Trong cơ thể có nhiều loại cơ. Có những cơ lớn gắn vào xương và chịu trách nhiệm giúp ta cử động, hô hấp, và di chuyển, có những cơ khác tham gia trong nhiều hoạt động cơ thể mà ta ít để ý đến. Nói chung, các cơ có cấu trúc và chức năng tương đối giống nhau.
1. Chức năng và các loại cơ
Phạm vi hoạt động của cơ rất lớn, giúp chúng ta thực hiện nhiều công việc khác nhau.
1.1. Cơ là một cơ quan đáp ứng
Chức năng của hệ thần kinh trung ương và ngoại biên mang tín hiệu đến cơ và cơ đáp ứng bằng cách co lại để tạo ra các động tác thích ứng. Sự phối hợp giữa thần kinh và cơ giúp chúng ta đi, nói, tiêu hóa thức ăn, tự vệ, truyền giống, v.v… Ngoài một số cơ chịu sự điều khiển thần kinh trung ương, một số cơ khác chịu sự chi phối của hệ thần kinh thực vật. Cơ còn là cơ quan đáp ứng của hệ nội tiết.
1.2. Cơ là một bộ máy sinh học
Cơ là một bộ máy sinh học, cơ sử dụng năng lượng, tạo ra công hữu ích, và tiêu hao năng lượng dưới hình thức nhiệt, vì cơ cũng như các bộ máy khác, hiệu suất không hoàn hảo, nghĩa là cơ không thể chuyển hết năng lượng mà nó sử dụng thành công hữu ích. Nhiệt do cơ tạo ra cũng quan trọng, để duy trì nhiệt độ cơ thể.
1.3. Cơ là một bộ máy điều hòa
Cơ có vai trò điều hòa trong nhiều chức năng của cơ thể. Cơ điều hòa sự di chuyển các chất đi qua các cấu trúc ống (như mạch máu, ruột) và đẩy các chất ra khỏi cơ thể. Huyết áp cũng được điều hòa do phản ứng giữa cơ tim (bơm máu) và cơ trơn thành mạch máu. Cơ còn có chức năng giữ tư thế và điều hòa nhiệt độ cơ thể.
1.4. Phân loại cơ
1.4.1. Dựa theo vị trí và chức năng
Hầu hết cơ trong cơ thể là cơ xương lớn, có chức năng vận động và giữ vững tư thế. ác cơ xương thường gắn với xương và làm di động các khớp.
Cơ ở thành cơ quan trong cơ thể (nội tạng) là cơ nội tạng,hoặc ở thành mạch máu và các cơ quan cảm giác. Đó là cơ trơn.
Cơ tim : có ở tim
1.4.2. Dựa theo cấu trúc
-Cơ vân
-Cơ trơn
1.4.3. Dựa theo kiểu tác dụng và cơ chế điều hòa
Cơ tự ý.
Cơ không tự ý.
Hầu hết cơ nội tạng là không tự ý. Cơ tim cũng là cơ không tự ý.
Cơ trơn đa đơn vị: được điều hòa bởi hệ thần kinh.
Cơ trơn một đơn vị: một số tế bào cơ hoạt động chung như một đơn vị duy nhất. Loại này ít được điều hòa bởi hệ thần kinh.
2. Cấu trúc cơ
2.1. Cơ vân
♦ Đại thể
Cơ và xương phối hợp nhau như một hệ thống đòn bẩy. Cơ gắn vào xương bởi gân cơ rất mạnh, gồm đầu nguyên ủy (origin) và đầu bám tận (insertion), giữa là bụng cơ. Các sợi cơ có thể sắp xếp song song (side by side) tạo lực lớn nhưng không rút ngắn nhanh. Trong các cơ dài, nhiều sợi cơ xếp gối đầu (end-to-end), lực phát triển ít hơn, nhưng rút ngắn nhanh hơn.
Vì cơ gắn vào xương nên cử động cơ bị giới hạn bởi khung xương. Trong một số trường hợp, cơ xương được sắp xếp thành từng đôi đối kháng, sự sắp xếp này rất cần thiết vì cơ chỉ có thể kéo mà không thể đẩy được.
Tế bào cơ xương khá lớn, đường kính vào khoảng 100mm, một số sợi cơ lớn có thể dài vài cm.
Sợi cơ được bao ngoài bằng bao sợi cơ (endomysium)
Bó cơ được bao ngoài bằng bao bó cơ (perimysium)
Toàn cơ được bao ngoài bằng bao cơ (epimysium)
♦ Vi thể
2.1.1. Cấu trúc của nhục tiết
Đơn vị chức năng của cơ là nhục tiết. Trung tâm nhục tiết là các sợi myosin (băng A) và ngoài bìa là sợi actin.
Vân cơ gồm:
Băng sáng I, được chia đôi bằng đường z. Băng tối A, có băng sáng H ở giữa, giữa băng H là đường M, đường này phối hợp cùng đoạn sáng hẹp ở mỗi bên gọi là vùng giả H. Từ đường z này đến đường z kế tiếp là một nhục tiết. Hàng trăm nhục tiết nốì nhau gối đầu (end-to-end) tạo thành sợi cơ (myofibril) chạy dọc chiều dài của tế bào cơ. Hầu hết tế bào chứa nhiều sợi cơ và ty lạp thể, glycogen. Khoảng giữa các sợi cơ là hệ thống màng trong cơ.
2.1.2. Cấu trúc tơ cơ
– Sợi myosin:được cấu tạo bởi protein lớn gọi là myosin. Một sợi myosin chứa 300 – 400 phân tử myosin. Mỗi phân tử myosin là một que dài (gọi là đuôi) và một đầu có hai cấu trúc hình cầu. Phần đầu này có các đặc tính sinh hóa và men tham gia trong chức năng co cơ. Ở phần đầu là chuỗi protein gọi là chuỗi nhẹ (light chain). Các phân tử myosin được ghép chung nhau tạo thành sợi myosin, phần đuôi tạo thành thân sợi myosin, phần đầu tạo thành các cầu nối. Các cầu nối được sắp xếp theo dạng xoắn từng 6 phân tử myosin. Các góc giữa các đầu myosin rộng khoảng 60 độ và cách xa thân khoảng 14,3 nm. Phần đuôi ghép chung nhau ở cách đều trung tâm sợi myosin, do đó có một vùng giữa sợi myosin không có cầu nối.
– Sợi actin:
Được cấu tạo bởi các phân tử actin hình cầu có đường kính khoảng 5,5nm, xếp gối đầu nhau tạo thành chuỗi. Hai chuỗi actin xoắn với nhau với chu kỳ gồm bảy phân tử actin.
Mỗi chu kỳ xoắn gồm 7 phân tử actin sẽ phối hợp với một phân tử protein hình sợi gọi là tropomyosin.
Mỗi tropomyosin mang một phức hợp protein gọi là troponin. Troponin gồm 3 đơn vị phụ là troponin I, troponin c, troponin T.
– Màng trong sợi cơ:
Cấu trúc màng này tham gia trong cơ chế điều hòa co và giãn cơ. Tế bào cơ được bao ngoài bởi màng tế bào cơ (sarcoỉemma), màng này phát triển sâu vào trong tạo thành các ống ngang gọi là ống T. Tùy theo loại cơ, ống T vào đến 2 vùng mà băng A và băng I chồng lên nhau, hoặc là ngừng ở đĩa z. Vì ống T là do màng huyết tương phát triển, nên hệ thống ống T liên lạc với khoảng ngoại bào.
Phối hợp với hệ thống ống T là hệ thống màng khác chạy dọc theo nhục tiết, và thẳng góc với hệ thống ống T, đó là hệ võng nội bào. Hệ võng nội bào này không liên lạc trực tiếp với khoảng ngoại bào, mà tiếp xúc với hệ thống ống T.
Vùng tiếp xúc gồm ống T, phần phình rộng ra của hệ võng nội bào (hay còn gọi là túi bên) tạo thành bộ ba (triad). Các hệ thống màng bên trong này có chức năng điều hòa co và giãn cơ.
2.2. Cơ tim
Cơ tim có một số đặc điểm giống cơ vân, nhỏ hơn cơ vân, tế bào cơ đường kính từ 5 – 15mm, dài từ 20 – 30mm. Các tế bào xếp gối đầu (end-to-end) và cạnh nhau (side by side). Các tế bào có thể phân nhánh và tiếp xúc với tế bào khác. Nơi tiếp cận giữa các tế bào có những cấu trúc đặc biệt gọi là đĩa nối, ở nơi này khoảng gian bào gần như không có, màng hai tế bào có những cấu trúc thông thương từ tế bào này sang tế bào kia. Sự thông thương cơ học do các desmosom và thông thương điện học là do các nơi tiếp hợp hở. Đĩa nối có điện trở thấp, các trao đổi ion được thực hiện dễ dàng và dẫn xung nhanh. Tổ chức mô học của cơ tim giống cơ vân, nhưng cơ tim có nhiều ty lạp thể hơn. Hệ thống ông ngang có trong nhiều vùng tim, các ống này to hơn và chỉ tiếp xúc với một phần của hệ võng nội bào. cấu trúc này được gọi là dyad (bộ đôi) hơn là triad (bộ ba) như ở cơ vân.
2.3. Cơ trơn
Tế bào cơ trơn khá nhỏ, đường kính từ 5 – 15mm, dài 200 – 500mm tùy thuộc loại cơ. Các tế bào này chỉ có một nhân, nằm ở trung tâm tế bào, các tế bào lân cận nhau tiếp xúc nhau qua các nexus hay nơi tiếp hợp hở, cho phép các dòng điện học đi qua dễ dàng. Trong nhiều mô, các nơi tiếp hợp hở này không ổn định, chúng có thể được thành lập, hoặc biến mất dưới tác dụng của các hormon.
Một mạng lưới mô liên kết (collagen và elastin) bao quanh tế bào và gắn chúng lại với nhau, tạo nên sức mạnh toàn cơ.
Cơ trơn tạo nên thành cơ quan như dạ dày, ruột, tử cung. Chúng được sắp xếp thành lớp, lớp cơ vòng ở trong, lớp dọc ở ngoài. Các cử động cơ học của các cơ quan này (ruột) là do sự co và giãn xen kẽ nhau của hai lớp cơ. Trong tử cung, các sợi cơ xếp theo nhiều hướng, khi co lại, chúng sẽ làm giảm thể tích tử cung rất nhiều. Cơ trơn thành mạch máu đơn giản hơn chỉ có một lớp cơ vòng. Trong nhiều mạch máu nhỏ, một tế bào cơ trơn duy nhất có thể bao vòng đủ chu vi của mạch. Cơ trơn thành mạch giữ vai trò quan trọng trong điều hòa lưu lượng máu và áp suất máu.
3. Chức năng của cơ
Cơ đáp ứng với kích thích bằng cách rút ngắn, và tạo lực để nhấc vật nặng lên. Có sự tương quan giữa độ nặng của vật và mức độ nhanh của hiện tượng rút ngắn. Các kiểu co cơ:
3.1. Co cơ đẳng trường
Cơ tăng lực nhưng không rút ngắn về chiều dài, chủ yếu dùng để giữ định một vật, hay xách một vật.
Trong thực nghiệm, để khảo sát co cơ đẳng trường, người ta thiết lập hệ thống sau.
Một cơ cô lập được gắn vào một thiết bị đo lực, và tạo tín hiệu điện học thay đổi trực tiếp theo lực co. Đầu kia của cơ được gắn vào một giá đỡ cố định, mà người làm thí nghiệm có thể điều chỉnh vị trí. Các thay đổi về lực sẽ được ghi trên giây theo thời gian. Cơ được giữ còn sống bằng cách ngâm vào dung dịch nước muối sinh lý, chứa những ion và các chất cần thiết, kể cả oxy. Trong co cơ đẳng trường, thực tế chiều dài của cơ có rút ngắn hơn chiều dài trong cơ thể một ít. Bình thường, lực tăng tối đa ở chiều dài cơ gần bằng với chiều dài tự nhiên trong cơ thể. Chiều dài này gọi là chiều dài tối ưu (L ), ứng với lực tối ưu (Fo)
3.2. Co cơ đẳng trương
Lực không thay đổi, cơ rút ngắn lại và tạo ra công, chủ yếu dùng để nâng tự do một vật.
Trong thực nghiệm, để nghiên cứu về co cơ đẳng trương, một hệ thống ghi được sắp xếp như sau. Một cơ cô lập với một thiết bị ghi thay đổi lực, hệ thống này giữ lực không thay đổi khi cơ co, lúc cơ co, chiều dài cơ sẽ được đo. Để giữ lực không đổi, người ta dùng hệ thống đòn bẩy: Cơ được gắn ở đầu bởi một cần rất chắc và đầu kia treo một tải trọng đã biết.
Khi kích thích cơ, giai đoạn đầu là co cơ đẳng trường, lực phát triển càng ngày càng tăng, đến lúc đủ mạnh, cơ rút ngắn và nhấc tải trọng lên, giai đoạn này lực không thay đổi, gọi là co cơ đẳng trương.
3.3. Co cơ đơn
Nhiều cơ (cơ xương và cơ tim) đáp ứng với một kích thích duy nhất bằng một co cơ duy nhất, trong co cơ đơn này, có thời gian co cơ và giãn cơ.
3.4. Co cơ từng cơn và co cơ thường trực
Cơ trơn có thể co theo nhiều cách. Đáp ứng với một kích thích hay đợt kích thích, cơ trơn co cơ đơn, kiểu co này gọi là co từng cơn, thường thấy khi cơ đẩy thức ăn. Các cơ trơn khác có thể co lâu, khi đáp ứng với kích thích thần kinh, thuốc hay hormon liên tục hoặc duy nhất, kiểu co này gọi là co tạo trương lực, thường thấy ở các cơ vòng hay cơ bọng đái. Nhiều cơ không khi nào giãn hoàn toàn, và luôn có môt mức đô co nhất đinh gọi là trương lực, thường do nồng độ ổn định của một hormon chuyên biệt (thí dụ như norepinephrin).
3.5. Hiện tượng tổng kế
Điện thế động của cơ xương ngắn so với thời gian co cơ. Điện thế động này có thời gian trơ tuyệt đối và trơ tương đối. Nếu cơ bị tái kích thích trước khi giãn hoàn toàn, ta có hiện tượng tổng kế, khi đó có hiện tượng co cứng cơ không hoàn toàn hoặc co cứng cơ hoàn toàn (hay còn gọi là co cứng uốn ván). Tần số thấp nhất để gây uốn ván vào khoảng 20 – 60 lần/1 giây ở cơ xương.
.
