المقرر الأكاديمي • التربية البدنية والرياضة
الدرس 20
البنية المجهرية للعضلة وآلية الانقباض
Structure microscopique du muscle et mécanisme de contraction
الشكل 1: تسلسل البنية من العضلة الهيكلية إلى الساركومير؛ رسوم تخطيطية تعليمية وليست صورا مجهرية فعلية.
محتوى الملف
مدة الحصة
المستوى
كتاب الطالب
50 دقيقة
BT1
نواتج التعلم
• ترتيب مستويات البنية من العضلة إلى الساركومير.
• تحديد عناصر الساركومير: قرصا Z وخيوط الأكتين والميوسين والحزمة A والحزمة I والمنطقة H.
• شرح نموذج الانزلاق الخيطي ودور الكالسيوم وATP في الانقباض.
• الربط بين الإشارة العصبية والانقباض وإنتاج القوة الرياضية.
• التمييز بين التغير في طول الساركومير وعدم تغير طول الخيوط نفسها.
القسم الأول | كتاب التلميذ
1. وضعية الانطلاق: كيف تولّد العضلة القوة؟
أثناء القفز العمودي تنقبض عضلات الطرفين السفليين فتنتج قوة تساهم في دفع الجسم إلى الأعلى. لكن كيف تنتج ألياف العضلة هذه القوة، وما الذي يحدث داخلها على المستوى المجهري؟
أسئلة عصف ذهني: 1. هل العضلة مكوّنة من خلية واحدة؟ 2. هل تقصر خيوط الأكتين والميوسين نفسها عند الانقباض؟ 3. لماذا يحتاج الانقباض إلى طاقة؟
2. البنية الهرمية للعضلة الهيكلية
العضلة الهيكلية عضو يتألف من حزم عضلية؛ وتحتوي كل حزمة على ألياف عضلية (خلايا طويلة غالبا متعددة النوى). يضم الليف العضلي لييفات عضلية كثيرة، وتتكون اللييفات من وحدات متكررة تسمى الساركوميرات.
الشكل 2: العضلة ← الحزمة العضلية ← الليف العضلي ← اللييف العضلي ← الساركومير؛ العرض متدرج في مستوى التكبير.
البنية
وصفها ووظيفتها
العضلة الهيكلية
عضو يشارك في توليد القوة والحركة ويحتوي حزم ألياف.
الحزمة العضلية
مجموعة من الألياف العضلية يحيط بها نسيج ضام.
الليف العضلي
خلية عضلية طويلة تضم لييفات عضلية ونوى عديدة في العادة.
اللييف العضلي
تجمع من ساركوميرات متكررة مسؤولة عن النمط المخطط.
الساركومير
الوحدة الانقباضية الأساسية بين قرصي Z متتاليين.
3. البنية المجهرية للساركومير
الساركومير (Sarcomere) وحدة انقباضية تقع بين قرصي Z. ترتبط الخيوط الرقيقة، التي يتكون جزؤها الرئيس من الأكتين، بالقرب من قرصي Z؛ بينما تتمركز خيوط الميوسين السميكة حول وسط الساركومير.
الشكل 3: رسم مبسط للساركومير؛ الحزمة A تعبر طول الخيوط السميكة، والحزمة I منطقة تحوي خيوطا رقيقة فقط، والمنطقة H جزء مركزي فيه خيوط سميكة دون تداخل مع الرفيعة في حالة الارتخاء.
المصطلح
التعريف
قرصا Z
حدا الساركومير اللذان يتقاربان أثناء الانقباض.
الأكتين Actin
المكوّن الرئيس للخيوط الرقيقة؛ يرتبط بالميوسين عبر الجسور العرضية.
الميوسين Myosin
بروتين حركي في الخيوط السميكة له رؤوس تستطيع استخدام ATP.
الحزمة A
امتداد الخيوط السميكة؛ يبقى طولها ثابتا أثناء الانقباض في النموذج المدرسي.
الحزمة I والمنطقة H
تضيقان مع ازدياد تداخل الخيوط أثناء الانقباض؛ وقد تختفي H.
4. آلية الانزلاق الخيطي
وفق نموذج الانزلاق الخيطي (Sliding filament theory)، تسحب رؤوس الميوسين خيوط الأكتين باتجاه مركز الساركومير، فتتقارب أقراص Z ويقصر الساركومير. لا تقصر خيوط الأكتين ولا الميوسين نفسها، بل يزداد مقدار التداخل بينها.
الشكل 4: قبل الانقباض وبعده؛ يزداد تداخل الأكتين والميوسين، وتضيق الحزمة I والمنطقة H، بينما يظل طول الحزمة A ثابتا.
تنبيه علمي: الشكل تعليمي مبسط؛ تتكرر دورات ارتباط الميوسين بالأكتين وسحبه وانفصاله مرات كثيرة خلال الانقباض، ولا تحدث كل خطوة مرة واحدة فقط.
5. من الإشارة العصبية إلى الانقباض
الشكل 5: تسلسل مبسط للتنبيه والانقباض والارتخاء؛ لا يمثل الرسم الحجم أو ترتيب العضيات داخل الخلية بدقة تشريحية.
• يصل التنبيه العصبي إلى الوصلة العصبية العضلية؛ ويحرر العصبون الحركي الأستيل كولين الذي يؤدي إلى تنبيه غشاء الليف العضلي.
• ينتشر جهد الفعل عبر الغشاء والأنابيب المستعرضة T، فتتحرر أيونات الكالسيوم Ca²⁺ من الشبكة الساركوبلازمية.
• يرتبط الكالسيوم بالتروبونين، فتتحرك التروبوميوسين ويُتاح ارتباط رؤوس الميوسين بخيوط الأكتين.
• تتكرر دورة الجسر العرضي مستهلكة طاقة ATP، فتتحرك الخيوط بالنسبة بعضها إلى بعض وينتج الشد.
• مع توقف التنبيه يُعاد ضخ الكالسيوم إلى الشبكة الساركوبلازمية باستخدام ATP، وتقل الجسور الفعالة فتسترخي العضلة.
6. لماذا نحتاج إلى ATP؟
ATP هو جزيء ناقل للطاقة في الخلية، وتحتاج إليه العضلة لانفصال رأس الميوسين عن الأكتين، ولإعادة تهيئة الرأس للدورة التالية، وكذلك لإعادة ضخ Ca²⁺ إلى الشبكة الساركوبلازمية. لا يكفي وجود الكالسيوم وحده لاستمرار الانقباض من دون ATP.
7. التطبيق الرياضي: القفز والهبوط
الشكل 6: رسم توضيحي لمراحل القفز العمودي؛ إنتاج القوة يعتمد على تنشيط الألياف العضلية والتنسيق العصبي والتحكم في المفاصل.
خلال الدفع للأعلى تتولد القوة بواسطة انقباض عضلات الطرفين السفليين؛ وفي الهبوط يمكن لعضلات الطرفين السفليين أن تولد قوة وهي تطول أثناء التحكم في تباطؤ الجسم (انقباض لامركزي). لذلك لا تعني كلمة «انقباض عضلي» دائما أن طول العضلة الكلي يقصر.
تنبيه سلامة: يكتفي التلاميذ بالملاحظة وتحليل الصور أو بحركة مريحة منخفضة الشدة؛ لا تُفرض قفزات مرتفعة أو تدريبات قصوى لإثبات مفهوم مجهري.
8. النشاط الأول: رتب البنى
رتب من الأكبر إلى الأصغر: ساركومير – ليف عضلي – عضلة هيكلية – لييف عضلي – حزمة عضلية. ثم حدد البنية التي تتكون من ساركوميرات متكررة.
9. النشاط الثاني: حلل نموذجا
في صورة الساركومير المنقبض: 1. هل تقاربت أقراص Z أم تباعدت؟ 2. ماذا يحدث للحزمة I والمنطقة H؟ 3. هل يتغير طول الحزمة A؟ 4. لماذا لا يصح قول «الأكتين يقصر»؟
10. ورقة عمل مصورة: سمّ الأجزاء
الشكل 7: اكتب أسماء الأجزاء المرقمة 1–5 في جدول الإجابة، ثم حدد أي منها يتحرك نحو الآخر مع الانقباض.
الرقم
اسم الجزء
الرقم
اسم الجزء
1
................................
2
................................
3
................................
4
................................
5
................................
—
—
11. التقويم التكويني — 5 علامات
1. أكمل: الوحدة الانقباضية الأساسية في اللييف العضلي هي .......... . (0.5 علامة)
2. اختر: البروتين الرئيس في الخيط السميك (أكتين / ميوسين / تروبونين). (0.5 علامة)
3. صح أم خطأ مع التصحيح: تقصر خيوط الأكتين أثناء الانقباض العضلي. (1 علامة)
4. اذكر دور الكالسيوم ودور ATP في عملية الانقباض. (علامتان)
5. ماذا يحدث لقرصي Z ولطول الحزمة A عند الانقباض؟ (1 علامة)
12. الواجب المنزلي — 10 علامات
ارسم مخططا مبسطا لساركومير في حالتي الارتخاء والانقباض (يمكن استخدام رسمين مستطيلين)، وضع أسماء قرصي Z والأكتين والميوسين والحزمة A والمنطقة H. ثم اكتب خمس جمل تشرح مسار الإشارة العصبية ودور الكالسيوم وATP. أختم بمثال رياضي واحد يوضح إنتاج العضلة للقوة.
13. ملخص الحفظ والمهارات
• البنية الهرمية: عضلة ← حزمة ← ليف عضلي ← لييف عضلي ← ساركومير.
• الساركومير بين قرصي Z، ويحتوي خيوطا رقيقة من الأكتين وسميكة من الميوسين.
• الانقباض = زيادة تداخل الخيوط وتقارب قرصي Z؛ أطوال الخيوط والحزمة A لا تتغير.
• الكالسيوم يسمح ببدء تكوين الجسور العرضية؛ وATP ضروري لدورة الميوسين وللارتخاء.
• مهارة متوقعة: تفسير رسم علمي وربطه بتطبيق رياضي من دون الخلط بين انقباض الليف وقصر العضلة الكلي.