筋肉生理学の基礎

細胞の組織化

橋やタンパク質など、どんな構造物を作る場合でも、3つの要素が必要です：

• 建築材料
• エネルギー
• 設計図

生物学的システムでも同じことが言えます：

• タンパク質は構造材料として使われます。細胞、組織、臓器、生物体の形や実体を提供します。
• 炭水化物はエネルギーに変換され、細胞の構築プロセスを支えます。必要なエネルギー以上に炭水化物がある場合は、長期的なエネルギー貯蔵のために脂肪に変換されます。
• 最後に、細胞の核内にあるヌクレオチドが設計図を提供します。

細胞の簡略図

細胞には数百もの細胞小器官や部品がありますが、ここでは主に4つの部分に注目します。

• ミトコンドリア – すべての細胞にある発電所のようなものです。小さなバッテリーのように、炭水化物を建築に使えるエネルギーに変換します。
• 核 – 細胞の中心部で、DNAとRNAというヌクレオチドの設計図が詰まっています。
• リボソーム – 小さな工場や生物学的ロボットのようなもので、核のライブラリからRNAを取り出します。リボソームはRNAをティッカーテープのように読み取り、処理して特定のタンパク質を形成するアミノ酸の鎖を作り出します。人体には50万種類以上のユニークなタンパク質があります。
• 小胞体 – 細胞内に高速道路のような輸送システムを作ります。複雑な管のシステムで、タンパク質を細胞内で運びます。筋肉細胞ではこれを筋小胞体と呼びます。

生物システムの組織化

単一の細胞は生物体の基本単位です。同じ機能を持つ細胞の集まりは組織と呼ばれます。異なる種類の組織が協力して単一の機能を果たすものが臓器です。複数の臓器が協力してシステムを形成し、複数のシステムが協力して生物体を構成します。

筋肉細胞

動物には3種類の筋肉細胞があります。

• 横紋筋は骨に付着する随意筋です。意識的に制御できます。顕微鏡で見ると縞模様が見えます。
• 平滑筋は不随意筋で、意識的に制御されません。ホルモン、イオン化合物、隣接細胞からの反応、自律神経系によって制御されます。平滑筋はすべての中空臓器（例えば胃、子宮、膀胱、腸）やすべての血管にあります。
• 心筋は心臓にのみ存在します。心拍数は刺激に応じて変化しますが、心筋は生きている限り自律的に収縮します。

3種類の筋肉にはいくつかの共通点があります。すべての筋肉にはアクチンとミオシンという2つのタンパク質があり、これらが架橋を形成して筋肉の収縮と拡張を引き起こします。大量のエネルギーを必要とするため、すべての筋肉細胞には多数のミトコンドリアがあります。カルシウム（Ca²⁺）はすべての筋肉細胞の収縮を促進します。筋小胞体にはT管があり、筋細胞の長さにわたってカルシウムを分配します。神経筋接合部（神経細胞と筋肉が接する場所）では、筋肉表面で電気的なイベントが起こり、カルシウムの放出とそれに続く筋収縮を引き起こします。

骨格筋と心筋はサルコメアと呼ばれる基本的な収縮単位で構成されています。サルコメアはこれらの筋肉に特徴的な縞模様の外観を与えています。

サルコメア単位はこのように筋肉内で連続して並んでいます。