دستگاه حرکتی

گفتار ۱: اسکلت و استخوان‌ها

اسکلت انسان از بخش محوری (جمجمه، ستون مهره، دنده و جناغ که از مغز، نخاع، قلب و ریه محافظت می‌کنند) و بخش جانبی (استخوان‌های دست و پا برای حرکت) تشکیل شده است. اسکلت علاوه بر پشتیبانی، حرکت و حفاظت، وظایف تولید یاخته‌های خونی و ذخیرهٔ کلسیم و فسفات را هم برعهده دارد. استخوان‌ها بر اساس شکل به دراز (ران)، کوتاه (مچ)، پهن (جمجمه) و نامنظم (مهره) تقسیم می‌شوند و از دو نوع بافت ساخته شده‌اند: بافت فشرده در سطح خارجی، با سامانه‌های هاورس، و بافت اسفنجی در درون که حفره‌های آن پر از مغز استخوان است — مغز قرمز یاختهٔ خونی می‌سازد و مغز زرد چربی ذخیره می‌کند.

فعالیت بدنی استخوان را محکم‌تر می‌کند و بی‌تحرکی آن را ضعیف می‌کند. پوکی استخوان، ناشی از کمبود ویتامین D و کلسیم، الکل، دخانیات و اختلال هورمونی، در زنان پس از یائسگی شایع‌تر است.

مفصل محل اتصال استخوان‌هاست: مفصل‌های ثابت (جمجمه) حرکت ندارند و مفصل‌های متحرک (گوی‌کاسه‌ای مانند ران و شانه، لولایی مانند زانو و آرنج، لغزنده مانند مچ) با کمک غضروف، کپسول مفصلی، مایع مفصلی و رباط حرکت روان و کم‌اصطکاک را ممکن می‌کنند. غضروف رگ و عصب ندارد و ترمیمش کند است؛ رباط استخوان را به استخوان و زردپی ماهیچه را به استخوان متصل می‌کند — این دو را نباید با هم اشتباه گرفت.

گفتار ۲: ماهیچه و حرکت

بدن انسان بیش از ۶۰۰ ماهیچهٔ اسکلتی ارادی و مخطط دارد که فقط قابلیت انقباض دارند، نه انبساط فعال؛ به همین دلیل در جفت‌های متقابل کار می‌کنند، مانند دوسر و سه‌سر بازو. هر تار ماهیچه‌ای از تارچه‌های ماهیچه‌ای و آن‌ها از واحدهای تکراری به نام سارکومر ساخته شده‌اند که از رشته‌های نازک اکتین و رشته‌های ضخیم میوزین تشکیل شده‌اند.

طبق مدل لغزش رشته‌ها، پیام عصبی باعث آزاد شدن $Ca^{2+}$ می‌شود؛ سرهای میوزین به اکتین متصل می‌شوند و با مصرف ATP، اکتین را به سمت میوزین می‌کشند و سارکومر کوتاه می‌شود. با قطع پیام عصبی، $Ca^{2+}$ بازمی‌گردد و ماهیچه استراحت می‌کند. انرژی انقباض به‌ترتیب از ATP ذخیره‌شده، کراتین فسفات، تجزیهٔ هوازی گلیکوژن و در نهایت تجزیهٔ بی‌هوازی گلوکز تأمین می‌شود؛ حالت اخیر اسید لاکتیک تولید می‌کند که عامل گرفتگی ماهیچه است.

تارهای ماهیچه‌ای دو نوع‌اند: تار کُند (قرمز، سرشار از میوگلوبین و میتوکندری، مناسب برای فعالیت‌های استقامتی مانند دو ماراتن) و تار تُند (سفید، مناسب سرعت و قدرت اما زودخسته، مانند دویدن سرعت)؛ با تمرین منظم، تارهای تُند می‌توانند به کُند تبدیل شوند.

گفتار ۳: حرکت در جانوران

برای حرکت، هر جانور باید نیرویی در جهت مخالف مسیر حرکت وارد کند. سه نوع اسکلت در جانوران دیده می‌شود: اسکلت آبی‌ایستا (کرم خاکی و اختاپوس، با فشار مایع درون بدن)، اسکلت بیرونی (حشرات و سخت‌پوستان، که با رشد جانور باید تعویض شود و اندازهٔ بدن را محدود می‌کند، اما نقش حفاظتی هم دارد) و اسکلت درونی (مهره‌داران، از جنس غضروف در کوسه‌ماهی یا استخوان در بقیه). با وجود تفاوت در ساختار، اصل مشترک همهٔ این سازوکارها یکسان است: نیرویی در جهت مخالف حرکت.