인체는 400개 이상의 수의적인 골격근을 지니고 있는데, 이는 전체 체중의 40~50%를 구성하고 있다. 골격근은 세 가지의 주요 기능을 담당하는데 (1) 운동과 호흡을 위한 근수축, (2) 자세를 유지하기 위한 근수축, (3) 체온유지를 위한 열 생산이다. 골격근의 가장 두드러진 기능은 각각 자유롭게 움직일 수 있다는 것이다.
골격근은 건이라 불리는 단단한 연결조직에 의해 뼈에 부착되어 있다. 근육의 한쪽 끝은 움직이지 않는 뼈(기점)에 부착되어 있는 반면에 반대쪽 끝은 근육이 수축하는 동안 움직이는 뼈(착점)에 고정되어 있다. 우리 몸은 관절의 형태와 관절을 움직이는 근육에 따라서 다양한 형태의 서로 다른 움직임이 가능하다. 관절의 각을 작게 하는 근육을 굴근(flexor)이라고 하고, 관절의 각을 크게 하는 근육을 신발 끈(extensor)이라고 한다.
운동수행 능력에 있어서 골격근의 구조와 기능에 대한 이해를 통해 골격근의 역할을 이해하는 것은 체육 교사, 운동처방사, 코치, 스포츠과학자들에게 있어 매우 중요하다.
1. 골격근의 구조
골격근은 여러 종류의 조직으로 구성되어 있으며 이것들은 근육세포 자체, 신경조직, 혈액, 다양한 형태의 결합조직을 포함한다. 각각의 근육은 서로 분리되어 있으며 근막(fascia)이라 불리는 결합조직에 둘러싸여 있다. 골격근은 3층의 결합 조직으로 구성되어 있다. 전체 근육을 제일 바깥에서 싸고 있는 것을 근 외막(epimusium)이라고 한다.
근 외막 안층에 근섬유 개개의 다발을 둘러싸고 있는 결합조직을 근 다발 막(perimysium)이라고 부르며 근육은 세포와 섬유란 용어로 같이 사용된다. 이러한 각각의 근섬유다발을 근섬유 속(fascicle)이라 하며 근속 내에 있는 각각의 근섬유는 근 내막(endomysium)이라 불리는 결합조직에 의해 둘러싸여 있다.
근섬유의 독특한 형태에도 불구하고 근세포는 다른 세포와 마찬가지로 같은 조직들을 갖는다. 즉 미토콘드리아, 조소 좀 등을 가지고 있다. 그러나 체내에 있는 대부분의 다른 세포와는 달리 근세포들은 다핵화, 즉 많은 핵을 가지고 있다. 현미경으로 봤을 때 골격근의 특징 중 하나는 줄무늬 모습이다. 이 줄은 섬유 길이가 다르고 밝고 어두운 밴드가 엇갈려 겹쳐 있기 때문에 나타난다.
각각의 근섬유는 얇고, 가늘고 긴 실린더로 근육의 길이를 늘일 수 있다. 근세포를 둘러싸고 있는 세포막을 근 초(sarcolemma)라고 부르며, 외적 층(lamina) 밑과 근 초 위에 있는 그룹을 위성세포(satellite cell)라고 한다. 위성세포는 분화하지 않은 세포로서 근육의 성장과 보수에 중요한 역할을 한다. 만약에 근섬유가 부상 또는 질병에 의해 파괴되면, 세포분화로 모두 채워질 수는 없다.
그렇지만 위성세포로부터 새로운 섬유가 형성되어 분화와 성장을 통하여 성숙한 근섬유를 형성하는 것은 가능하다. 이와 더불어 위성세포는 근력 훈련 시 기존의 근섬유에 핵을 제공하고 분화시킴으로써 급성장에 기여한다. 근섬유에 핵의 숫자가 증가하면 단백질을 합성하는 능력을 향상시켜 급성장에 도움을 준다.
근 초 아래에는 근형질(sarcoplasm, cytoplasm이라고도 함)이 있는데 이것은 세포 단백질, 기관, 근원섬유를 포함한다. 근원섬유(myofibril)는 수축 단백질을 포함하는 수많은 실 같은 구조이다. 일반적으로 근원섬유는 크게 두 가지 단백질 팔라 멘트로 구성되어 있다. (1) 미오신(myosin) 단백질인 굵은 세사(fila-Mnet)와 (2) 액틴(actin) 단백질인 얇은 세사(filament)이다. 이 두 세사의 배열에 의해서 골격근에 줄눈의 모습이 나타난다. 액틴 분자에는 또 다른 단백질인 트로포닌(troponin)과 트로포미오신(tropomyosin)이 있다. 이 단백질은 근육의 작은 부분이지만 근수축 과정을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.
근원섬유는 더 세부적으로 구분할 수 있는데 이를 근섬유분절(sarcomere)이라 한다. 근섬유분절은 Z 라인이라 불리는 얇은 층의 결합조직에 의해 각각 나누어진다. 미오신 필라멘트가 있는 어두운 부분을 A 대라 부르며 액틴 필라멘트만 있는 부분을 I 대라 부르는데 근섬유분절 중앙에 액틴이 중첩되어 있지 않고 미오신만 있는 부분을 H 지역이라 한다.
근육의 근형질 내에는 각 근섬유를 둘러싸고 그것과 평행하게 뻗어 있는 막 채널 연결망이 있다. 이 채널을 근형질 세망(sarcoplasmic reticulum)이라 부르는데 칼슘의 저장장소로 근육수축에 중요한 역할을 한다.
또 다른 막 채널은 근섬유막에서 내부로 연결되어 있는데, 이를 가로세관(transverse tubule)이라 부르며 근섬유의 근형질을 완전히 관통하고 있다. 이 가로세관은 종조(terminal cistemae)라 불리는 두 근형질 세망 사이를 관통하고 있다.
2. 근신경 연접
각 골격근 세포는 신경세포로부터 오는 신경섬유 가지에 연결된다. 이 신경세포는 운동신경(motor neuron)이라 부르고 척수에 밖으로 뻗어 있다. 운동신경과 그것이 지배하는 근섬유를 운동단위(motor unit)라 부른다. 운동신경으로부터의 자극은 수축 과정의 시초가 된다. 운동신경과 근세포가 만나는 곳을 근신경 연접(neuromuscular junction)이라 부른다. 이 연접에서 호주머니 형태의 근섬유막을 운동 말판(motor end plate)이라 한다.
운동신경 끝은 근섬유와 물리적인 접촉을 하지 않으며 근신 경 공간이라 불리는 짧은 간격에 의해 분리된다. 신경 자극이 운동신경의 말단에 다다를 때 신경전달물질인 아세틸콜린이 방출되고 운동 말판에 있는 수용체 부분과 결합하기 위해서 공간 틈새를 가로질러 확산한다. 이것은 나트륨에 대한 근섬유막의 투과력을 증가시키고, 말판 전위(end-plate potential, EPP)라 부르는 탈분극의 결과를 가져온다. 말판 전위는 항상 역치 이상으로 충분히 커서 수축 과정이 시작되는 신호가 된다.