2: الجهاز العضلي
الدرس 1-2: الجهاز العضلي
The Muscular System
الأهداف
- تصف أنواع العضلات الثلاثة.
- تفسر ما يحدث في أثناء انقباض العضلة على مستوى الخيط واللييف العضلي.
- تميز بين الألياف العضلية البطيئة الانقباض والسريعة الانقباض.
مراجعة المفردات
Anaerobic: اللاهوائي
تفاعلات كيميائية لا تحتاج إلى الأكسجين لحدوثها.
المفردات الجديدة
- العضلة الملساء
- العضلة اللاإرادية
- العضلة القلبية
- العضلة الهيكلية
- العضلات الإرادية
- الوتر
- اللييف العضلي
- الميوسين
- الأكتين
- القطعة العضلية
الفكرة الرئيسة
تختلف أنواع الأنسجة العضلية الثلاثة بعضها عن بعض في التركيب والوظيفة.
الربط مع الحياة
ساهم ليوناردو دافنشي بتقديم كم هائل من المعرفة للمجتمع العلمي. فقد درس جسم الإنسان من خلال فحص التشريح. وحاول دافنشي وضع أساليب محاكاة للعضلات؛ لكي يتعلم كيف تنقبض العضلات لتسحب العظم، وتسبب الحركة.
أنواع العضلات
Types of Muscles
تتكون العضلة من مجموعة ألياف أو خلايا عضلية متماسكة بعضها مع بعض. وعندما استُخلص كامل عظمية لأول مرة قبل الناس أنها بعض العضلات الهيكلية. تفحص الشكل 1-5، تشاهد ثلاثة أنواع من العضلات، هي: الملساء، والقلبية، والهيكلية. وتصنف العضلات بناءً على تركيبها ووظيفتها.
العضلات الملساء
Smooth muscle
تبطن العضلات الملساء smooth muscle الكثير من الأعضاء الداخلية، ومنها: القناة الهضمية، والأوعية الدموية، والمثانة البولية، والرحم. وهي عضلات لا إرادية involuntary muscle لا يستطيع الإنسان السيطرة عليها. فيتحرك الطعام مثلًا في القناة الهضمية بفعل انقباضات العضلة التي تغطيها. الركوع والصعود والأمعاء الدقيقة والغليظة. وتبدو العضلات الملساء عند فحصها بالمجهر غير مخططة ولا مرتبة في حزم، ولكل خلية نواة واحدة.
العضلات القلبية
Cardiac muscle
توجد هذه العضلات اللاإرادية في القلب فقط. ولذا تسمى العضلات القلبية cardiac muscle. وترتب الخلايا العضلية القلبية على هيئة شبكة تسمح للعضلات بالانقباض بفاعلية وانتظام، مما يجعل القلب قويًا. والعضلات القلبية مخططة، ويتكون نخر حزمة من الخلايا التي يظهر لونها فاتحًا أو داكنًا، وبداخلها العديد من النوى. وعادة ما تكون هذه الخلايا وحيدة النواة، وبعضها ترتبط مع بعض بوصلات فجوية.
صورة: أنواع الخلايا العضلية
اسم الصورة المقترح: `انواع_الخلايا_العضلية_ملساء_قلبية_هيكلية`
وصف الصورة:
الشكل 1-5 يوضح باستخدام التكبير للعضلات كيف تختلف هذه الخلايا العضلية ومظهرها.
تظهر:
- خلية ألياف عضلية ملساء.
- خلية ألياف عضلية قلبية.
- خلية ألياف عضلية هيكلية.
نص الشكل:
الشكل 1-5 باستخدام التكبير للعضلات يمكن مشاهدة الاختلاف في شكل الخلايا العضلية ومظهرها. فالخلية العضلات الملساء لها شكل مغزلي، والخلية العضلية القلبية تبدو مخططة، كما أن الخلية العضلات الهيكلية أيضًا مخططة.
فسر العلاقة:
لم تظهر العضلات ما الأسس الأخرى المستعملة في تصنيفها؟
العضلات الهيكلية
Skeletal muscles
معظم عضلات الجسم هيكلية. وترتبط العضلات الهيكلية skeletal muscle مع العظام عن طريق الأوتار لتسبب الحركة عند انقبض أو تنبسط، مثل عضلات الذراع والقدم والرأس واللسان والوجه. وهي عضلات إرادية voluntary muscle؛ إذ يمكن التحكم فيها عند تحريك العظام. وتربط الأوتار tendons المكونة من نسيج ضام ليفي بين العضلات والعظام. كما تظهر العضلات الهيكلية مخططة عند مشاهدتها بالمجهر.
المفردات: الاستعمال العلمي مقابل الاستعمال الشائع
Contract ينقبض
الاستعمال العلمي:
يشد أو يقصر، تنقبض العضلات وتسبب الحركة.
الاستعمال الشائع:
ينكمش رجل على نفسه، أي ضاق باتجاه إلى الانزواء والعزلة.
انقباض العضلة الهيكلية
Skeletal Muscle Contraction
تترتب معظم العضلات الهيكلية في شكل زوجي متضاد؛ أي تكون إحدى العضلات معاكسة للأخرى. انظر الشكل 1-6 الذي يوضح العضلات التي تستخدمها عندما ترفع ساعدك أو تخفضه. وتتكون الليفة العضلية من وحدات صغيرة تسمى اللييفات العضلية myofibrils، وتحتوي بدورها على الميوسين myosin والأكتين actin، وهما وحدات صغيرة من الخيوط البروتينية. وتتألف وحدات البناء في الليف العضلي من قطعة عضلية sarcomere، وهي وحدة الوظيفة والجزء الذي ينقبض من العضلة، كما في الشكل 1-7.
ويظهر التخطيط في العضلات بسبب القطع العضلية التي تمتد من خط Z وتنتهي بخط Z آخر. ويحدث خط Z رباطًا للألياف. إن نقطة الضوء من Z إلى الخط الرابط بخط واحد. الليف العضلي الذي يتكون من تداخل ألياف الأكتين والميوسين حزمة شريط داكنة اللون تسمى الحزمة A. أما خط M فيتكون من ألياف الميوسين فقط. إن ترتيب مكونات القطعة العضلية بهذا الشكل يجعل العضلة مخططة.
نظرية الخيوط المنزلقة
Sliding filament theory
يوضح الشكل 1-7 نظرية الخيوط المنزلقة. وتنص هذه النظرية على أنه عند وصول الإشارة العصبية إلى العضلة تنزلق خيوط الأكتين بعضها في اتجاه بعض، مسببة انقباض العضلة. لاحظ أن خيوط الميوسين ثابتة لا تتحرك. وتحتاج عضلات هيكلية أحيانًا لإنجاز حركة يسيرة، كما في حركة قلب صفحة هذا الكتاب.
صورة: حركة العضلات المتضادة في الذراع
اسم الصورة المقترح: `انقباض_وانبساط_عضلات_الذراع_المتضادة`
وصف الصورة:
الشكل 1-6 يوضح ترتيب العضلات في شكل زوجي متضاد.
النصوص داخل الصورة:
عند انقباض العضلة ذات الرأسين يرتفع الساعد إلى أعلى:
- العضلة ذات الرأسين منقبضة.
- العضلات ذات الرؤوس الثلاثة منبسطة.
عندما تنقبض العضلة ذات الرؤوس الثلاثة يتحرك الساعد إلى أسفل:
- العضلة ذات الرأسين منبسطة.
- العضلات ذات الرؤوس الثلاثة منقبضة.
صورة: انقباض العضلة
اسم الصورة المقترح: `تركيب_الليف_العضلي_ونظرية_الخيوط_المنزلقة`
وصف الصورة:
الشكل 1-7 يوضح أن الليف العضلي يتكون من لييفات عضلية، أما اللييف العضلي فيتكون من خيوط الأكتين والميوسين.
النصوص المهمة داخل الشكل:
- ميتوكندريا.
- لييف عضلي.
- لييفات عضلية.
- نواة خلية عضلية.
- قطعة عضلية.
- خط Z.
- خط M.
- حزمة A.
- خيوط ميوسين سميكة.
- خيوط أكتين رقيقة.
الانبساط:
تكون القطعة العضلية في وضعها الطبيعي.
الانقباض:
استجابة لإشارة عصبية تتكون جسور عرضية بين الأكتين والميوسين، وتستخدم طاقة ATP لجذب الخيوط الرفيعة وتحريكها، مما يسبب تقصير القطعة العضلية.
الانقباض الكامل:
تكون العضلة المتوترة منقبضة، عندما تنزلق خيوط الأكتين باتجاه بعضها.
الربط مع الكيمياء
عندما يصل السيال العصبي إلى العضلة تتحرر أيونات الكالسيوم إلى الليف العضلي، فيسبب ارتباط الأكتين والميوسين معًا، وسحب خيوط الأكتين بعضها نحو مركز القطعة العضلية؛ لذا يحدث الانقباض. وتحتاج هذه العملية إلى الطاقة ATP التي تستخدم لسحب كل رأس، وعند انبساط العضلة تنزلق الخيوط مرة أخرى لتعود إلى وضعها الطبيعي.
الطاقة لانقباض العضلات
Energy for muscles contraction
تقوم الخلايا العضلية جميعها بعمليات الأيض هوائيًا ولاهوائيًا. وعندما يتوافر الأكسجين يحدث التنفس الخلوي الهوائي في الخلايا العضلية، وتطلق هذه العملية ATP بوصفه مصدرًا للطاقة.
بعد إجراء تمرين رياضي مجهد، ربما لا تتمكن العضلات من الحصول على الأكسجين الكافي لاستمرار التنفس الخلوي، مما يقلل كمية ATP الموجودة؛ فتضطر إلى تصنيع الشكل 1-8 تعتمد على التنفس اللاهوائي في لا يسمى عملية تخمر حمض اللاكتيك للحصول على الطاقة. ويزداد تركيز حمض اللاكتيك في العضلات في أثناء التمارين الرياضية، مما يسبب الإعياء، وينتقل الفائض منه إلى الدم. الأمر الذي يحفز التنفس السريع. وبعد أخذ قسط من الراحة يعاد تخزين كمية كافية من الأكسجين، ويتحلل حمض اللاكتيك في الجسم.
لعلك شاهدت حيوانًا ميتًا على جانب الطريق؛ عندما يموت الحيوان يصبح في حالة تيبس، وهي حالة انقباض عضلي طويل الأمد. ويحتاج الجسم إلى ATP لضخ الكالسيوم بعيدًا عن الليف العضلي لكي تنبسط العضلة. والآن الحيوان الميت في هذه الحالة لا يستطيع إنتاج ATP؛ فإذا بقي الكالسيوم يبقى داخل الليف العضلي، وتستمر العضلات في حالة انقباض. وعندما تبدأ الأنسجة في التحلل بعد 24 ساعة من الوفاة، لا تستطيع العضلات البقاء منقبضة.
صورة: العداء بعد التمرين
اسم الصورة المقترح: `حالة_الدين_الاكسجيني_بعد_تمرين_رياضي_مجهد`
وصف الصورة:
الشكل 1-8 الوصول إلى نهاية السباق يشكل لحظة من بذل طاقة قصوى.
نص الشكل:
الحالة المسماة دَيْن الأكسجين تعني الحاجة إلى الأكسجين لتعويض الطبيعي بعد تمرين رياضي مجهد.
قوة العضلة الهيكلية
Skeletal Muscle Strength
لا تنمو أجسام بعض الناس مثل أجسام أبطال كمال الأجسام مهما بذلوا من محاولات في بناء العضلات. كذلك قد يكون أحد العدائين هو الأسرع في السباقات القصيرة، ولكنه يصل إلى الإعياء سريعًا في سباق المسافات الطويلة. فما سبب هذا الاختلاف؟ ترجع السبب إلى اختلاف العضلة الهيكلية البطيئة الانقباض ونسبتها إلى الألياف العضلية السريعة الانقباض، حيث يوجد كلا النوعين من الألياف في كل إنسان.
العضلات البطيئة الانقباض
Slow-twitch muscles
تختلف العضلات الهيكلية في قوة انقباضها، حيث تنقبض العضلة الآلاف من مره. كما تختلف نسبة قوة العضلات البطيئة الانقباض والعضلات السريعة الانقباض. ولليف العضلي البطيء الانقباض قدرة تحمل أكثر من الليف العضلي السريع الانقباض. ويحتوي جسم متسابقي الدراجات الهوائية في الشكل 1-9 أليافًا عالية بطيئة الانقباض. كما تعمل هذه الأنواع من الألياف العضلية جيدًا في سباق المسافات الطويلة أو السباحة؛ لأنها تقاوم الإعياء أكثر من ألياف العضلات السريعة الانقباض. ويتوافر الكثير من الميتوكندريا في الليف العضلي البطيء الانقباض للقيام بعملية التنفس الخلوي. كما تحتوي هذه الألياف العضلية ميوجلوبين، وهو بروتين التنفس الذي يخزن الأكسجين، ويعد مستقبلًا له. كما يجعل الميوجلوبين لون العضلة داكنًا. وتزيد التمارين عدد الميتوكندريا في الألياف، لكن الزيادة الكلية في حجم العضلة تكون قليلة نسبيًا.
العضلات السريعة الانقباض
Fast-twitch muscles
تصل العضلات السريعة الانقباض إلى حالة الإعياء بسرعة، لكنها توفّر قوة كبيرة للحركة القصيرة السريعة. وقد تكيفت العضلات السريعة الانقباض لإنتاج القوة. وتعمل هذه العضلات جيدًا في أثناء التمارين الرياضية التي تتطلب دفعة صغيرة سريعة من الطاقة، ومنها عدو المسافات القصيرة أو رفع الأثقال، كما في الشكل 1-9.
ويكون لون هذه العضلات فاتحًا لأنها تحتوي القليل من الميوجلوبين. وتعتمد على التنفس اللاهوائي لقلة عدد الميتوكندريا الموجودة فيها، مما يسبب تراكم حمض اللاكتيك الذي يسبب إعياء العضلة. وتؤدي التمارين الرياضية إلى زيادة عدد اللييفات العضلية، مما يجعل قطر العضلة أكبر.
وتحتوي غالبية العضلات الهيكلية خليطًا من العضلات ذات الانقباض السريع والبطيء. وتتحدد نسبة هذا الخليط وراثيًا. وعندما تكون نسبة الألياف البطيئة إلى الألياف السريعة الانقباض مرتفعة جدًا يكون الشخص عداء مسافات طويلة، أو للسباقات الطويلة. أما رافعو الأثقال فلديهم نسبة عالية من الألياف السريعة الانقباض. وعادة ما تكون عضلات غالبية الناس بين هاتين الحالتين.
إرشادات الدراسة
صمم إنفوجرافيك
توضحي بعض المكملات الغذائية المفضلة لدى الرياضيين موضحًا أضرارها.
صورة: متسابق الدراجات ورافع الأثقال
اسم الصورة المقترح: `الالياف_البطيئة_والسريعة_في_الرياضات_المختلفة`
وصف الصورة:
الشكل 1-9 يوضح أن متسابقي الدراجات الهوائية في سباقات المطاولة لديهم نسبة عالية من الألياف العضلية بطيئة الانقباض. أما رافعو الأثقال فلديهم نسبة عالية من الألياف العضلية السريعة الانقباض.
مختبر تحليل البيانات 1-1
بناء على بيانات حقيقية
تفسير البيانات
كيف تستخدم نسبة الألياف البطيئة الانقباض مع عمل العضلة؟
يمكن تحديد نسبة الألياف العضلية البطيئة الانقباض إلى السريعة الانقباض بأخذ قطعة صغيرة من العضلة وصبغها بصبغة تحسن صبغة إنزيم بناء الطاقة ATPase. تضيع الألياف العضلية السريعة الانقباض ذات المحتوى العالي من ATP باللون الغامق.
جدول: البيانات والملاحظات
| العضلة | الوظيفة | نسبة الألياف البطيئة الانقباض |
| ------------------------- | ---------- | ----------------------------- |
| الأخمصية الرجل | ثني القدم | 87 |
| ذات الرأسين الفخذية الرجل | ثني الساق | 67 |
| المثلثة الكتف | رفع الذراع | 52 |
| المنحرفة الصدغية الرقيقة | تحرك الرأس | 35 |
| عضلة محجر العين الوجه | تغلق الجفن | 15 |
مصدر البيانات:
Lamb, D.R. 1984. physiology of Exercise. New York: Macmillan Co.
التفكير الناقد
- افترض حلل بيانات الجدول، وضع فرضية تفسر لماذا تحتوي عضلة ساق الرجل الأخمصية على ألياف بطيئة الانقباض أكثر من عضلة محجر العين.
- صنف العضلات، معتمدًا على عضلات سريعة الانقباض.
التقويم 1-2
الخلاصة
- هناك ثلاثة أنواع من العضلات.
- تنتظم العضلات الهيكلية في أزواج عضلية متضادة، بحيث تعمل عضلة عكس الأخرى.
- تبطن العضلات الملساء العديد من الأعضاء الداخلية.
- توجد العضلات القلبية في القلب فقط.
- تقوم جميع العضلات بعمليات الأيض الهوائية واللاهوائية.
فهم الأفكار الرئيسة
- الفكرة الرئيسة: صمم لوحة تتضمن قائمة بأوجه الشبه والاختلاف بين أنواع العضلات الثلاثة.
- حدد أنواع كل من العضلات الإرادية واللاإرادية.
- فسر لماذا يحدث التنفس الهوائي قبل تخمر حمض اللاكتيك في عضلاتك.
- قارن بين دور الميتوكندريا في الليف العضلي السريع الانقباض والليف العضلي البطيء الانقباض.
التفكير الناقد
- استنتج نسبة اللحم الداكن العضلات إلى اللحم الأبيض في الديك الرومي الذي تكون أعلى مقارنة بالديك الرومي الذي يُربى في المزارع. لماذا يساعد ذلك على طيران الديك الرومي البري مسافات أطول من الديك الرومي الداجن؟
- الكتابة في علم الأحياء:
اكتب فقرة قصيرة تعبر فيها عن سلسلة الأحداث المرتبطة مع انقباض العضلات الهيكلية. ابدأ قصتك من أيونات الكالسيوم.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.