The muscular system is an organ system consisting of skeletal, smooth, and cardiac muscle. It permits movement of the body, maintains posture, and circulates blood throughout the body. The muscular systems in vertebrates are controlled through the nervous system although some muscles (such as the cardiac muscle) can be completely autonomous. Together with the skeletal system in the human, it forms the musculoskeletal system, which is responsible for the movement of the body.

Types 

There are three distinct types of muscle: skeletal muscle, cardiac or heart muscle, and smooth (non-striated) muscle. Muscles provide strength, balance, posture, movement, and heat for the body to keep warm.

There are approximately 640 muscles in an adult male human body. A kind of elastic tissue makes up each muscle, which consists of thousands, or tens of thousands, of small muscle fibers. Each fiber comprises many tiny strands called fibrils, impulses from nerve cells control the contraction of each muscle fiber.

Skeletal 

Skeletal muscle, is a type of striated muscle, composed of muscle cells, called muscle fibers, which are in turn composed of myofibrils. Myofibrils are composed of sarcomeres, the basic building blocks of striated muscle tissue. Upon stimulation by an action potential, skeletal muscles perform a coordinated contraction by shortening each sarcomere. The best proposed model for understanding contraction is the sliding filament model of muscle contraction. Within the sarcomere, actin and myosin fibers overlap in a contractile motion towards each other. Myosin filaments have club-shaped myosin heads that project toward the actin filaments, and provide attachment points on binding sites for the actin filaments. The myosin heads move in a coordinated style; they swivel toward the center of the sarcomere, detach and then reattach to the nearest active site of the actin filament. This is called a ratchet type drive system.

This process consumes large amounts of adenosine triphosphate (ATP), the energy source of the cell. ATP binds to the cross-bridges between myosin heads and actin filaments. The release of energy powers the swiveling of the myosin head. When ATP is used, it becomes adenosine diphosphate (ADP), and since muscles store little ATP, they must continuously replace the discharged ADP with ATP. Muscle tissue also contains a stored supply of a fast-acting recharge chemical, creatine phosphate, which when necessary can assist with the rapid regeneration of ADP into ATP.

Calcium ions are required for each cycle of the sarcomere. Calcium is released from the sarcoplasmic reticulum into the sarcomere when a muscle is stimulated to contract. This calcium uncovers the actin-binding sites. When the muscle no longer needs to contract, the calcium ions are pumped from the sarcomere and back into storage in the sarcoplasmic reticulum.

There are approximately 639 skeletal muscles in the human body.

Cardiac 

Heart muscle is striated muscle but is distinct from skeletal muscle because the muscle fibers are laterally connected. Furthermore, just as with smooth muscles, their movement is involuntary. Heart muscle is controlled by the sinus node influenced by the autonomic nervous system.

Smooth 

Smooth muscle contraction is regulated by the autonomic nervous system, hormones, and local chemical signals, allowing for gradual and sustained contractions. This type of muscle tissue is also capable of adapting to different levels of stretch and tension, which is important for maintaining proper blood flow and the movement of materials through the digestive system.

Physiology

Contraction 

Neuromuscular junctions are the focal point where a motor neuron attaches to a muscle. Acetylcholine, (a neurotransmitter used in skeletal muscle contraction) is released from the axon terminal of the nerve cell when an action potential reaches the microscopic junction called a synapse. A group of chemical messengers across the synapse and stimulate the formation of electrical changes, which are produced in the muscle cell when the acetylcholine binds to receptors on its surface. Calcium is released from its storage area in the cell's sarcoplasmic reticulum. An impulse from a nerve cell causes calcium release and brings about a single, short muscle contraction called a muscle twitch. If there is a problem at the neuromuscular junction, a very prolonged contraction may occur, such as the muscle contractions that result from tetanus. Also, a loss of function at the junction can produce paralysis.

Skeletal muscles are organized into hundreds of motor units, each of which involves a motor neuron, attached by a series of thin finger-like structures called axon terminals. These attach to and control discrete bundles of muscle fibers. A coordinated and fine-tuned response to a specific circumstance will involve controlling the precise number of motor units used. While individual muscle units contract as a unit, the entire muscle can contract on a predetermined basis due to the structure of the motor unit. Motor unit coordination, balance, and control frequently come under the direction of the cerebellum of the brain. This allows for complex muscular coordination with little conscious effort, such as when one drives a car without thinking about the process.

Tendon 

A tendon is a piece of connective tissue that connects a muscle to a bone. When a muscle contracts, it pulls against the skeleton to create movement. A tendon connects this muscle to a bone, making this function possible.

Aerobic and anaerobic muscle activity 
At rest, the body produces the majority of its ATP aerobically in the mitochondria without producing lactic acid or other fatiguing byproducts. During exercise, the method of ATP production varies depending on the fitness of the individual as well as the duration and intensity of exercise. At lower activity levels, when exercise continues for a long duration (several minutes or longer), energy is produced aerobically by combining oxygen with carbohydrates and fats stored in the body.

During activity that is higher in intensity, with possible duration decreasing as intensity increases, ATP production can switch to anaerobic pathways, such as the use of the creatine phosphate and the phosphagen system or anaerobic glycolysis. Aerobic ATP production is biochemically much slower and can only be used for long-duration, low-intensity exercise, but produces no fatiguing waste products that can not be removed immediately from the sarcomere and the body, and it results in a much greater number of ATP molecules per fat or carbohydrate molecule. Aerobic training allows the oxygen delivery system to be more efficient, allowing aerobic metabolism to begin quicker. Anaerobic ATP production produces ATP much faster and allows near-maximal intensity exercise, but also produces significant amounts of lactic acid which render high-intensity exercise unsustainable for more than several minutes. The phosphagen system is also anaerobic. It allows for the highest levels of exercise intensity, but intramuscular stores of phosphocreatine are very limited and can only provide energy for exercises lasting up to ten seconds. Recovery is very quick, with full creatine stores regenerated within five minutes.

Clinical significance 

Multiple diseases can affect the muscular system.

Muscular Dystrophy 

Muscular dystrophy is a group of disorders associated with progressive muscle weakness and loss of muscle mass. These disorders are caused by mutations in a person’s genes. The disease affects between 19.8 and 25.1 per 100,000 person-years globally.

There are more than 30 types of muscular dystrophy. Depending on the type, muscular dystrophy can affect the patient's heart and lungs, and/or their ability to move, walk, and perform daily activities. The most common types include:

 Duchenne muscular dystrophy (DMD) and Becker muscular dystrophy (BMD)
 Myotonic dystrophy
 Limb-Girdle (LGMD)
 Facioscapulohumeral dystrophy (FSHD)
 Congenital dystrophy (CMD)
 Distal (DD)
 Oculopharyngeal dystrophy (OPMD)
 Emery-Dreifuss (EDMD)

See also 
 Major systems of the human body
 Intramuscular coordination

References

Further reading

External links 

 
 Online Muscle Tutorial
 GetBody Smart Muscle system tutorials and quizzes
 MedBio.info  Use and formation of ATP in muscle
근육계(, 筋肉系)는 골격근, 평활근, 심장근으로 구성된 기관계이다. 몸을 움직이거나 자세를 유지하고, 전신에 혈액을 순환시키는 역할을 한다. 척추동물의 근육계통은 신경계통의 통제를 받고, 일부(심장근과 내장근육 등)는 자율적으로 움직인다. 골격계통과 연합하여 근골격계를 형성한다.

근육 

근육은 크게 골격근, 심장근, 평활근으로 구분된다. 근육은 힘을 내고 몸의 균형과 자세를 유지하며, 움직임을 가능케 하고, 열을 내어 체온을 유지한다.

활동전위가 골격근을 자극하면 각 근섬유분절()은 일제히 수축한다. 근수축을 가장 잘 설명하는 모델은 필라멘트 활주 모형()이다. 액틴과 마이오신 섬유가 서로 겹치면서 수축이 일어난다. 마이오신 미세섬유는 골프 클럽 모양의 머리를 액틴 미세섬유 쪽으로 뻗고 있다.

마이오신 머리에는 액틴 미세섬유와 결합 자리가 있다. 마이오신은 가장 가까운 액틴 필라멘트의 결합자리에 분리와 재결합을 반복하면서 근섬유분절의 중심을 향해 회전한다. 이 과정에는 다량의 에너지(ATP)가 소모된다. ATP는 마이오신 머리와 액틴 미세섬유가 형성한 다리에 결합한다. ATP가 방출하는 에너지로 마이오신 머리가 회전한다. 근육은 ATP를 소량만 저장하기 때문에 계속해서 방출된 ADP를 이용하여 ATP를 빠르게 재생산해야 한다. 근육 조직에 있는 인산 크레아틴이 초기 단계에 ADP를 ATP로 빠르게 재생하는 역할을 한다.

근섬유분절이 수축하는 각 주기에는 칼슘 이온(Ca2+)이 꼭 필요하다. 근육에 수축 자극이 오면 Ca2+가 근육세포질그물()에서 근섬유분절로 방출된다. Ca2+는 미오신이 결합하는 액틴 결합자리를 드러낸다. 근육이 수축을 멈출 때가 되면 Ca2+는 다시 근섬유분절에서 근육세포질그물로 돌아가 저장된다.

유산소 및 무산소성 근육 활동 
신체는 휴식 상태에서 젖산이나 피로성 부산물을 생산하지 않고 산소성 대사를 통하여 미토콘드리아에서 ATP를 생산한다. 운동을 하는 동안에는 운동의 강도, 지속 시간, 개인의 근육량 정도에 따라 ATP 생산 방법이 다양하다. 운동 강도가 낮을 때 오랜 시간(수 분 이상) 운동을 지속하면 신체에 저장된 탄수화물과 지방을 이용한 산소성 대사가 일어난다. 운동 강도가 높아지면 운동을 지속할 수 있는 시간은 강도에 반비례하여 낮아지고 ATP 생산 방법이 산소성에서 무산소성 경로, 즉 인산 크레아틴을 이용하는 체계나 무산소성 해당으로 바뀐다. 산소성 ATP 생산 경로는 생화학적으로 훨씬 느리고 지속 시간이 길고 강도가 낮은 운동을 할 때만 사용되나, 즉각적으로 제거되지 않는 피로성 부산물이 없어 지방이나 탄수화물 분자 대비 ATP 생산량이 높다. 유산소 운동은 산소 전달 체계의 효율을 높여 유산소 대사가 더욱 빨리 일어날 수 있도록 한다. 무산소성 ATP 생산 경로는 ATP 생산 속도가 빠르고 최대 강도에 근접하는 운동을 가능하게 하지만, 젖산이나 신체와 근섬유분절에서 생산되는 피로성 부산물이 많아 고강도 운동을 수 분 이상 지속하지 못하게 한다. 인산을 이용한 체계()는 무산소성이고 이를 통하여 가장 강도가 높은 운동을 할 수 있다. 근육 내에 저장된 인산 크레아틴은 매우 제한적이어서 최대 십 초가량 지속되는 운동에 필요한 에너지만 공급할 수 있고, 회복은 매우 빨라 5분 이내에 크레아틴 저장량이 회복된다.

심장근 

심장근은 가로무늬근이지만 골격근과 달리 근섬유가 옆으로 서로 연결되어 있다. 평활근과 마찬가지로 자의로 조절할 수 없다. 심장세포는 자율신경계의 영향을 받는 굴심방결절()에 의해 통제된다.

평활근 

평활근은 자율신경계의 직접적인 조절을 받고, 의식적으로 움직일 수 없다(불수의적). 평활근 수축은 신경계 자극 이외에도 호르몬, 주변분비물질의 영향을 받는다. 골격근 섬유와 달리 연축에 반드시 활동전위가 필요하지 않다.

심박을 조절하는 근육과 폐 근육 일부는 불수의적이지만 평활근은 아니다.

근육 수축 통제 
신경근육이음부는 운동뉴런이 근육과 만나는 부위이다. 운동뉴런의 시냅스에 활동전위가 도달하면 골격근을 수축시키는 신경전달물질 아세틸콜린은 신경의 축삭 말단에서 방출된다. 아세틸콜린이 근섬유 막의 수용체에 결합하면 활동전위가 T 소관을 따라 진행한다. T 소관의 활동전위는 DHP 수용체의 입체형태를 변화시키고, 근육세포질그물 막에 있는, DHP 수용체와 기계적으로 연결된 라이노다인 수용체(Ca2+ 방출 채널)가 열려 Ca2+가 근육세포질그물에서 근섬유 세포질 내로 방출된다. Ca2+가 트로포닌에 결합하면 트로포미오신이 밀리면서 액틴과 미오신이 결합하는 액틴 결합자리를 드러낸다. 미오신 머리는 치기 동작()을 하고 액틴 필라멘트는 근육원섬유마디 가운데로 미끄러진다.

신경세포에서 온 자극 하나는 Ca2+을 방출시켜서 근육을 짧게 한 번 수축시키는데, 이를 근육 연축()이라 한다. 활동전위가 짧은 간격으로 근육을 자극하거나 신경근육이음부에 이상이 생기면 수축이 연장되면서 강축()이라는 최대 수축 상태가 된다. 신경근육이음부가 기능을 잃으면 마비를 일으킨다.

골격근은 운동뉴런의 여러 갈래 축삭 말단과 연결된 수백 개의 운동 단위로 이루어진다. 운동 단위는 각 근육섬유를 구분하고 통제한다. 운동에 참여하는 운동 단위의 수를 정확하게 조절하여 특정한 환경에 맞춰 반응을 정교하게 일어나도록 할 수 있다. 각 근육 단위가 하나가 되어 수축하면 전체 근육은 미리 계획했던 대로 움직일 수다. 운동 단위의 동조와 균형, 통제는 소뇌의 지휘에 따르기도 한다. 이를 통해 의식적으로 노력하지 않고 근육을 복잡하게 조정할 수 있다. 운전을 하면서 각 개별적인 과정에 신경쓰지 않고도 가능한 것이 이 경우이다.

골격근 

인체에는 약 639개의 골격근이 있다.

그림

같이 보기 
 코리 회로
 인체 근육 목록

각주 및 참고 문헌

내용주

참고 문헌 

근육계
근육