근육 (筋肉 muscle)
신체의 운동을 관장하는 세포집단. .
설명
신체의 운동을 관장하는 세포집단. 근(筋)이라고도 한다.
사람의 근육
근은, 그 구조와 기능상에서 3종류로 분류된다. 제1은, 주로 골격에 부착해서 골격을 움직이거나 지탱하는 골격근(骨格筋), 제2는 심장의 벽을 만들고 있는 심근, 제3은 내장기관(內臟器官) 중에 널리 분포하고 그 기관들을 움직이는 넓은 의미에서의 운동을 담당(관리)하는 내장근(內臟筋)이다. 일반적으로 근육이라 하는 경우에는 골격근을 가리키는 경우가 많다. 근의 운동의 주체가 되는 것은 근을 구성하는 근세포(근섬유라고도 한다)로서, 개개의 근세포가 수축해서 근 전체의 수축활동이 된다. 근세포에는 광학현미경하에서 가로무늬[橫紋(횡문)]가 보이는 가로무늬근 세포와 가로무늬가 없는 민무늬근 세포가 있다. 골격근·심근은 가로무늬근 세포로 이루어지고 내장근은 민무늬근 세포로 구성되어 있다. 골격근은 의지에 의해 움직이기 때문에 수의근(隨意筋)이라 불리며, 심근과 내장근은 의지에 관계없이 움직이므로 불수의근이라 불린다. 이는 골격근의 지배가 의지의 신호를 전하는 운동신경에 의해서 행해지는 것과는 달리 내장근·심근의 지배는 자율신경에 의해 행해지기 때문이다. 그러나 심근은 자율신경 지배 외에 자율신경의 신호를 받지 않더라도 자동적으로 수축운동을 반복하는 자극전도계(흥분전도계라고도 한다)를 심근의 내부에 지니고 있다. 골격근은 근세포가 집합해서 근다발을 만들고 그것이 몇개씩 모여서 1개의 근개체(筋個體)를 형성하는데, 각각의 근개체는 결합조직성 근막(筋膜)에 의해 둘러싸여진다. 골격근은 하나의 뼈와 다른 뼈 사이에 걸쳐서 부착되는데 이 부착은 근조직에서 이행(移行)하는 건(腱；힘줄)에 의해 행해지고 있다. 골격근이 뼈를 움직이는 경우, 뼈와 함께 이동하는 부착부를 정지부(停止部), 뼈와 함께 고정되어 있는 부착부를 기시부(起始部)라 한다. 골격근은 그 형태에 따라서 방추상근(紡錘狀筋)·우상근(羽狀筋)·반(半)우상근·이두근(二頭筋)·삼두근·윤상근(輪狀筋)·이복근(二腹筋) 등으로 구별되며, 근의 기능에 따라서 굴근(屈筋)·신근(伸筋)·내전근(內轉筋)·외전근·회선근(回旋筋)(수족인 경우 回內筋·回外筋)·거상근(擧上筋)·하제근(下制筋)·괄약근(括約筋)·산대근(散大筋) 등으로 분류된다. 골격근은 대부분의 경우 단독근보다도 복수근으로 활동하는데 그 기능의 주력이 되는 것을 주요작동근(主要作動筋)이라 한다. 활동시 서로 반대되는 작용을 하는 것이 길항근(拮抗筋)이고, 주요작동근과 같은 기능을 동시에 발휘하는 것이 협력근이다. 근의 수축활동의 주체인 근세포는 근의 크기에 따라 여러 모양이 있는데 가로무늬근세포의 길이는 수㎜에서 150㎜에 이르며, 굵기는 약 10∼100(1미크론은 1000분의 1㎜. 마이크로미터라고도 한다)이다. 민무늬근 세포도 분포하는 기관에 따라서 여러 가지이지만 표준적인 길이는 약 40∼200, 혈관벽에서는 약 20이 된다. 굵기는 약 4∼20이다. 임신자궁벽에서는 길이 약 500∼800에 달한다. 근세포의 세포원형질(근형질이라고도 한다) 내에는 근원섬유(筋原纖維:筋細纖維)가 세포의 수축활동의 기본으로 되어 있다. 근세포의 가로무늬는 근원섬유에 존재하는 가로무늬의 집속(集束)의 결과로서 나타난 것이다. 근원섬유의 가로무늬는 단(單)굴절성의 밝은 I대(isotropic band)와 복굴절성의 어두운 A대(anisotropic band)가 서로 번갈아가며 주기적으로 배열하는 데서 나타나는 것으로서, A대는 다소 폭이 넓다. I대의 중앙에는 암조(暗調)의 가느다란 선이 존재하는데, 이를 Z막이라 하고, Z막과 Z막 사이를 근절(筋節；sarcomere)이라 부르며, 근원섬유의 구조 및 수축활동의 단위가 된다. 근원섬유를 전자현미경으로 관찰하면 규칙적으로 배열되는 2종류의 필라멘트[筋細絲(근세사)]로 되어 있음을 알 수 있다. 그 하나는 굵은 필라멘트 ＜미오신필라멘트；길이 약 1.5, 굵기 약 100∼150Å(1Å은 0.1mμ)＞이고 다른 하나는 가는 필라멘트(액틴필라멘트；길이 약 1 , 굵기 약 50∼70Å)로서 굵은 필라멘트는 A대의 전길이에 걸쳐서 서로 일정간격으로 배열돼 있고, 가는 필라멘트는 Z막의 양쪽으로부터 뻗어서 A대의 굵은 필라멘트의 각각의 사이로 들어간다. 암조(暗調)의 A대는 양(兩) 필라멘트가 겹친 부분이고, I대는 가는 필라멘트뿐인 배열부분이다. 양 필라멘트는 단백분자로써 구성되어 있다. 근섬유의 수축은 굵은 필라멘트 사이에 가는 필라멘트가 서로 더한층 깊게 미끄러져 들어감으로써 발생된다고 여겨지고 있다. 민무늬근섬유의 필라멘트에서는 2종류의 필라멘트가 구별되나, 굵은 필라멘트는 부정(不定)하게 존재한다. 심근원섬유의 가로무늬구조는 골격근과 동일하다. 골격근에는 육안으로 빨갛게 보이는 적근과 하얗게 보이는 백근이 있고, 적근은 근원섬유가 적고 근형질(筋形質)이 풍부하며, 백근은 근원섬유가 빽빽이 있으며 근형질이 적다. 적근은 완만한 지속적인 운동을 하고 쉬 피로해지지 않으나, 백근은 급속한 운동을 하며 피로해지기 쉽다. 인간에게는 순수한 적근·백근은 적지만, 하퇴삼두근(下腿三頭筋)의 일부인 넙치근·안근(眼筋) 등은 적근세포가 많고, 복근(腹筋)이나 경부(頸部)의 흉쇄유돌근(胸鎖乳突筋) 등은 백근(白筋)섬유가 많다. 골격근은 전적으로 뼈의 움직임(운동)에 관여하는 근으로서, 전신에 약 400개가 있다. 그러나 골격근 중에는 피부에 부착해서 피부를 움직이는 근(皮筋)도 있다. 얼굴의 표정을 바꾸는 안면근, 경부에서 피부에 주름을 만드는 광경근(廣頸筋) 등이 피근의 예이다. 골격근에는 그 활동을 원활히 하고 효과적으로 하기 위해 갖가지의 보조장치가 있다. 이들 보조장치에는 건초·근활차(筋滑車)·근막·활액포(滑液包) 등이 포함된다. 개개의 골격근에는 운동신경이 분포하여, 근에 수축신호를 보내는데, 1개의 운동신경섬유는 근 안에서 갈라져 나가 다수의 근세포에 도달하고, 개개 근세포의 표면에서 운동종판(終板)이라고 부르는 특별한 장치를 만들어서 흥분을 근세포에 전한다. 근의 긴장상태의 정보를 중추에 보내는 것은 감각신경으로 그 신경섬유가 분포되어 있는 자극수용장치를 근방추(筋紡錘)라 한다. 근방추는 신장수용기(伸張受容器)이다.
근육과 수축
근육의 움직임이란 그 길이가 짧아지는 것이고 이를 수축이라 한다. 이런 경우의 수축이란 부피는 항상 대략 일정하고, 길이만이 짧아지는 것이다. 따라서 수축되어 있는 근육의 굵기는 수축 전보다도 굵어진다. 알통[力瘤(역류)]이라는 것은 상완(上腕)의 근육이 수축으로 인해 굵어진 것이다. 이상과 같이 수축은 골격근·심근·민무늬근에 공통되는 현상이나 수축의 속도는 각기 모두 다르다. 골격근은 매우 빠르고 그 다음이 심근, 민무늬근으로 극히 완만하다. 골격근의 경우는 수축에 의해 관절이 움직여 운동이 된다. 사람의 신체에는 약 400개의 크고 작은 각양각색의 골격근이 있어서 급속하고도 복잡한 운동을 할 수 있다. 심근이나 내장근은 뼈와는 관계가 없고, 주머니꼴의 장기(臟器)의 벽에 분포되어 있으므로, 이들 근이 수축함으로써 주머니의 내용물이 밖으로 밀어내어진다. 예컨대 심장은 혈액을, 방광은 오줌을 밀어내는 것 등이다. 골격근의 수축현상을 살펴보면, 우선 운동신경으로부터의 임펄스가 근섬유의 종판부(終板部)에 달하면 근에는 활동전위(電位)가 발생한다. 이어서 활동전위라는 전기적인 현상이 단축이라는 역학(力學)현상으로 변환되는 흥분수축연관(連關)이 일어난다. 그리하여 필라멘트의 미끄럼가락에 의해 수축이 일어나는데 이것들은 모두 근섬유내의 미세한 구조를 돌면서 행해진다. 근섬유를 매우 얇게 잘라 근절(筋節)내를 전자현미경으로 보면 보통의 현미경으로는 겨우 보일 정도의 가느다란 근원섬유도 실은 더한층 가느다란 필라멘트의 집합임을 알게 된다. 가는 필라멘트와 굵은 필라멘트가 겹쳐진 부분을 횡단면에서 보면 1개의 굵은 필라멘트의 주위를 6개의 가느다란 필라멘트가 정연히 둘러싸고 있다. 굵은 필라멘트는 미오신이라는 단백질로 되고, 가느다란 필라멘트는 액틴이라는 단백질을 주성분으로 한다. 가느다란 필라멘트에는 액틴 외에도 트로포닌과 트로포미오신이라는 단백질이 붙어 있다.
홍분수축연관(전기신호에서 수축으로)
근섬유의 흥분, 즉 종판부에서 시작된 활동전위는 근섬유 표면의 세포막 위를 말단까지 전파(傳播)되어 가지만, 세포막은 Z막부에서 횡행소관(橫行小管)이 되어 근섬유의 중앙까지 들어가 있으므로 활동전위는 이 소관을 따라서 근 내부까지 전파되어 간다. 활동전위에 의한 막(膜)전위의 변화는 근절(筋節) 내부에 있는 근소포체(筋小包體)에 비축되어 있는 칼슘이온을 방출시킨다. 방출된 칼슘이온은 가는 필라멘트 위에 있는 트로포닌과 결합하고 트로포미오신의 변형을 가져온다. 트로포미오신은 굵은 필라멘트의 미오신과 가는 필라멘트의 액틴이 결합하는 것을 방해할만한 위치에 있으나 변형으로 인해 이런 방해는 제거되며, 미오신 분자의 머리부분이 액틴과 결합해서 연결교(크로스브리지)를 형성한다. 미오신에는 아데노신3인산(ATP) 분해효소작용이 있으므로 ATP분해가 일어나고 그 에너지에 의해 연결교가 운동하며, 가는 필라멘트와 굵은 필라멘트는 서로 엇갈린다. 운동이 다 끝난 연결교는 즉각 해리(解離)되고 원상으로 되돌아가나, 만일 칼슘이온 농도가 충분하다면 트로포미오신의 방해는 제거된 채가 되고, 재차 연결교가 형성되어서 서로 엇갈리는 일이 계속된다. 이렇게 해서 점차로 가는 필라멘트는 굵은 필라멘트의 중앙으로 당겨져 들어가고, 결국에는 근섬유 전체의 길이가 단축되어 가게 되는데 이를 ＜근수축의 활주설(滑走說)＞이라 한다. 칼슘이온이 근소포체에 거두어들여져 그 농도가 저하되면 트로포미오신이 액틴과 미오신 사이에 끼어드는 형태가 되고 연결교가 형성되지 않게 되면서 근은 이완된다.
에너지 소비
근은 수축에 의해 에너지를 소비하나, 에너지의 전부가 일로 바뀌는 것은 아니고, 75％ 이상은 열로 화해서 없어진다. 중량을 지탱하는 수축일 때는 일을 하지 않으므로 에너지는 모두 열로 화해서 방산(放散)된다. 이같이 근의 수축은 열생산(熱生産)을 수반하므로, 운동하면 몸이 따뜻해진다. 에너지 중 일이 되는 부분과 열이 되는 부분의 비(比), 즉 ＜효율＞은 들어올리는 중량이 클수록 또한 수축의 속도가 더딜수록 양호해지는데, 일정한 중량을 초과하거나, 너무나 천천히 단축되는 경우는 도리어 불량해진다. 근의 수축은 ATP 분해의 에너지에 의해 행해지는데, 수축을 계속할지라도 근육 내의 ATP는 감소되지 않는다. 이는 근육 안에는 크레아틴인산이 풍부하게 존재하며 ATP분해의 결과 발생한 아데노신2인산(ADP)에다 인산을 부여해서 재차 ATP를 만들고 스스로는 크레아틴이 되기 때문이다. 이 결과 크레아틴인산이 소모돼서 크레아틴이 증가하는데, ATP는 크레아틴인산이 없어지지 않는 한 소모되지 않는다. ATP는 근육내의 포도당이 분해하는 반응, 즉 해당(解糖)이라든지 세포내 호흡 등의 대사(代謝)의 결과 합성된다. 수축이 끝난 근에서는 이상의 반응이 반대방향으로 진행하고, 결국 크레아틴인산이 재차 축적되어진다. 그런데 해당과정의 결과 포도당은 젖산으로 분해되는데, 만일 산소의 공급이 충분하다면 젖산은 발생치 않으며 해당 산물은 호흡과 켤레반응에 의해서 물과 이산화탄소만을 발생하며 ATP합성도 현저히 능률이 좋아진다. 예컨대 산소의 공급이 전혀 없는 경우와 비교해서 1분자의 포도당 분해로 합성되는 ATP의 양은 19배나 된다. 그 결과 산소 소비 1㎖당 약 5㎈의 에너지가 생성된다. 따라서 격한 운동과 수축을 하는 경우는 산소의 공급이 충분한지의 여부가 중요한 문제로 된다. 포도당이나 산소는 혈액에 의해서 근육으로 보내진다. 운동 중 산소를 충분히 공급하기 위해서는 호흡운동을 왕성히 함으로써 혈액중의 산소농도를 높임과 동시에 근의 혈액순환량을 높여야 한다. 이 때문에 운동시에는 심장박동수가 증가하고, 근육의 휴지(休止) 모세혈관도 열리게 되어 다량의 혈액이 흐르는 것이다.
근피로(筋疲勞)
근이 수축을 계속하면 점차로 근의 힘이 약해지고 단축량(短縮量)이나 힘이 줄어들게 된다. 이를 근피로라 한다. 그 원인은 피로물질이 근육내에 고이기 때문이라고 생각되고 있다. 피로물질이란 예컨대 젖산 따위로서 산소의 공급이 불충분한 경우는 해당의 결과 이러한 물질이 대대적으로 발생하여 근육내가 산성으로 기울고 각종 화학반응의 촉매로서 작용하는 효소의 기능이 임무를 할 수 없게 된다. 따라서 너무 과도하게 사용한 근육에는 이른바 ＜결림(뻐근함)＞이 일어나는 것이다. 보통 피로라고 할 때는 단순한 근피로뿐만 아니고 신경으로부터 근육에 흥분이 전달되는 것이라든지 뇌안의 신경기서(機序:메커니즘)의 피로도 더해지기 때문에 근육 자체는 피로 상태가 아닐지라도 움직임이 원활하지 않다든지 피로감을 느끼게 되는 현상이 나타난다. 그러나 이같은 경우에도 혈액 가운데에 젖산이나 이산화탄소 같은 산이 많아지는 데 그 원인이 있는 경우가 많다.
동물의 근육
근육, 즉 수축성 단백질인 액틴과 미오신을 함유하며 능동적 수축·이완을 행할 수 있는 세포(근세포)의 모임인 조직은 해면(海綿)동물을 제외한 모든 후생(後生)동물에 존재한다. 해면동물에는 근세포의 맹아적(萌芽的) 형태라 할 수 있는 미오사이트가 있다. 근세포는 보통 가늘고 길기 때문에 근섬유라고도 불린다. 척추동물·갑각류·연체류의 근육에는 부피가 있고 맛 좋은 부분이 많아, 그 대부분은 식육으로서 이용된다. 척추동물은 골격근과 심근은 가로무늬근이고 내장이나 혈관의 근육은 민무늬근이다. 무척추동물에도 가로무늬근과 민무늬근이 있는데, 이것들 외에 연체동물·환형(環形)동물 중의 어떤 것에는 사문근(斜紋筋)이 있다. 사문근이란, 근육의 세로 방향으로 향해서 비스듬히 가로무늬가 있는 근육을 말한다. 척추동물의 골격근은 그 양단(兩端)에다 결합조직성인 건(腱)을 부수(附隨)시키고 있고, 이것으로써 골격에 묶여 있다. 건, 즉 힘줄은 다시금 근육 전체를 덮음으로써 건주막(腱周膜)을 구성하고 있다. 근섬유는 다핵(多核)세포로 구성된 이른바 신시튬으로서 가늘고 길며, 한쪽 근육 끝의 힘줄로부터 다른쪽 끝의 힘줄에까지 미치고 있다. 한편, 심근이나 민무늬근에서는 원기둥모양 또는 방추모양의 비교적 짧은 단핵(單核)의 근세포가 대략 평행으로 줄을 지어 있어서 그물코꼴로 결합되어 있다. 소화관이나 혈관의 벽에는 저마다 독자적인 주행(走行)을 지닌 고리모양의 환상근이라든지 종주근(縱走筋)의 층이 결합조직의 층과 강하게 붙어서 존재한다. 근섬유에는 미오신을 주로 하는 굵은 필라멘트와 액틴을 주로 하는 가는 필라멘트가 있고, 가로무늬근에서는 이것들이 규칙적으로 배열되며, 그 결과 A대 I대가 발생하는 것은 사람의 경우와 마찬가지이다. 각 필라멘트는 횡단면에서 보면 육각격자 위에 규칙적으로 배치되어 있다. 양(兩) 필라멘트를 구성하는 액틴이나 미오신 분자도 이중나선을 이루고서 규칙적으로 늘어놓여 있기 때문에 근원(筋原)섬유 내의 거대분자의 구조가 지니는 수축이나 이완의 각 상태에서의 모양은 선 회절에 의해 연구될 수 있다. 근육의 수축방식은 근육의 종류에 따라서 달라진다. 척추동물 골격근의 단(單)수축섬유 및 척추동물의 심근은 단일의 활동전위에 의해 단(單)수축이라는 신속한 일과성(一過性) 수축을 한다. 근섬유 각각의 단수축은 이를 행하게 하는 자극에 대해서 ＜전부냐 무냐의 법칙＞에 따른다. ＜전부냐 무(無)냐의 법칙＞이란 단일 근섬유의 활동전위에서는 자극이 약할 때에는 아무런 반응도 일지 않으나, 자극이 어느 일정한 강도에 달하면 일정한 크기의 반응(수축)이 일고, 그 반응의 크기가 자극의 강약에 의해서 대소의 차를 발생시키는 일은 없다는 법칙이다. 그러나 골격근에서는 자극의 세기를 증대시키면, 이에 따른 근섬유의 수가 늘고, 근육 전체로서는 단수축의 크기가 증대되는 경우가 있다. 심근의 경우는 근섬유간에 전기적 결합이 있기 때문에 전체적으로 이 법칙에 따르게 된다. 또 골격근의 단수축섬유에서는, 활동전위가 적당한 간격으로 반복되면 단(單)수축의 가중이라는 현상이 일어난다. 또 이 반복빈도가 충분히 높은 경우에는 활동전위가 이어지는 동안 단수축의 몇배 크기의 지속적 강축(强縮)이 일어난다. 심근에서는 이와는 달리 활동전위의 불응기(不應期)가 길기 때문에 반복자극에 대해서도 정상(正常)으로는 강축(强縮)을 일으키는 일이 없다. 또 척추동물의 골격근 근섬유 중 개구리 따위에서 보게 되는 지(遲)섬유 또는 척추동물의 민무늬근이나 무척추동물의 근육에서는 탈분극(脫分極)의 정도에 따른 단계적 수축이 일어난다. 탈분극이란, 일반적으로 세포내는 세포막을 경계로 하여 전위가 음(陰)인데, 통전(通電) 등이 있을 때 이것이 감소되는 상태를 말한다. 이 수축에서는 탈분극이 국소적(局所的)이면 수축도 국소적이고, 보통 탈분극이 이어지는 한 지속되므로 자주 긴장이라고도 불린다. 척추동물의 골격근은 운동신경의 지배를 받아서 수축하나, 심근·민무늬근은 자율신경과 호르몬의 지배하에 있다. 무척추동물의 근육에서도 신경이나 호르몬의 지배를 받고 있는 것이 많고 개중에는 갑각류의 골격근처럼 2중·3중의 신경지배를 받고 있는 것도 있다. 수축의 짜임도 앞에 나온 ＜흥분수축연관(連關)＞대로이지만 이 상호작용은 칼슘이온에 의해서 활성화된다. 따라서 수축이 일어나기 위해서는 필라멘트 주위의 칼슘이온 농도가 높아질 필요가 있다. 칼슘이온의 작용부위는 척추동물의 골격근에서는 가는 필라멘트 위에 존재하는 트로포닌인데, 이매패류의 폐개근 등에서는 굵은 필라멘트 위에 있다. 또한 곤충의 근육처럼 양(兩) 필라멘트 위에 있는 것도 있다. 이처럼 칼슘이온에 의해서 수축의 활성화가 일어나는데, 곤충의 비동기비상근(非同期飛翔筋)에서는 이것만으로는 불충분하며, 알맞게 신장(伸張)되게 됨으로써 한층 더 활성화가 일어난다. 이런 성질에 의해서 비동기비상근에서는 탄성적 지지구조(支持構造)와의 사이에서 공명(共鳴)을 일으키고, 매초 수백회나 되는 고빈도(高頻度)의 율동적 수축이 가능하다.
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근육 - 신체의 움직임을 가능케 하는 근육/티파니택연
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