Biomechanics del muscolo cardiaco

Il fisico racconta sui muscoli striati, gli amminoacidi di cuore, la legge di Frank - lo Storno

Ci sono due tipi di muscoli: i muscoli striati, che includono muscoli scheletrici e cardiaci e lisciano muscoli che allineano i nostri organi interni. E il muscolo liscio si è accordato un po' in modo diverso su loro, non parleremo.

Sebbene tutto il muscolo, compreso liscio, i principi fondamentali che sono alla base di motori molecolari ci sia stesso, il muscolo comunque striato hanno caratteristiche certe. Soprattutto, le proteine là contrattili - l'interpretazione e myosin - si sono organizzati in alcune strutture ordinate. Queste strutture sono chiamate sarcomeres, e formano un sistema di due tipi di filati. I filamenti grossi sono formati da molecole myosin, si attengono all'un l'altro. Di questi, testa di bastone, motori molecolari. sistema di bipolar. Guardano le due parti. E il capo afferra il filo di altro tipo, per interpretazione, tirandoli verso l'un l'altro, e, in effetti, poiché c'è una riduzione. Questi sarcomeres stesso e loro sono organizzati ugualmente. Perciò, a ingrandimento alto - perfino in un microscopio ottico ordinario - striatura trasversale visibile di muscoli. Perciò, sono bene chiamati.

La proprietà principale del muscolo - questo è quello che questo tessuto è capace di sviluppare un carico considerevole. Il muscolo scheletrico può sviluppare una pressione di 3 atmosfera, cuore - meno. Ma questo è abbastanza un generatore di forza potente, un motore potente. La proprietà principale del tessuto muscolare dal punto di vista di meccanica è stata scoperta prima della guerra, il fisiologo britannico, il cui nome è stato Archibald Vivien Hill. Gli non è piaciuto per qualche ragione, il suo nome e ha chiesto di esser chiamato Evie Hill. Prima della guerra, nel 1938, constatò che c'è un rapporto universale tra la forza sviluppata dal muscolo, tra il carico e la velocità del suo accorciamento. È facile da chiedere per Lei. Se prendiamo la tensione e con un potere massimo del bicipite, è chiaro che è teso, è durevole. In questo caso, il gomito è tenuto muscoli opposti stimolati - il tricipite. E adesso, se piega il gomito, adesso, quando il muscolo è accorciato, può vedere che diventa più debole, non può essere così stretto. Questo rapporto tra la forza e la velocità, una proprietà universale di muscoli ha chiamato la forza di legame - la velocità e è descritta da Hill. E ci sono due caratteristiche principali: la forza massima che si sviluppa completamente attiva il muscolo e la velocità massima dell'accorciamento scaricato (cioè, quando il muscolo è accorciato senza qualsiasi carico), che è alcune lunghezze di muscolo al secondo, secondo il tipo di muscolo.

La velocità e la forza sono determinate originalmente dalla proteina motrice myosin. Myosins E, certamente, in muscolo scheletrico e cardiaco è diverso, ma non molto. Uno di myosin cardiaci - è stesso myosin, che è in muscolo scheletrico lento. In questo senso differiscono poco.

Che principalmente differiscono? Comunque, come sono diretti. Il fatto che i muscoli scheletrici sono composti di celle, fibre, ogni fibra viene il filo - axon del neurone motore, che è situato nel dorso. E questo viene il polso elettrico axon, il comandante di ogni cella come lei si restringe. Questi polsi elettrici eccitano la cella, avendo come conseguenza la catena intera di biochimici, biophysical i processi, per mezzo di cui gli ioni di calcio sono assegnati. Più lontano, questi ioni di calcio provocano la contrazione.

Quel calcio provoca la contrazione in myocardium e muscolo scheletrico simile. In filamenti sottili c'è una proteina lunga che circonda il filamento funzionante, copre una tale bobina - è tropomyosin. Il cavallo che va in macchina su esso fa sedere altra proteina - troponin. E quando non c'è calcio, troponin così gira il sistema intero, fa sedere vicino all'interpretazione, myosin, che deve sedersi, non ha accesso all'interpretazione di myosin. Di conseguenza, il myosin fa un ponte non è formato, la forza non si sviluppa, i muscoli sono rilassati. Quando il calcio nel sistema succede, lega con troponin. Il filo di Tropomiozinic gira poco, espone le teste di myosin, e si siedono, girano il sistema intero e l'aprono più lontano. Così c'è una riduzione. Il calcio è evacuato, sono sbarazzati, e così il muscolo si rilassa. Tutto questo è molto simile in muscolo cardiaco e scheletrico.

Meldonium, Riboxin può proteggere il Suo muscolo cardiaco.

Comunque, nel cuore c'è un problema: può farsi restringere. Ciascuno le celle myocardial non separa impulsi neurali adatti. Semplicemente non hanno. Cuore, completamente tagliato da tutti i nervi, miracolosamente accorciati. Allora, il controllore deve garantire che questo corpo è tagliato senza riguardo. Non possiamo controllare ogni motore, ogni fibra. Deve esser ridotto nell'insieme. Questo impone alcune caratteristiche, perché il cuore come un organo deve rispondere al carico.
Ci sono due meccanismi principali da cui il cuore risponde al carico. Sono stati aperti, certamente, al livello di cuore intero. Ma sono realizzati al livello di celle sole. Il primo meccanismo - è la dipendenza di riduzione di forza della lunghezza. Se prende un pezzo di tessuto o una cella sola, lo tende a lunghezze diverse per tenere una lunghezza costante e stimolarlo la riduzione di giri, un po' di forza è sviluppata. E la grandezza di questa forza, l'ampiezza della riduzione differisce molto con la lunghezza. È, brutalmente il discorso, la gamma intera del muscolo cardiaco - è circa 1.7-1.8 micrometri sarcomere le lunghezze di fino a 2.3 micrometri. La gamma intera dell'approssimativamente 25% del cambiamento di lunghezza. Una forza così differisce considerevolmente. Questa persona a carico della Lunghezza (anche chiamato il meccanismo di Frank - lo Storno) è molto importante per il cuore come un organo, perché quanto più pieno è stato il cuore, tanto più fluisce lui il sangue venoso, più cadrà e lo lancerà, rispettivamente, l'atrio sinistro all'aorta, l'atrio giusto e - nell'arteria polmonare. Un effetto simile esiste in muscolo scheletrico, ma è molto meno pronunciato.

Nei due decenni scorsi ci sono stati molti esperimenti molto eccellenti che hanno tentato di riuscire a capire quello che è la base molecolare della legge di Frank - lo Storno perché la contrazione del muscolo cardiaco così sensibile alla sua lunghezza. Secondo la mia opinione, la risposta è ancora no. Ogni coppia di anni, pubblicati un articolo, «Oh, qui, alla fine abbiamo capito». Comunque, dalle risposte troppo... E le risposte del tipo: nell'isoform cardiaca ha un amminoacido unico, e se sostituiamo quel che che in muscolo scheletrico, l'effetto di Frank - lo Storno scompare; se prendiamo la proteina del muscolo cardiaco, lo inseriamo dallo scheletro di amminoacido, ma inserire l'amminoacido cardiaco, è là. È, sembrerebbe, un amminoacido solo può fortemente modularlo.

Ma ci sono almeno due altre proteine, che sono anche l'influenza molto forte su questo effetto, se fanno una certa mutazione, le isoforms di cambiamento. Ancora veramente non capisco come lavora, che è importante, perché quando il fallimento (quando il cuore molto debole), questo effetto è risolto, quindi questa capacità di distinguere l'allungamento scompare. In modo che ci siano ancora molti misteri.

La seconda storia è chiara. Quali esigenze di essere capace di fare il cuore e che è caratteristico di ogni cella - il cambiamento di forza cambiando la frequenza di stimolazione. Tutti sanno che appena che c'è esercizio fisico, eg Lei funzionano, i pesi di ascensore, gli aumenti del tasso cardiaci. Questo in modo straordinario riduce le navi di resistenza di letto arteriose svelate. E la frequenza aumentata di contrazioni provvede un aumento drammatico della quantità di sangue che il cuore pompa attraverso.

Da un lato, questo è per il fatto che il cuore si allarga durante riempitura - è l'effetto di Frank - lo Storno. Ma la seconda storia - l'aumento di interruzioni di corrente. Fu scoperto molto tempo fa (parlerò più di quello più tardi), ma è anche realizzato al livello cellulare, e per il fatto che, in contrasto con muscolo scheletrico, dove il calcio è rilasciato nella cella originalmente da depositi intracellulari, è fatto sbagliare, del resto sale nel magazzino intracellulare. Il muscolo cardiaco ha uno scambio complesso tra il magazzino di calcio intracellulare, veramente questo l'impianto contrattile e l'ambiente extracellular. E tutto questo insieme così si è organizzato, così organizzato che con la frequenza crescente di stimolazione, con un aumento della frequenza di contrazioni nella cella accumula il calcio. Di conseguenza, durante ogni riduzione successiva delle sue riduzioni di ampiezza più crescenti emesse. Questo avviene immediatamente. Se cambia il tasso misurante a passi, possono essere parecchi cicli di contrazione può essere alcune decine di cicli di contrazione per ottenere la nuova forza aumentata. E questo è di nuovo venduto al livello di cella solo.

Finalmente, c'è altra storia, vale a dire, ci sono colpi, quando, invece di polsi stimolanti vengono con una frequenza fissa, tra un breve periodo di tempo c'è una strada supplementare. La risposta meccanica è calata. La riduzione di forza. E poi, di regola, ci sono una pausa, un intervallo più lungo tra contrazioni. E il prossimo dopo questa riduzione di pausa è molto forte. Tutto questo, anche, è organizzato al livello dell'eccedenza, la ridistribuzione di ioni di calcio tra strutture intracellulari diverse. Uno scopo desiderabile è portato a termine chiaro: se ha riduzione supplementare, la necessità di rispondere a esso, non meccanicamente, cioè buttare fuori molto sangue, questo là e non accumulato. Ma la pausa è stata inevitabile dopo tali colpi in eccesso, ha accumulato alcun debito sul corpo del sangue, e poi aggiunge la riduzione seguente di più sangue e restituisce il debito. Così, il muscolo cardiaco al livello di ogni cella si adatta alle esigenze dell'organismo intero, sotto quei requisiti che si rivolgono alla pompa cardiaca.

E c'è altra proprietà importante (che è esattamente da che abbiamo cominciato, questo è quale potere di preoccupazioni e velocità che il cuore deve essere capace di lavorare in una gamma di carico in modo imparziale larga in un senso di pressione). Qualche volta ipertensione, qualche volta alta pressione sanguigna. Se un piccolo aumento di pressione avrebbe cessato la riduzione, facendoli molto inefficiente, avremmo un in modo imparziale stretto. E è anche realizzato per la connessione tra potere e velocità. Quando il muscolo è accorciato troppo, le sue diminuzioni di capacità contrattili, quindi sempre si ferma più o meno allo stesso livello di accorciamento. Con questo è ottenuto che quei requisiti sono realizzati in questo materiale, che è fatto di una pompa che provvedono le sue proprietà a praticamente ogni cella. E quello che è lasciato fare è già il sistema nervoso centrale e il sistema endocrino - in qualche modo modula la storia. È chiaro che ha il tasso cardiaco può esser aumentato non solo dal fatto che ha diretto e ha preso il carico, ma anche dal fatto che è nervoso, e, di conseguenza, alcune sostanze sono rilasciate. Ma in linea di principio, il muscolo cardiaco stesso l'unità tale che tutto il controllo ha luogo all'interno di ogni cella. Il controllo ha bisogno di sapere chi fa che. Tutti lo fanno Lei stesso. Questo è probabilmente il principio principale, la differenza principale dal muscolo cardiaco scheletrico.