Muscles, Part 1 – Muscle Cells: Crash Course A&P #21



روميو وجولييت،
هيلين وباريس، تريستان وإيزولد يذكرنا هؤلاء العشاق سيئو الطالع
بالشوق والعشق المحرم والفراق المأساوي، وكسبوا حبّ الشعراء والفنانين بذلك. لكن أتعرفون
أين يمكنكم أن تجدوا قصة حبّ جميلة؟ في خلاياكم العضلية. لديها ثنائي شهير، سلسلتان صغيرتان
من البروتين اسمهما أكتين وميوسين ربما سبّب عشق روميو وجولييت
سلسلة أحداث مأساوية ولكن في عمق خلايا العضلات
عشق الأكتين والميوسين يسبب بالفعل كلّ الحركات، كلها. ولا أقصد فقط الحركات الإرادية
كالمشي في الشارع أو تحريك الفم للتحدث أو مضغ رقائق البطاطس لأن العضلات أيضًا
تدعم الوزن وتقاوم تأثير الجاذبية، المذهل بالأنسجة العضلية المعقدة ذاتية التعافي
والتي تستهلك كميات كبيرة من الدم هو أنها تحول الطاقة الكيميائية الكامنة
إلى طاقة ميكانيكية أو حركة عبر القيام بأمرين: الانكماش والانبساط. والانكماش والانبساط
ناجمان عن اللقاء والانفصال بين أعظم عاشقين في علم الأحياء. هذان البروتينان يجب أن يكونا بطليّ فيلم! بالتأكيد تذكرون من دروسنا السابقة عن الأنسجة
أننا أحياء ونتحرك بفضل ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية:
الملساء والقلبية والهيكلية. يوجد نسيج العضلات الملساء
في جدران كلّ الأعضاء الحشوية المجوفة مثل المعدة
والمجاري الهوائية والأوعية الدموية حيث تدفع السائل والمواد الأخرى
بالانقباض والانبساط مرارًا وتكرارًا. والقلب مهم جدًا
لدرجة أن له عضلة خاصة هي العضلة القلبية وهي تبدو مقلمة أو مخططة
وتعمل بشكل لا إرادي للحفاظ على ضخّ الدم دون أن تضطر للتفكير في ذلك. حين نسمع كلمة عضلة
ربما أول ما يخطر لنا هي عضلات الممثل كريس إيفينز
حين يخرج من تلك الآلة في فيلم "كابتن أميركا". وهذه العضلات التي يمكن رؤيتها والاحساس بها
وثنيها هي الـ640 عضلة هيكلية في أجسامنا. إنها مخططة كنسيج العضلة القلبية
لكنها عضلات إرادية في معظمها. أي أن علينا التفكير في استخدامها
وتشغيلها عبر الجهاز العصبي الجسدي، معظمها متصل بالهيكل العظمي ويحدث الحركة
بشدّ العظام في اتجاهات مختلفة عند انكماشها. كلّ واحدة من العضلات الهيكلية المختلفة كالعضلة
ذات الرأسين العضدية والعضلة المتسعة الوحشية وعضلة الألوية الكبرى هي عضو مستقل بذاته
يتكون في معظمه من أنسجة عضلية لكن أيضًا من نسيج ضام
وأوعية دموية وألياف عصبية. وبما أن العضلات تستهلك طاقة كثيرة
يتصل كلّ منها بعصب خاص لتحفيز الانكماش وبشريان ووريد خاصين
للاستمرار بتغذيتها بالدم والأكسجين والمغذيات التي تحتاج لها كي تعمل. ولفهم هذه العمليات
يجب فهم تشريح العضلة الهيكلية الذي يتضمن أليافًا داخل ألياف
والكثير من الطبقات أيضًا. يشبه بناء العضلة الهيكلية حبلًا متينًا جدًا. تتلاقى آلاف الخيوط الصغيرة المتوازية المسماة
بالليفيات العضلية لتشكيل الألياف العصبية وهي الخلايا العضلية الفعلية
التي تحتوي المتقدرات ونوى متعددة وغشاء خلوي يسمى غمد الليف العضلي. تشكل هذه الألياف العضلية بعد ذلك
حزمًا أكبر شبيهة بالخيوط تتجمع لتشكل مجتمعة عضوًا عضليًا
شبيهًا بالحبل كالعضلة ذات الرأسين العضدية. تكتل هذه الحزم فوق بعضها
ما يجعل النسيج العضلي متينًا لكن بالنظر لما تتحمله
العضلات حين تقوم بعمل بسيط مثل حمل كيس كبير من طعام الكلاب
لا عجب أنها تحتاج بعض المساعدة. لهذا السبب تحتوي كلّ عضلة
أنواعًا مختلفة من أغمدة النسيج الضام الداعمة، وهي الدعم الحامي
لمنع العضلات المنتفخة من الانفجار. إذن هذا كان الجزء المتعلق بالبنية. ولكن للدخول في التفاصيل الدقيقة للحركة توجد هناك قواعد. في الواقع توجد
قاعدتان رئيسيتان وهما تتعلقان بالبروتين. وتنطبقان على الكثير
من البروتينات التي نتكلم عنها كالأنزيمات وقنوات الأيونات
أو المستقبلات أو بروتينات العضلات. والقاعدتان هما: الأولى: تحبّ البروتينات
تغيير شكلها حين تلتصق بها أشياء ما والثانية: تغيير الشكل يتيح للبروتين
الالتصاق أو الانفصال عن أشياء أخرى، تذكروا هذه القواعد فيما نرى
كيف تنكمش وتنبسط الألياف العضلية. هل تذكرون الليفيات العضلية الصغيرة
التي تجتمع لتؤلف الألياف العضلية؟ تنقسم طوليًا إلى أقسام تسمى قسيمات عضلية
تحتوي شريطين أصغر من البروتين أي نوعين مختلفين
من الخيوط العضلية: الأكتين والميوسين. وقصة عذاب حبهما
هي أساس كلّ حركة يقوم بها الجسم. يحتوي القسيم العضلي خيوطًا رفيعةً مكونة
بالإجمال من شريطيّ أكتين خفيفين وملتويين وخيوطًا سميكةً مؤلفة من أشرطة ميوسين
متكتلة وأكثر سماكة. يفصل كلّ قسيم عضلي
عن الآخر بما يعرف بـ"خطّ زي" من طرفيه، وهو حدود تتشكل
من خيوط رفيعة متغايرة على شكل متعرج. وانكماش العضلات هو انكماش القسيمات العضلية
مما يقرب خطوط زي لبعضها البعض. الآن يأتي دور الرومانسية، حين تكون العضلات بحالة استرخاء، لا يتلامس
شريطا الأكتين والميوسين ولكنهما يريدان ذلك. فالميوسين الولهان يريد
الاقتراب وملامسة الأكتين. وحين يحدث ذلك، وهو يحدث في النهاية
يعرف بنموذج الانزلاق الخيطي لانكماش العضلات. وكما هو الحال في كلّ قصص الحب
على الحبيبين أن يتجاوزا بعض الصعاب، أهمها أن الأكتين يعيقه حارسان من البروتين:
هما التروبوميوزين والتروبونين اللذان يقفان عائقًا دائمًا. لحسن الحظ يمكن رشوة هذين الحارسين
بقليل من ثلاثي فوسفات الأدينوسين والكالسيوم. أنا شخصيًا أفضل النقود والناتشوز،
لكن لا بأس. تذكروا أن ثلاثي فوسفات الأدينوسين أشبه بعملة
جزيئية، فهو يحتوي الطاقة الكيميائية، والعضلات تحوّل الطاقة الكيميائية لحركة، لذا
تحتاج دائمًا لمزيد من ثلاثي فوسفات الأدينوسين. تضمّ الخلايا العضلية العديد من النوى
ولكن بعضها يضمّ أيضًا الكثير من المتقدرات التي مهمتها الوحيدة هي الحفاظ
على انتاج ثلاثي فوسفات الأدينوسين. وللخلايا العضلية نسخة خاصة
من الشبكة الإندوبلازمية وهو نظام النقل والتخزين في الخلية،
لكنه في هذه الحالة متخصص لذلك له اسم خاص الشبكة الهيولية العضلية. جدرانه محملة بمضخات كالسيوم تستخدم ثلاثي
فوسفات الأدينوسين لتخزين أيونات الكالسيوم. كما تضمّ قنوات كالسيوم متصلة
ببروتينات لها حساسية فولطية في غشاء الخلية العضلية. فلنفرض إنني أريد تحريك ذراعي يرسل دماغي جهد فعل عبر العصبون الحركي
حتى يتشابك مع خلية عضلية في ذراعي. المستقبلات على تلك الخلية العضلية
هي قنوات صوديوم ذات بوابات لجينية، وحين يفرز العصبون الحركي
الأستيل كولين في التشابك العصبي تُفتح القنوات وتؤدي لاندفاع الصوديوم إلى
الخلية كجهد متدرج يؤدي إن كان قويًا بما يكفي إلى فتح قناة الصوديوم القريبة
المعتمدة على الجهد، هنا أذكّر أننا مازلنا نتحدث عن جهد فعل ولكن ليس في العصبون
هذا يحدث في داخل خلية عضلية. إذن يعبر جهد الفعل بسرعة
خلال غشاء الخلية أي الغمد الليفي العضلي الذي يضمّ الكثير من الأنابيب
التي تمرّ في عمق خلية اسمها "أنيبيب مستعرض"، حين يعبر جهد الفعل
إلى أسفل واحد من هذه الأنابيب يحفز البروتينات الحساسة للفولتية المتصلة
بقنوات الكلسيوم على الشبكة الهيولية العضلية. وحين تفتح تلك القنوات يندفع الكالسيوم
المخزّن في الداخل إلى باقي أنحاء الخلية وعندها يستعد الميوسين للقاء. في هذه المرحلة يكون الميوسين متحمسًا كثيرًا لأن الحارسين اللذين أحبطاه في السابق
سليتهيان عنه بالتأكيد. وذلك لأن بروتين التروبونين
يحبّ الالتصاق بالكالسيوم. وتذكروا حين تلتصق أشياء
بالبروتين فهو يغير شكله. لذا يلتصق الكالسيوم بالتروبونين ويدفعه
لسحب الحارس البروتيني الآخر، التروبوميوزين بعيدًا عن المواقع على شريطيّ الأكتين التي يريد الميوسين التعلق بها. وعندها يبدأ لقاء العشاق. لكن رؤوس الميوسين القادرة على الالتصاق
بالمواقع المكشوفة حديثًا هي الجاهزة للعمل، أي التي أمسكت
جزيء ثلاثي فوسفات الأدينوسين العائم وفتته إلى أدينوسين ثنائي الفوسفات
وبقايا الفوسفات. حين يفعل رأس ميوسين ذلك فهو يتحرك
إلى وضعية متمددة مثل رفاص ممدود ما زال متمسكًا
بأدينوسين ثنائي الفوسفات والفوسفات ولا يزال يخزن الطاقة
التي أطلقت عندما تم تفتيتهما. بعد كلّ ذلك، عندما يصبح الميوسين مستعدًا
للانطلاق وقد ابتعد الحارسان من الطريق يلتصق أخيرًا
الميوسين بالأكتين ويبدآن علاقة جميلة. عند الالتصاق،
يطلق الميوسين كلّ الطاقة المخزنة وفي خضم الإثارة يغير الميوسين
شكله فيشدّ شريط الأكتين القيّم وكأنه يشدّ حبلًا بسرعة كبيرة. في هذه العملية يقلّص كلّ القسيم العضلي
ويكمش العضلة. هذا جزء الانزلاق في نموذج الانزلاق الخيطي. الآن بعد استنفاذ طاقته فلا حاجة لذلك الرأس
بالأدينوسين ثنائي الفوسفات والفوسفات فينفصل عنها
وحسب القاعدة رقم 2 حيث تغيير الشكل يشجع البروتين على الالتصاق والانفصال عن
المواد ويؤدي الانفصال إلى تغيير بسيط بالشكل ما يسمح لأدينوسين
ثلاثي الفوسفات جديد بالالتصاق مكانه. يؤدي هذا الالتصاق إلى تغيير جديد بالشكل
ولكن هذه المرة يجعل الميوسين ينفصل عن الأكتين بحركة تدمع العينين
وكأنها إعادة إحياء لنهاية فيلم تيتانيك. ولكن لا تقلقوا!
فلم تنته ملحمة العشق هذه بعد يفتت الميوسين جزئية الأدينوسين ثلاثي الفوسفات
إلى أدينوسين ثنائي الفوسفات وفوسفات ويضعه في وضعية التأهب مجددًا
استعدادًا لموعده العاطفي المقبل. بينما تعمل مضخات الكالسيوم بجهد لإعادة تخزين
الكالسيوم في الشبكة الهيولية العضلية فتبدأ الإمساك بالكالسيوم العائم في الأرجاء
ما يؤدي إلى انفصال الكالسيوم عن التروبونين. وعند الانفصال،
يؤدي التغيير بالشكل لعودة الحارسين. إنها دائرة مغلقة. أو ربما فيلم هوليوودي ضخم
له أجزاء متعددة. هي عملية تعيد نفسها مرارًا وتكرارًا بينما أجلس
هنا وأتحدث وأنتم تجلسون هناك وتأكلون وترسلون الرسائل النصية وتدونون الملاحظات،
القصة عينها تعيد نفسها مرارًا وتكرارًا. مثل مشاهدة هذا الفيديو مرارًا وتكرارًا لقهم كلّ أقسام النموذج
الخيطي المنزلق فهمًا جيدًا. ولكن بعض القصص تصبح أجمل كلّما سمعناها. شاهدوا هذا الفيديو ثانيةً لتفهموا أن العضلات
الملساء والقلبية والهيكلية تسمح بالحركة خلال الانكماش والانبساط
في عملية تسمى بالنموذج الخيطي المنزلق. وكذلك أن العضلات الهيكلية
مصنوعة كحبل مؤلف من أحزمة ألياف بروتين والأشرطة الأصغر
هي خيوط الأكتين والميوسين العضلية. واستخدامها للكالسيوم وثلاثي فوسفات الأدينوسين
يسبب الالتصاق والانفصال الذي يدفع القسيمات العضلية
للانكماش والانبساط. شكر خاص لمسؤول شؤون التعليم توماس فرانك
لدعمه محتوى Crash Course والتعليم المجاني. شكرًا لكل رعاتنا على Patreon الذين
يجعلون محتوى Crash Course متاحًا من خلال مساهماتهم الشهرية.
إن كان محتوى يعجبكم Crash Course وتريدون مساندتنا لنواصل صنع فيديوهات رائعة
كهذا، يمكنكم زيارة patreon.com/crashcourse. يتم تصوير الحلقات في استوديو
د. شيريل سي. كيني التابع لـ Crash Course كتب الحلقة كاثلين ييل وحررها بلايك دي باستينو
ومستشارنا هو الدكتور براندون جاكسون. مخرجنا نيكولا جينكينز
والمشرفة على النصّ والمحررة نيكول سويني. مصمم الصوت هو مايكل أراندا
والرسومات من إعداد فريق Thought Café.

41 thoughts on “Muscles, Part 1 – Muscle Cells: Crash Course A&P #21

  1. I have my nursing A+P exams this week so I'm praying this helps!! 😍 😍

  2. this material is epic. I love you guys. I already sat for my test on this and learnt it, but i'm watching it anyway because i just enjoy how well put together, narrated and acted it is.

  3. Effectively getting me though nursing school anatomy finals!!!!!

  4. You're the modern day Bill Nye, saving science students everywhere. Thanks Hank!

  5. LoL I love your educational video and explanation of it, thank you

  6. You remind me of stephen hawking 0_O
    Great explanation btw 👍👍

  7. Muscles are 40% of your mass, and the largest organ in the body. Best food for muscles are prawns, salmon, tuna, chicken breast, turkey breast, and ham, all high in creatine, carnosine, BAIBA, and other muscle components. Prawns are the highest in those things. The genetic diseases of creatine or carnosine (pyrimidine break down pathway) would be treatable with a serving of one of those foods each day.

  8. Why can't everyone make science fun like you! THANK YOU!!!

  9. Literally watching this in class before a test our teacher forgot to tell us about. Thank You!!!

  10. Anyone can give me the simple steps of muscle contraction with action potential? Need help so badly

  11. Already had an idea of how myosin heads grab onto the actin molecules, but it totally helps watching the animation and actually seeing it rather than looking at my A&P book!
    Crash course is always a savior

  12. I just had a wierd flashback to 7th grade when we learned about contracting and relaxing…with a raw chicken wing

  13. Man I had never attended a Anatomy course and by watching this I became guilt free

  14. We've been studying this for a few weeks, I have tried but failed to comprehend it. We're talking hours of lectures here, me curled up in the corner in the fetal position trying to understand it all…. watching this video and ohmergoodness… thank you

  15. Lol that 7:10 shameless plug had me dying for like 30 seconds

  16. Somebody get these proteins a movie contract? The Weinstein Company for the win! I mean… only HALF of the Weinstein Company please! I only want the non-predator.

  17. Am I the only one who watched the video with 0,75 speed in stead of the original speed? 0_0

  18. How in god's name did anyone ever figure this out? It's beyond me.

  19. Missed a golden opportunity to point out the differences between cardiac/skeletal/smooth muscle contraction. It's a very important point that most physiology courses test heavily on.

  20. VIDEO NOTES:

    MOVEMENT: 2 MAIN RULES

    1. Proteins like to change shape when stuff binds to them
    2. Changing shapes can allow proteins to bind or unbind with other things

    SARCOMERE:
    •contain 2 active proteins of actin and myosin
    •Thin actin strands and thick myosin strands
    •In a z shape, contract brings together
    •When muscles are resting, actin and myosin do not touch, but want to

    SLIDING FILAMENT MODEL: STEPS:
    1. Actin wants to go to myosin but is trapped by tropomyosin and troponin
    2. gaurds can move with ATP and calcium (sarcoplasmic reticulum loaded with calcium pumps)
    3. eceptors on muscle cells release AcetylCoa and rush of sodium goes to cell, causing sodium channels to open in muscle cell
    4. action potential goes to T-tubule
    5. calcium stored inside t-tubule is released
    6. troponin binds with calcium, causing the protein to change shape as it pulls trypomysoin away
    7. ADP attaches to myosin and myosin goes into stretched position
    8. myosin finally binds to actin and myosin releases stored energy and retracts whole muscle
    9. ADP and phosphate unbind with myosin and ATP binds with myosin
    10. myosin releases from actin
    11. myosin then breaks down ATP to ADP and phosphate to get ready for next release of energy
    12. calcium pumps grab calcium from tropomyosin back into place
    ~keeps replaying~

    I hope some of these help you! If you are reading this, just know that you are such a beautiful, wonderful, and intelligent human being! I hope you all have a lovely day/night <3

  21. 7:09 when u subtly call out ur brothers book in the middle of a muscle contraction love story

  22. Hi Hank, could you please answer this question for me. In a muscle spindle, you have extrafusal fibres and intrafusal fibres. Can you please explain in laymen's terms how these work together?

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *