mięśnie szkieletowe poruszają szkieletem i są odpowiedzialne za wszystkie nasze ruchy dobrowolne, jak również za ruchy automatyczne wymagane, na przykład, do stania, do trzymania głowy i do oddychania. (Inne mimowolne funkcje obejmują mięśnie gładkie i mięśnie sercowe.)
As well as being the 'motors’ of the body, muscles are also the hamulce i amortyzatory. Mogą być wykorzystywane jako grzejniki (gdy drżenie), a także funkcjonować jako magazyn białka, jeśli powinniśmy zmierzyć się z niedożywieniem.
Poszczególne mięśnie, takie jak biceps w ramieniu, składają się z dużej liczby (około 100 000 w biceps) komórek olbrzymich, zwanych włóknami mięśniowymi. Każde włókno powstaje z fuzji wielu komórek prekursorowych i dlatego ma wiele jąder. Włókna są grube jak cienki włos (50 μm średnicy) i długie na 10-100 mm. Są one ułożone w pęczki, oddzielone od siebie blaszkami tkanki łącznej zawierającej kolagen. Wiązki te rzadko biegną prosto wzdłuż osi mięśnia, częściej pod kątem, zwanym kątem pennacji, ponieważ wiele mięśni wykazuje pennate (piórkowaty) wzór wiązek włókien.
Każde włókno mięśniowe otoczone jest błoną komórkową, co pozwala na zawartość włókien być zupełnie inna od tej z płynów ustrojowych na zewnątrz nich. Wewnątrz włókna znajdują się miofibryle, które stanowią aparat kurczliwy, oraz system kontrolujący miofibryle poprzez zmiany stężenia wapnia. System ten, sarkoplazmatyczne reticulum (SR), jest zamknięty zestaw rur zawierających wysokie stężenie wapnia. Każda miofibryla biegnie przez całą długość włókna mięśniowego ze zmienną liczbą segmentów – sarkomerów; ma średnicę zaledwie jednego lub dwóch mikrometrów i jest otoczona siecią SR. Miofibryla składa się z wielu znacznie cieńszych i krótszych pręcików białkowych, które są miofilamentami. Są one dwojakiego rodzaju: filamenty grube, zbudowane głównie z jednego białka, miozyny, oraz filamenty cienkie, zawierające białko aktyny. Skurcz zachodzi dzięki interakcji aktyny z występami na cząsteczkach miozyny (mostkami poprzecznymi). Każda z mostków poprzecznych może rozwinąć siłę (około 5 × 10-12 niutonów) i może pociągnąć cienkie włókno za grube włókno o około 10 × 10-9 metrów (10 milionowych części mm). Efektem netto wielu z tych małych ruchów i małych sił jest skrócenie miofibryli, a tym samym całego mięśnia; w ten sposób część szkieletu jest poruszana, poprzez przywiązanie mięśnia na każdym końcu do kości, bezpośrednio lub poprzez ścięgna.
Gdy człowiek inicjuje ruch, wydarzenia w mózgu i rdzeniu kręgowym generują potencjały czynnościowe w aksonach neuronów ruchowych. Każdy z tych aksonów rozgałęzia się i wysyła potencjały czynnościowe do wielu włókien mięśniowych. (Jednostka motoryczna to zbiór być może kilkuset włókien mięśniowych kontrolowanych przez jeden akson). Na zakończeniach nerwowych każdej gałęzi aksonu (złącze nerwowo-mięśniowe) acetylocholina jest uwalniana przez docierający potencjał czynnościowy, a ta łączy się z receptorami na błonie włókna mięśniowego, powodując z kolei wytworzenie potencjału czynnościowego. Ten potencjał czynnościowy rozprzestrzenia się na całej powierzchni włókna, a także w dół rozległej sieci drobnych rurek (T-tubule), które prowadzą go do wnętrza. Tutaj wiadomość, której natura jest niepewna, przechodzi z T-tubule do siateczki sarkoplazmatycznej, powodując, że pozwalają niektóre z wapnia zawiera wyciek do wnętrza włókna mięśniowego. Cienkie filamenty w miofibrylach zawierają, oprócz aktyny, dwa białka: troponinę i tropomiozynę; wapń, który wycieka z SR jest w stanie, przez krótki okres, oddziaływać z cząsteczką troponiny cienkiego filamentu; to, poprzez ruchy cząsteczek tropomiozyny, zmienia cienki filament tak, że cząsteczki aktyny są dostępne do połączenia przez mostki poprzeczne, rozpoczynając proces skurczu. Gdy tylko wapń wydostanie się z SR, rozpoczyna się proces jego ponownego wchłaniania. W membranach SR znajdują się pompy wapniowe, które są w stanie przenieść wapń z powrotem do środka, kończąc w ten sposób krótki okres aktywności mięśnia (skurcz mięśnia). Bardziej długotrwałe okresy aktywności są normą w wykonywanych przez nas ruchach; wymagają one przesłania do mięśnia sekwencji potencjałów czynnościowych, w ilości około 30 na sekundę. Skurcze wytwarzane w ten sposób są silniejsze od skurczu.
Skurcz mięśnia wymaga energii do napędzania mostków poprzecznych poprzez ich cykliczne interakcje z aktyną: w każdym cyklu cząsteczka miozyny wykonuje pracę w poruszaniu cienkiego filamentu. Ponadto, energia jest zużywana na proces pompowania wapnia przez SR. Zużycie energii jest największe, gdy mięśnie wykorzystywane są do wykonania pracy zewnętrznej – np. przy wchodzeniu po schodach, gdy trzeba podnieść ciężar ciała. Energia jest jednak zużywana również wtedy, gdy ciężar jest utrzymywany w górze bez wykonywania nad nim pracy (skurcz izometryczny). Najmniej energii zużywa się, gdy mięśnie używane są do opuszczania ciężaru, jak podczas schodzenia po schodach.
Energia do skurczu mięśni pochodzi z rozszczepienia adenozynotrójfosforanu (ATP) na adenozyno-difosforan (ADP) i fosforan. Mięsień zawiera wystarczającą ilość ATP, aby zasilać go przy maksymalnej wydajności tylko przez kilka sekund. ATP może być szybko regenerowane w mięśniach z fosfokreatyny (PCr), a ilość tej substancji w mięśniu wystarcza na 10 do 20 sekund maksymalnej aktywności. Fakt, że możemy utrzymać intensywny wysiłek przez ponad 10 sekund wynika z wykorzystania węglowodanów w mięśniach, gdzie są one przechowywane w postaci glikogenu. Może on zostać wykorzystany do regeneracji zasobów ATP na dwa sposoby. Jeśli dostępny jest tlen, glukoza może zostać utleniona do wody i dwutlenku węgla, a dwie trzecie uwolnionej energii wykorzystane do odbudowy zapasu ATP. Jeśli tlen nie jest dostępny, proces zatrzymuje się, glukoza przekształca się w kwas mlekowy, a tylko około 6% energii jest wykorzystywane do budowy ATP. Kwas mlekowy opuszcza komórki mięśniowe i może gromadzić się we krwi. Oprócz węglowodanów mięśnie wykorzystują jako substrat do utleniania tłuszcz, w postaci kwasów tłuszczowych pobieranych z krwi; jest to ważne przy długotrwałej aktywności, gdyż energia organizmu zmagazynowana w postaci tłuszczu jest znacznie większa niż energia zmagazynowana w postaci węglowodanów. Dostępność tlenu zależy od jego dostarczenia przez krew; kiedy mięsień staje się aktywny, produkty jego metabolizmu powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych, a to umożliwia szybki wzrost przepływu krwi.
Zmęczenie mięśni jest efektem zestawu mechanizmów, które zapewniają, że mięsień nie jest uaktywniony, gdy nie ma wystarczającej ilości energii dostępnej dla aktywności. Jeśli tak się stanie, teoretycznie mięsień może przejść w rigor mortis, i może nie zachować dużą ilość potasu, który zawiera, z tragicznymi konsekwencjami dla organizmu jako całości.
Ciało zawiera kilka różnych odmian włókien mięśni szkieletowych, które mogą być postrzegane jako wyspecjalizowane do różnych celów. Wolniejsze” mięśnie są bardziej ekonomiczne w utrzymaniu ładunków, takich jak utrzymanie postawy samego ciała, i prawdopodobnie również bardziej wydajne w produkcji zewnętrznej pracy. W związku z ich mniejszym zużyciem energii łatwiej ulegają zmęczeniu. Szybsze włókna mięśniowe mogą natomiast wytwarzać szybsze ruchy i większą moc wyjściową i są niezbędne do wykonywania takich zadań jak skoki czy rzuty. Sposób budowy poszczególnych mięśni pozwala również na specjalizację funkcji: mięśnie o krótszych włóknach bardziej ekonomicznie utrzymują siły, mięśnie o dłuższych włóknach mogą wytwarzać szybsze ruchy. Układ pennate pozwala na budowę mięśni z wieloma krótkimi włóknami, zwiększając siłę, jaką mogą wywierać, natomiast długie włókna, biegnące niemal równolegle do osi mięśnia, dają najszybsze ruchy.
Niektórzy ludzie mają większą siłę mięśni niż inni; mogą wywierać większe siły, szybciej wykonywać pracę zewnętrzną lub szybciej się poruszać. W dużej mierze jest to spowodowane tym, że silniejsze jednostki mają większe mięśnie, ale wydaje się, że istnieją również inne czynniki w pracy. Trening może zmienić właściwości mięśni. Trening siłowy polega na wykorzystaniu mięśni do wykonania zaledwie kilku bardzo silnych skurczów każdego dnia. W ciągu miesięcy i lat prowadzi to do zwiększenia siły, jaką można wywierać oraz do wzrostu wielkości mięśni. Wzrost siły często poprzedza wzrost rozmiarów. Trening wytrzymałościowy polega na używaniu mięśni mniej intensywnie, ale przez dłuższy czas. Również w tym przypadku, w ciągu kilku miesięcy treningu, zwiększa się zdolność mięśni do pozyskiwania energii poprzez utlenianie węglowodanów i tłuszczu. Zwiększa się również dopływ krwi do mięśni poprzez zmiany w naczyniach krwionośnych oraz w sercu. Trening może również prowadzić do zmian w odporności włókien mięśniowych na zmęczenie, a być może spowodować ich zmianę na wolniejszy rodzaj włókien.

Roger Woledge

Zobacz układ mięśniowo-szkieletowy.Zobacz także ćwiczenia; zmęczenie; glikogen; metabolizm; ruch, kontrola; tonus mięśniowy; sport; trening siłowy.