Exploring Muscular System

HUMAN ANATOMY AND PHYSIOLOGY  CHAPTER 7 - MUSCULAR SYSTEM  FUNCTIONS OF MUSCULAR SYSTEM  •   Movement  •   Maintain posture  •   Respiration  •   Production of body heat  •   Communication  •   Heart beat  •   Contraction of organs and vessels  •   Types of Muscles  o   Skeletal   o   Cardiac   o   Smooth   SKELETAL MUSCLES  •   Abilities  o   Contractility -  ability to shorten   o   Excitability -  respond to stimulus  o   Extensibility -  can stretch  o   Elasticity -  recoil   •   Characteristics  o   Makes up 40% of body weight  o   Named because attached to bones (skeleton)  o   Many nuclei per cell (near periphery)  o   Striated  o   Longest of muscle types    •   Skeletal Muscle Structures- Connective Tissue Coverings   •   Epimysium -  connective tissue that surrounds  entire  skeletal muscle (outside)  •   Muscle fasciculus -  bundle of muscle fibers  •   Perimysium -  connective tissue around each muscle  fasciculus  •   Muscle fiber -  skeletal muscle cells; many nuclei  •   Endomysium -  connective tissue that surrounds each muscle fiber     •   Skeletal Muscle Structures- Muscle Fiber Structure   o   Myofibril -  thread-like proteins that make up muscle  fibers  o   Myofilament -  proteins that make up myofibrils;   Ex. actin and myosin  o   Sarcoplasm -  cytoplasm of muscle fiber (cell)  o   Sarcolemma   ▪   cell membrane  ▪   contains T-tubules  o   T-tubules (transverse)   ▪   wrap around sarcomeres at A band  ▪   associated with sarcoplasmic reticulum  o   Sarcoplasmic reticulum   ▪   type of SER  ▪   surrounds myosin  ▪   stores and releases Ca 2+     •   Skeletal Muscle Structures- Actin and Myosin Myofilaments   o   Actin   ▪   thin myofilament  ▪   resemble 2 strands of pearls  o   Myosin   ▪   thick myofilament  ▪   resemble golf clubs  o   Troponin   ▪   attachment site on actin for Ca 2+   o   Tropomyosin    ▪   filament on grooves of actin  ▪   attachment site on actin for myosin      •   Skeletal Muscle Structures- Sarcomeres   o   Sarcomere -  contractile unit; contains actin & myosin 

o   Z disk   -   protein   fibers forming attachment site for actin  o   H zone -  center of sarcomere; contains only myosin  o   I band -  contains only actin  o   A band -  where actin and myosin overlap  o   M line -  where myosin are anchored  RESTING MEMBRANE POTENTIAL  OUTSIDE CELL  INSIDE CELL  •   Na +         •   +  charge      •   Na +  channels closed  •   K +          •   – charge   •   Some K +  channels open  •   Why is the inside of cell negative if K +  is positive?       o   K +  is able to diffuse out of cell freely but other larger  negative molecules cannot.      •   Action Potential     o   “ electricity”  o   stimulus that causes rapid depolarization and  repolarization  o   causes muscle to contract  •   Depolarization   o   change in charges   o   inside becomes more + and outside more  –   o   Na +  channels open  •   Repolarization   o   Na+ channels close  o   change back to resting potential  •   Sodium-Potassium Pump     o   pumps Na +  out of cell and transports K +  into cell  o   restores balance  NERVE SUPPLY  •   Motor neuron -  nerve cells that carry action potentials  to   muscle fibers  •   Neuromuscular junction (synapse) -  where nerve cell  and muscle fiber meet  •   Presynaptic terminal -  end of nerve cell (axon)  •   Postsynaptic membrane -  muscle fiber membrane  •   Synpatic cleft -  space between presynpatic terminal and  postsynaptic membrane  •   Synaptic vesicle -  in presynaptic terminal; store and  release neurotransmitters  •   Neurotransmitter -  chemicals that stimulate or inhibit a  muscle fiber; Ex. Acetylcholine  •   Motor unit - group of muscle fibers that motor neuron  stimulates    MUSCLE CONTRACTION  1.  An action potential travels down motor neuron to  presynaptic terminal causing Ca 2+  channels to open.  2.  Ca 2+  causes synaptic vesicles to release acetylcholine into  synaptic cleft.  3.  Acetylcholine binds to receptor sites on Na +  channels, Na +   channels open, and Na +  rushes into postsynaptic terminal  (depolarization).   4.  Na +  causes sarcolemma and t-tubules to increase the  permeability of sarcoplasmic reticulum which releases stored calcium.  5.  Ca 2+  binds to troponin which is attached to actin.  6.  Ca 2+  binding to troponin causes tropomyosin to move  exposing attachment sites for myosin.  7.  Myosin heads bind to actin.  8.  ATP is released from myosin heads and heads bend  toward center of sarcomere.  9.  Bending forces actin to slide over myosin. 10.  Acetylcholinesterase (enzyme breaks down acetylcholine)  is released, Na +  channels close, and muscle contraction  stops.  •   ATP and Muscle Contractions   o   Energy for muscle contractions supplied by ATP  o   Energy is released as ATP → ADP + P  o   ATP is stored in myosin heads  o   ATP help form cross-bridge formation between myosin and actin  o   New ATP must bind to myosin before cross-bridge is released  o   Rigor mortis -  person dies and no ATP is available to  release cross-bridges  o   ATP is made in mitochondria from aerobic or anaerobic respiration.  o   During a muscle contraction, H zone and I band shorten but A band stays the same.  o   Striations of skeletal and cardiac muscle are due to sarcomeres (actin and myosin).  MUSCLE TWITCH, SUMMATION,  TETANUS, AND RECRUITMENT  •   Threshold -  weakest stimulus need to produce response  •   All or None Law -  muscle contracts or doesn’t (no in  between)  •   Twitch -  rapid contraction and relaxation of a muscle  •   Tetanus -  muscle remains contracted  •   Isometric -  amount of tension increases (weight)  •   Isotonic -  amount of repetitions increases  •   Tone -  constant tension over a long period of time  •   Slow and Fast Twitch Fibers   o   Slow Twitch Fibers   ▪   Contract slowly  ▪   Fatigue slowly  ▪   Long distance runners  ▪   Use aerobic respiration  ▪   Energy from fat  ▪   Dark meat  ▪   Red or dark because of myoglobin  ▪   Myoglobin :  helps O 2  bind in muscle  o   Fast Twitch Fibers   ▪   Contract quickly  ▪   Fatigue quickly  ▪   Sprinters  ▪   Use anaerobic respiration  ▪   Energy from glycogen 

▪   White meat  o   Humans have both types of fibers  o   Distribution of fibers is genetically determined  o   Neither type can be converted but capacity can be increased through intense exercise  SKELETAL MUSCLE ANATOMY  •   Origin -  nonmovable end  •   Insertion -  movable end  •   Belly -  middle  •   Synergists -  muscles that work together   •   Antagonist -  muscles that oppose each other   •   Nomenclature -  Muscles are named according to  o   Location -  Ex.  tibialis anterior  o   Origin/insertion -  Ex.   Sternocleidomastoid  o   Size -  Ex. gluteus maximus  o   Shape -  Ex. deltoid (triangular)  o   Function -  Ex.  Masseter  •   Muscles of Head and Neck  o   Occipitofrontalis -  raises eyebrows (forehead)  o   Orbicularis oculi -  allows blinking (eyes)  o   Orbicularis oris -  kissing muscle (mouth)  o   Zygomaticus -  smiling muscle (cheek)  o   Masseter -  chewing (mastication) muscle  •   Muscles of Facial Expression   •   Thoracic Muscles  o   External intercostals -  elevate ribs for inspiration  o   Internal intercostals -  depress ribs during forced  expiration  o   Diaphragm -  moves during quiet breathing  •   Abdominal Wall Muscles   o   Rectus abdominis -  center of abdomen;    compresses abdomen  o   External abdominal oblique -  sides of abdomen;   compresses abdomen  o   Internal abdominal oblique -  compresses abdomen  o   Transverse abdominis -  compresses abdomen  •   Upper Limb Muscles   o   Trapezius -  shoulders and upper back;   extends neck  and head  o   Pectoralis major -  chest;   elevates ribs   o   Serratus anterior -  between ribs;   elevates ribs  o   Deltoid -  shoulder; abductor or upper limbs  o   Triceps brachii -  3 heads; extends elbow  o   Biceps brachii -  “flexing muscle”;   flexes   elbow & shoulder  o   Brachialis -  flexes elbow  o   Latissimus dorsi -  lower back;   extends shoulder    •   Muscles of Hips and Thighs   o   Iliopsoas -  flexes hip  o   Gluteus maximus -  buttocks; extends hip and  abducts thigh   o   Gluteus medius -  hip;   abducts and rotates thigh  •   Muscles of Upper Leg   o   Quadriceps femoris -  4 thigh muscles  o   Rectus femoris -  front of thigh; extends knee and  flexes hip  o   Vastus lateralis -  extends knee  o   Vastus medialis -  extends knee  o   Vastus intermedius -  extends knee  o   Gracilis -  adducts thigh and flexes knee  o   Biceps femoris, semimembranosus, emitendinosus -  hamstring; back of thigh;   flexes  knee, rotates leg, extends hip  •   Muscles of Lower Leg    o   Tibialis anterior -  front of lower leg;   inverts foot  o   Gastrocnemius -  calf; flexes foot and leg  o   Soleus -  attaches to ankle; flexes foot  CARDIAC AND SMOOTH MUSCLES  •   Cardiac Muscle  ▪   Heart  ▪   1 centrally located nucleus/cell  ▪   Striated  ▪   Rich in mitochondria    ▪   Intercalated disks -  special cell junctions that  allow cells to act as a unit    •   Smooth Muscle  ▪   Found on organs  ▪   1 centrally located nucleus/cell  ▪   Not striated  ▪   Less actin and myosin  ▪   Under involuntary control