자는 약 15종류로 알려져 있으며, 그 중 일부만 단일 근육 섬유로 표현될 수 있다. 이 유전자들은 면역항생화학에 의해 식별된 타입 2세 미오신과 혼동해서는안 된다 유전자의 18개 등급중 하나를 형성하는데, 미오신 유전자는 미오신. 하나의 근육섬유에 여러 개의 MHC 유전자를 발현하는 것은 다형성의 한 예다.[12] 이러한 미오신 유형의 상대적 표현은 부분적으로 유전적 요인, 그리고 부분적으로 활동, 내경, 호르몬과 같은 다른 생물학적 요인에 의해 결정된다.[13]

따라서 운동단위의 타이핑은 여러 단계를 거쳤으며 근육섬유가 특정 섬유군으로 쉽게 분류할 수 없는 여러 가지 미오신 유형의 다양한 혼합물을 포함하고 있다는 것을 인식하는 지점에 도달했다. 세 가지 (또는 네 가지) 고전 섬유 유형은 근육 섬유 특성 분포의 정점을 나타내며, 각각 섬유 전체 생화학에 의해 결정된다.

인체 근육 내 운동 유닛의 내경사 비율 추정치:

근육 모터 액손 수 근육섬유수 내경사 비율 참조
이두박근 774 580,000 750 부찰로61번길
브라키오라디알리스 315 129,000 410 파인스타인 외
제1등등간염 119 40,500 340 파인스타인 외
메디알 위크네미우스 579 1,120,000 1,934 파인스타인 외
티비알리스 앞쪽 445 250,200 562 파인스타인 외

카르파티에서 재현한 표(2010)[14]

참고 항목

참조

  • Altshuler, Douglas; K. Welch; B. Cho; D. Welch; A. Lin; W. Dickinson; M. Dickinson (April 2010). "Neuromuscular control of wingbeat kinematics in Annas hummingbirds". The Journal of Experimental Biology. 213 (Pt 14): 2507–2514. doi:10.1242/jeb.043497. PMC 2892424. PMID 20581280.
  1. ^ a b Buchtal, F; H. Schmalbruch (1 January 1980). "Motor Unit of Mammalian Muscle". Physiological Reviews. 60 (1): 90–142. doi:10.1152/physrev.1980.60.1.90. PMID 6766557.
  2. ^ Kandel, Eric (2013). Principles of Neural Science, 5th ed. McGraw-Hill, New York. p. 768. ISBN 978-0-07-139011-8.
  3. ^ Milner-Brown HS, Stein RB, Yemm R (September 1973). "The orderly recruitment of human motor units during voluntary isometric contractions". J. Physiol. 230 (2): 359–70. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010192. PMC 1350367. PMID 4350770.
  4. ^ Robinson R (February 2009). "In mammalian muscle, axonal wiring takes surprising paths". PLOS Biol. 7 (2): e1000050. doi:10.1371/journal.pbio.1000050. PMC 2637923. PMID 20076726.
  5. ^ Farina, Dario; Merletti R; Enoka R.M. (2004). "The extraction of neural strategies from the surface EMG". Journal of Applied Physiology. 96 (4): 1486–1495. doi:10.1152/japplphysiol.01070.2003. PMID 15016793.
  6. ^ Spiegel KM.; Stratton J.; Burke JR.; Glendinning DS; Enoka RM (November 2012). "The influence of age on the assessment of motor unit activation in a human hand muscle". Experimental Physiology. 81 (5): 805–819. doi:10.1113/expphysiol.1996.sp003978. PMID 8889479.
  7. ^ De Luca, Carlo; William J. Forrest (December 1972). "Some Properties of Motor Unit Action Potential Trains Recorded during Constant Force Isometric Contractions in Man". Kybernetik. 12 (3): 160–168. doi:10.1007/bf00289169. PMID 4712973.
  8. ^ a b Burke RE, Levine DN, Tsairis P, Zajac FE (November 1973). "Physiological types and histochemical profiles in motor units of the cat gastrocnemius". J. Physiol. 234 (3): 723–48. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010369. PMC 1350696. PMID 4148752.
  9. ^ Collatos TC, Edgerton VR, Smith JL, Botterman BR (November 1977). "Contractile properties and fiber type compositions of flexors and extensors of elbow joint in cat: implications for motor control". J. Neurophysiol. 40 (6): 1292–300. doi:10.1152/jn.1977.40.6.1292. PMID 925731.
  10. ^ Altshuler D.; Welch K.; Cho B.; Welch D.; Lin A.; Dickinson W.; Dickinson M. (April 2010). "Neuromuscular control of wingbeat kinematics in Annas hummingbirds". The Journal of Experimental Biology. 213 (Pt 14): 2507–2514. doi:10.1242/jeb.043497. PMC 2892424. PMID 20581280.
  11. ^ a b Schiaffino S, Reggiani C (August 1994). "Myosin isoforms in mammalian skeletal muscle". J. Appl. Physiol. 77 (2): 493–501. doi:10.1152/jappl.1994.77.2.493. PMID 8002492.
  12. ^ a b Caiozzo VJ, Baker MJ, Huang K, Chou H, Wu YZ, Baldwin KM (September 2003). "Single-fiber myosin heavy chain polymorphism: how many patterns and what proportions?". Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 285 (3): R570–80. doi:10.1152/ajpregu.00646.2002. PMID 12738613.
  13. ^ Baldwin KM, Haddad F (January 2001). "Effects of different activity and inactivity paradigms on myosin heavy chain gene expression in striated muscle". J. Appl. Physiol. 90 (1): 345–57. doi:10.1152/jappl.2001.90.1.345. PMID 11133928.
  14. ^ Karpati, George (2010). Disorders of Voluntary Muscle (PDF). Cambridge University Press. p. 7. ISBN 9780521876292. 참조된

외부 링크