ચલન એ સજીવોની એક મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતા છે. પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિઓ વિવિધ પ્રકારની ગતિઓ પ્રદર્શિત કરે છે. એમીબા જેવા એકકોષી જીવોમાં પ્રોટોપ્લાઝમનું પ્રવાહીકરણ એ ચલનનું એક સરળ સ્વરૂપ છે. ઘણા જીવો દ્વારા સિલિયા, ફ્લેજેલા અને તંતુકોની ગતિ દર્શાવવામાં આવે છે. મનુષ્યો અંગો, જડબાં, પાંપણો, જીભ વગેરે ખસેડી શકે છે. કેટલીક ગતિઓના પરિણામે સ્થળ અથવા સ્થાનમાં ફેરફાર થાય છે. આવા ઇચ્છાપૂર્વકની ગતિઓને સ્થાનાંતરણ (લોકોમોશન) કહેવામાં આવે છે. ચાલવું, દોડવું, ચઢવું, ઉડવું, તરવું એ સ્થાનાંતરણની ગતિના કેટલાક સ્વરૂપો છે. સ્થાનાંતરણ માટેની રચનાઓ અન્ય પ્રકારની ગતિઓને અસર કરતી રચનાઓથી અલગ હોવી જરૂરી નથી. ઉદાહરણ તરીકે, પેરામીશિયમમાં, સિલિયા ખોરાકને સાયટોફેરિન્ક્સ દ્વારા ખસેડવામાં અને સ્થાનાંતરણમાં પણ મદદ કરે છે. હાઈડ્રા તેના શિકારને પકડવા માટે તેના તંતુકોનો ઉપયોગ કરી શકે છે અને તેમને સ્થાનાંતરણ માટે પણ ઉપયોગ કરી શકે છે. આપણે શરીરની મુદ્રાઓમાં ફેરફાર અને સ્થાનાંતરણ માટે પણ અંગોનો ઉપયોગ કરીએ છીએ. ઉપરોક્ત અવલોકનો સૂચવે છે કે ગતિ અને સ્થાનાંતરણનો અલગથી અભ્યાસ કરી શકાતો નથી. બંનેને એમ કહીને જોડી શકાય છે કે બધા સ્થાનાંતરણ ગતિ છે પરંતુ બધી ગતિઓ સ્થાનાંતરણ નથી.

પ્રાણીઓ દ્વારા કરવામાં આવતા સ્થાનાંતરણની પદ્ધતિઓ તેમના નિવાસસ્થાન અને પરિસ્થિતિની માંગ સાથે બદલાય છે. જો કે, સ્થાનાંતરણ સામાન્ય રીતે ખોરાક, આશ્રય, સાથી, યોગ્ય પ્રજનન મેદાન, અનુકૂળ આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ અથવા શત્રુઓ/શિકારીઓ પાસેથી બચવા માટે હોય છે.

20.1 ગતિના પ્રકારો

માનવ શરીરની કોષો ત્રણ મુખ્ય પ્રકારની ગતિઓ પ્રદર્શિત કરે છે, એટલે કે, એમીબોઇડ, સિલિયરી અને સ્નાયુજન્ય. આપણા શરીરમાં કેટલાક વિશિષ્ટ કોષો જેવા કે મેક્રોફેજીસ અને રક્તમાં લ્યુકોસાઇટ્સ એમીબોઇડ ગતિ પ્રદર્શિત કરે છે. તે પ્રોટોપ્લાઝમના પ્રવાહીકરણ દ્વારા રચાયેલ સ્યુડોપોડિયા દ્વારા અસર કરવામાં આવે છે (જેમ કે એમીબામાં). સાયટોસ્કેલેટલ તત્વો જેવા કે માઇક્રોફિલામેન્ટ્સ પણ એમીબોઇડ ગતિમાં સામેલ હોય છે.

સિલિયરી ગતિ આપણા મોટાભાગના આંતરિક નલિકાકાર અંગોમાં થાય છે જે સિલિયેટેડ એપિથીલિયમ દ્વારા રેખાંકિત હોય છે. શ્વાસનળીમાં સિલિયાની સંકલિત ગતિઓ ધૂળના કણો અને વાતાવરણીય હવા સાથે શ્વાસ દ્વારા લેવાયેલા કેટલાક વિદેશી પદાર્થોને દૂર કરવામાં આપણી મદદ કરે છે. માદા પ્રજનન માર્ગ દ્વારા અંડકોનો પસાર થવો પણ સિલિયરી ગતિ દ્વારા સરળ બને છે. આપણા અંગો, જડબાં, જીભ વગેરેની ગતિ માટે સ્નાયુજન્ય ગતિની જરૂર પડે છે.

સ્નાયુઓના સંકોચન ગુણધર્મનો ઉપયોગ મનુષ્યો અને બહુકોષી જીવોની બહુમતી દ્વારા સ્થાનાંતરણ અને અન્ય ગતિઓ માટે અસરકારક રીતે થાય છે. સ્થાનાંતરણ માટે સ્નાયુજન્ય, કંકાલીય અને તંત્રિકા તંત્રોની સંપૂર્ણ સંકલિત પ્રવૃત્તિની જરૂર પડે છે. આ અધ્યાયમાં, તમે સ્નાયુઓના પ્રકારો, તેમની રચના, તેમના સંકોચનની ક્રિયાવિધિ અને કંકાલ તંત્રના મહત્વપૂર્ણ પાસાઓ વિશે જાણશો.

20.2 સ્નાયુ

તમે અધ્યાય 8 માં અભ્યાસ કર્યો છે કે સિલિયા અને ફ્લેજેલા કોષ પટલના બહિર્ગત છે. ફ્લેજેલર ગતિ શુક્રાણુઓની તરણમાં, સ્પંજના નહેર તંત્રમાં પાણીના પ્રવાહની જાળવણી અને યુગ્લેના જેવા પ્રોટોઝોઆનના સ્થાનાંતરણમાં મદદ કરે છે. સ્નાયુ એ મેસોડર્મલ મૂળનું એક વિશિષ્ટ ઊતક છે. માનવ પુખ્ત વયના શરીરના વજનનો લગભગ 40-50 ટકા ભાગ સ્નાયુઓ દ્વારા ફાળવવામાં આવે છે. તેમની ઉત્તેજનશીલતા, સંકોચનશીલતા, વિસ્તરણશીલતા અને સ્થિતિસ્થાપકતા જેવા વિશિષ્ટ ગુણધર્મો છે. સ્નાયુઓને વિવિધ માપદંડોનો ઉપયોગ કરીને વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા છે, એટલે કે તેમની પ્રવૃત્તિઓનું સ્થાન, દેખાવ અને નિયમનની પ્રકૃતિ. તેમના સ્થાનના આધારે, ત્રણ પ્રકારના સ્નાયુઓને ઓળખવામાં આવે છે: (i) કંકાલીય (ii) આંતરિક અંગોના અને (iii) હૃદયના.

કંકાલીય સ્નાયુઓ શરીરના કંકાલીય ઘટકો સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલા હોય છે. સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ તેમનો ધારીઓવાળો દેખાવ હોય છે અને તેથી તેમને ધારીયુક્ત સ્નાયુઓ કહેવામાં આવે છે. તેમની પ્રવૃત્તિઓ તંત્રિકા તંત્રના ઇચ્છાપૂર્વક નિયંત્રણ હેઠળ હોવાથી, તેમને સ્વૈચ્છિક સ્નાયુઓ પણ કહેવામાં આવે છે. તે મુખ્યત્વે સ્થાનાંતરણ ક્રિયાઓ અને શરીરની મુદ્રાઓમાં ફેરફારમાં સામેલ હોય છે.

આંતરિક અંગોના સ્નાયુઓ શરીરના પોલા આંતરિક અંગોની આંતરિક દિવાલોમાં સ્થિત હોય છે, જેમ કે પાચન નળી, પ્રજનન માર્ગ વગેરે. તેઓ કોઈ પણ ધારી પ્રદર્શિત કરતા નથી અને દેખાવમાં સરળ હોય છે. તેથી, તેમને સરળ સ્નાયુઓ (બિન-ધારીયુક્ત સ્નાયુ) કહેવામાં આવે છે. તેમની પ્રવૃત્તિઓ તંત્રિકા તંત્રના ઇચ્છાપૂર્વક નિયંત્રણ હેઠળ નથી અને તેથી તેમને અનૈચ્છિક સ્નાયુઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તેઓ, ઉદાહરણ તરીકે, પાચન માર્ગ દ્વારા ખોરાકના પરિવહન અને જનન માર્ગ દ્વારા યુગ્મકોના પરિવહનમાં સહાય કરે છે.

નામ સૂચવે છે તેમ, હૃદયના સ્નાયુઓ હૃદયના સ્નાયુઓ છે. ઘણા હૃદય સ્નાયુ કોષો શાખાઓવાળી રચનામાં એકત્રિત થઈને હૃદય સ્નાયુ રચે છે. દેખાવના આધારે, હૃદયના સ્નાયુઓ ધારીયુક્ત હોય છે. તેઓ પ્રકૃતિમાં અનૈચ્છિક હોય છે કારણ કે તંત્રિકા તંત્ર તેમની પ્રવૃત્તિઓને સીધી રીતે નિયંત્રિત કરતું નથી.

ચાલો સંકોચનની રચના અને ક્રિયાવિધિ સમજવા માટે એક કંકાલીય સ્નાયુની વિગતવાર તપાસ કરીએ. આપણા શરીરમાં દરેક સંગઠિત કંકાલીય સ્નાયુ ફેસિયા નામના સામાન્ય કોલાજનસ કનેક્ટિવ ટિશ્યુ સ્તર દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવેલા સ્નાયુ બંડલો અથવા ફેસિકલ્સની સંખ્યાથી બનેલો છે. દરેક સ્નાયુ બંડલમાં સ્નાયુ તંતુઓની સંખ્યા હોય છે (આકૃતિ 20.1).

આકૃતિ 20.1 સ્નાયુ બંડલો અને સ્નાયુ તંતુઓ દર્શાવતી સ્નાયુનો આકૃતિયુક્ત આડછેદ દૃશ્ય

દરેક સ્નાયુ તંતુ સાર્કોલેમ્મા નામના પ્લાઝમા પટલ દ્વારા રેખાંકિત હોય છે જે સાર્કોપ્લાઝમને ઘેરી લે છે. સ્નાયુ તંતુ એક સિન્સિશિયમ છે કારણ કે સાર્કોપ્લાઝમમાં ઘણા કેન્દ્રક હોય છે. એન્ડોપ્લાઝમિક રેટિક્યુલમ, એટલે કે, સ્નાયુ તંતુઓનું સાર્કોપ્લાઝમિક રેટિક્યુલમ કેલ્શિયમ આયનોનું ભંડાર છે. સ્નાયુ તંતુની લાક્ષણિકતા એ સાર્કોપ્લાઝમમાં માયોફિલામેન્ટ્સ અથવા માયોફાઇબ્રિલ્સ તરીકે ઓળખાતી સમાંતર રીતે ગોઠવાયેલી ઘણી ફિલામેન્ટ્સની હાજરી છે. દરેક માયોફાઇબ્રિલ પર વૈકલ્પિક ઘેરા અને હળવા બેન્ડ હોય છે. માયોફાઇબ્રિલના વિગતવાર અભ્યાસથી સ્થાપિત થયું છે કે ધારીયુક્ત દેખાવ બે મહત્વપૂર્ણ પ્રોટીન - એક્ટિન અને માયોસિનના વિતરણ પેટર્નને કારણે છે. હળવા બેન્ડમાં એક્ટિન હોય છે અને તેને I-બેન્ડ અથવા આઇસોટ્રોપિક બેન્ડ કહેવામાં આવે છે, જ્યારે ઘેરા બેન્ડને ‘A’ અથવા એનાઇસોટ્રોપિક બેન્ડ કહેવામાં આવે છે જેમાં માયોસિન હોય છે. બંને પ્રોટીન દંડ જેવી રચનાઓ તરીકે, એકબીજાની સમાંતર અને માયોફાઇબ્રિલ્સની લંબાક્ષ સાથે સમાંતર રીતે ગોઠવવામાં આવે છે. એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સ માયોસિન ફિલામેન્ટ્સની તુલનામાં પાતળા હોય છે, તેથી તેમને સામાન્ય રીતે અનુક્રમે પાતળા અને જાડા ફિલામેન્ટ્સ કહેવામાં આવે છે. દરેક ‘I’ બેન્ડના કેન્દ્રમાં ‘Z’ રેખા નામનું સ્થિતિસ્થાપક તંતુ હોય છે જે તેને દ્વિભાજિત કરે છે. પાતળા ફિલામેન્ટ્સ ‘Z’ રેખા સાથે મજબૂત રીતે જોડાયેલા હોય છે. ‘A’ બેન્ડમાંના જાડા ફિલામેન્ટ્સ પણ આ બેન્ડના મધ્યમાં ‘M’ રેખા નામના પાતળા તંતુમય પટલ દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે. ‘A’ અને ‘I’ બેન્ડ માયોફાઇબ્રિલ્સની સમગ્ર લંબાઈ સુધી વૈકલ્પિક રીતે ગોઠવવામાં આવે છે. બે ક્રમિક ‘Z’ રેખાઓ વચ્ચેના માયોફાઇબ્રિલના ભાગને સંકોચનનું કાર્યાત્મક એકમ ગણવામાં આવે છે અને તેને સાર્કોમીયર કહેવામાં આવે છે (આકૃતિ 20.2). વિશ્રામ અવસ્થામાં, જાડા ફિલામેન્ટ્સની બંને બાજુએ પાતળા ફિલામેન્ટ્સની ધાર જાડા ફિલામેન્ટ્સના મુક્ત છેડાને આંશિક રીતે ઢાંકી દે છે, જે જાડા ફિલામેન્ટ્સના મધ્ય ભાગને છોડી દે છે. જાડા ફિલામેન્ટનો આ મધ્ય ભાગ, જે પાતળા ફિલામેન્ટ્સ દ્વારા ઢંકાયેલો નથી, તેને ‘H’ ઝોન કહેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 20.2 (a) સાર્કોમીયર દર્શાવતા સ્નાયુ તંતુની શરીરરચના (b) સાર્કોમીયરનું આકૃતિયુક્ત નિરૂપણ

20.2.1 સંકોચનશીલ પ્રોટીનની રચના

દરેક એક્ટિન (પાતળું) ફિલામેન્ટ બે ‘F’ (ફિલામેન્ટસ) એક્ટિનથી બનેલું છે જે એકબીજા પર સર્પિલ રીતે વીંટળાયેલા હોય છે. દરેક ‘F’ એક્ટિન એ મોનોમેરિક ‘G’ (ગ્લોબ્યુલર) એક્ટિનનો બહુલક છે. બીજા પ્રોટીન, ટ્રોપોમાયોસિનના બે ફિલામેન્ટ્સ પણ તેની સમગ્ર લંબાઈ સુધી ‘F’ એક્ટિનની નજીક ચાલે છે. એક જટિલ પ્રોટીન ટ્રોપોનિન નિયમિત અંતરે ટ્રોપોમાયોસિન પર વિતરિત થાય છે. વિશ્રામ અવસ્થામાં ટ્રોપોનિનનું એક ઉપએકમ એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સ પર માયોસિન માટે સક્રિય બંધન સ્થાનોને છુપાવે છે (આકૃતિ 20.3a).

દરેક માયોસિન (જાડું) ફિલામેન્ટ પણ બહુલકીકૃત પ્રોટીન છે. મેરોમાયોસિન (આકૃતિ 20.3b) તરીકે ઓળખાતા ઘણા મોનોમેરિક પ્રોટીન એક જાડું ફિલામેન્ટ બનાવે છે. દરેક મેરોમાયોસિનમાં બે મહત્વપૂર્ણ ભાગો હોય છે, ટૂંકા હાથ સાથેનું ગોળાકાર માથું અને પૂંછડી, પહેલાને હેવી મેરોમાયોસિન (HMM) અને બાદમાં, લાઇટ મેરોમાયોસિન (LMM) કહેવામાં આવે છે. HMM ઘટક, એટલે કે; માથું અને ટૂંકો હાથ નિયમિત અંતરે અને એકબીજાથી કોણ પર બહાર નીકળે છે, બહુલકીકૃત માયોસિન ફિલામેન્ટની સપાટી પરથી અને તેને ક્રોસ આર્મ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ગોળાકાર માથું એક સક્રિય ATPase ઉચ્ચબીજ છે અને તેમાં ATP માટે બંધન સ્થાનો અને એક્ટિન માટે સક્રિય સ્થાનો હોય છે.

આકૃતિ 20.3 (a) એક એક્ટિન (પાતળું) ફિલામેન્ટ (b) માયોસિન મોનોમર (મેરોમાયોસિન)

20.2.2 સ્નાયુ સંકોચનની ક્રિયાવિધિ

સ્નાયુ સંકોચનની ક્રિયાવિધિ સ્લાઇડિંગ ફિલામેન્ટ સિદ્ધાંત દ્વારા શ્રેષ્ઠ રીતે સમજાવવામાં આવે છે જે જણાવે છે કે સ્નાયુ તંતુનું સંકોચન પાતળા ફિલામેન્ટ્સનું જાડા ફિલામેન્ટ્સ પર સરકવું દ્વારા થાય છે.

સ્નાયુ સંકોચન કેન્દ્રીય તંત્રિકા તંત્ર (CNS) દ્વારા મોટર ન્યુરોન દ્વારા મોકલવામાં આવેલ સંકેત દ્વારા શરૂ થાય છે. એક મોટર ન્યુરોન તેની સાથે જોડાયેલ સ્નાયુ તંતુઓ સાથે મળીને એક મોટર એકમ બનાવે છે. મોટર ન્યુરોન અને સ્નાયુ તંતુના સાર્કોલેમ્મા વચ્ચેના જંકશનને ન્યુરોમસ્ક્યુલર જંકશન અથવા મોટર-એન્ડ પ્લેટ કહેવામાં આવે છે. આ જંકશન પર પહોંચતો તંત્રિકા સંકેત ન્યુરોટ્રાન્સમીટર (એસિટાઇલ કોલીન) મુક્ત કરે છે જે સાર્કોલેમ્મામાં ક્રિયા સંભવિતતા ઉત્પન્ન કરે છે. આ સ્નાયુ તંતુમાં ફેલાય છે અને સાર્કોપ્લાઝમમાં કેલ્શિયમ આયનોની મુક્તિનું કારણ બને છે. Ca++ સ્તરમાં વધારો એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સ પર ટ્રોપોનિનના ઉપએકમ સાથે કેલ્શિયમના બંધન તરફ દોરી જાય છે અને ત્યારબાદ માયોસિન માટે સક્રિય સ્થાનોનું છુપાવવું દૂર કરે છે. ATP જળવિભાજનમાંથી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને, માયોસિન હેડ હવે ક્રોસ બ્રિજ બનાવવા માટે એક્ટિન પર ખુલ્લા સક્રિય સ્થાનો સાથે જોડાય છે (આકૃતિ 20.4).

આકૃતિ 20.4 ક્રોસ બ્રિજ રચના, માથાનું પરિભ્રમણ અને ક્રોસ બ્રિજ તૂટવાના તબક્કા

આ જોડાયેલા એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સને ‘A’ બેન્ડના કેન્દ્ર તરફ ખેંચે છે. આ એક્ટિન સાથે જોડાયેલી ‘Z’ રેખા પણ અંદર તરફ ખેંચાય છે જેના કારણે સાર્કોમીયર ટૂંકું થાય છે, એટલે કે સંકોચન. ઉપરોક્ત પગલાઓ પરથી સ્પષ્ટ છે કે સ્નાયુના ટૂંકા થવા દરમિયાન, એટલે કે સંકોચન, ‘I’ બેન્ડ ઘટે છે, જ્યારે ‘A’ બેન્ડ લંબાઈ જાળવી રાખે છે (આકૃતિ 20.5). માયોસિન, ADP અને P1 ને મુક્ત કરીને તેની શિથિલ અવસ્થામાં પાછું ફરે છે. એક નવું ATP બંધાય છે અને ક્રોસ-બ્રિજ તૂટી જાય છે (આકૃતિ 20.4). ATP ફરીથી માયોસિન હેડ દ્વારા જળવિભાજિત થાય છે અને ક્રોસ બ્રિજ રચના અને તૂટવાનો ચક્ર પુનરાવર્તિત થાય છે જે વધુ સરકવાનું કારણ બને છે. Ca++ આયનોને સાર્કોપ્લાઝમિક સિસ્ટર્નીમાં પાછા પંપ કરવામાં આવે ત્યાં સુધી પ્રક્રિયા ચાલુ રહે છે, જેના પરિણામે એક્ટિન ફિલામેન્ટ્સ છુપાઈ જાય છે. આ ‘Z’ રેખાઓને તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા ફરવાનું કારણ બને છે, એટલે કે શિથિલતા. તંતુઓની પ્રતિક્રિયા સમય વિવિધ સ્નાયુઓમાં બદલાઈ શકે છે. સ્નાયુઓની પુનરાવર્તિત સક્રિયતા તેમાંના ગ્લાયકોજનના અનારોબિક વિઘટનને કારણે લેક્ટિક એસિડના સંચય તરફ દોરી શકે છે, જે થાકનું કારણ બને છે. સ્નાયુમાં માયોગ્લોબિન નામનું લાલ રંગનું ઓક્સિજન સંગ્રહ કરતું રંજકદ્રવ્ય હોય છે. કેટલાક સ્નાયુઓમાં માયોગ્લોબિન