Luustolihakset liikuttavat luustoa ja vastaavat kaikista tahdonalaisista liikkeistämme sekä automaattisista liikkeistä, joita tarvitaan esimerkiksi seisomaan, pitämään päätä pystyssä ja hengittämään. (Muut tahattomat toiminnot koskevat sileää lihasta ja sydänlihasta.)
Kehon ”moottoreina” lihakset ovat myös jarruja ja iskunvaimentimia. Niitä voidaan käyttää lämmittiminä (kun vapisemme), ja ne toimivat myös proteiinivarastona, jos meitä uhkaa aliravitsemus.
Yksittäiset lihakset, kuten käsivarren hauislihas, koostuvat suuresta määrästä (noin 100 000 hauislihaksessa) jättimäisiä soluja, niin sanottuja lihassyitä. Kukin kuitu muodostuu monien esisolujen fuusiosta, ja siksi siinä on monta ydintä. Kukin kuitu on yhtä paksu kuin hieno hius (halkaisija 50 μm) ja 10-100 mm pitkä. Ne ovat järjestäytyneet nipuiksi, joita erottaa kollageenia sisältävät sidekudoslevyt. Nämä niput kulkevat harvoin suoraan lihaksen akselia pitkin, tavallisemmin ne kulkevat kulmassa, jota kutsutaan pennaatiokulmaksi, koska monissa lihaksissa kuitukimput ovat pennaattisen (höyhenenkaltaisen) kuvion muotoisia.
Jokaista lihassäiettä ympäröi solukalvo, jonka ansiosta kuitujen sisältö on aivan erilainen kuin niiden ulkopuolella olevien elimistön nesteiden sisältö. Kuidun sisällä on myofibrillejä, jotka muodostavat supistumiskyvyn, sekä järjestelmä, joka ohjaa myofibrillejä kalsiumkonsentraation muutosten avulla. Tämä järjestelmä, sarkoplasminen verkkokalvo (SR), on suljettu putkisto, jossa on korkea kalsiumpitoisuus. Kukin myofibrilli kulkee koko lihassäikeen pituudelta, ja siinä on vaihteleva määrä segmenttejä, sarkomeereja; sen halkaisija on vain yksi tai kaksi mikrometriä, ja sitä ympäröi SR-verkosto. Myofibrilli koostuu monista paljon ohuemmista ja lyhyemmistä proteiinisauvoista, jotka ovat myofilamentteja. Niitä on kahdenlaisia: paksuja filamentteja, jotka koostuvat pääasiassa yhdestä proteiinista, myosiinista, ja ohuita filamentteja, jotka sisältävät proteiinia, aktiinia. Varsinainen supistuminen tapahtuu aktiinin ja myosiinimolekyylien ulokkeiden (ristisiltojen) vuorovaikutuksessa. Kukin ristisilta voi kehittää voimaa (noin 5 × 10-12 newtonia) ja vetää ohutta filamenttia ohi paksun filamentin noin 10 × 10-9 metriä (10 millimetrin miljoonasosaa). Monien näiden pienten liikkeiden ja pienten voimien nettovaikutus on myofibrillien ja siten koko lihaksen lyheneminen; näin ollen jokin osa luustosta liikkuu lihaksen kummankin pään kiinnittymisen kautta luuhun suoraan tai jänteiden välityksellä.
Kun ihminen aloittaa liikkeen, aivoissa ja selkäytimessä tapahtuvat tapahtumat synnyttävät toimintapotentiaaleja liikehermosolujen aksoneissa. Kukin näistä aksoneista haarautuu lähettäen toimintapotentiaaleja moniin lihassäikeisiin. (Motorinen yksikkö on tämä ehkä useiden satojen lihassäikeiden kokoelma, jota yksi aksoni ohjaa). Kunkin aksonihaaran hermopäätteessä (hermo-lihasliitoksessa) saapuva aktiopotentiaali vapauttaa asetyylikoliinia, joka yhdistyy lihassäikeen kalvolla oleviin reseptoreihin ja saa sen vuorostaan synnyttämään aktiopotentiaalin. Toimintapotentiaali leviää koko kuidun pinnalle ja myös hienojen putkien (T-tubulusten) laajaa verkostoa pitkin, joka johtaa sen sisälle. T-tubuluksesta siirtyy T-tubulukseen viesti, jonka luonteesta ei ole varmuutta, ja se saa sarkoplasmisen verkkokalvon päästämään osan sisältämästään kalsiumista ulos lihassyyn sisälle. Myofibrillin ohuet säikeet sisältävät aktiinin lisäksi kahta proteiinia, troponiinia ja tropomyosiinia; SR:stä vuotava kalsium pystyy lyhyeksi ajaksi olemaan vuorovaikutuksessa ohuen säikeen troponiinimolekyylin kanssa; tämä muuttaa tropomyosiinimolekyylien liikkeiden kautta ohutta säiettä niin, että aktiinimolekyylit voivat liittyä toisiinsa poikkisilloilla, mikä käynnistää supistumisprosessin. Heti kun kalsiumia karkaa SR:stä, alkaa prosessi, jossa kalsium imeytyy takaisin. SR:n kalvokalvoissa on kalsiumpumppuja, jotka pystyvät siirtämään kalsiumin takaisin sisälle, jolloin lyhyt lihastoimintajakso (lihasnykäys) päättyy. Pidempiaikaiset toimintajaksot ovat normaaleja liikkeissämme; ne edellyttävät, että lihakseen lähetetään toimintopotentiaalien sarja, ehkä 30 toimintopotentiaalia sekunnissa. Tällä tavoin aikaansaadut supistukset ovat voimakkaampia kuin nykiminen.
Lihaksen supistuminen vaatii energiaa, jotta ristisillat pääsevät liikkeelle syklisissä vuorovaikutussuhteissaan aktiinin kanssa: jokaisessa syklissä myosiinimolekyyli tekee työtä liikuttaessaan ohutta filamenttia. Lisäksi energiaa kuluu SR:n kalsiumpumppausprosessiin. Energiankulutus on suurinta silloin, kun lihaksia käytetään ulkoiseen työhön – esimerkiksi portaita noustessa, kun kehon painoa on nostettava. Energiaa kuluu kuitenkin myös silloin, kun painoa pidetään pystyssä tekemättä sille työtä (isometrinen supistuminen). Vähiten energiaa käytetään, kun lihaksia käytetään painon laskemiseen, kuten portaita laskeuduttaessa.
Lihaksen supistumiseen tarvittava energia tulee adenosiinitrifosfaatin (ATP) pilkkomisesta adenosiinidifosfaatiksi (ADP) ja fosfaatiksi. Lihaksessa on riittävästi ATP:tä, jotta se voi toimia maksimiteholla vain muutaman sekunnin ajan. ATP:tä voidaan regeneroida lihaksessa nopeasti fosfokreatiinista (PCr), ja tätä ainetta on lihaksessa riittävästi ehkä 10-20 sekunnin maksimaaliseen toimintaan. Se, että pystymme ylläpitämään rasittavaa toimintaa yli 10 sekunnin ajan, johtuu hiilihydraattien hyödyntämisestä lihaksissa, joihin ne varastoituvat glykogeenina. Tätä voidaan käyttää ATP:n uusiutumiseen kahdella tavalla. Jos happea on saatavilla, glukoosi voidaan hapettaa vedeksi ja hiilidioksidiksi, jolloin kaksi kolmasosaa vapautuvasta energiasta käytetään ATP-varaston uudelleenrakentamiseen. Jos happea ei ole saatavilla, prosessi pysähtyy, jolloin glukoosi muuttuu maitohapoksi ja vain noin 6 % energiasta käytetään ATP:n rakentamiseen. Maitohappo poistuu lihassoluista ja voi kertyä vereen. Hiilihydraattien lisäksi lihakset käyttävät hapettumisen substraattina rasvaa verestä otettujen rasvahappojen muodossa; tämä on tärkeää pitkäkestoisessa toiminnassa, koska elimistön rasvana varastoima energia on paljon suurempi kuin hiilihydraatteina varastoitu energia. Hapen saatavuus riippuu sen toimittamisesta veren kautta; kun lihas aktivoituu, sen aineenvaihduntatuotteet saavat verisuonet laajenemaan, mikä mahdollistaa verenkierron nopean lisääntymisen.
Lihaksen väsyminen on seurausta joukosta mekanismeja, jotka varmistavat, että lihasta ei saada aktiiviseksi silloin, kun toimintaa varten ei ole riittävästi energiaa käytettävissä. Jos näin tapahtuisi, lihas voisi teoriassa joutua kuolonkankeuteen, eikä se pystyisi säilyttämään sisältämään suurta määrää kaliumia, millä olisi kohtalokkaita seurauksia koko elimistölle.
Vartalossa on useita erilaisia luurankolihaskuituja, joita voidaan pitää eri tarkoituksiin erikoistuneina. ”Hitaammat” lihakset ovat taloudellisempia pitämään yllä kuormitusta, kuten ylläpitämään kehon omaa asentoa, ja todennäköisesti myös tehokkaampia tuottamaan ulkoista työtä. Koska niiden energiankulutus on vähäisempää, ne väsyvät vähemmän helposti. Nopeammat lihassäikeet voivat kuitenkin tuottaa nopeampia liikkeitä ja suurempia tehoja, ja ne ovat välttämättömiä esimerkiksi hyppäämisessä tai heittämisessä. Eri lihasten rakenne mahdollistaa myös toimintojen erikoistumisen: lihakset, joissa on lyhyemmät kuidut, pitävät voimat taloudellisemmin, lihakset, joissa on pidemmät kuidut, voivat tuottaa nopeampia liikkeitä. Pennaattisen järjestelyn ansiosta lihakset voidaan rakentaa siten, että niissä on paljon lyhyitä kuituja, mikä lisää niiden tuottamaa voimaa, kun taas pitkät kuidut, jotka kulkevat lähes yhdensuuntaisesti lihaksen akselin kanssa, tuottavat nopeinta liikettä.
Joillakin ihmisillä on enemmän lihasvoimaa kuin toisilla; he pystyvät tuottamaan suurempia voimia, tekemään ulkoista työtä nopeammin tai liikkumaan nopeammin. Suurelta osin tämä johtuu siitä, että vahvemmilla yksilöillä on suuremmat lihakset, mutta vaikuttaa siltä, että asiaan vaikuttavat myös muut tekijät. Harjoittelu voi muuttaa lihasten ominaisuuksia. Voimaharjoittelu koostuu siitä, että lihaksia käytetään vain muutamaan erittäin voimakkaaseen supistukseen joka päivä. Kuukausien ja vuosien kuluessa tämä johtaa siihen, että harjoitettava voima kasvaa ja lihasten koko kasvaa. Voiman kasvu edeltää usein koon kasvua. Kestävyysharjoittelussa lihaksia käytetään vähemmän voimakkaasti mutta pidempään. Kuukausien harjoittelun aikana lihasten kyky saada energiaa hiilihydraattien ja rasvan hapettumisen kautta paranee. Lihasten verenkierto lisääntyy myös verisuonissa ja sydämessä tapahtuvien muutosten kautta. Harjoittelu voi myös johtaa muutoksiin lihassäikeiden väsymiskestävyydessä ja ehkä aiheuttaa niiden muuttumisen hitaammaksi kuitutyypiksi.

Roger Woledge

Katso myös liikunta; liikunta; glykogeeni; aineenvaihdunta; liikunta, sen hallinta; lihaskunto; urheilu; voimaharjoittelu.