गमन एवं संचलन | Locomotion and Movement
पेशी संकुचन
कंकाल तंत्र
संधियां (Joints)
कंकाल विकार
गमन एवं संचलन
(Locomotion and Movement)
(Locomotion and Movement)
मनुष्य और अन्य जीवों में पेशियों, हड्डियों और जोड़ों के अद्भुत यांत्रिकी का विस्तृत अध्ययन
गति का जीव विज्ञान
हम कैसे दौड़ते हैं, चलते हैं या एक साधारण पलक झपकाते हैं? यह सब पेशियों और हड्डियों का जादुई तालमेल है।
प्रस्तावना: संचलन बनाम गमन (Movement vs Locomotion)
संचलन (Movement) जीवों की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। पलकें झपकाना, जबड़े चलाना या पत्तियों का मुड़ना संचलन है। परंतु, जब किसी संचलन के परिणामस्वरूप जीव का स्थान या स्थिति बदल जाती है (जैसे चलना, दौड़ना, उड़ना, तैरना), तो उसे गमन (Locomotion) कहा जाता है। इसलिए हम कह सकते हैं कि "सभी गमन संचलन हैं, लेकिन सभी संचलन गमन नहीं हैं।"
मानव शरीर की कोशिकाओं में संचलन के प्रकार
मानव शरीर की कोशिकाएं मुख्य रूप से तीन प्रकार के संचलन प्रदर्शित करती हैं:
- अमीबॉयड (Amoeboid): हमारे रक्त में मौजूद मैक्रोफेज (Macrophages) और ल्यूकोसाइट्स (WBC) कूटपाद (Pseudopodia) बनाकर अमीबा की तरह गति करते हैं। यह कोशिका कंकाल (जैसे माइक्रोफिलामेंट्स) द्वारा प्रभावित होता है।
- पक्ष्माभी (Ciliary): यह हमारी उन नलिकाकार संरचनाओं में होता है जो पक्ष्माभी उपकला (Ciliated epithelium) द्वारा आस्तरित होती हैं। जैसे, श्वासनली (Trachea) से धूल/कणों को बाहर धकेलना या फैलोपियन ट्यूब में अंडे (Ova) का मार्ग निर्देशित करना।
- पेशीय (Muscular): हमारे अंगों, जबड़ों, जीभ आदि की गति के लिए पेशीय संचलन की आवश्यकता होती है। यह पेशियों के संकुचनशील गुण (Contractile property) पर निर्भर करता है।
पेशी (Muscle): संरचना और प्रकार
पेशी एक विशेष ऊतक है जिसकी उत्पत्ति मिसोडर्म (Mesoderm) से होती है। एक वयस्क मनुष्य के शरीर के वजन का लगभग 40-50% हिस्सा पेशियों का होता है। इनमें चार विशेष गुण होते हैं: उत्तेजनशीलता (Excitability), संकुचनशीलता (Contractility), विस्तारशीलता (Extensibility) और प्रत्यास्थता (Elasticity)।
पेशियों के प्रकार (Types of Muscles)
1. कंकाल पेशी (Skeletal)
ये कंकाल तंत्र की हड्डियों से निकटता से जुड़ी होती हैं। माइक्रोस्कोप के नीचे इनमें धारियां (Striations) दिखती हैं। ये ऐच्छिक (Voluntary) होती हैं, यानी हमारे सीधे नियंत्रण में होती हैं। (उदा: हाथ-पैर की पेशियां)।
2. अंतरंग/चिकनी (Visceral/Smooth)
ये शरीर के खोखले अंगों (जैसे आहारनाल, जनन मार्ग) की भीतरी दीवारों में पाई जाती हैं। इनमें धारियां नहीं होतीं और ये अनैच्छिक (Involuntary) होती हैं।
3. हृदय पेशी (Cardiac)
ये केवल हृदय की दीवार में पाई जाती हैं। ये भी धारीदार (Striated) होती हैं लेकिन ये अनैच्छिक होती हैं और तंत्रिका तंत्र इन्हें सीधे नियंत्रित नहीं कर सकता। कोशिकाएं आपस में जुड़ी (Branched) होती हैं।
कंकाल पेशी की सूक्ष्म संरचना (Microscopic Structure)
प्रत्येक कंकाल पेशी (जैसे बाइसेप्स) कई पेशी बंडलों से बनी होती है जिन्हें फासिकल्स (Fascicles) कहते हैं। प्रत्येक फासिकल में कई पेशी तंतु (Muscle fibres / Cells) होते हैं।
सार्कोलेमा (Sarcolemma): यह पेशी तंतु (कोशिका) को घेरने वाली प्लाज्मा झिल्ली है।
सार्कोप्लाज्म (Sarcoplasm): यह कोशिकाद्रव्य है, जिसमें कई केंद्रक (Syncytium) होते हैं।
सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम (SR): यह पेशी तंतु की ER है, जो कैल्शियम आयनों (Ca++) का भंडार है।
मायोफाइब्रिल्स (Myofibrils): प्रत्येक पेशी तंतु में समानांतर व्यवस्थित कई धागे होते हैं जिन्हें मायोफाइब्रिल कहते हैं। इन्हीं के कारण पेशी में धारियां दिखती हैं।
सार्कोमियर (Sarcomere) - संकुचन की इकाई
मायोफाइब्रिल में दो महत्वपूर्ण प्रोटीन होते हैं: एक्टिन (Actin) और मायोसिन (Myosin)।
• I-Band (Isotropic): यह हल्का बैंड है जिसमें केवल पतले तंतु (Actin) होते हैं। इसके बीच में एक लोचदार रेखा Z-line होती है।
• A-Band (Anisotropic): यह गहरा बैंड है जिसमें मोटे तंतु (Myosin) होते हैं। मोटे तंतु के उस मध्य भाग को जहाँ पतले तंतु नहीं पहुँच पाते, H-zone कहते हैं।
परिभाषा: दो लगातार Z-रेखाओं के बीच के मायोफाइब्रिल के भाग को सार्कोमियर (Sarcomere) कहते हैं। यह पेशी संकुचन की कार्यात्मक इकाई (Functional unit) है।
• I-Band (Isotropic): यह हल्का बैंड है जिसमें केवल पतले तंतु (Actin) होते हैं। इसके बीच में एक लोचदार रेखा Z-line होती है।
• A-Band (Anisotropic): यह गहरा बैंड है जिसमें मोटे तंतु (Myosin) होते हैं। मोटे तंतु के उस मध्य भाग को जहाँ पतले तंतु नहीं पहुँच पाते, H-zone कहते हैं।
परिभाषा: दो लगातार Z-रेखाओं के बीच के मायोफाइब्रिल के भाग को सार्कोमियर (Sarcomere) कहते हैं। यह पेशी संकुचन की कार्यात्मक इकाई (Functional unit) है।
संकुचनशील प्रोटीन और संकुचन की क्रियाविधि
एक्टिन तंतु (Thin Filament)
यह दो 'F' (Filamentous) एक्टिन के एक-दूसरे के चारों ओर कुंडलित होने से बनता है। पूरी लंबाई में दो ट्रोपोमायोसिन (Tropomyosin) धागे भी चलते हैं। ट्रोपोमायोसिन पर नियमित अंतराल पर एक जटिल प्रोटीन ट्रोपोनिन (Troponin) स्थित होता है। विश्राम अवस्था में, ट्रोपोनिन मायोसिन के जुड़ने वाले सक्रिय स्थलों को ढक कर (Mask) रखता है।
मायोसिन तंतु (Thick Filament)
यह एक बहुलक (Polymer) है जो कई मीरोमायोसिन (Meromyosin) एकलक से बना होता है। प्रत्येक मीरोमायोसिन के दो भाग होते हैं: एक गोलाकार सिर (Heavy Meromyosin - HMM) और एक पूंछ (Light Meromyosin - LMM)। सिर (Head) पर एक्टिन से जुड़ने के लिए सक्रिय स्थल और ATP बाइंडिंग साइट होती है। यह एक ATPase एंजाइम की तरह कार्य करता है।
सर्पी तंतु सिद्धांत (Sliding Filament Theory)
पेशी संकुचन की सबसे मान्यता प्राप्त क्रियाविधि 'स्लाइडिंग फिलामेंट थ्योरी' है। इसके अनुसार, पेशी का संकुचन पतले तंतुओं (एक्टिन) का मोटे तंतुओं (मायोसिन) के ऊपर खिसकने (Sliding) से होता है।
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सिग्नल: केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (CNS) से एक मोटर न्यूरॉन के माध्यम से संकेत आता है। मोटर न्यूरॉन और पेशी तंतु के बीच के जंक्शन को न्यूरोमस्कुलर जंक्शन (Neuromuscular junction) कहते हैं। यहाँ एसिटाइलकोलाइन (Acetylcholine) न्यूरोट्रांसमीटर निकलता है, जो सार्कोलेमा में एक्शन पोटेंशियल उत्पन्न करता है।
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कैल्शियम का निकलना: यह एक्शन पोटेंशियल सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम को उत्तेजित करता है, जिससे सार्कोप्लाज्म में Ca++ आयन बड़ी मात्रा में निकल आते हैं।
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मास्किंग हटाना: Ca++ आयन एक्टिन तंतु पर मौजूद ट्रोपोनिन (Troponin) से जुड़ जाते हैं। इससे ट्रोपोनिन की संरचना बदलती है और मायोसिन के लिए एक्टिन पर मौजूद सक्रिय स्थल नंगे (Unmasked) हो जाते हैं।
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क्रॉस-ब्रिज निर्माण और खिसकना: मायोसिन का सिर ATP को तोड़कर (ADP + Pi) ऊर्जा प्राप्त करता है और एक्टिन के खुले सक्रिय स्थलों से जुड़कर क्रॉस-ब्रिज (Cross-bridge) बनाता है। मायोसिन का सिर अंदर (A-band के केंद्र) की ओर झुकता है, जिससे एक्टिन तंतु खिसकते हैं। Z-लाइनें पास आ जाती हैं और सार्कोमियर छोटा हो जाता है (संकुचन)। H-zone गायब हो जाता है, लेकिन A-band की लंबाई समान रहती है।
लाल और सफेद पेशियां (Red & White Muscles)
• लाल पेशियां: इनमें ऑक्सीजन जमा करने वाला लाल वर्णक मायोग्लोबिन (Myoglobin) बहुत अधिक होता है। इनमें माइटोकॉन्ड्रिया भी अधिक होते हैं। ये वायवीय श्वसन करती हैं और लंबे समय तक बिना थके (थकान रहित) काम कर सकती हैं (Aerobic muscles)।
• सफेद पेशियां: इनमें मायोग्लोबिन कम होता है (रंग पीला/सफेद)। इनमें माइटोकॉन्ड्रिया कम लेकिन सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम अधिक होता है। ये ऊर्जा के लिए अवायवीय श्वसन (Anaerobic) पर निर्भर हैं और जल्दी थक (Fatigue - लैक्टिक एसिड जमा होने से) जाती हैं।
• सफेद पेशियां: इनमें मायोग्लोबिन कम होता है (रंग पीला/सफेद)। इनमें माइटोकॉन्ड्रिया कम लेकिन सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम अधिक होता है। ये ऊर्जा के लिए अवायवीय श्वसन (Anaerobic) पर निर्भर हैं और जल्दी थक (Fatigue - लैक्टिक एसिड जमा होने से) जाती हैं।
कंकाल तंत्र (Skeletal System)
कंकाल तंत्र हड्डियों (Bones) के एक ढांचे और कुछ उपास्थियों (Cartilages) से बना होता है। यह तंत्र शरीर की गति में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है (कंकाल के बिना जबड़े चबा नहीं सकते, पैर चल नहीं सकते)। अस्थि और उपास्थि दोनों विशेष संयोजी ऊतक हैं। एक वयस्क मानव शरीर में 206 हड्डियां और कुछ उपास्थियां होती हैं। इन्हें दो मुख्य प्रभागों में बांटा गया है:
1. अक्षीय कंकाल (Axial Skeleton - 80 हड्डियां)
यह शरीर की मुख्य धुरी (Main axis) के साथ स्थित होता है। इसमें 4 भाग शामिल हैं:
| भाग | हड्डियों की संख्या | विवरण (Description) |
|---|---|---|
| खोपड़ी (Skull) | 22 (+6+1) | कपालीय (Cranial - 8) जो मस्तिष्क की रक्षा करती हैं, और आननी (Facial - 14) जो चेहरे का निर्माण करती हैं। इसके अलावा मध्य कान में 3-3 हड्डियां (Malleus, Incus, Stapes) और मुख गुहा के आधार पर 1 U-आकार की हॉयड (Hyoid) हड्डी होती है। |
| कशेरुक दंड (Vertebral Column) | 26 | यह सिर के आधार से शुरू होकर धड़ का मुख्य ढांचा बनाता है। इसमें 7 ग्रीवा (Cervical), 12 वक्षीय (Thoracic), 5 काठ (Lumbar), 1 त्रिक (Sacral - 5 जुड़ी हुई) और 1 अनुत्रिक (Coccygeal - 4 जुड़ी हुई) कशेरुकाएं होती हैं। |
| उरोस्थि (Sternum) | 1 | यह वक्ष के मध्य में स्थित एक चपटी हड्डी है (सीने की हड्डी)। |
| पसलियां (Ribs) | 24 (12 जोड़े) | पहली 7 जोड़ी 'सच्ची पसलियां' (True ribs - उरोस्थि से जुड़ी) हैं। 8वीं, 9वीं और 10वीं जोड़ी 7वीं पसली से उपास्थि द्वारा जुड़ती हैं ('झूठी पसलियां' / Vertebrochondral)। 11वीं और 12वीं जोड़ी उरोस्थि से नहीं जुड़तीं, इन्हें प्लवनशील पसलियां (Floating ribs) कहते हैं। |
2. उपांगीय कंकाल (Appendicular Skeleton - 126 हड्डियां)
इसमें हमारे हाथ-पैर (Limbs) और उन्हें अक्षीय कंकाल से जोड़ने वाली मेखलाएं (Girdles) शामिल हैं। प्रत्येक पैर और हाथ में 30 हड्डियां होती हैं।
अग्रपाद (हाथ - 30 हड्डियां): ह्यूमर्स (Humerus), रेडियस (Radius), अल्ना (Ulna), कार्पल्स (Carpals / कलाई - 8), मेटाकार्पल्स (हथेली - 5), और फैलेंजेस (Phalanges / उंगलियां - 14)।
पश्चपाद (पैर - 30 हड्डियां): फीमर (Femur - जांघ की हड्डी, शरीर की सबसे लंबी हड्डी), पटेला (Patella - घुटने की टोपी), टीबिया (Tibia), फाइबुला (Fibula), टार्सल (Tarsals / टखना - 7), मेटाटार्सल (तलवा - 5), और फैलेंजेस (14)।
अंश मेखला (Pectoral Girdle): यह हाथों को धड़ से जोड़ती है। प्रत्येक आधे हिस्से में एक क्लेविकल (Clavicle / Collar bone) और एक स्कैपुला (Scapula - कंधे का ब्लेड) होता है। स्कैपुला में एक गुहा होती है जिसे ग्लीनॉइड गुहा (Glenoid cavity) कहते हैं, जहाँ ह्यूमर्स जुड़ता है।
श्रोणि मेखला (Pelvic Girdle): यह पैरों को धड़ से जोड़ती है। यह दो कॉक्सल (Coxal) हड्डियों से बनी है। प्रत्येक कॉक्सल हड्डी 3 हड्डियों के संलयन से बनती है: इलियम, इस्चियम और प्यूबिस। इनके जुड़ने के स्थान पर एक गुहा होती है जिसे एसिटाबुलम (Acetabulum) कहते हैं, जहाँ फीमर (जांघ की हड्डी) जुड़ती है।
संधियां (Joints)
संधियां (Joints) शरीर की सभी प्रकार की गतिविधियों के लिए आवश्यक हैं। ये हड्डियों के बीच या हड्डी और उपास्थि के बीच के संपर्क बिंदु हैं। गतिशीलता के आधार पर संधियों को 3 प्रमुख संरचनात्मक रूपों में वर्गीकृत किया गया है:
1. रेशेदार संधियां (Fibrous)
ये संधियां कोई गति नहीं (No movement) करने देती हैं। ये सघन रेशेदार संयोजी ऊतक द्वारा हड्डियों को मजबूती से जोड़ती हैं।
उदाहरण: खोपड़ी की चपटी हड्डियों के बीच के जोड़, जो मिलकर क्रेनियम (Cranium) बनाते हैं। इन्हें सिवनी (Sutures) कहा जाता है।
उदाहरण: खोपड़ी की चपटी हड्डियों के बीच के जोड़, जो मिलकर क्रेनियम (Cranium) बनाते हैं। इन्हें सिवनी (Sutures) कहा जाता है।
2. उपास्थियुक्त संधियां (Cartilaginous)
इन जोड़ों में हड्डियां उपास्थि (Cartilage) की मदद से जुड़ी होती हैं। ये सीमित गति (Slight movement) की अनुमति देती हैं।
उदाहरण: कशेरुक दंड (Vertebral column) में आसन्न कशेरुकाओं (Vertebrae) के बीच के जोड़।
उदाहरण: कशेरुक दंड (Vertebral column) में आसन्न कशेरुकाओं (Vertebrae) के बीच के जोड़।
3. साइनोवियल संधियां (Synovial)
इनमें दो हड्डियों की जुड़ने वाली सतहों के बीच एक तरल पदार्थ से भरी गुहा (Fluid-filled synovial cavity) होती है। ये काफी हद तक स्वतंत्र गति (Freely movable) की अनुमति देती हैं और गमन में मदद करती हैं। इसके कई प्रकार हैं:
साइनोवियल संधियों के प्रकार (Types of Synovial Joints)
• कंदुक-खल्लिका संधि (Ball and Socket joint): सभी दिशाओं में गति। (उदा: ह्यूमर्स और पेक्टोरल गर्डल के बीच; फीमर और पेल्विक गर्डल के बीच)।
• कब्जा संधि (Hinge joint): केवल एक दिशा में गति (दरवाजे की तरह)। (उदा: घुटने का जोड़ / Knee joint, कोहनी / Elbow)।
• धुराग्र संधि (Pivot joint): धुरी पर घूमने की गति। (उदा: एटलस और एक्सिस कशेरुका के बीच)।
• विसर्पी संधि (Gliding joint): एक-दूसरे के ऊपर फिसलने वाली गति। (उदा: कलाई के कार्पल्स के बीच)।
• सैंडल संधि (Saddle joint): अंगूठे की विशिष्ट गति। (उदा: अंगूठे के कार्पल और मेटाकार्पल के बीच)।
• कब्जा संधि (Hinge joint): केवल एक दिशा में गति (दरवाजे की तरह)। (उदा: घुटने का जोड़ / Knee joint, कोहनी / Elbow)।
• धुराग्र संधि (Pivot joint): धुरी पर घूमने की गति। (उदा: एटलस और एक्सिस कशेरुका के बीच)।
• विसर्पी संधि (Gliding joint): एक-दूसरे के ऊपर फिसलने वाली गति। (उदा: कलाई के कार्पल्स के बीच)।
• सैंडल संधि (Saddle joint): अंगूठे की विशिष्ट गति। (उदा: अंगूठे के कार्पल और मेटाकार्पल के बीच)।
पेशीय और कंकाल तंत्र के विकार (Disorders)
मायस्थेनिया ग्रेविस (Myasthenia Gravis)
यह एक ऑटो-इम्यून विकार (Auto-immune disorder) है जो न्यूरोमस्कुलर जंक्शन (Neuromuscular junction) को प्रभावित करता है। इसके कारण कंकाल पेशियों में अत्यधिक थकान (Fatigue), कमजोरी और अंततः पक्षाघात (Paralysis) हो जाता है।
पेशीय दुष्पोषण (Muscular Dystrophy)
यह कंकाल पेशियों का एक आनुवंशिक विकार (Genetic disorder) है जिसमें पेशियां धीरे-धीरे कमजोर होकर नष्ट (Progressive degeneration) होने लगती हैं।
अपतानिका (Tetany)
शरीर के तरल पदार्थ में कैल्शियम (Ca++) की कमी के कारण पेशियों में अचानक और तीव्र संकुचन (Wild contractions / Spasm) होने लगता है।
संधिशोथ और गाउट (Arthritis & Gout)
संधिशोथ (Arthritis): जोड़ों (Joints) की सूजन है जिससे चलने-फिरने में दर्द होता है。
गाउट (Gout): यह भी जोड़ों की सूजन है, लेकिन यह विशेष रूप से जोड़ों में यूरिक एसिड (Uric acid) क्रिस्टल के जमा होने के कारण होता है।
गाउट (Gout): यह भी जोड़ों की सूजन है, लेकिन यह विशेष रूप से जोड़ों में यूरिक एसिड (Uric acid) क्रिस्टल के जमा होने के कारण होता है।
अस्थिसुषिरता (Osteoporosis)
यह उम्र से संबंधित एक बीमारी है जिसमें हड्डी का द्रव्यमान (Bone mass) कम हो जाता है और हड्डियां अंदर से खोखली और भुरभुरी होने लगती हैं। इससे फ्रैक्चर होने की संभावना बहुत बढ़ जाती है। इसका एक प्रमुख कारण महिलाओं में रजोनिवृत्ति (Menopause) के बाद एस्ट्रोजन (Estrogen) हार्मोन के स्तर में कमी आना है।
अध्याय का संपूर्ण सारांश (Chapter Summary)
गमन और संचलन पेशियों, हड्डियों और तंत्रिका तंत्र के जटिल लेकिन अत्यंत समन्वित कार्यों का परिणाम हैं। इसी के बल पर हम भौतिक दुनिया के साथ संपर्क कर पाते हैं।
पेशियां व संकुचन
कंकाल, चिकनी और हृदय पेशियां। संकुचन के लिए एक्टिन और मायोसिन का खिसकना (Ca++ और ATP द्वारा)।
कंकाल तंत्र
कुल 206 हड्डियां। अक्षीय (80) - खोपड़ी, रीढ़, पसलियां। उपांगीय (126) - हाथ, पैर, मेखलाएं।
संधियां (Joints)
रेशेदार (अचल), उपास्थियुक्त (सीमित) और साइनोवियल (मुक्त गति - 5 प्रकार)।
विकृतियां
गाउट (यूरिक एसिड), टिटेनी (कम कैल्शियम), ऑस्टियोपोरोसिस (कम एस्ट्रोजन)।