Muscles, Part 1 - Muscle Cells: Crash Course Anatomy & Physiology #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 العضل

ات 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 أ

جسامنا. 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 الان

كماش 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 مجتمع

ة 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. وتنط

بقان 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. فالمي

وسين 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، وا

لعضلات 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 بب

روتينات 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 بروت

ين 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 مث

ل 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 ا

لفوسفات 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 تعي

د 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 ا

لقسيمات 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.