فيديو الدرس: تركيب العضلات الأحياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف تركيب العضلات من خلال استكشاف سريع لأنواع العضلات المختلفة قبل إلقاء نظرة تفصيلية على العضلات الهيكلية على المستويين العياني والمجهري. سوف نتعلم كيف تتخصص الألياف العضلية الهيكلية لأداء وظائفها المتمثلة في مساعدة أجزاء مختلفة من جسم الإنسان على الحركة.

يحتوي جسم الإنسان البالغ على 650 عضلة تقريبًا، وهو ما يساوي حوالي نصف وزن الجسم الكلي. العضلات هي تراكيب في الجسم تساعد في الحركة من خلال الانقباض والانبساط. فهي تساعد في تحريك الطعام داخل الجهاز الهضمي بعد تناول الوجبات، وتسمح بحركة الساقين والذراعين عند الركض في سباق، وتجعل حدقتي العينين أصغر حجمًا عند النظر إلى ضوء ساطع. من دون العمل المتواصل للعضلات، فحتى قلوبنا قد تتوقف عن النبض. توجد ثلاثة أنواع رئيسية مختلفة من العضلات تؤدي وظائف مختلفة وهي: العضلات الهيكلية التي تسمى أحيانًا بالعضلات المخططة، والعضلات الملساء والعضلات القلبية.

بينما تخضع العضلات الهيكلية للتحكم الواعي، ولذلك تسمى العضلات الإرادية، تعد العضلات الملساء والعضلات القلبية عضلات لا إرادية، ومن ثم، فإنها تخضع للتحكم اللاواعي ولا يمكننا ببساطة أن نقرر إيقافها عن أداء وظيفتها. بعض الأمثلة على العضلات الهيكلية توجد في أطرافنا، مثل العضلات التي تتيح حركة الذراعين والساقين. وهي تسمى بالعضلات الهيكلية لأنها تتصل بعظام الهيكل العظمي عن طريق الأوتار. تعرض هذه الصورة الشكل الذي قد تبدو عليه بعض خلايا العضلات الهيكلية المكبرة. ويطلق عليها أحيانًا اسم العضلات المخططة نظرًا لشكلها المخطط.

دعونا نحتفظ بقائمة مرجعية بالخواص الرئيسية التي تناولناها حتى الآن. توصف بعض العضلات الهيكلية بأنها متناهضة، إذ تؤدي عملها في صورة أزواج، فعندما تنقبض عضلة تنبسط الأخرى، ما يتيح حركة متناسقة كالتي في الذراع. على سبيل المثال، العضلة الثنائية الرءوس والعضلة الثلاثية الرءوس عضلتان متناهضتان في الذراع العلوية. يمكنكم أن تروا هنا عضلة ثنائية الرءوس منقبضة وعضلة ثلاثية الرءوس منبسطة عندما تكون الذراع مثنية. لكن، عندما تكون الذراع منبسطة، تنبسط العضلة الثنائية الرءوس وتنقبض العضلة الثلاثية الرءوس. هذا يتيح حركة الذراع. بالإضافة إلى مساعدة أجسامنا في الحركة، فإن العضلات الهيكلية تساعدنا أيضًا في الحفاظ على وضع الجسم.

إذا نظرنا إلى الخلايا المفردة الموجودة في العضلات الملساء، فسنجد أنها غير مخططة أي لا تحتوي على خطوط. أحيانًا تعرف العضلات الملساء بوجه عام بأنها عضلات لا إرادية، لأنها لا تخضع للتحكم الواعي مثل العضلات الهيكلية. توجد العضلات الملساء في العديد من الأعضاء المختلفة. على سبيل المثال، توجد عضلات ملساء في جدران الأعضاء المجوفة، مثل المريء الموضح هنا، وكذلك في المعدة والأمعاء، للمساعدة في تحريك الطعام داخل الجهاز الهضمي. هناك كذلك عضلات ملساء في جدران الشرايين. في كل من الشرايين والجهاز الهضمي، وظيفة العضلات الملساء هي الضغط على هذه الأعضاء للمساعدة في دفع المواد خلالها، كالدم أو الطعام، باستمرار ومن دون أن نضطر للتفكير في ذلك.

العضلات القلبية، التي يمكنكم رؤية بعض خلاياها في هذه الصورة، لا إرادية أيضًا لكنها لا توجد إلا في القلب. كما هو الحال بالنسبة إلى العضلات الهيكلية، يمكنكم ملاحظة أن خلايا العضلات القلبية تظهر هي الأخرى في شكل مخطط. توصف خلايا العضلات القلبية بأنها عضلية المنشأ، ما يعني أن النبض يتولد من القلب وليس من الخارج مثلما يحدث في العضلات الإرادية. يتيح ذلك للقلب بأن ينبض باستمرار ومن دون كلل على نحو منتظم لضخ الدم في جميع أجزاء الجسم.

دعونا نلق نظرة عن كثب على التركيب العياني للعضلات الهيكلية وكيفية عمل جميع مكوناتها المختلفة. تشير كلمة «عياني» إلى التراكيب التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة من دون الحاجة إلى استخدام المجهر. تعتبر كل عضلة عضوًا منفردًا، ويحتوي كل من هذه العضلات على أنسجة مختلفة، مثل: الأنسجة العضلية الهيكلية نفسها والأنسجة العصبية، التي تتكون في معظمها من خلايا عصبية حركية، وأنسجة الدم، والأنسجة الضامة كالأوتار، التي تربط العضلة بالعظام. لكن دعونا ننح بعض هذه الأنسجة الأخرى في الوقت الحالي، ونركز على النسيج العضلي نفسه.

تتكون العضلات الهيكلية من العديد من حزم الألياف العضلية. وتحتوي هذه الألياف العضلية على مجموعة من الأنسجة، والخلايا، والعضيات. بناء على حجمها، يمكن أن تتكون عضلة واحدة مما يصل إلى آلاف من الألياف العضلية المفردة. كل حزمة من الألياف محاطة بطبقة واقية من الأنسجة الضامة تسمى غلاف الحزمة العضلية ‪perimysium‬‏. البادئة ‪peri‬‏ تعني الإحاطة بشيء وتغليفه، بينما يشير المقطع ‪my‬‏ الموجود في منتصف الكلمة إلى العضلة. يساعد غلاف الحزمة العضلية الخلايا على مقاومة الضغط الناتج عن انقباض العضلات. توفر طبقة الأنسجة الضامة هذه كذلك مكانًا لاتصال الدم والنسيج العصبي بالألياف العضلية المفردة.

يحمل الدم الأكسجين والجلوكوز والمغذيات الأخرى إلى الخلايا العضلية ليسمح لها بالتنفس وإطلاق الطاقة والنمو وإصلاح نفسها. لا يمكن رؤية الخلايا العصبية الحركية من دون المجهر، إلا أنها تؤدي وظيفة مهمة وهي تحفيز انقباض العضلات. كل ليفة عضلية هيكلية عبارة عن خلية عضلية أسطوانية طويلة جدًّا، تحاط بغشاء بلازمي يسمى «ساركوليما». البادئة «ساركو» مشتقة من كلمة يونانية معناها «لحم»، وتستخدم عادة لوصف مكونات العضلات. واللاحقة «ليما» هي كلمة يونانية معناها «غلاف»، حيث يشكل غشاء واقيًا حول كل ليف. يطلق أحيانًا على الساركوليما غشاء الليفة العضلية. ويتضح من اسمه أنه غلاف يحيط بكل ليفة عضلية.

دعونا نلق نظرة على تركيب الليفة العضلية على مستوى مجهري. للألياف العضلية الكثير من أوجه التكيف التي تجعلها تؤدي وظيفتها بفعالية. يمكننا أن نرى بالفعل الساركوليما التي استعرضناها سابقًا، والتي تشكل غشاء يحيط بكافة أنحاء الليفة العضلية. لكن لا داعي للقلق بشأن التراكيب التي تبدو معقدة في مواضع أخرى، إذ سوف نستعرضها جميعًا الواحدة تلو الأخرى.

الألياف العضلية، التي يمكنكم رؤية جزء من إحداها هنا، أطول بكثير من الخلايا الأخرى. ويرجع ذلك إلى أنها تكونت من خلال اندماج العديد من الخلايا العضلية المفردة عندما كنا مجرد أجنة. هذا يجعل العضلات قوية حيث إن أي وصلات بين الخلايا تؤدي إلى نقاط ضعف. ومن ثم، فإن وجود خلايا طويلة يقلل من عدد نقاط الضعف. هذا هو السبب الذي يجعل الدرع الجسمي أقوى وأكثر فاعلية عندما يصنع من صفيحة معدنية واحدة متصلة؛ إذ تضيف كل وصلة بين الصفائح نقطة ضعف. ونظرًا لأن الألياف العضلية تكونت من العديد من الخلايا، تحتوي الليفة العضلية الواحدة على العديد من الأنوية.

يطلق على السيتوبلازم الموجود داخل الليفة العضلية «الساركوبلازم». في معظم الخلايا الحيوانية، يتمثل الدور الرئيسي للشبكة الإندوبلازمية في كونها مكانًا لتخليق البروتينات وتعديلها ونقلها. تحتوي الألياف العضلية على شبكة إندوبلازمية متخصصة تسمى «الشبكة الساركوبلازمية»، وهي تمتد داخل الليفة العضلية. تحتوي الشبكة الساركوبلازمية للألياف العضلية الهيكلية على أيونات الكالسيوم اللازمة لبدء انقباض العضلات. تحتاج الخلايا العضلية كمية كبيرة من الطاقة عند انقباضها. ومن ثم، تحتوي أيضًا على العديد من الميتوكوندريا، وهي مكان حدوث التنفس الخلوي، لإطلاق الطاقة اللازمة لانقباض العضلات.

تطوى أجزاء من الساركوليما التي تحيط بالألياف العضلية للداخل، وهذا يكون تراكيب تسمى «الأنيبيبات» المستعرضة. يعني ذلك أن النبضة التي تصل من الخلية العصبية الحركية يمكن أن تنتشر على امتداد ساركوبلازم الليفة العضلية بالكامل، وبذلك يمكن لجميع الخلايا الموجودة في العضلة أن تنقبض في الوقت نفسه. تحتوي كل ليفة عضلية على عضيات أسطوانية طويلة يطلق عليها «اللييفات العضلية»، ويشار إليها هنا باللون الوردي. تتكون اللييفات العضلية من ألياف بروتينية. يمكن أن يوجد ما بين 1000 و2000 لييفة عضلية في الليفة العضلية الواحدة، وهي مرتبة بالتوازي بعضها مع بعض ومع الليفة العضلية على طول الجزء الداخلي منها. وتعد اللييفات العضلية مسئولة عن الانقباض.

يمكنكم تخيل تركيب العضلات على صورة أحبال. الأحبال مكونة من فتائل مفردة، وهو ما يشبه إلى حد كبير العضلات المكونة من حزم ألياف عضلية. ويتكون كل من هذه الفتائل من خيوط متعددة، وهو ما يشبه إلى حد كبير حزم الألياف العضلية التي يتكون كل منها من ألياف عضلية متعددة. يمكن النظر للأشرطة المنفردة التي تكون كل خيط باعتبارها اللييفات العضلية، والتي تعمل معًا على تزويد العضلات بقوتها المتضافرة. تتكون اللييفات العضلية من عدة وحدات وظيفية متكررة تسمى «القطع العضلية»، ويمكننا رؤيتها بعد أن أزلنا الشبكة الساركوبلازمية من هذه المنطقة بالليفة العضلية.

دعونا نلق نظرة عن كثب على قطعة عضلية، حتى يمكننا أن نرى كيف أن أجزاءها المختلفة تساعد العضلة على الانقباض. طول القطعة العضلية محدد، هو المسافة بين خطي ‪Z‬‏. وتقصر هذه المسافة، ويقل طول القطعة العضلية بالكامل، عند انقباض العضلة. تحتوي اللييفات العضلية على أنماط متكررة من هذه القطع العضلية، والتي تتكون من خيطين عضليين بروتينيين؛ أحدهما يسمى الأكتين، وهو موضح هنا باللون الأحمر، والآخر يسمى الميوسين، وهو موضح هنا باللون الأزرق.

الأكتين هو الخيط الأقل سمكًا، ويتكون من شريطين من البروتين ملتفين كل منهما حول الآخر. الميوسين أكثر سمكًا من الأكتين، ولذلك يظهر بلون أدكن. وهو خيط طويل على شكل عصًا، له رءوس كروية بارزة للخارج. تحتوي اللييفات العضلية على مناطق متناوبة، بعضها يبدو بلون أفتح والبعض الآخر بلون أدكن، وفقًا لتركيب الأكتين والميوسين داخلها في كل قطعة عضلية. وهذا يجعلها تبدو مخططة.

دعونا نبسط هذا الشكل قليلًا لنتمكن من رؤية المناطق المختلفة من القطعة العضلية أكثر وضوحًا. تعرف المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏ أيضًا باسم المنطقة المتماثلة الأجزاء. تعني هذه الكلمة أنها واضحة ومنتظمة بصريًّا، لأنها مكونة من خيوط مستقيمة ودقيقة من الأكتين فقط، وهي ممثلة هنا باللون الأحمر. إذا اختلطت عليكم الخيوط، يمكنكم الرجوع إلى المفتاح التوضيحي. نظرًا لأن المناطق المضيئة ‪(I)‬‏ تحتوي على خيوط أكتين دقيقة فقط، فإنها تبدو أفتح بكثير من بقية مناطق القطعة العضلية. ولهذا السبب، يطلق عليها المناطق المضيئة.

داخل المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏، يوجد خط يحدد نهاية القطعة العضلية، ويسمى الخط ‪Z‬‏، وترجع تسميته إلى الكلمة الألمانية ‪zwischen‬‏، والتي تعني «بين». يبدو الخط ‪Z‬‏ دائمًا أدكن لونًا في الصور المجهرية. وعلى الرغم من أنه ممثل هنا بخط مستقيم، فإنه يتكون في الواقع من تركيز عال من خيوط الأكتين المتعرجة والبروتينات الأخرى. تذكروا أن كل خطي ‪Z‬‏ متتاليين يحددان نهاية القطعة العضلية، وقد يذكركم شكل حرف ‪Z‬‏ بالخيوط المتعرجة التي يتكون منها الخط.

تعرف المنطقة الداكنة ‪(A)‬‏ أيضًا باسم المنطقة المتباينة الأجزاء، ما يعني أنها معتمة بصريًّا لأنها تحتوي على كلا النوعين من الخيوط، ورءوس الميوسين الكروية الكبيرة الحجم. ونظرًا لأن المناطق الداكنة ‪(A)‬‏ تحتوي على خيوط الميوسين الأكثر سمكًا، فإنها تبدو أدكن بكثير في الصور المجهرية من المناطق الأخرى، ولهذا السبب يطلق عليها المناطق الداكنة. وتكون الحافات الخارجية في المناطق الداكنة ‪(A)‬‏ أدكن لونًا؛ حيث يتداخل فيها الأكتين والميوسين.

الحافات الداخلية للمناطق الداكنة ‪(A)‬‏، وتسمى بالمناطق شبه المضيئة ‪(H)‬‏، ليست داكنة بدرجة كبيرة؛ لأنها تحتوي على خيوط الميوسين فقط. يطلق على منتصف المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏ اسم المنطقة ‪(M)‬‏. ويمكننا تذكر ذلك بأن حرف ‪(M)‬‏ يشير إلى كلمة «منتصف» بالإنجليزية. ثمة طريقة أيضًا للتمييز بين المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏ والمنطقة المضيئة ‪(I)‬‏. الحرف ‪H‬‏ يبدو سميكًا عند مقارنته بالحرف ‪I‬‏. إذن، فالمنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏ هي التي تتكون من خيوط ميوسين سميكة، بينما تتكون المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏ من خيوط أكتين رفيعة فقط.

والآن بعد أن عرفنا الكثير عن تركيب القطعة العضلية، دعونا نر ما يحدث عند انقباضها. في القطعة العضلية المنقبضة، يمكنكم ملاحظة أن المسافة بين خطي ‪Z‬‏ قد تناقصت. ومن ثم، تناقص طول القطعة العضلية أيضًا. ويرجع ذلك إلى أن خيوط الميوسين قد سحبت خيوط الأكتين بالقرب من الخط ‪M‬‏ الموجود في منتصف القطعة العضلية. ويعني ذلك أيضًا أن طول المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏، والتي تحتوي على الميوسين فقط، قد تناقص. التناقص في طول المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏، والتي تحتوي على خيوط الميوسين فقط، هو ما يؤدي إلى قصر القطعة العضلية بأكملها. دعونا نر ماذا تعلمنا عن تركيب العضلات من خلال محاولة حل سؤالين تدريبيين.

توجد في جسم الإنسان ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية: هيكلية، وقلبية، وملساء. ما نوع العضلات التي تشارك مشاركة أساسية في الحركات الإرادية للجسم؟

يطلب منا السؤال تحديد نوع العضلات التي تشارك في الحركات الإرادية. تخضع بعض العضلات للتحكم الواعي، وتسمى بالعضلات الإرادية، في حين تخضع عضلات أخرى للتحكم اللاواعي، لذا فهي عضلات لا إرادية. لا يمكننا ببساطة أن نقرر إيقاف العضلات اللاإرادية عن العمل. العضلات الملساء نوع من العضلات اللاإرادية التي توجد في الكثير من الأجهزة المختلفة. على سبيل المثال، توجد العضلات الملساء في جدران الأعضاء المجوفة، كالمعدة والأمعاء، للمساعدة في تحريك الطعام داخل الجهاز الهضمي. توجد العضلات الملساء كذلك في جدران الشرايين، وتنقبض للمساعدة في دفع الدم عبر هذه الأوعية الدموية باستمرار.

توجد خلايا العضلات القلبية في القلب فقط. وكما هي الحال بالنسبة إلى العضلات الملساء، فهذه العضلات لا إرادية أيضًا. ويكون التحكم فيها لا إراديًّا لضمان أن ينبض القلب باستمرار بنظم ثابت من أجل ضخ الدم في جميع أجزاء الجسم. العضلات الإرادية هي العضلات الهيكلية كالموجودة في الأطراف، وهي الذراعان والساقان، وهي العضلات المتصلة بالعظام ويمكن التحكم فيها إراديًّا لإتاحة الحركة المنسقة لأجزاء معينة من الجسم. بالإضافة إلى مساعدتنا على الحركة، تساعدنا العضلات الهيكلية كذلك في الحفاظ على وضع الجسم. وبما أنها النوع الوحيد من العضلات الإرادية، فإن نوع العضلات التي تشارك مشاركة أساسية في الحركات الإرادية للجسم هي العضلات الهيكلية.

دعونا نتناول سؤالًا تدريبيًّا آخر معًا.

يوضح الشكل الآتي التركيب الأساسي للقطعة العضلية. ما الحرف الذي يشير إلى المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏؟

كما نلاحظ في صورة القطعة العضلية هذه، فإنها تتكون من نوعين رئيسيين من الخيوط: خيوط الأكتين العضلية، وهي الموضحة باللون الأحمر؛ وخيوط الميوسين العضلية، وهي الموضحة باللون الأزرق. الأكتين خيط أقل سمكًا مكون من شريطين من الألياف البروتينية ملتفين كل منهما حول الآخر معًا. الميوسين خيط أكثر سمكًا، وهو خيط طويل على شكل عصًا، له رءوس كروية بارزة للخارج. الحروف المختلفة في هذا الشكل تشير إلى المناطق المختلفة للقطعة العضلية. لذا، دعونا نستعرض كل حرف على حدة لمعرفة أيها يشير إلى المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏.

المنطقة الممثلة بالحرف (أ) في منتصف القطعة العضلية تمامًا تسمى الخط ‪M‬‏. يوجد الخط ‪M‬‏ داخل منطقة تسمى المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏، ويشار إليها هنا بالحرف (ج). المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏ تحتوي على خيوط الميوسين فقط. عندما تنقبض القطعة العضلية، تسحب خيوط الأكتين بالقرب من الخط ‪M‬‏، ويقل طول المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏. المنطقة المشار إليها بالحرف (هـ) تسمى المنطقة الداكنة ‪(A)‬‏. تشمل المنطقة الداكنة ‪(A)‬‏ المنطقة شبه المضيئة ‪(H)‬‏، لكنها تحتوي أيضًا على منطقتين عند طرفيها الخارجيين يتداخل فيها الأكتين والميوسين، ما يجعل هاتين المنطقتين أدكن قليلًا.

يقاس طول القطعة العضلية الواحدة باعتباره المسافة بين خطي ‪Z‬‏، اللذين يشار إليها في هذا الشكل بالحرف (ب). بما أن الحرف الوحيد المتبقي هو (د)، يمكننا القول إنه يشير إلى المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏. المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏ هي منطقة في القطعة العضلية تحتوي على خيوط الأكتين فقط، ما يجعلها تبدو أفتح لونًا، وهو ما يجعلها أحيانًا تسمى بالمنطقة المضيئة، مقارنة بالمناطق الأخرى للقطعة العضلية، والتي تحتوي جميعها على بعض خيوط الميوسين، ولذلك فسوف تبدو أدكن لونًا. ومن ثم، فالحرف الذي يشير إلى المنطقة المضيئة ‪(I)‬‏ هو (د).

لنراجع النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. العضلات هي تراكيب في الجسم تساعد في الحركة من خلال الانقباض والانبساط. العضلات يمكن أن تكون إما هيكلية إرادية، وإما ملساء، وإما قلبية لا إرادية. تتكون العضلة الواحدة من عدة حزم من الألياف العضلية، وتحيط بها طبقة واقية تسمى غلاف الحزمة العضلية. الألياف العضلية الموجودة داخل هذه الحزم هي خلايا متخصصة أسطوانية الشكل تحتوي على العديد من الميتوكوندريا، وشبكة ساركوبلازمية لتخزين أيونات الكالسيوم، وعضيات اللييفات العضلية المسئولة عن الانقباض العضلي. تحتوي اللييفات العضلية على وحدات متكررة تسمى القطع العضلية، والتي تحتوي بدورها على خيوط بروتيني الأكتين والميوسين.