Od redakcji „Evolution News & Science Today”: Lekarze należą do grupy osób szczególnie zainteresowanych argumentacją na rzecz projektu – być może dlatego że w odróżnieniu od biologów ewolucyjnych lepiej zdają sobie sprawę z wyzwań związanych z utrzymywaniem funkcjonalności złożonego systemu, jakim jest ludzkie ciało. Mając to na uwadze, z przyjemnością przedstawiamy cykl tekstów zatytułowany „The Designed Body” [Zaprojektowane ciało]. Wszystkie artykuły opublikowane w tym cyklu można znaleźć na stronie „Evolution News & Science Today”. Doktor Glicksman praktykuje medycynę paliatywną w hospicjum.
Abyś mógł czytać ten akapit w pozycji siedzącej, twoje ciało musi wykonywać kilka czynności naraz. Siedzenie prosto wymaga nieustannego koordynowania mięśni kręgosłupa i kończyn, zaangażowanych w utrzymywanie tej pozycji. Abyś mógł podążać wzrokiem za tymi słowami, potrzebujesz mięśni szyi i oczu, a także aparatu przedsionkowego, który utrzymuje obraz we właściwej pozycji w trakcie poruszania głową. Twoje oczy muszą przetwarzać światło odbijające się od ekranu i przekształcać je w coś, co nazywamy obrazem. Abyś mógł zrozumieć, co czytasz, twój mózg musi w małych, ciemnych szlaczkach rozpoznać fragmenty słów do odczytania i przekształcić je w pojęcia myślowe.
Jak więc zachodzi ten proces? Najprostsza odpowiedź jest taka, że dzięki współpracy twoich nerwów i mięśni możesz między innymi czytać i rozważać treść tego akapitu. Odpowiedź ta nie wyczerpuje kwestii, w jaki sposób zachodzi ten proces. W kilku kolejnych artykułach wyjaśnię, w jaki sposób czynności nerwowo-mięśniowe pozwalają ciału radzić sobie z prawami przyrody. Na początku krótko zostanie omówione działanie komórek nerwowych i mięśniowych na poziomie cząsteczkowym i sposób ich organizacji w organizmie.
Ludzkie komórki w spoczynku charakteryzuje występowanie ujemnego ładunku wewnątrz i dodatniego ładunku na zewnątrz błony komórkowej. Zróżnicowanie ładunków po obu stronach błony komórkowej wytwarza tak zwany spoczynkowy potencjał błonowy. Komórki nerwowe (neurony) i komórki mięśniowe (miocyty) są pobudliwe, co oznacza, że po odpowiedniej stymulacji mogą odwrócić tę spoczynkową polaryzację błonową. Dzięki temu, że specyficzne kanały białkowe1 komórki pozwalają na gwałtowny napływ jonów sodu (Na+), ładunek wnętrza zmienia się na dodatni w stosunku do otoczenia komórki. Proces ten określa się mianem depolaryzacji.
W trakcie depolaryzacji elektryczny przekaz przesuwa się wzdłuż komórki, sprawiając, że do wnętrza neuronu przechodzą także jony wapnia (Ca++). Nagły wzrost stężenia jonów Ca++ w cytozolu2 neuronu stanowi sygnał do uwolnienia neuroprzekaźnika. Neuroprzekaźnik wydostaje się z neuronu i wywiera wpływ pobudzający lub hamujący na inny neuron lub miocyt.
Gdy komórka mięśniowa zostaje odpowiednio pobudzona i strumień napływających gwałtownie jonów Na+ powoduje depolaryzację jej błony, miocyt uwalnia ze zbiornika nazywanego siateczką sarkoplazmatyczną jony Ca++. To nagłe zwiększenie stężenia jonów Ca++ w cytozolu miocytu umożliwia wzajemne interakcje kurczliwych białek aktyny i miozyny. Interakcje tych białek wywołują skurcz mięśni. Jest on stosunkowo krótki, ponieważ jony Ca++ są szybko pompowane z powrotem do siateczki sarkoplazmatycznej, co powoduje rozłączenie aktyny i miozyny i zakończenie skurczu.
Każdy mięsień szkieletowy składa się z wielu indywidualnych miocytów, ułożonych równolegle do siebie i pogrupowanych w pęczki mięśniowe3. Na obu końcach każdego włókna w pęczku mięśniowym znajduje się tkanka łączna włóknista tworząca ścięgna, które zazwyczaj przyczepiają mięsień do dwóch różnych kości, przebiegając ponad położonym między nimi stawem4. Koniec przytwierdzony do kości nieruchomej podczas skurczu mięśnia to przyczep początkowy, a koniec zbliżający jedną z kości do drugiej to przyczep końcowy.
W większości stawów występują komplementarne pary mięśni, pozwalające na poruszanie stawem w tę i z powrotem wzdłuż konkretnej płaszczyzny. W ten sposób ciało korzysta z mięśni. Na przykład przyczep początkowy mięśnia dwugłowego ramienia znajduje się tuż powyżej stawu ramiennego na łopatce, a jego przyczep końcowy leży po wewnętrznej stronie przedramienia. Gdy dochodzi do skurczu mięśnia dwugłowego ramienia, przedramię zbliża się do ramienia, a łokieć zgina się, unosząc pięść jak u pozującego atlety. Przekonaj się sam: zegnij maksymalnie łokieć z dłonią zwróconą ku twarzy, a następnie połóż drugą rękę na mięśniu dwugłowym ramienia, by poczuć jego skurcz.
Dla porównania, przyczep początkowy mięśnia trójgłowego ramienia znajduje się tuż poniżej stawu ramiennego na łopatce, a jego przyczep końcowy leży z tyłu łokcia. Gdy dochodzi do skurczu mięśnia trójgłowego ramienia, przedramię odsuwa się od górnej części ręki, a łokieć prostuje się, odsuwając pięść od barku. Przekonaj się sam: wyprostuj maksymalnie łokieć, a następnie połóż drugą rękę na mięśniu trójgłowym ramienia, by poczuć jego skurcz.
Układ mięśniowo-szkieletowy składa się z ponad 200 kości i około 600 przytwierdzonych do nich mięśni, zwykle przebiegających nad stawem złożonym z dwóch lub większej liczby kości. Kości wchodzące w skład stawów najczęściej mają możliwość ruchu w dwóch lub większej liczbie kierunków dzięki parom komplementarnych mięśni, takich jak zginające i prostujące łokieć mięśnie dwugłowy i trójgłowy ramienia. Za sprawą kontrolowanych skurczów i rozkurczów mięśni – kości mogą się poruszać, umożliwiając ciału oddychanie, przemieszczanie się i wywieranie wpływu na otoczenie.
Pod względem organizacji układ nerwowy przypomina operację wojskową. Generał i jego sztab otrzymują od zwiadowców informacje dotyczące lokalizacji i poczynań wroga. Na podstawie tych informacji podejmowane są strategiczne decyzje i wydawane rozkazy dla żołnierzy. To jednak nie wszystko. Sztab dowodzenia musi być na bieżąco z sytuacją w terenie, by dostosowywać się do dynamicznych zmian okoliczności.
Podobnie jest z układem nerwowym organizmu, podzielonym na ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy. W nerwach obwodowych znajdują się wiązki neuronów czuciowych, które przesyłają do sztabu dowodzenia informacje dotyczące tego, co się dzieje wewnątrz i na zewnątrz ciała. W tych neuronach znajdują się także wiązki neuronów ruchowych odbierające rozkazy z centrali i przekazujące je mięśniom. Składający się z mózgowia5 i rdzenia kręgowego ośrodkowy układ nerwowy stanowi sztab dowodzenia, który otrzymuje informacje od narządów zmysłów, analizuje je i porównuje z innymi informacjami. Następnie wydaje rozkazy dotyczące wykonania czynności skoordynowanych, celowych i ukierunkowanych na osiągnięcie konkretnego rezultatu.
Ogólnie rzecz biorąc, rdzeń kręgowy porządkuje i przesyła do mózgowia przekazy czuciowe, które otrzymuje od nerwów obwodowych. Ponadto porządkuje przekazy ruchowe z mózgowia i wysyła je do różnych okolic ciała za pośrednictwem nerwów obwodowych. Jednak prawa przyrody (jak grawitacja) na nikogo nie czekają, więc ośrodkowy układ nerwowy wykształcił specyficzne wobec bodźca, szybkie reakcje odruchowe, obsługiwane przez rdzeń kręgowy i pień mózgu, aby zapobiec urazom i utrzymać postawę ciała podczas wykonywania określonych czynności. Te reakcje chronią ciało przed siłami przyrody, dając mu szanse na przetrwanie.
Właśnie poznaliście działanie komórek nerwowych i mięśniowych na poziomie cząsteczkowym i sposób ich organizacji w organizmie. Następnym razem przyjrzymy się niektórym czujnikom, które ciało wykorzystuje do monitorowania tego, co wewnątrz i na zewnątrz.
Pamiętajcie, że według biologów ewolucyjnych liczne kości tworzące wiele stawów, którymi można poruszać w różnych kierunkach za pomocą par komplementarnych mięśni pod kontrolą układu nerwowego, to wyłączne dzieło procesów przyrodniczych. Jak napisał do mnie kiedyś pewien doświadczony pediatra: „Przedkładanie darwinizmu nad Twórczą Inteligencję przeczy rozumowi, prawdziwej inteligencji, a nawet najzwyklejszemu zdrowemu rozsądkowi”. Sam bym tego lepiej nie ujął.
Howard Glicksman
Oryginał: Muscles and Nervous System: Keeping the Body Moving, „Evolution News & Science Today” 2016, July 23 [dostęp 25 X 2023].
Przekład z języka angielskiego: Weronika Kokot
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 25.10.2023
Przypisy
- Specyficzność kanałów białkowych polega na tym, że przepuszczają tylko jony o określonej budowie, na przykład kationy sodu (przyp. tłum.).
- Cytozol – roztwór wypełniający komórkę (przyp. tłum.).
- Schemat budowy włókna mięśniowego – por. K. Radlak, Włókno mięśniowe, „Portal Fizjoterapeuty” 2022, 27 lipca [dostęp: 29 V 2023] (przyp. tłum.).
- Schemat budowy przykładowego ścięgna – por. K. Radlak, Ścięgno Achillesa, „Portal Fizjoterapeuty” 2022, 6 października [dostęp: 29 V 2023] (przyp. tłum.).
- Mózgowie to znajdująca się w czaszce część ośrodkowego układu nerwowego. Częścią mózgowia jest mózg. Por. K. Radlak, Mózgowie, „Portal Fizjoterapeuty” 2022, 17 października [dostęp: 29 V 2023] (przyp. tłum.).
Literatura:
1. Radlak K, Mózgowie, „Portal Fizjoterapeuty” 2022, 17 października [dostęp: 29 V 2023].
2. Radlak K., Włókno mięśniowe, „Portal fizjoterapeuty” 2022, 27 lipca, [dostęp: 29 V 2023].
3. Radlak K., Ścięgno Achillesa, „Portal Fizjoterapeuty” 2022, 6 października [dostęp: 29 V 2023].