हालचाल हे सजीवांचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे. प्राणी आणि वनस्पती विविध प्रकारच्या हालचाली दर्शवतात. अमीबा सारख्या एकपेशीय सजीवांमध्ये प्रोटोप्लाझमचा प्रवाह ही हालचालीची एक सोपी रूप आहे. बर्याच सजीवांमध्ये पक्ष्माभ, कशाभ आणि स्पर्शक यांची हालचाल दिसून येते. मानव अवयव, जबडे, पापण्या, जीभ इत्यादी हलवू शकतो. काही हालचालींमुळे स्थान किंवा ठिकाण बदलते. अशा इच्छिक हालचालींना गती (लोकोमोशन) म्हणतात. चालणे, धावणे, चढणे, उडणे, पोहणे हे सर्व गतीच्या काही प्रकार आहेत. गतीसाठीची रचना इतर प्रकारच्या हालचालींसाठी असलेल्या रचनेपेक्षा वेगळी असणे आवश्यक नाही. उदाहरणार्थ, पॅरामिशियममध्ये, पक्ष्माभ अन्नाची सायटोफेरिंक्समधून हालचाल आणि गती दोन्हीमध्ये मदत करतात. हायड्रा त्याचे स्पर्शक शिकार पकडण्यासाठी आणि गतीसाठी देखील वापरू शकतो. आपण शरीराची मुद्रा बदलण्यासाठी आणि गतीसाठी देखील अवयव वापरतो. वरील निरीक्षणे सूचित करतात की हालचाल आणि गती यांचा स्वतंत्रपणे अभ्यास करता येणार नाही. हे दोन्ही अशा विधानाने जोडले जाऊ शकतात की सर्व गती हालचाल आहेत परंतु सर्व हालचाली गती नाहीत.

प्राण्यांद्वारे केलेल्या गतीच्या पद्धती त्यांच्या आवास आणि परिस्थितीच्या मागणीनुसार बदलतात. तथापि, गती सामान्यतः अन्न, निवारा, जोडीदार, योग्य प्रजनन क्षेत्र, अनुकूल हवामान परिस्थिती किंवा शत्रू/शिकारीपासून सुटण्यासाठी असते.

20.1 हालचालींचे प्रकार

मानवी शरीरातील पेशी तीन मुख्य प्रकारच्या हालचाली दर्शवतात, त्या म्हणजे अमीबॉइड, पक्ष्माभीय आणि स्नायूंच्या हालचाली. आपल्या शरीरातील काही विशेष पेशी जसे की रक्तातील मॅक्रोफेज आणि ल्युकोसाइट्स अमीबॉइड हालचाल दर्शवतात. ही हालचाल प्रोटोप्लाझमच्या प्रवाहाने (अमीबाप्रमाणे) तयार झालेल्या स्यूडोपोडियाद्वारे घडविली जाते. सायटोस्केलेटल घटक जसे की मायक्रोफिलामेंट्स देखील अमीबॉइड हालचालीमध्ये सहभागी असतात.

पक्ष्माभीय हालचाल आपल्या बहुतेक अंतर्गत नलिकाकृती अवयवांमध्ये होते जे पक्ष्माभीय उपकलेने आच्छादित असतात. श्वासनलिकेतील पक्ष्माभांच्या समन्वित हालचाली वातावरणातील हवेसोबत श्वासोच्छ्वासात घेतलेल्या धूळ कण आणि काही परकीय पदार्थ काढून टाकण्यास मदत करतात. मादी प्रजनन मार्गातून अंड्यांचे स्थलांतर देखील पक्ष्माभीय हालचालीद्वारे सुलभ होते. आपल्या अवयवांची, जबड्यांची, जिभेची इत्यादी हालचाल स्नायूंच्या हालचालीची आवश्यकता असते.

स्नायूंचा आकुंचन गुणधर्म मानव आणि बहुतेक बहुपेशीय सजीवांद्वारे गती आणि इतर हालचालींसाठी प्रभावीपणे वापरला जातो. गतीसाठी स्नायूंच्या, कंकालाच्या आणि चेतासंस्थेच्या क्रियाकलापांची परिपूर्ण समन्वित क्रिया आवश्यक असते. या अध्यायात, आपण स्नायूंचे प्रकार, त्यांची रचना, त्यांच्या आकुंचनाची यंत्रणा आणि कंकाल संस्थेचे महत्त्वाचे पैलू शिकाल.

20.2 स्नायू

आपण अध्याय 8 मध्ये अभ्यासले आहे की पक्ष्माभ आणि कशाभ हे पेशीपटलाचे बाह्य वाढीचे भाग आहेत. कशाभीय हालचाल शुक्राणूंच्या पोहण्यात, स्पंजच्या कालवा प्रणालीमध्ये पाण्याच्या प्रवाहाच्या देखभालीत आणि युग्लेना सारख्या प्रोटोझोअनच्या गतीमध्ये मदत करते. स्नायू हे मध्यस्तर उगमाचे एक विशेष ऊतक आहे. मानवी प्रौढाच्या शरीराच्या वजनाच्या सुमारे 40-50 टक्के योगदान स्नायूंकडून असते. त्यांच्यात उत्तेजनक्षमता, आकुंचनक्षमता, विस्तार्यता आणि लवचिकता असे विशेष गुणधर्म असतात. स्नायूंचे वर्गीकरण वेगवेगळ्या निकषांवर आधारित केले गेले आहे, म्हणजे स्थान, स्वरूप आणि त्यांच्या क्रियाकलापांच्या नियमनाचे स्वरूप. त्यांच्या स्थानावर आधारित, तीन प्रकारचे स्नायू ओळखले जातात: (i) कंकाल स्नायू (ii) आंतरिक स्नायू आणि (iii) हृदय स्नायू.

कंकाल स्नायू शरीराच्या कंकाल घटकांशी जवळून संबंधित असतात. सूक्ष्मदर्शकाखाली त्यांना पट्टेदार स्वरूप असते आणि म्हणून त्यांना रेखित स्नायू म्हणतात. त्यांच्या क्रियाकलाप चेतासंस्थेच्या इच्छिक नियंत्रणाखाली असल्यामुळे, त्यांना इच्छिक स्नायू देखील म्हणतात. ते प्रामुख्याने गतीच्या क्रिया आणि शरीराच्या मुद्रा बदलण्यात सहभागी असतात.

आंतरिक स्नायू शरीराच्या पोकळ आंतरिक अवयवांच्या आतील भिंतींमध्ये स्थित असतात जसे की अन्ननलिका, प्रजनन मार्ग इत्यादी. ते कोणतीही पट्टी दर्शवत नाहीत आणि गुळगुळीत स्वरूपाचे असतात. म्हणून, त्यांना गुळगुळीत स्नायू (अपट्टीत स्नायू) म्हणतात. त्यांच्या क्रियाकलावर चेतासंस्थेचे इच्छिक नियंत्रण नसते आणि म्हणून त्यांना अनैच्छिक स्नायू म्हणून ओळखले जाते. ते, उदाहरणार्थ, पाचन मार्गातून अन्नाचे वहन आणि जनन मार्गातून युग्मकांचे वहन करण्यास मदत करतात.

नावाप्रमाणेच, हृदय स्नायू हे हृदयाचे स्नायू असतात. अनेक हृदय स्नायू पेशी शाखाकृती नमुन्यात एकत्र येऊन हृदय स्नायू तयार करतात. स्वरूपावर आधारित, हृदय स्नायू रेखित असतात. ते अनैच्छिक स्वरूपाचे असतात कारण चेतासंस्था त्यांच्या क्रियाकलापांचे थेट नियंत्रण करत नाही.

आकुंचनाची रचना आणि यंत्रणा समजून घेण्यासाठी एका कंकाल स्नायूचा तपशीलवार अभ्यास करूया. आपल्या शरीरातील प्रत्येक संघटित कंकाल स्नायू अनेक स्नायू गठ्ठ्यांनी किंवा फॅसिकल्सनी बनलेला असतो जो फॅशिया नावाच्या सामान्य कोलेजनयुक्त संयोजी ऊतकाच्या थराने एकत्र धरलेला असतो. प्रत्येक स्नायू गठ्ठ्यामध्ये अनेक स्नायू तंतू असतात (आकृती 20.1).

आकृती 20.1 स्नायू गठ्ठे आणि स्नायू तंतू दर्शविणारी स्नायूची आकृतिबंध रेखाचित्र रूपी आडवा छेद

प्रत्येक स्नायू तंतू सार्कोलेमा नावाच्या प्लाज्मा पटलाने आच्छादित असतो ज्यामध्ये सार्कोप्लाझम असते. स्नायू तंतू हा एक सिंसिशियम असतो कारण सार्कोप्लाझममध्ये अनेक केंद्रक असतात. अंतर्द्रव्य जालिका, म्हणजेच, स्नायू तंतूंची सार्कोप्लाझमिक जालिका ही कॅल्शियम आयनांचा साठा असते. स्नायू तंतूचे वैशिष्ट्य म्हणजे सार्कोप्लाझममध्ये मायोफिलामेंट्स किंवा मायोफायब्रिल्स नावाच्या समांतरपणे मांडलेल्या अनेक तंतूंची उपस्थिती. प्रत्येक मायोफायब्रिलवर पर्यायी गडद आणि हलकी पट्ट्या असतात. मायोफायब्रिलच्या तपशीलवार अभ्यासात स्थापित झाले आहे की रेखित स्वरूप हे दोन महत्त्वाच्या प्रथिनांच्या वितरण पद्धतीमुळे आहे - ऍक्टिन आणि मायोसिन. हलक्या पट्ट्यांमध्ये ऍक्टिन असते आणि त्याला आय-बँड किंवा आयसोट्रॉपिक बँड म्हणतात, तर गडद पट्टीला ‘ए’ किंवा ॲनिसोट्रॉपिक बँड म्हणतात ज्यामध्ये मायोसिन असते. दोन्ही प्रथिने दांडेसारख्या रचनांमध्ये, एकमेकांना समांतर आणि मायोफायब्रिल्सच्या अनुदैर्ध्य अक्षाला समांतर मांडलेली असतात. ऍक्टिन तंतू मायोसिन तंतूंच्या तुलनेत पातळ असतात, म्हणून त्यांना अनुक्रमे पातळ आणि जाड तंतू म्हणतात. प्रत्येक ‘आय’ बँडच्या मध्यभागी ‘झेड’ रेषा नावाचा एक लवचिक तंतू असतो जो त्याला दुभागतो. पातळ तंतू ‘झेड’ रेषेशी घट्टपणे जोडलेले असतात. ‘ए’ बँडमधील जाड तंतू देखील या बँडच्या मध्यभागी ‘एम’ रेषा नावाच्या पातळ तंतूमय पटलाने एकत्र धरलेले असतात. ‘ए’ आणि ‘आय’ बँड्स मायोफायब्रिल्सच्या संपूर्ण लांबीमध्ये पर्यायीपणे मांडलेल्या असतात. दोन सलग ‘झेड’ रेषांमधील मायोफायब्रिलच्या भागाला आकुंचनाचे कार्यात्मक एकक मानले जाते आणि त्याला सार्कोमियर म्हणतात (आकृती 20.2). विश्रांतीच्या स्थितीत, जाड तंतूंच्या दोन्ही बाजूंच्या पातळ तंतूंच्या कडा जाड तंतूंच्या मुक्त टोकांना आंशिकपणे झाकून टाकतात आणि जाड तंतूंचा मध्यभाग मोकळा ठेवतात. जाड तंतूचा हा मध्यभाग, जो पातळ तंतूंनी झाकलेला नसतो त्याला ‘एच’ झोन म्हणतात.

आकृती 20.2 (a) सार्कोमियर दर्शविणारा स्नायू तंतूचा शरीररचनाशास्त्रीय दृश्य (b) एक सार्कोमियर यांचे आकृतिबंध रेखाचित्र रूपी प्रतिनिधित्व

20.2.1 आकुंचनशील प्रथिनांची रचना

प्रत्येक ऍक्टिन (पातळ) तंतू दोन ‘एफ’ (तंतुमय) ऍक्टिनपासून बनलेला असतो जे एकमेकांना कुंडलाकार रीतीने गुंडाळलेले असतात. प्रत्येक ‘एफ’ ऍक्टिन हे मोनोमेरिक ‘जी’ (गोलाकार) ऍक्टिनचा बहुलक असतो. ट्रोपोमायोसिन नावाच्या दुसर्या प्रथिनाचे दोन तंतू देखील त्याच्या संपूर्ण लांबीमध्ये ‘एफ’ ऍक्टिन्सच्या जवळ धावतात. एक जटिल प्रथिन ट्रोपोनिन नियमित अंतराने ट्रोपोमायोसिनवर वितरीत केले जाते. विश्रांतीच्या स्थितीत ट्रोपोनिनचा एक उपएकक ऍक्टिन तंतूंवरील मायोसिनसाठीची सक्रिय बंधन स्थळे लपवतो (आकृती 20.3a).

प्रत्येक मायोसिन (जाड) तंतू देखील बहुलकीकृत प्रथिन असते. मेरोमायोसिन (आकृती 20.3b) नावाची अनेक मोनोमेरिक प्रथिने एक जाड तंतू तयार करतात. प्रत्येक मेरोमायोसिनमध्ये दोन महत्त्वाचे भाग असतात, एक लहान हात असलेला गोलाकार डोके आणि एक शेपटी, पूर्वीच्याला जड मेरोमायोसिन (एचएमएम) आणि नंतरच्याला हलका मेरोमायोसिन (एलएमएम) म्हणतात. एचएमएम घटक, म्हणजे; डोके आणि लहान हात बहुलकीकृत मायोसिन तंतूच्या पृष्ठभागावरून नियमित अंतर आणि कोनातून बाहेर पसरतात आणि त्याला क्रॉस आर्म म्हणून ओळखले जाते. गोलाकार डोके एक सक्रिय एटीपीएझ एन्झाईम आहे आणि त्यात एटीपीसाठी बंधन स्थळे आणि ऍक्टिनसाठी सक्रिय स्थळे असतात.

आकृती 20.3 (a) एक ऍक्टिन (पातळ) तंतू (b) मायोसिन मोनोमर (मेरोमायोसिन)

20.2.2 स्नायू आकुंचनाची यंत्रणा

स्नायू आकुंचनाची यंत्रणा सरकत्या तंतू सिद्धांताद्वारे सर्वोत्तम स्पष्ट केली जाते ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की स्नायू तंतूचे आकुंचन पातळ तंतू जाड तंतूंवर सरकल्यामुळे होते.

स्नायू आकुंचन मध्यवर्ती चेतासंस्था (सीएनएस) द्वारे मोटर न्यूरॉनद्वारे पाठविलेल्या संकेताद्वारे सुरू होते. एक मोटर न्यूरॉन आणि त्याच्याशी जोडलेले स्नायू तंतू मिळून एक मोटर एकक तयार करतात. मोटर न्यूरॉन आणि स्नायू तंतूच्या सार्कोलेमा यांच्यातील संधीला न्यूरोमस्क्युलर जंक्शन किंवा मोटर-एंड प्लेट म्हणतात. या संधीवर पोहोचणारा चेतासंकेत एक न्यूरोट्रांसमीटर (असिटिल कोलिन) सोडतो जो सार्कोलेमामध्ये क्रियाविभव निर्माण करतो. हे स्नायू तंतूमधून पसरते आणि सार्कोप्लाझममध्ये कॅल्शियम आयन सोडण्यास कारणीभूत ठरते. Ca++ पातळीत वाढ झाल्यामुळे ऍक्टिन तंतूंवरील ट्रोपोनिनच्या उपएककाशी कॅल्शियमचे बंधन होते आणि त्याद्वारे मायोसिनसाठीच्या सक्रिय स्थळांचे आच्छादन दूर होते. एटीपी जलविघटनातून मिळालेली ऊर्जा वापरून, मायोसिन डोके आता क्रॉस ब्रिज तयार करण्यासाठी ऍक्टिनवरील उघडलेल्या सक्रिय स्थळांशी बांधले जाते (आकृती 20.4).

आकृती 20.4 क्रॉस ब्रिज निर्मिती, डोक्याचे परिवलन आणि क्रॉस ब्रिज तोडण्याची टप्पे

हे जोडलेले ऍक्टिन तंतू ‘ए’ बँडच्या मध्यभागी खेचते. या ऍक्टिन्सशी जोडलेली ‘झेड’ रेषा देखील आत खेचली जाते ज्यामुळे सार्कोमियरचे लहान होणे, म्हणजे आकुंचन होते. वरील चरणांवरून हे स्पष्ट आहे की, स्नायू लहान होत असताना, म्हणजे आकुंचन दरम्यान, ‘आय’ बँड कमी होतात, तर ‘ए’ बँड लांबी राखून ठेवतात (आकृती 20.5). मायोसिन, एडीपी आणि पी1 सोडून, त्याच्या विश्रांतीच्या स्थितीत परत जाते. एक नवीन एटीपी बांधले जाते आणि क्रॉस-ब्रिज तुटते (आकृती 20.4). एटीपी पुन्हा मायोसिन डोक्याद्वारे जलविघटित केले जाते आणि क्रॉस ब्रिज निर्मिती आणि तोडण्याची चक्र पुनरावृत्ती होते ज्यामुळे पुढील सरकणे होते. Ca++ आयन सार्कोप्लाझमिक सिस्टर्नामध्ये परत पंप केले जात नाहीत तोपर्यंत ही प्रक्रिया चालू राहते ज्यामुळे ऍक्टिन तंतूंचे आच्छादन होते. यामुळे ‘झेड’ रेषा त्यांच्या मूळ स्थानावर परत येतात, म्हणजे शिथिलीकरण होते. तंतूंची प्रतिक्रिया वेळ वेगवेगळ्या स्नायूंमध्ये बदलू शकते. स्नायूंची वारंवार सक्रियता त्यांच्यातील ग्लायकोजनच्या अवायवीय विघटनामुळे लॅक्टिक आम्लाच्या साठ्याकडे नेऊ शकते, ज्यामुळे थकवा येतो. स्नायूमध्ये मायोग्लोबिन नावाचा लाल रंगाचा ऑक्सिजन साठवणारा रंगद्रव्य असतो. काही स्नायूंमध्ये मायोग्लोबिनचे प्रमाण जास्त असते ज्यामुळे ते लालसर दिसतात. अशा स्नायूंना लाल तंतू म्हणतात. या स्नायूंमध्ये मायटोकॉंड्रियाचे प्रचंड प्रमाण देखील असते जे एटीपी उत्पादनासाठी त्यांच्यामध्ये साठवलेल्या मोठ्या प्रमाणात ऑक्सिजनचा वापर करू शकतात. म्हणून, या स्नायूंना वायवीय स्नायू देखील म्हणता येईल. दुसरीकडे, काही स्नायूंमध्ये मायोग्लोबिनचे प्रमाण खूपच कमी असते आणि म्हणून ते फिकट किंवा पांढरट दिसतात. हे पांढरे तंतू आहेत. त्यामध्ये मायटोकॉंड्रियाची संख्या देखील कमी असते, परंतु सार्कोप्लाझमिक जालिकेचे प्रमाण जास्त असते. ते ऊर्जेसाठी अवायवीय प्रक्रियेवर अवलंबून असतात.

आकृती 20.5 स्नायू आकुंचनाचा सरकत्या तंतू सिद्धांत (पातळ तंतूंची हालचाल आणि आय बँड आणि एच झोनचा सापेक्ष आकार)

20.3 कंकाल संस्था

कंकाल संस्थेमध्ये हाडांचा चौकट आणि काही उपास्थी असतात. शरीराद्वारे दर्शविलेल्या हालचालीमध्ये या संस्थेचा महत्त्वाचा भूमिका असते. जबड्याच्या हाडांशिवाय अन्न चावणे आणि अवयवांच्या हाडांशिवाय फिरण्याची कल्पना करा. हाड आणि उपास्थी हे विशेष संयोजी ऊतक आहेत. पूर्वीच्यामध्ये त्यात कॅल्शियम क्षार असल्यामुळे अतिशय कठीण आधात्री असते आणि नंतरच्यामध्ये कॉन्ड्रोइटिन क्षार असल्यामुळे किंचित लवचिक आधात्री असते. मानवांमध्ये, ही संस्था 206 हाडे आणि काही उपास्थींनी बनलेली असते. ते दोन मुख्य विभागांमध्ये गटबद्ध केले आहे - अक्षीय आणि उपांगी कंकाल.

अक्षीय कंकालामध्ये 80 हाडे असतात जी शरीराच्या मुख्य अक्षासह वितरित केली जातात. कवटी, मणक्याचा स्तंभ, उरोस्थी आणि बरगड्या अक्षीय कंकाल तयार करतात. कवटी (आकृती 20.6) दोन संचांच्या हाडांनी बनलेली असते - कपालीय आणि चेहर्याची हाडे, जी एकूण 22 हाडे असतात.

आकृती 20.6 मानवी कवटीचे आकृतिबंध रेखाचित्र रूपी दृश्य

कपालीय हाडे 8 असतात. ते मेंदूसाठी कवच म्हणून कवटीचा कठीण संरक्षक बाह्य आवरण तयार करतात. चेहर्याचा प्रदेश 14 कंकाल घटकांनी बनलेला असतो जे कवटीचा पुढचा भाग तयार करतात. हायओइड नावाचे एकल यू-आकाराचे हाड तोंडाच्या पोकळीच्या पायथ्याशी असते आणि ते देखील कवटीमध्ये समाविष्ट केले जाते. प्रत्येक मध्य कानात तीन लहान हाडे असतात - मॅलेअस, इंकस आणि स्टेप्स, यांना एकत्रितपणे कर्ण अस्थिका म्हणतात. कवटीचा प्रदेश दोन ऑसिपिटल कॉन्डाइल्स (द्विकंडाइलिक कवटी) च्या मदतीने मणक्याच्या स्तंभाच्या वरच्या प्रदेशाशी संधीबद्ध होतो.

आपला मणक्याचा स्तंभ (आकृती 20.7) 26 क्रमवार मांडलेल्या एककांनी तयार केला जातो ज्याला कशेरूका म्हणतात आणि तो पाठीकडे ठेवलेला असतो. तो कवटीच्या पायथ्यापासून पसरतो आणि धडाचा मुख्य चौकट तयार करतो. प्रत्येक कशेरूकामध्ये एक मध्यवर्ती पोकळ भाग (चेताकंदर) असतो ज्यातून मज्जारज्जू जातो. पहिली कशेरूका एटलस असते आणि ती ऑसिपिटल कॉन्डाइल्सशी संधीबद्ध होते. मणक्याचा स्तंभ कवटीपासून सुरू होऊन ग्रीवा (7), वक्षस्थळी (12), कटी (5), त्रिक (1-संलग्न) आणि कोक्सीजियल (1-संलग्न) प्रदेशांमध्ये विभेदित केला जातो. मानवांसह जवळजवळ सर्व सस्तन प्राण्यांमध्ये ग्रीवा कशेरूकांची संख्या सात असते. मणक्याचा स्तंभ मज्जारज्जूचे संरक्षण करतो, डोक्याला आधार देतो आणि बरगड्या आणि पाठीच्या स्नायूंच्या जोडणीचे बिंदू म्हणून काम करतो. उरोस्थी हे वक्षस्थळाच्या उदरीय मध्यरेषेवरील एक सपाट हाड असते.

आकृती 20.7 मणक्याचा स्तंभ (उजवीकडील बाजूचे दृश्य)

12 जोड्या बरगड्या असतात. प्रत्येक बरगडी हे एक पातळ सपाट हाड असते जे पाठीकडे मणक्याच्या स्तंभाशी आणि उदरीय बाजूस उरोस्थीशी जोडलेले असते. त्याच्या पाठीच्या टोकावर दोन संधीबद्ध पृष्ठभाग असतात आणि म्हणून त्याला द्विशीर्षक म्हणतात. बरगड्यांच्या पहिल्या सात जोड्यांना खऱ्या बरगड्या म्हणतात. पाठीकडे, ते वक्षस्थळी कशेरूकांशी जोडलेल्या असतात आणि उदरीय बाजूस हायलिन उपास्थीच्या मदतीने उरोस्थीशी जोडलेल्या असतात. 8वी, 9वी आणि 10वी जोड्या