A vázizom mozgatja a csontvázat, és felelős minden akaratlagos mozgásunkért, valamint az automatikus mozgásokért, amelyek például az álláshoz, a fejünk felemeléséhez és a légzéshez szükségesek. (Az egyéb önkéntelen funkciók a simaizomzatot és a szívizmot érintik.)
Amellett, hogy az izmok a test “motorjai”, a fékek és a lengéscsillapítók is. Használhatók fűtőanyagként (ha reszketünk), és fehérje raktárként is funkcionálnak, ha alultápláltsággal kellene szembenéznünk.
Az egyes izmok, mint például a kar bicepsze, nagyszámú (a bicepsznél körülbelül 100 000) óriássejtből, úgynevezett izomrostokból állnak. Minden egyes rost sok elősejt összeolvadásából jön létre, ezért sok sejtmaggal rendelkezik. A rostok egyenként olyan vastagok, mint egy finom hajszál (50 μm átmérőjűek) és 10-100 mm hosszúak. Kötegekbe rendeződnek, amelyeket kollagént tartalmazó kötőszöveti lapok választanak el egymástól. Ezek a kötegek ritkán futnak egyenesen az izom tengelye mentén, gyakrabban szögben, amit pennaszögnek neveznek, mivel sok izomban a rostkötegek pennaszerű (tollszerű) mintázatot mutatnak.
Minden izomrostot sejtmembrán vesz körül, ami lehetővé teszi, hogy a rostok tartalma egészen más legyen, mint a rajtuk kívüli testnedveké. A rost belsejében találhatók a myofibrillumok, amelyek a kontraktilis apparátust alkotják, valamint a myofibrillumokat a kalciumkoncentráció változásai révén vezérlő rendszer. Ez a rendszer, a szarkoplazmatikus retikulum (SR), magas kalciumkoncentrációt tartalmazó zárt csövekből áll. Minden egyes myofibrillum az izomrost teljes hosszában végigfut, változó számú szegmenssel, a szarkomerekkel; átmérője mindössze egy vagy két mikrométer, és az SR hálózata veszi körül. A myofibrillum sok sokkal vékonyabb és rövidebb fehérjerúdból áll, ezek a myofilamentumok. Ezek kétfélék: vastag filamentumok, amelyek túlnyomórészt egyetlen fehérjéből, a miozinból állnak, és vékony filamentumok, amelyek az aktin fehérjét tartalmazzák. A tényleges összehúzódás az aktin és a miozinmolekulákon lévő nyúlványok (kereszthidak) kölcsönhatása révén történik. A kereszthidak mindegyike képes erőt kifejteni (kb. 5 × 10-12 newton), és a vékony filamentumot a vastag filamentum mellett kb. 10 × 10-9 méterrel (10 milliomod mm-rel) tovább tudja húzni. A sok ilyen kis mozgás és kis erő nettó hatása a myofibrillumok, és így az egész izom megrövidülése; így a csontváz egy része mozog, az izom mindkét végén a csonthoz való kapcsolódás révén, közvetlenül vagy inakon keresztül.
Amikor az ember mozgást kezdeményez, az agyban és a gerincvelőben zajló események akciós potenciálokat generálnak a motoros neuronok axonjaiban. Ezen axonok mindegyike elágazik, hogy akciós potenciálokat küldjön számos izomrosthoz. (A motoros egység ez az egy axon által vezérelt, talán több száz izomrostból álló gyűjtemény). Az egyes axonok elágazásainak idegvégződéseiben (neuromuszkuláris csomópont) a beérkező akciós potenciál hatására acetilkolin szabadul fel, amely egyesül az izomrost membránján lévő receptorokkal, és az viszont akciós potenciált hoz létre. Ez az akciós potenciál szétterjed a rost teljes felületén, valamint a finom csövek (T-tubulusok) kiterjedt hálózatán, amely a belsejébe vezeti. Itt egy bizonytalan természetű üzenet jut el a T-tubulusból a szarkoplazmatikus retikulumba, amely a benne lévő kalcium egy részét az izomrost belsejébe szivárogtatja. A myofibrillumok vékony filamentumai az aktin mellett két fehérjét, troponint és tropomiozint tartalmaznak; az SR-ből kiszivárgó kalcium rövid ideig képes kölcsönhatásba lépni a vékony filamentum troponin molekulájával; ez a tropomiozin molekulák mozgása révén megváltoztatja a vékony filamentumot, hogy az aktin molekulák a kereszthidakkal összekapcsolódhassanak, elindítva az összehúzódás folyamatát. Amint a kalcium kiszabadul az SR-ből, ismét megkezdődik a felmosás folyamata. Az SR membránjaiban kalciumpumpák vannak, amelyek képesek a kalciumot visszatolni a belsejébe, és ezzel véget vetnek a rövid ideig tartó izomaktivitásnak (izomrángás). Az általunk végzett mozgásokban a tartósabb aktivitási periódusok a normálisak; ezekhez akciós potenciálok sorozatát kell az izomba küldeni, talán másodpercenként 30-at. Az így létrejövő összehúzódások erősebbek, mint egy rántás.
Az izomösszehúzódás energiát igényel a kereszthidaknak az aktinnal való ciklikus kölcsönhatásukon keresztül történő mozgatásához: minden ciklusban a miozinmolekula munkát végez a vékony filamentum mozgatásában. Szintén energiát igényel az SR által végzett kalcium-pumpálás folyamata. Az energiafelhasználás akkor a legnagyobb, amikor az izmok külső munkát végeznek – például lépcsőmászáskor, amikor a testsúlyt kell megemelni. Azonban akkor is felhasználódik energia, amikor egy súlyt tartunk fenn anélkül, hogy munkát végeznénk rajta (izometriás összehúzódás). A legkevesebb energiát akkor használjuk fel, amikor az izmokat a súly leengedésére használjuk, például lépcsőn való leereszkedéskor.
Az izomösszehúzódáshoz szükséges energia az adenozin-trifoszfát (ATP) adenozin-difoszfátra (ADP) és foszfátra történő hasadásából származik. Az izom elegendő ATP-t tartalmaz ahhoz, hogy maximális teljesítmény mellett csak néhány másodpercig működjön. Az ATP gyorsan regenerálható az izomban foszfokreatinból (PCr), és ebből az anyagból az izomban talán 10-20 másodpercnyi maximális aktivitáshoz elegendő van. Az, hogy 10 másodpercnél tovább tudjuk fenntartani a megerőltető tevékenységet, annak köszönhető, hogy a szénhidrátot az izmokban hasznosítjuk, ahol az glikogén formájában tárolódik. Ezt kétféleképpen lehet felhasználni az ATP-készlet regenerálására. Ha oxigén áll rendelkezésre, a glükóz vízzé és szén-dioxiddá oxidálódhat, és a felszabaduló energia kétharmadát az ATP-készlet újjáépítésére lehet felhasználni. Ha nem áll rendelkezésre oxigén, a folyamat leáll, a glükóz tejsavvá alakul, és az ATP felépítésére felhasznált energiának csak körülbelül 6%-át használja fel. A tejsav elhagyja az izomsejteket, és felhalmozódhat a vérben. A szénhidrát mellett az izmok a vérből felvett zsírsavak formájában a zsírt is felhasználják az oxidáció szubsztrátjaként; ez a hosszan tartó aktivitásnál fontos, mivel a szervezet zsírként tárolt energiája sokkal nagyobb, mint a szénhidrátként tárolt. Az oxigén elérhetősége a vér általi szállításától függ; amikor az izom aktívvá válik, az anyagcsere termékei az erek tágulását okozzák, és ez lehetővé teszi a véráramlás gyors növekedését.
Az izomfáradtság olyan mechanizmusok összességének hatása, amelyek biztosítják, hogy az izom nem válik aktívvá, ha nem áll rendelkezésre elegendő energia a tevékenységhez. Ha ez bekövetkezne, az izom elméletileg hullamerevségbe kerülhetne, és nem tudná megtartani a benne lévő nagy mennyiségű káliumot, ami szörnyű következményekkel járna a szervezet egészére nézve.
A szervezetben a vázizomrostok több különböző fajtája található, amelyek különböző célokra specializálódottaknak tekinthetők. A “lassabb” izmok gazdaságosabban tartják a terhelést, például magának a testnek a tartását, és valószínűleg hatékonyabbak a külső munka előállításában is. Alacsonyabb energiafelhasználásukkal összefüggésben kevésbé fáradnak el könnyen. A gyorsabb izomrostok viszont gyorsabb mozgásokat és nagyobb teljesítményt képesek produkálni, és elengedhetetlenek az olyan feladatokhoz, mint az ugrás vagy a dobás. A különböző izmok felépítése is lehetővé teszi a funkció specializálódását: a rövidebb rostokkal rendelkező izmok gazdaságosabban tartják az erőket, a hosszabb rostokkal rendelkező izmok gyorsabb mozgásokat képesek produkálni. A pennás elrendezés lehetővé teszi, hogy az izmok sok rövid rostból épüljenek fel, ami növeli az általuk kifejtett erőt, míg a hosszú, az izom tengelyével szinte párhuzamosan futó rostok a leggyorsabb mozgásokat eredményezik.
Egyes emberek nagyobb izomerővel rendelkeznek, mint mások; nagyobb erőt tudnak kifejteni, gyorsabban végeznek külső munkát, vagy gyorsabban mozognak. Ez nagyrészt azért van, mert az erősebb egyéneknek nagyobbak az izmai, de úgy tűnik, más tényezők is közrejátszanak. Az edzés megváltoztathatja az izom tulajdonságait. Az erőnléti edzés abból áll, hogy az izmokat naponta csak néhány nagyon erős összehúzódásra használjuk. Hónapok és évek alatt ez a kifejthető erő növekedéséhez és az izmok méretének növekedéséhez vezet. Az erőnövekedés gyakran megelőzi a méretnövekedést. Az állóképességi edzés az izmok kevésbé intenzív, de hosszabb ideig tartó használatából áll. A több hónapos edzés során ismét nő az izmok azon képessége, hogy a szénhidrátok és a zsír oxidációján keresztül energiához jussanak. Az izmok vérellátása is megnövekszik az erek és a szív változásai révén. Az edzés az izomrostok fáradási ellenállásában is változásokat eredményezhet, és esetleg lassabb rosttípussá alakíthatja őket.

Roger Woledge

Lásd: izom- és csontrendszer.Lásd még edzés; fáradtság; glikogén; anyagcsere; mozgás, szabályozása; izomtónus; sport; erőedzés.