【PT/共通】筋収縮の機序についての問題「まとめ・解説」

解答2

解説

1．×　乳酸の「減少」ではなく増加（蓄積）する。なぜなら、嫌気性解糖の亢進のため。嫌気性代謝閾値（AT）とは、運動時に有酸素運動から無酸素運動へと切り替わる運動強度の閾値のことである。つまり、筋肉のエネルギー消費に必要な酸素供給が追いつかなくなり、血液中の乳酸が急激に増加し始める強度の値である。
2．〇　正しい。ADP濃度は増加する。なぜなら、筋収縮により大量のATPが分解されるため。ADP（アデノシン二リン酸）とは、ATP分解酵素の働きによってATPが加水分解すると、ひとつのリン酸基がはずれたものをさす。その際にエネルギーを放出し、このエネルギーを使って筋の収縮が行われる。筋線維の中に蓄えられているATPの量はわずかなので、激しい運動では短時間で使い果たしてしまう。
3．×　グリコーゲンは「増加」ではなく減少する。なぜなら、グルコースが嫌気性解糖により分解され、乳酸が蓄積することで筋疲労となるため。
4．×　筋形質中のpHは「上昇」ではなく低下する。なぜなら、筋疲労時には乳酸が蓄積するため。乳酸とは、カラダを動かすエネルギーを作るため糖を分解している際にできる生成物で、その名の通り酸性である。
5．×　小胞体のカルシウムイオン取り込みは「増加」ではなく低下する。筋収縮によりADPなどが増加し、それによりCa^2＋－ATPaseの活性が低下するため。Ca^2＋－ATPaseは、筋肉の小胞体膜にあり、Ca2+放出によって収縮した筋線維からCa2+を小胞体の中に回収し、筋肉を弛緩させる。

解答３
解説

よって、選択肢3.トロポニンが正しい。

1.×　アクチンは、アクチンフィラメントを構成する。
2.×　ミオシンは、ミオシンフィラメントを構成する。
4.×　オグロビンは、筋肉中にあって酸素分子を代謝に必要な時まで貯蔵する色素タンパク質である。
5.×　トロポミオシンは、アクチンの働きを調節する繊維状のアクチン結合タンパク質である。 

解答５

解説

1．×　骨格筋の最大収縮時には筋細胞の長さは、「約10％」ではなく約40％短くなる。このとき、すべての筋節の長さは一様に減少する。
2．×　アクチンフィラメントは、ミオシンフィラメントより「太い」のではなく細い。アクチンフィラメントの直径は約7nm、ミオシンフィラメントの直径は約12～15nmである。
3．×　筋小胞体からの「K＋」ではなくCa2＋放出により筋収縮が開始される。その後、カルシウムイオンはトロポニンと結合し、その立体構造を変えてトロポミオシンをアクチンのミオシン結合部位から引き離す。ちなみに、カリウムイオン（K＋）は、細胞内液で最も多い陽イオンである。
4．×　ATPを分解する酵素は、「アクチン」ではなくミオシン（頭部）に存在する。ミオシン頭部は、こぶしをつくって腕を曲げたような形でアクチンと結合している。ATPがやってくると、ATPはミオシン頭部のATP分解酵素部位と結合する。ちなみに、ATPを分解する酵素（ATPアーゼ）は、ATPを加水分解してエネルギーを放出し、筋収縮に必要な力を生成する。
5．〇　正しい。筋収縮時にH帯は短くなる。H帯はA帯中央の明るい部分（ミオシンのみからなる部分）である。Ｈ帯とＩ帯はほとんど消失する。これは収縮に伴って細いフィラメントがＡ帯中に滑り込むことを意味する。

解答３

解説

1．×　神経筋接合部の伝達物質は、「ノルアドレナリン」ではなくアセチルコリンである。アセチルコリンとは、代表的な神経伝達物質であり、①運動神経の神経筋接合部、②交感神経および副交感神経の節前線維の終末、副交感神経の節後線維の終末などのシナプスで放出される。アセチルコリンは、中枢神経で働く場合と末梢神経で働く場合で作用が異なる。①運動神経の神経筋接合部では、筋収縮に作用する。
2．×　カルシウムイオンが筋小胞体内に「取り込まれる」のではなく放出される（筋収縮時）。カルシウムイオンが筋小胞体内に「取り込まれる」のは筋弛緩時である。筋肉が収縮するメカニズムは、活動電位が発生し、横行小管が脱分極し、筋小胞体からカルシウムイオンが放出されることによって起こる。カルシウムイオンの濃度が上昇すると、トロポニンCと結合し、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントが相互作用して、骨格筋が収縮する。
3．〇　正しい。神経支配比はそれぞれの筋で異なる。1つの運動神経が支配する筋線維の数が少なく、神経支配比は小さい。運動単位当たりの筋線維数は、上腕二頭筋：750、虫様筋：110である。運動単位とは、1つの運動神経が支配する筋線維のことである。筋によって支配する線維の数は異なる。
①粗大運動を行う筋：神経支配比が大きく、運動単位は大きい。
②精巧な運動を行う筋：神経支配比が少なく、運動単位は小さい。
ちなみに、神経支配比とは、1つの運動神経が支配する筋線維の数のことをいう。
4．×　エネルギー源は、「ADP」ではなくATPである。なぜなら、頭部首振り運動に、ATPエネルギーを利用する必要があるため。ADP（アデノシン二リン酸）とは、ATP分解酵素の働きによってATPが加水分解すると、ひとつのリン酸基がはずれたものをさす。その際にエネルギーを放出し、このエネルギーを使って筋の収縮が行われる。筋線維の中に蓄えられているATPの量はわずかなので、激しい運動では短時間で使い果たしてしまう。
5．×　「A帯」ではなくI帯が短縮する。A帯（暗帯）とは、ミオシンフィラメントがある部分で、アクチンフィラメントと重なり合っている。筋収縮のメカニズム（滑り説）では、アクチンフィラメントがミオシンフィラメント側に滑り込むことで収縮が生じる。この際に短縮するのはアクチンフィラメントのみの部分であるI帯（明帯）である。

解答4

解説

1．×　筋小胞体から、「Mg²⁺」ではなくCa²⁺が放出される。横行小管（T管）から伝わった脱分極電位により筋小胞体から、Ca²⁺が放出される。一般的な筋収縮は、細胞外からもしくは、筋小胞体から放出されるCa²⁺に依存する。
2．×　横行小管（T管）の中を、「Ca²⁺が運搬される」のではなく、細胞膜で発生した刺激が移動し筋小胞体へと伝わる。
3．×　「アクチンフィラメント」ではなくミオシンフィラメントのATPが加水分解を生じる。
4．〇　正しい。筋線維膜の電位依存性Na⁺チャネルが開いて脱分極が生じる。活動電位の発生には、Na⁺が関与する。
5．×　「トロポニン」ではなく「トロポミオシン」が移動してミオシンフィラメントの結合部位が露出する。ちなみに、トロポニンとは、心筋に特異的に含まれる物質で、心筋が障害を受けたときに血液中で増える物質で、筋収縮の機序としては、①筋小胞体から放出されたCa2＋がトロポニンと結合する。

解答４

解説

1. ×：筋小胞体には、「Na⁺」ではなくCa^２+を貯蔵している。
2. ×：活動電位は、「筋収縮に遅れて」ではなく、筋収縮前に発生する。
3. ×：Ca^２+が筋小胞体に、「取り込まれる」ではなく、筋小胞体からCa^２+が放出されると筋収縮が起こる。そのときに、トロポニンと結合する。
4. 〇：正しい。ミオシン頭部の角度が戻るときにATPの加水分解が起こる。ATPのエネルギーを使って、ミオシン頭部が首を振る。ATPが加水分解されると、ミオシン頭部は元の角度に戻る。
5. ×：神経筋接合部での興奮の伝達は神経と筋との間で、「双方向性」でなく一方向である。

解答２

解説

1．×　活動電位は、「筋収縮に遅れて」ではなく筋収縮前に発生する。活動電位が先行し、筋細胞に加わり閾値を超えることで筋収縮が発生する。
2．〇　正しい。伸張反射の感覚受容器は筋紡錘である。伸張反射は単シナプス反射である。筋紡錘が伸張されることにより、運動神経を興奮させ筋を収縮させる。
3．×　筋に単一刺激を加えると、「強縮」ではなく、単収縮が生じる。単収縮が加重し融合すると収縮力の大きな強縮となる。
4．×　神経筋接合部には、「アドレナリン受容体」ではなくアセチルコリン受容体が分布する。ちなみに、神経筋接合部における抗アセチルコリン受容体抗体によって引き起こされる神経筋疾患が重症筋無力症である。また、アドレナリン受容体は、主に血管や心筋の神経接合部に存在している。
5．×　筋小胞体から放出された「Na＋」ではなくCa2＋が、トロポニンに結合する。その後、ATPエネルギーを利用したミオシンの頭部首振り運動が起こり、アクチンフィラメントを引き寄せながらミオシンフィラメント上を滑走して筋収縮が起こる。

解答４

解説

1．〇　正しい。筋小胞体はCa2＋を貯蔵している。筋収縮の機序として、筋小胞体から放出されたCa2＋がトロポニンと結合する。その後、ATPエネルギーを利用したミオシンの頭部首振り運動が起こり、アクチンフィラメントを引き寄せながらミオシンフィラメント上を滑走して筋収縮が起こる。
2．〇　正しい。活動電位は筋収縮に先行して発生する。活動電位が先行し、筋細胞に加わり閾値を超えることで筋収縮が発生する。
3．〇　正しい。神経筋接合部にはニコチン受容体が分布する。神経筋接合部には、アセチルコリン受容体が分布する。ニコチン受容体は、アセチルコリン受容体の1種である。ニコチン性アセチルコリン受容体（ニコチン受容体）に作用してアセチルコリンと同様の効果をしめす。ちなみに、神経筋接合部における抗アセチルコリン受容体抗体によって引き起こされる神経筋疾患が重症筋無力症である。また、アドレナリン受容体は、主に血管や心筋の神経接合部に存在している。
4．×　支配神経に単一の刺激を加えると「強縮」ではなく、「単収縮」が起こる。単収縮が加重し融合すると収縮力の大きな強縮となる。
5．〇　正しい。単収縮が連続して起こると階段現象がみられる。階段現象とは、筋に対し同じ強さの刺激を一定頻度以上で与えると、単収縮が連続して重なり合うように起こり、筋収縮が階段状に強くなる現象のことである。