근섬유부터 근육원섬유마디까지 : 근육 구조의 모든 것

뼈대근육은 수축성 조직인 근섬유와 비수축성 조직인 결합조직으로 구성되어 있다. 각각의 근섬유는 많은 근육원섬유(myofibril)로 이루어져 있다. 근육원섬유는 뼈대의 주변 부위로 수축이 발생하는 동안 근육세포의 당기는 힘을 전달한다. 근육원섬유 내에는 근육의 기본 수축단위인 근육원섬유마디(sarco-mere)가 연속적으로 평행하게 배열된 근육잔섬유(myofilament)가 있다. 근육잔섬유는 두 가지 형태의 단백질로 구분된다. 액틴(actin)과 미오신(myosin), 액틴과 미오신은 교차교(cross-bridge) 형태의 연결구조를 통해 근육의 수축과 이완능력을 제공한다. 근섬유를 현미경으로 관찰하면 밝은 띠와 어두운 띠로 구분되는데, A띠는 미오신 필라멘트가 두껍기 때문에 어둡게 보이며, 미오신 필라멘트와 액틴 필라멘트가 겹쳐져있다. I띠는 가는 액틴필라멘트에 의해 밝은 띠를 형성한다. H띠의 중앙에 두꺼운 미오신필라멘트가 있는 부분은 M띠라고 한다. M띠는 위아래 미오신필라멘트가 연결되는 부위이다. 근육잔섬유의 반복되는 단위는 근육원섬유마디이며, 두 개의 Z선 사이에 있다. Z선은 근육잔섬유 사이에 위치하며 근육원섬유마디를 나누고 얇은 필라멘트를 연결하는 역할을 한다. 근육원섬유마디는 근섬유의 활동적인 힘 생성부로 고려된다. 비수축성 조직인 결합조직은 근육원섬유들을 둘러싸는 근육속막(endomysium), 근섬유다발을 싸고 있는 근육다발막(perimysium), 전체 근육을 싸고 있는 근육바깥막(epimysium)이 있다. 근육속막은 모세혈관으로 통하는 길을 제공하고, 근섬유와 모세혈관 사이의 대사산물 교환을 촉진하는 역할을 한다. 근육다발막은 각 다발을 둘러싸고 있는 더 강한 결합조직이다. 근육바깥막 역시 강하며 근육다발막의 바깥쪽 막과 연속되어 있으며, 힘줄과 근막 또는 널힘줄을 형성하는 결합조직과 섞인다. 근육에서 결합조직은 기능적으로 중요한 역할을 수행하며, 각 섬유와 다발(fasciculi)의 독립적인 움직임과 힘줄, 널힘줄(aponeuroses)과 뼈와 같은 인접 구조로 수축성 힘을 전달하고, 생체역학적인 응집을 제공한다. 근섬유는 신경지배, 생리학, 생화학, 미오신 ATPase 활동과 순환에 따라서 주로 세 가지 그룹의 섬유 : type I, IIA, IIB로 구분된다. Type I 섬유는 적(red) 또는 느린 연축 근육섬유로 불리며, 수축하는데 약 75ms가 걸린다. 이 섬유는 미오글로빈(myoglobin) 농도가 높기 때문에 적색이고, 미토콘드리아가 풍부하고 산화적 효소에 반응한다. Type I 긴장성 섬유는 조밀한 혈관공급을 가지고 있어 지구력을 위해 적합하며, 또한 관절 주위에서 작용하는 근육에 더 많이 분포되어 있어 관절 축에 대한 기능적 안정성을 제공하고, 항중력 또는 자세 근육으로 작용한다. Type II, 빠른 연축 근육섬유는 대략 25ms 내에 수축한다. Type II 섬유는 해당 작용으로 에너지를 획득하는 type IIB 섬유와 산화적 인산화 유형인 type IIA 섬유로 구분된다. Type IIB 섬유는 빠르고 강한 수축을 위해 에너지를 빠르게 생성하는 능력과 관련된 높은 수준의 미오신 ATPase가 있으며, type IIA 섬유는 느린 연축섬유와 빠른 해당성 섬유의 혼합섬유로서 빠르고 강한 수축 능력과 느린 연축 근섬유만큼 길지는 않지만 수축을 길게 유지할 수 있다. 일반적으로 type II 섬유는 type I 섬유보다 미토콘드리아가 더 적고, 에너지 생성을 위해 해당 과정을 사용하므로 피로 내성(fatigue resistant)이 더 낮다. 척추(사이)원반(추간판)은 세 가지 부분으로 구성되어 있다. 섬유테(annulus fibrosus), 속질핵(nucleuspulposus), 연골성 종판(cartilaginous endplate), 섬유테는 속질핵을 둘러싸고 있으며, 연골성 종판은 섬유테와 속질핵의 윗면과 아랫면을 덮고 있다. 원반은 세포와 세포바깥바탕질로 이루어져 있고, 세포는 콜라겐과 프로테오글리칸을 합성하여 원반의 틀을 유지하고 치유한다. 원반의 구조적인 온전함과 생체역학적인 특성은 프로테오글리칸과 물의 상호작용에 의한다. 척추(사이)원반은 무혈관 구조이지만, 원반의 가장자리는 혈관으로부터 영양분을 제공받는다. 원반의 체중부하와 내적인 윤활 특성은 여러 종류의 프로테오글리칸의 친수 특성에 기인한다. 케라틴황산염, 콘드로이틴황산염, 히알루론산은 원반에서 발견되는 글리코사아미노글리칸(Glycosaminoglycan : GAG)이다. 속질핵은 원반의 중심부에 있는 콜라겐과 프로테오글리칸으로 구성된 반유동체 점액 물질이다. 속질핵의 세포들은 연골세포와 비슷하며, II형 콜라겐과 프로테오글리칸을 형성한다. 속질핵의 70~90%는 물이고, 나이가 들면서 감소한다. 콜라겐은 핵에 인장강도를 제공하고, 프로테오글리칸은 물과 상호작용하여 압박에 대한 복원력(resilience)과 조직 강직(stiffness)을 제공한다.