تنقبض عضلات الهيكل العظمي وتسترخي لتحريك الجسم ميكانيكياً بعد أن ينبه الجهاز العصبي العضلات لتحدث هذه التقلصات، وتسمى هذه العملية آلية تقلص العضلات ويمكن تلخيصها في ثلاث خطوات:
- ينتقل التنبيه من الجهاز العصبي إلى الجهاز العضلي على طول الأعصاب مما يؤدي إلى تفاعلات كيميائية: يبدأ تقلص العضلات عندما يولد الجهاز العصبي تنبيه ينتقل عن طريق نوع من الخلايا العصبية تسمى تسمى الخلايا العصبية الحركية، ثم ينقل العصبون الحركي التنبيه إلى الخلية العضلية، يتكون النسيج العضلي للهيكل العظمي من خلايا تدعى الألياف العضلية، وعندما يصل التنبيه إلى العصبون الحركي يتم بوساطته إطلاق رسالة كيميائية، هذه الرسالة وهي ناقل عصبي يدعى أستيل كولين، يرتبط الاستيل كولين عند إطلاقه مع المستقبلات الموجودة خارج الألياف العضلية ليبدأ تفاعل كيميائي داخل العضلات.
- تحرير الأستيل كولين وارتباطه بالمستقبلات الموجودة في غشاء العضلات: تبدأ العملية الجزيئية داخل ألياف العضلات عندما يرتبط الأستيل كولين بمستقبلات موجودة على غشاء الألياف العضلية، حيث يتم تنظيم البروتينات الموجودة داخل الألياف العضلية في سلاسل طويلة يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض، وإعادة تنظيمها بالتقليل من طولها ثم الاسترخاء، عندما يصل الأستيل كولين إلى المستقبلات الموجودة على أغشية الألياف العضلية تنفتح قنوات الغشاء وتبدأ العملية التي تنقبض فيها الألياف العضلية المسترخية حيث تسمح القنوات المفتوحة يتدفق أيونات الصوديوم إلى سيتوبلازم الألياف العضلية، ثم يرسل تدفق الصوديوم تنبيه إلى داخل الألياف العضلية لتحفيز إطلاق أيونات الكالسيوم المخزنة لتنتشر في الألياف العضلية وتتغير نتيجة لذلك العلاقة بين السلاسل البروتينية داخل الألياف العضلية مما يؤدي للانقباض.
- عند توقف تنبيه الجهاز العصبي بالتقلص تعود الألياف العضلية إلى وضع الاسترخاء: وذلك عند توقف التفاعل الكيميائي الذي يسبب إعادة ترتيب الألياف العضلية والذي يؤدي إلى استرخاء العضلات وعودتها إلى وضع الراحة.
أنواع التقلصات العضلية:
- التقلصات متساوية التوتر: حيث تحافظ التقلصات متساوية التوتر على توتر مستمر في العضلات مع تغير طول العضلات يمكن أن تكون تقلصات العضلات متساوية التوتر متحدة المركز أو اللامركزية. التقلصات المركزية وهو نوع من تقلصات العضلات حيث تقصر العضلات أثناء توليد الطاقة وتتغلب على المقاومة، على سبيل المثال عند رفع الوزن الثقيل سيؤدي تقلص مركز العضلة ذات الرأسين إلى انحناء الذراع عند الكوع ورفع الوزن باتجاه الكتف. والتقلصات اللامركزية والتي تؤدي إلى إطالة العضلة بينما لا تزال العضلات تولد الطاقة، يمكن أن تكون التقلصات اللامركزية غير إرشادية.
- تقلص متساوي القياس: على عكس التقلصات المتساوية التوتر تولد التقلصات المتساوية قوة دون أن يتغير طول العضلة، وهي تحدث غالباً في عضلات اليد والمساعد.
إن التقلص العضلي المستمر اي الاستخدام المفرط للعضلات قد يؤدي إلى الإجهاد العضلي،وقد يكون ذلك أيضاً نتيجة الثبات على وضع معين لفترة طويلة نسبياً أو الإصابة بالتجفاف ويمكن أيضا أن يكون أحد الأسباب التالية:
- نقص بنسب المعادن في الجسم مثل انخفاض معدل الكالسيوم أو المغنزيوم أو البوتاسيوم بشكل كبير في النظام الغذائي الخاص بك، كما يمكن لبعض الأدوية الموصوفة لارتفاع ضغط الدم أن تؤدي إلى ذلك، وكذلك مدرات البول.
- عدم تدفق كمية كافية من الدم مثل تضيق في الشرايين التي تنقل الدم إلى الساقان خلال ممارسة التمارين الرياضية، والذي يؤدي إلى الشعور بالألم.
- انضغاط الأعصاب قد يؤدي مثلاً انضغاط الأعصاب التي توجد في العمود الفقري إلى الشعور بالألم.
يحدث التقلص العضلي من خلال عدة مراحل بدءًا من الدماغ وحتى الألياف العضلية المحركة، تتم حركة العضلات الإرادية بإشراف القشرة المخية (مركز الفعل الإرادي)، ومنها تتشكل سيّالة عصبية محركة، تنتقل عبر الألياف العصبية المحركة النازلة، لتصل إلى المركز العصبي الثاني وهو النخاع الشوكي.
يوجد في النخاع الشكوي العصبون الثاني المسؤول عن نقل هذه السيالة وهو العصبون المحرك الذي يوجد جسمه في العقدة المحركة، وتمر أليافه عبر الجذر الخلفي للنخاع الشوكي حاملة السيالة العصبية المحركة لتصل في النهاية إلى الألياف العضلية المعنية، يوجد عند التقاء الألياف العصبية مع الألياف العضلية مشبك عصبي عضلي يسمى باللوحة المحركة، لا تستغرق مجمل هذه العملية أجزاء صغيرة من الثانية، وبعد وصول السيالة وتحرر الناقل العصبي إلى المشبك العصبي العضلي، يبدأ عندها تسلسل الخطوات الرئيسية التي تؤدي إلى تقلص الألياف العضلية، تشمل أهم هذه الخطوات:
- إزالة استقطاب الغشاء الخلوي لليف العضلي، الذي يؤدي إلى إطلاق أيونات الكالسيوم والتي تلعب الدور الأساسي في التقلص العضلي.
- انكشاف مواقع الارتباط في رؤوس الميوسين بتأثير تحرر شوارد الكالسيوم، وارتباطها مع الأكتين وتشكيل جسرًا متصالباً.
- انزلاق خيوط الأكتين والميوسين وذلك بعد ارتباط ال ATP برأس الميوسين، مما يؤدي إلى انفكاك الجسر المتصالب بين الأكتين والميوسين، وتحريك رؤوس الميوسين نحو مواقع ارتباط الأكتين التالية، ترتبط رؤوس الميوسين بمواقع الأكتين الجديدة وتعود إلى شكلها الأصلي مما يؤدي إلى سحب الأكتين على طول الميوسين في آلية انزلاقية بطريقة مشابهة للطريقة التي يدفع بها المجذاف قاربًا.
- تقصير القسيم العضلي أو الساركومير (تقلص العضلات) وتحرك الليف العضلي.
أنواع التقلص العضلي:
أثناء التقلص العضلي قد يزداد طول العضلات أو ينقص طولها أو تبقى كما هي، على الرغم من أن مصطلح تقلص يعني انكماش، عند الحديث عن الجهاز العضلي، فإنه يعني توليد التوتر داخل الألياف العضلية. تحدث عدة أنواع من تقلصات العضلات ويتم تصنيفها من خلال التغيرات في طول العضلة أثناء الانقباض إلى:
- التقلص العضلي متساوي القياس: انقباض عضلي لا يتغير فيه طول العضلة.
- متساوي التوتر: تقلص عضلي يتغير فيه طول العضلة. تحافظ الانقباضات متساوية التوتر على توتر ثابت مستمر في العضلات، مع تغير طول العضلات. يمكن أن تكون انقباضات العضلات متساوية التوتر إما تقلصات مُتركزة أو غير مٌتراكزة:
التقلصات المُتراكزة:
الانقباض المٌتراكز هو نوع من أنواع التقلص العضلي الذي تقصر فيه العضلات أثناء توليد القوة وتتغلب على المقاومة. على سبيل المثال، عند رفع وزن ثقيل، يؤدي التقلص المُتراكز للعضلة ذات الرأسين إلى ثني المرفق، ورفع الوزن باتجاه الكتف.
التقلصات غير المُتراكزة:
يؤدي التقلص اللامتراكز إلى استطالة العضلات بينما لا تزال العضلة في مرحلة توليد القوة؛ المقاومة في هذه الحالة أكبر من القوة المتولدة. يمكن أن تكون الانقباضات غير المركزية غير إرادية، على سبيل المثال، قد يحدث تقلص لا إرادي غير مُتراكز عندما يكون الوزن المحمول أكبر من أن تتحمله العضلة، وبالتالي يتم خفضه ببطء أثناء توتر العضلة.