شارح الدرس: تركيب العضلات الأحياء • الصف الثالث الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف التركيب العِياني، والمجهري للألياف العضلية الهيكلية.

يحتوي جسم الذكر البالِغ على ما يقرب من 650 عضلة هيكلية، وهو ما يمثِّل من كتلة جسمه. العضلات تراكيب في الجسم تُساعِد على الحركة عن طريق الانقباض والانبساط. هي تُساعِد على تحريك الطعام داخل الجهاز الهضمي بعد تناوُل الوجبات، كما تُتيح لساقَيْنا الركض في السباق، وتجعل حدقتَيِ العينين أصغر حجمًا عند النظر إلى ضوء ساطع. دون العمل المتواصِل للعضلات، حتى قلوبنا قد تتوقَّف عن النبض!

تُوجَد ثلاثة أنواع رئيسية مختلفة من العضلات، تؤدِّي وظائف مختلفة وهي: العضلات الهيكلية والعضلات الملساء والعضلات القلبية. بينما تخضع العضلات الهيكلية للتحكُّم الواعي؛ لذلك تُسمَّى العضلات الإرادية، تخضع العضلات الملساء والعضلات القلبية للتحكُّم اللاواعي؛ ومن ثَمَّ، لا يُمكننا أن «نقرِّر» إيقافها عن وظيفتها. يوضِّح الشكل 1 بعض الأمثلة على الأماكن التي تؤدِّي فيها هذه الأنواع المختلفة من العضلات وظيفتها وكيفية اختلافها في تركيبها.

يُمكن أن نتحكَّم في بعض العضلات؛ مثل تلك الموجودة في أطرافنا (الذراعين والساقين)، إراديًّا لتُساعِدنا في تحريك أجزاء معيَّنة من الجسم. تُسمَّى هذه بالعضلات الهيكلية؛ لأنها متَّصِلة بعظام الهيكل العظمي عن طريق الأوتار. وتُسمَّى أحيانًا العضلات المخطَّطة بسبب شكلها المخطَّط، كما هو موضَّح في الشكل 1. يُمكننا أن نَصِف بعض العضلات الهيكلية بأنها متناوِبة؛ لأنها تعمل في صورة أزواج فعندما تنقبض عضلة واحدة، تنبسط العضلة الأخرى، وهو ما يُتيح وجود حركة متناسِقة، مثل الموجودة في الأطراف. وإضافة إلى مُساعَدة الجسم على الحركة، فإن العضلة الهيكلية تُساعِدنا أيضًا في الحفاظ على وضعية الجسم.

العضلة الملساء، التي تُعرَف أيضًا بالعضلة اللاإرادية، لا تَخضَع للتحكُّم الإرادي، ولكنها موجودة في العديد من الأعضاء المختلفة. على سبيل المثال، تُوجَد أنسجة العضلات الملساء في جدران الأعضاء المجوَّفة مثل المريء والمعدة والأمعاء الموجودة في جسم الإنسان، التي تُساعِد في تحريك الطعام داخل الجهاز الهضمي. وتُوجَد أيضًا أنسجة العضلات الملساء في جدران الشرايين، وهي التي تنقبض للمُساعَدة في دفع الدم داخل هذه الأوعية الدموية باستمرار دون أن نفكِّر في ذلك.

العضلة القلبية نوعٌ من العضلات اللاإرادية التي تُوجَد في القلب فقط. ويُمكننا أن نَصِف خلايا العضلة القلبية على أنها عضلية المنشأ، وهو ما يعني أنها لا تحتاج إلى تحفيز عصبي لتنقبض. ويُتِيح ذلك للقلب أن ينبض باستمرار ودون كَلَل على نحوٍ منتظِم لضخِّ الدم في جميع أجزاء جسم الإنسان.

دعونا نلقِ نظرةً على التركيب العِياني للعضلات الهيكلية ووظائف مكوِّناتها. تُشير كلمة «عِياني» إلى التراكيب التي يُمكن رؤيتها بالعين المجردة، دون الحاجة إلى استخدام المجهر.

كلُّ عضلة تُعتبَر عضوًا مفردًا. وتحتوي كلُّ عضلة من هذه العضلات على أنسجة مختلفة: أنسجة العضلات الهيكلية والأنسجة العصبية وأنسجة الدم والأنسجة الضامَّة. تتكوَّن العضلة الهيكلية من العديد من حزم الألياف العضلية. تحتوي حزم الألياف العضلية هذه على أنسجة ضامَّة وخلايا وعُضيات. ووَفقًا لحجمها، يُمكن أن تتكوَّن عضلة واحدة ممَّا يَصِل إلى آلاف الألياف العضلية المفردة.

كلُّ حزمة من الألياف مُحاطة بطبقة واقية من النسيج الضامِّ تُسمَّى غلاف الحزمة العضلية، يُمكن أن نراها في الشكل 2. ويتَّضِح من وجود كلمة «غلاف» في الاسم أن هذه الطبقة تُحيط بشيء ما، وفي هذه الحالة هو الحزمة العضلية. يُساعِد غلاف الحزمة العضلية الخلايا على مقاومة ضغط انقباض العضلات. وتوفِّر أيضًا طبقة الأنسجة الضامَّة هذه مكانًا لاتِّصال الدم والنسيج العصبي بالألياف العضلية المفردة. ينقل الدم الأكسجين والجلوكوز وغير ذلك من المُغذِّيات إلى الخلايا العضلية ليَسمَح لها بالتنفُّس وإطلاق الطاقة والنمو وإصلاح نفسها. وتحفِّز الأعصاب حدوث الانقباض في العضلات.

دعونا ننظر عن كَثَب إلى هذه الألياف العضلية المفردة لنلاحِظ تركيبها المجهري.

كلُّ ليف من الألياف العضلية الهيكلية خليةٌ عضليةٌ واحدةٌ أسطوانيةُ الشكل طويلةٌ للغاية، تُحاط بغشاء بلازمي يُسمَّى الساركوليما، كما هو موضَّح في الشكل 2. وتتكوَّن كلمة الساركوليما من مقطعين «ساركو»، وهي كلمة يونانية الأصل تعني اللحم، وتُستخدَم عادةً لوصْف مكوِّنات العضلات. والمقطع «ليما»، وهي كلمة يونانية تعني الغلاف، أي إنه يشكِّل غشاءً واقيًا حول كلِّ ليف. ويُطلَق أحيانًا على الساركوليما غشاء الليفة العضلية، ويتَّضِح من اسمه أنه غشاء يُحيط بكلِّ ليفة عضلية.

للألياف العضلية العديد من أوجُه التكيُّف التي تجعلها تؤدِّي وظيفتها بفاعلية.

الألياف العضلية أطول بكثير من الخلايا الأخرى؛ حيث إنها تكوَّنت من اندماج العديد من الخلايا العضلية المفردة معًا عندما كنَّا مجرد أجِنَّة. هذا يجعل العضلات قوية؛ حيث إن أيَّ وَصَلات بين الخلايا تؤدِّي إلى وجود نقطة ضعف. ولهذا السبب يكون الدرع الجسمي أكثر فاعلية عندما يتكوَّن من قطعة واحدة متَّصِلة. إذن تتكوَّن الليفة العضلية الواحدة من العديد من الأنوية. يوضِّح الشكل 3 صورة مكبَّرة أكثر لجزء من الليفة العضلية.

يُطلَق على السيتوبلازم الموجود داخل الألياف العضلية الساركوبلازم. الدَّوْر الرئيسي للشبكة الإندوبلازمية في معظم الخلايا الحيوانية، هو أن تعمل باعتبارها مكانًا لتخليق البروتين وتعديله ونقله. وتحتوي الألياف العضلية على شبكة إندوبلازمية متخصِّصة تُسمَّى الشبكة الساركوبلازمية تمتدُّ داخل الليفة العضلية. تحتوي الشبكة الساركوبلازمية على أيونات الكالسيوم اللازمة لبدأ انقباض العضلات.

الخلايا العضلية تتطلَّب كمِّية كبيرة من الطاقة عند انقباضها. ومن ثَمَّ، تحتوي الألياف العضلية أيضًا على العديد من الميتوكوندريا للقيام بالتنفُّس الخلوي؛ وذلك لتوفير جزيئات ATP اللازمة للانقباض. يُمكننا أن نرى إحدى هذه الميتوكوندريا المتعدِّدة في الشكل 3.

تُطوَى أجزاء من الساركوليما التي تُحيط بالألياف العضلية للداخل. وهذا يكوِّن تراكيب تُسمَّى الأُنَيْبيبات المُستعرِضة، وهي الموضَّحة في الشكل 3. هذا يعني أن النبضة التي تَصِل من العصب يُمكن أن تَنتشِر في ساركوبلازم الخلية بالكامل، وبذلك يُمكن أن تنقبض اللُّيَيْفات العضلية الموجودة في الخلية في وقت واحد.

يحتوي كلُّ ليفٍ من الألياف العضلية على عُضيات طويلة تُسمَّى اللُّيَيْفات العضلية، وهي التي تتكوَّن من خيوط بروتينية. يُمكن أن يكون هناك ما بين 1‎ ‎000 و2‎ ‎000 لُيَيْفة عضلية في الليفة العضلية الواحدة، مُرتَّبة بالتوازي بعضها مع بعض ومع الألياف العضلية على طول الجزء الداخلي منها، كما هو موضَّح في الشكل 3. وتتخصَّص اللُّيَيْفات العضلية في الانقباض.

يُمكننا أن نتخيَّل تركيب العضلات على صورة أحبال. تتكوَّن اللُّيَيْفات من فتائل مفردة، والفتائل تتكوَّن من عدَّة خيوط. ويكون ذلك متَّصِلًا بعضه ببعض ليُمَدَّ الحبل بقواها المتضافِرة. وبالمثل تتكوَّن العضلات من الألياف العضلية المفردة، وتتكوَّن الألياف العضلية من العديد من اللُّيَيْفات العضلية. وهو ما يَمُدُّ العضلة بقواها المتضافِرة.

تتكوَّن اللُّيَيْفات العضلية من العديد من الوحدات المكرَّرة، التي تُسمَّى القِطَع العضلية، ويُمكن أن نراها في الشكل 4. ولمعرفة الحجم، يُمكننا أن نرى شكل القِطَع العضلية داخل اللُّيَيْفة العضلية في الشكل 3. اللُّيَيْفات العضلية تحتوي على أنماط مكرَّرة من هذه القِطَع العضلية التي تتكوَّن من نوعين من الخيوط العضلية، وهما الأكتين والميوسين.

الأكتين خيطٌ رفيعٌ يتكوَّن من شريطين من البروتين ملتفَّيْن كلٌّ منهما حول الآخَر، كما نرى في الشكل 4، وهو ممثَّل بالتراكيب الأفقية ذات اللون الأحمر.

الميوسين أكثر سُمكًا من الأكتين؛ ولذلك يبدو أدكن في اللون. الميوسين خيطٌ طويلٌ على شكل عصًا له رءوس كروية بارزة للخارج. وسنَجِد خيوط الميوسين ممثَّلة في الشكل 4 على صورة تراكيب أفقية باللون الأزرق.

تحتوي اللُّيَيْفات العضلية على مناطق متبادلة ذات لون أفتح وأدكن وفقًا لتركيب خيوط الأكتين والميوسين داخلها في كلِّ قطعة عضلية. هذا يَجعلها تبدو مخطَّطة.

تتكوَّن المناطق المُضيئة (I)، المعروفة أيضًا بالمناطق المتماثِلة الأجزاء، من خيوط الأكتين الرفيعة فقط، كما نرى في الشكل 4. ولهذا السبب، فإنها تبدو أفتح بكثير من باقي القطعة العضلية. وتُوجَد داخل المنطقة المُضيئة (I) منطقة تُسمَّى الخط Z، التي تبدو أدكن نوعًا ما في الصُّوَر المجهرية بسبب ارتفاع تركيز الأكتين والبروتينات الأخرى بها. يُشير الخطان Z إلى حدَّيِ القطعة العضلية.

تحتوي المناطق الداكنة (A)، المعروفة أيضًا بالمناطق المتبايِنة الأجزاء، على خيوط ميوسين أكثر سُمكًا، كما نرى في الشكل 4. وهذا يَجعلها تبدو أدكن بكثير من المناطق المُضيئة (I)؛ ولهذا السبب تُسمَّى أحيانًا المناطق الداكنة. الحواف الخارجية للمنطقة الداكنة (A) أدكن؛ بسبب تداخُل الأكتين والميوسين. والمنطقة الداخلية للمنطقة الداكنة (A)، التي تُسمَّى المنطقة شبه المُضيئة (H)، ليست داكنة كالمنطقة (A)، لأنها تحتوي على خيوط الميوسين فقط. وعندما تنقبض العضلة، يقلُّ طول المنطقة شبه المُضيئة (H)، وهو ما يؤدِّي إلى صِغَر القطعة العضلية بالكامل. والخط الموجود في منتصف المنطقة شبه المُضيئة (H) يُسمَّى المنطقة M.

مثال ٣: تحديد المناطق الموجودة داخل القطعة العضلية

يوضِّح الشكل الآتي التركيب الأساسي للقطعة العضلية. ما الحرف الذي يُشِير إلى المنطقة المُضيئة (I)؟

الحل

يوضِّح لنا الشكل صورة قطعة عضلية تتكوَّن من نوعين من الخيوط العضلية، وهما الأكتين والميوسين. الأكتين خيطٌ رفيعٌ يتكوَّن من شريطين من البروتين ملتفَّين كلٌّ منهما حول الآخَر، وهو موضَّح هنا باللون الأحمر. أمَّا الميوسين، الذي يكون عبارةً عن خيط طويل على شكل عصًا له رءوس كروية بارزة للخارج، فهو أكثر سُمكًا من الأكتين. والميوسين هنا موضَّح لنا في صورة التراكيب الأفقية ذات اللون الأزرق.

تتكوَّن المنطقة المُضيئة (I) من خيوط أكتين رفيعة فقط، موضَّحة في هذا الشكل باللون الأحمر. وتُوجَد داخل المنطقة المُضيئة (I)، منطقة تُسمَّى الخط Z. وتُشير المسافة بين الخطين Z إلى حدَّيِ القطعة العضلية.

تحتوي المنطقة الداكنة (A) على خيوط الميوسين الأكثر سُمكًا، الموضَّحة في هذا الشكل باللون الأزرق. وتُوجَد الحواف الخارجية للمنطقة الداكنة (A) عند أماكن تداخُل الأكتين والميوسين. وتحتوي المنطقة الداخلية للمنطقة الداكنة (A)، التي تُسمَّى المنطقة شبه المُضيئة (H)، على خيوط الميوسين فقط. وعندما تنقبض العضلة، يقلُّ طول المنطقة شبه المُضيئة (H)، وهو ما يؤدِّي إلى صِغَر القطعة العضلية بالكامل. يُسمَّى الخط الموجود في منتصف المنطقة شبه المُضيئة (H) بالمنطقة M.

لذا دعونا نضع المعلومات التي توصَّلنا إليها على الشكل.

إذن الحرف الذي يُشير إلى المنطقة المضيئة (I) هو (د).

مثال ٤: تحديد التركيب البروتيني لمناطق القطعة العضلية

يوضِّح الشكل تركيب قطعة عضلية، مع الإشارة إلى تراكيبها.

1. ما الجزء الذي يحتوي على الأكتين فقط؟
2. ما الجزء الذي يحتوي على الميوسين فقط؟
3. ما الجزء الذي يحتوي على الأكتين والميوسين؟

الحل

يوضِّح لنا الشكل صورة للقطعة العضلية التي تتكوَّن من نوعَيْن من الخيوط العضلية، وهما الأكتين والميوسين.

الجزء الأول

الأكتين خيطٌ رفيعٌ يتكوَّن من شريطين من البروتين ملتفَّيْن كلٌّ منهما حول الآخَر. أمَّا الميوسين فهو خيطٌ طويلٌ على شكل عصًا له رءوس كروية بارزة للخارج، ويكون أكثر سُمكًا من الأكتين.

تتكوَّن المنطقة المُضيئة (I) من خيوط أكتين رفيعة فقط موضَّحة في هذا الشكل باللون الأحمر. وتُوجَد داخل المنطقة المُضيئة (I)، منطقة تُسمَّى الخط Z. وتُشير المسافة بين الخطين Z إلى حدَّيِ القطعة العضلية.

إذن الجزء الذي يحتوي على الأكتين فقط هو المنطقة المُضيئة (I).

الجزء الثاني

تحتوي المنطقة الداكنة (A) على خيوط ميوسين أكثر سُمكًا موضَّحة في هذا الشكل باللون الأزرق. وتحتوي المنطقة الداخلية للمنطقة الداكنة (A)، التي تُسمَّى المنطقة شبه المُضيئة (H)، على الميوسين فقط. وعندما تنقبض العضلة، يقلُّ طول المنطقة شبه المُضيئة (H)، وهو ما يؤدِّي إلى قِصَر القطعة العضلية بالكامل أيضًا.

إذن الجزء الذي يحتوي على الميوسين فقط هو المنطقة شبه المُضيئة (H).

الجزء الثالث

تمتدُّ المنطقة الداكنة (A) على طول خيوط الميوسين السميكة بالكامل. وتُوجَد الحواف الخارجية للمنطقة الداكنة (A) عند أماكن تداخُل الأكتين والميوسين.

إذن المنطقة الموجودة في القطعة العضلية التي تحتوي على كلٍّ من الأكتين والميوسين هي المنطقة الداكنة (A).

الأنماط المتبادِلة للأكتين والميوسين في القطعة العضلية تُعطي للعضلة الهيكلية شكلًا مخطَّطًا، كما نرى في الصورة المجهرية التالية للعضلة المخطَّطة. يُمكننا أن نرى المناطق الداكنة (A) ذات اللون الأدكن تحتوي على خيوط الميوسين السميكة، والمناطق المُضيئة (I) ذات اللون الأفتح تحتوي على خيوط الأكتين الرفيعة. ويقع الخط Z ذو اللون الأدكن في منتصف المنطقة المُضيئة (I). يُمكننا أن نرى الأنوية المتعدِّدة التي تُحيط بالألياف العضلية الملوَّنة باللون الأزرق الداكن.

هذه المناطق وشكلها المخطَّط موجودة في كلٍّ من العضلة الهيكلية والعضلة القلبية؛ ولهذا يُشار أحيانًا إلى كلا النوعين بالعضلات المخطَّطة. ولا تحتوي العضلة الملساء على هذه المناطق؛ ومن ثَمَّ، فهي غير مخطَّطة. يوضِّح الشكل 6 الفرق بين مَظهَر العضلات المخطَّطة والعضلات غير المخطَّطة.

دعونا نلخِّص بعض النقاط الرئيسية التي تناوَلناها في هذا الشارح.