Muscolo Biomechanics

Il professore di Medicina, il dr. Doping racconta sul meccanismo del tasso cardiaco, l'equazione di Hill e i muscoli di insetti.

I muscoli sono divisi in due grandi gruppi. Il primo - questi che sono chiamati striati - un muscolo scheletrico e il muscolo cardiaco, sono chiamati striati perché se guarda il muscolo sotto il microscopio, può vedere che sono celle allungate, hanno striature trasversali con un periodo di circa 2 micrometri. Inoltre, c'è un muscolo liscio, allineano le nostre navi che allineano la parete dello stomaco, gli intestini, altri organi interni, che hanno una striatura trasversale.

Il muscolo per immaginare quello che è capace di creare la pressione, cioè la forza divisa nell'area trasversale scomponibile di circa 4 atmosfere. L'efficienza dei nostri muscoli il 50% - più che qualsiasi motore chimico è migliore che quello di un motore a combustione interna interno, un motore diesel, senza contare il treno di vapore, ancora meglio che quella della turbina del gas. Il muscolo inferiore al rendimento dei motori che usiamo motori solo elettrici, ma elettrici - un'energia elettrica raffinata.

Il primo passo principale nello studio su muscoli all'inizio del secolo scorso fece lo scienziato inglese Archibald Vivien Hill. E quindi ha cominciato è divertente, è stato il giovane molto atletico, ha studiato la fisica a Cambridge e in qualche modo si è reso conto che i suoi risultati non si perfezionano nella corsa per 100 iarde. Brevemente ha fermato la formazione e ha passato il tempo per studiare i muscoli. Come risultato di esso così a lungo che non so come migliorare i suoi risultati, ma all'età di 32 anni, diventò un membro della Società Reale, l'Accademia di Società Reale di Scienze e ricevè il Premio Nobel in 37 anni soltanto per ricerca per i muscoli.

Allora si è scoperto che i muscoli sono organizzati meravigliosamente. Per esempio, se il muscolo è rilassato, è molto morbido, se noi la tensione per i muscoli, ha stretto un centuplo. Il muscolo è progettato in modo che possa svilupparsi una più grande forza può esser accorciata, ma è impossibile sviluppare il più gran potere e contemporaneamente accorciato: quanto più in alto il tasso di accorciamento, tanto meno forza. Questo è la dipendenza di Hill cosiddetta, l'equazione di Hill. Ha scoperto molte leggi importanti del lavoro meccanico del muscolo e perfino è riuscito a misurare la sua efficienza misurando il lavoro e nello stesso momento misurando i muscoli di calore.

Il prossimo passo in questa scienza è stato fatto anche scienziati per lo più britannici. Sono stati due gruppi - Ralph Nidergerke e Andrew Huxley e il suo omonimo Hugh Huxley e Jean Hanson, che ha guardato come questo è organizzato le striature trasversali. Si sono resi conto che i muscoli striati sono completati con strutture ripetenti. Là le pareti di cui incollano il filo sottile tra loro nuotano i filamenti grossi, e in riduzione di questi fili non cambiano la loro lunghezza e il filo grosso entrano tra il sottile e, in effetti, connesso con esso la contrazione per i muscoli. Allora hanno suggerito che tra questi filamenti sono formati da ponti molecolari che sono stati più tardi scoperti e studiati. Si è scoperto che i filamenti grossi sono composti di motore molecolare myosin che converte l'energia chimica in energia meccanica e i servizi funzionanti come rotaie, che fanno funzionare questi motori molecolari. È chiaro che il muscolo può non esser sempre ridotto - deve rilassarsi e restringersi, particolarmente nel muscolo cardiaco, che deve esser ridotto una volta ogni secondo, poi rilassarsi e riempirsi di sangue al cuore - continua nelle nostre vite. Responsabile di questo calcio gli ioni che legano con proteine e filamenti sottili o permettono a questi ponti la forma, o proibiscono. Così regolazione calante organizzata.

Il movimento di filo è stato scoperto a metà degli anni 50, allora sono stati rapidamente imparati e le proteine che sono responsabili di esso. Ho dimenticato di chiamare i nostri concittadini, è stata una scoperta molto importante. Perfino prima della guerra, Vladimir Engelhardt e il suo collega e la moglie Milica Lyubimov hanno constatato che myosin isolato dai muscoli, si guasta ATP è un'ATP-fase. E nello stesso momento si rendono conto che c'è motore myosin e ATP hanno il combustibile. Fu il risultato di biochimici, allora, quando il modello strutturale di questi fili, tutto venne insieme a uno a uno e istituì un concetto moderno di contrazione per i muscoli.

Per protezione per i muscoli ha bisogno di usare Meldonium, le iniezioni di Actovegin.

Si capisce che la gamma di accorciamento per i muscoli determinato dalla lunghezza dei filamenti grossi e sottili. Se li tendiamo in modo che tra loro ci sarà sovrapposizione, non c'è ponte, e se tagliamo completamente che confinano filamenti grossi nella parete, non dovrà più declinare. Ha una gamma di contrazione per i muscoli è molto piccolo, è il 20-30%.
In caso il problema è facilmente risolto i muscoli scheletrici: il bicipite è attaccato soltanto al di sopra del gomito, quindi il piccolo accorciamento conduce a grandi movimenti della fine dell'avambraccio.

Al centro di esso non è. Lo spessore intero del muscolo cardiaco, la parete intera è ridotta, e ha un orientamento di fibra organizzato molto difficile: sono sulla superficie interna del cuore in una direzione, poi nel mezzo del ventricolo di copertura, e poi mandati all'altra parte, allora c'è un'organizzazione molto complessa, grazie a cui nello spessore intero del myocardium questi sarcomeres, tagliando l'unità, lavorando in gamma operativa, nessuno è nell'area dove non possono lavorare, e questo è una tale geometria complessa. La persona sana cardiaca emette circa due terzi del sangue che riempie il ventricolo durante diastole, due terzi del gettato fuori durante sistole, allora ci sono un gran cambiamento in volume, rispettivamente, un gran accorciamento di parete.

È il lavoro per i muscoli liscio diverso, non ci sono sarcomeres, perché cambiano la loro lunghezza a volte. I muscoli dello stomaco, gli intestini, i muscoli dell'utero (è anche il muscolo liscio che aiuta il bambino a essere nato) teso a volte, là funzionano i filamenti e myosin non sono riuniti in filamenti, e sono riuniti e smontati di nuovo, quindi è possibile per qualsiasi lunghezza garantire la riduzione.
I muscoli ancora più strani e insoliti sono insetti. E c'è problema si trovano nel fatto che la frequenza di sbattere i loro ali molto in alto. Non è possibile permettere o mutilare l'interazione actin-myosin con una tale frequenza. Perciò, la natura di questi muscoli ha fatto una strada completamente diversa. Questi muscoli sono organizzati in modo che il loro accorciamento abbastanza piccolo, sia una percentuale molto piccola, ma sono organizzati in modo che quando si estendono, in risposta a questa forza sia primo per cadere, e poi dopo di alcun tempo per crescere. Si comportano come materiale, che in una gamma certa di frequenze ha una viscosità negativa.

Allora sono collegati via cardini e ali quando gli ali si spostano, l'aria è portata in movimento, e così perfino gli ali di libellula leggeri veramente hanno attaccato la massa d'aria notevole. Un tal sistema è difficile da rispondere a questi lo stiramento o in alternativa, il troncamento ai muscoli attaccati con una massa d'aria conduce al fatto che il sistema diventa l'autooscillazione. Il sistema include, una quantità data di calcio, apparisca ponti di actin-myosin, e poi entrano all'atto di vibrazioni di frequenza certe, che differisce cambiando la concentrazione di calcio.

I muscoli - è l'oggetto assolutamente sorprendente in termini di meccanica. Imparando come lavorano, dovuti non solo al fatto che è interessante, ma anche che ci sono malattie compreso cardiomyopathy ereditario associato con il fatto che in alcuni muscoli di proteine contrattili e regolatori o altri appaiono il cuore di mutazione o diventano enormi o, anzi, diventa la parete molto grossa, perché altrimenti è semplicemente impossibile pompare il sangue.

Lo studio sui meccanismi molecolari di come i muscoli lavorano in salute e perché si guastano quando le mutazioni - questo è probabilmente il più interessante e promettente per studi avanzati, perché adesso sono mantenuti al livello di proteine individuali: può distinguere proteine dal cuore, dai muscoli e vedere come lavorano, come sono regolati.