生物物理学 · 24.13
筋収縮の滑走フィラメント説
Sliding-filament model of muscle contraction
🧠 滑走フィラメント説sliding-filament model 滑走フィラメント説(sliding-filament model)sliding-filament model(滑走フィラメント説) では、太い・細いフィラメント自体は短くならず、相互の重なりが増えることでサルコメア sarcomere サルコメア(sarcomere) sarcomere(サルコメア) が短縮する。
サルコメアで変わる部分
サルコメアsarcomere サルコメア(sarcomere)sarcomere(サルコメア) はZ線 Z line Z線(Z line) Z line(Z線) 間の収縮単位である。クロスブリッジcross-bridgeクロスブリッジ(cross-bridge)cross-bridge(クロスブリッジ)が細いフィラメントをM線 M line M線(M line) M line(M線) 方向へ引くと、Z線Z line Z線(Z line)Z line(Z線) 間距離が短くなる。
| 構造 | 収縮時contracted state 収縮時(contracted state)contracted state(収縮時) の変化 | 理由 |
|---|---|---|
| A帯A bandA帯(A band)A band(A帯) | ほぼ不変 | 太いフィラメント長を反映するため |
| I帯I bandI帯(I band)I band(I帯) | 短縮 | 細いフィラメントだけの領域が減るため |
| H帯H zoneH帯(H zone)H zone(H帯) | 短縮 | 太いフィラメントだけの領域が減るため |
| Z線Z line Z線(Z line)Z line(Z線) 間距離 | 短縮 | フィラメントの重なりが増えるため |
長さ–張力関係
活動張力active tension 活動張力(active tension)active tension(活動張力) は、力を発生できるアクチン–ミオシンの重なりに強く依存する。サルコメアsarcomere サルコメア(sarcomere)sarcomere(サルコメア) が長すぎると重なりが不足する。短すぎる場合の低下には細いフィラメント同士の干渉やZ線 Z line Z線(Z line) Z line(Z線) への圧迫だけでなく、格子間隔grating spacing格子間隔(grating spacing)grating spacing(格子間隔)、クロスブリッジcross-bridge クロスブリッジ(cross-bridge)cross-bridge(クロスブリッジ) 配置、titinなど三次 tertiary 三次(tertiary) tertiary(三次) 元構造も関与する。1 2
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sarcomere'>サルコメア</span>が長すぎる"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cross-bridge'>クロスブリッジ</span>数が少ない"]
B --> C["中間長で有効な重なりが最大"]
C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sarcomere'>サルコメア</span>が短すぎる"]
D --> E["フィラメント干渉で張力低下"]
分子運動から筋全体へ
サルコメアsarcomere サルコメア(sarcomere)sarcomere(サルコメア) を直列 serial (organ architecture, vs. parallel) 直列(serial (organ architecture, vs. parallel)) serial (organ architecture, vs. parallel)(直列) に増やすと短縮距離と速度が、並列に増やすと発生できる力が増える。刺激頻度による張力調節は単収縮single twitch単収縮(single twitch)single twitch(単収縮)・加重summation / weighting加重(summation / weighting)summation / weighting(加重)・強縮tetanus強縮(tetanus)tetanus(強縮)、負荷条件による収縮様式は等尺性isometric等尺性(isometric)isometric(等尺性)・等張性収縮isotonic contraction等張性収縮(isotonic contraction)isotonic contraction(等張性収縮)で扱う。
💡 「筋が短くなる」と「フィラメントが短くなる」を区別する。短縮するのはサルコメア sarcomere サルコメア(sarcomere) sarcomere(サルコメア) であり、フィラメント長はほぼ一定である。
まとめ
- 収縮ではフィラメント長ではなく、太い・細いフィラメントの重なりが変わる。
- A帯A band A帯(A band)A band(A帯) はほぼ一定で、I帯I bandI帯(I band)I band(I帯)・H帯H zoneH帯(H zone)H zone(H帯)・Z線Z line Z線(Z line)Z line(Z線) 間距離が短くなる。
- 活動張力active tension 活動張力(active tension)active tension(活動張力) には有効な重なりが最大となる最適サルコメア長 optimal sarcomere length 最適サルコメア長(optimal sarcomere length) optimal sarcomere length(最適サルコメア長) がある。
出典
- 1.The Sliding Filament Theory Since Andrew Huxley: Multiscale and Multidisciplinary Muscle Research(Annual Review of Biophysics・2021)滑走フィラメント説とクロスブリッジ機構の現代的整理閲覧 2026-08-21
- 2.Length dependence of active force production in skeletal muscle(Journal of Applied Physiology・1999)骨格筋の活動張力がサルコメア長に依存する機構と単純重なり説の限界閲覧 2026-08-21