運動単位は運動制御の基本単位である

神経系は、脊髄と脳幹の運動ニューロンから送られる信号によって筋力を制御します。

1個の運動ニューロンとそれが支配する筋線維は運動単位(motor unit)と呼ばれ、これは神経系が運動を制御する基本的な機能単位です。

この概念は、1925年にCharles Sherringtonが提唱しました。

典型的な筋は数百個の運動ニューロンの支配を受けます。

これらの運動ニューロンの細胞体は脊髄か脳幹に密集しています。

運動ニューロンの軸索は前根を通って脊髄を出るか、脳幹の脳神経となって脳幹を出て、末梢神経として筋に到達します。

軸索が筋に到達すると軸索は枝分かれし、数個〜数千個の筋線維を支配します。

シナプス入力が運動ニューロンの膜電位を閾値より上に脱分極させると、ニューロンは活動電位を発生させ、活動電位は軸索に沿って筋の中の終末まで伝導します。

活動電位は神経筋接合部で神経伝達物質を放出させ、この物質が筋線維の筋線維鞘で活動電位を発生させます。

筋線維は、直径の太い無髄軸索と似た電気的特性を持ちます。

したがって、活動電位は、筋線維鞘に沿って伝導しますが、より大きな膜受容量のためその速度は軸索より速くありません。

同じ運動単位に含まれるすべての筋線の活動電位はほぼ同時に発生するため、細胞外電流が発生し、これが加算されて、活動している筋の近くに電場電流を発生させます。

成熟した脊髄動物の筋では、各筋繊維は1つの運動ニューロンに支配されている場合がほとんどです。

1つの運動ニューロンに支配される筋線維の数、すなわち神経支配比は、筋の種類と機能によりさまざまです。

ヒトの骨格筋では、この平均値は外眼筋の5から、下肢筋の1800までの幅があります。

神経支配比は1つの運動単位内の筋線維数を指すので、異なる神経支配比は、同一筋で運動単位が活動するごとに増加する張力の平均値の差を示します。

神経支配比はまた、筋の制御の細かさを示してもいます。

神経支配比が小さいほど、活動する運動単位の数を変えたときに、より細かい制御を行うことができます。

1つの運動単位の筋線維は筋全体に分布し、他の運動ニューロンに支配される筋線維と混在しています。

四肢の筋では、1つの運動単位に所属する筋線維が、肢の筋の容量の8%から、多い場合は75%までも占めることがあります。

この筋では筋線維100本あたり2〜5本が同一の運動単位に所属します。

したがって、この容量中の筋線維は、20〜50の運動単位に所属していることになります。

この分布は年齢やある種の神経筋疾患により変化します。

例えば、運動ニューロンの脱落により支配を失った筋線維は、隣の運動ニューロンの軸索が枝分かれすることにより再支配を受けることがあります。

いくつかの筋では、その運動単位の筋線維がある区画に限局していて、その区画は筋線維の主要な枝が支配する領域に一致します。

異なる区画の選択的活性化が、異なる方向の力を発生し、これは生物力学的に利点となります。

例えば、前腕の正中神経や尺骨神経は、複数の腱をもつ3つの手外筋の別々の区画を支配していて、これにより指の比較的独立した運動が可能になります。

このように、1つの筋は機能的に異なるいくつかの領域を含む場合があります。

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