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推不动重物还累,因为肌肉自己在「跑步机」上狂奔

本帖由 漂亮的石头2015-07-08 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    肌肉发力的微观机制是什么?人奋力推一块巨石,巨石纹丝不动,人为什么会累的满头大汗?

    [​IMG] 董傲,神经科学/生物学

    1. 骨骼肌的结构层次:如下图,一块骨骼肌包含多个肌束,一个肌束内包含多个肌纤维。一个肌纤维即为一个纵向合胞体的肌细胞。每个肌纤维内又含有多条肌原纤维。上述部分的纵轴都是一致的,保证肌肉收缩时沿一个方向。

    [​IMG]

    "1007 Muscle Fibes (large)" by OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Web site. OpenStax CNX, Jun 19, 2013.. Licensed under CC BY 3.0 via Wikimedia Commons - File:1007 Muscle Fibes (large).jpg

    2. 单独来看肌原纤维,即上图最下边的这个,又由细肌丝(与 Z 线相连,浅绿色)和粗肌丝(与 M 线相连,紫色)组成。当然提到的这些都是复杂的蛋白质。示意图见下图。

    [​IMG]

    "1006 Sliding Filament Model of Muscle Contraction" by OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Web site. OpenStax CNX, Jun 19, 2013.. Licensed under CC BY 3.0 via Wikimedia Commons - File:1006 Sliding Filament Model of Muscle Contraction.jpg

    3. 关键内容:肌肉收缩的原理。粗肌丝上有能依赖水解 ATP 的能量发生形变的马达蛋白,细肌丝上有马达蛋白的结合位点。很简单地讲,神经元兴奋后将使肌细胞去极化,结果使得肌细胞内的肌质网释放钙离子。钙离子会使得细肌丝上的马达蛋白结合位点从隐藏的位置暴露出来,使得粗肌丝上的马达蛋白能够结合并拉动细肌丝,结果造成细肌丝和粗肌丝之间相互滑动。这就是肌肉收缩的微观表现。

    [​IMG]

    "Muskel-molekulartranslation" by Muskel-molekular.png: Hank van Helvetederivative work: GravityGilly - Muskel-molekular.png. Licensed under CC BY-SA 2.5 via Wikimedia Commons - File:Muskel-molekulartranslation.png

    4,推一块巨石而不动,但肌肉仍处于收缩状态,我们称之为“等长收缩”,因为这个过程骨骼肌的长度没有改变。尽管如此,细肌丝和粗肌丝仍在不停地滑动,但粗肌丝刚把细肌丝抓过来,细肌丝又跑了回去,如此反复就像是在跑步机上跑步,虽然看起来没动,但还是消耗能量的。

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