Биофизика мышечного сокращения А - зона (обладают свойством анизотропии – двойное лучепреломление) I - зона (изотропные полосы, не дающие двойного лучепреломления) Z – диск (промежуточный диск) Саркомер – промежуток между двумя Z дисками
Микроструктура саркомера мостика
Процесс активации мостика и генерации усилия в саркомере а) в расслабленном состоянии миофибрилл молекулы тропомиозина блокируют прикрепление поперечных мостиков к актиновым цепям б) ионы Са++ активируют мостики и открывают участки их прикрепления к актину в) результате мостики миозина прикрепляются к актиновым нитям, расщепляются молекулы АТФ и изменяется конформация мостиков: их головки поворачиваются внутрь саркомера ГЕНЕРАЦИЯ СИЛЫ, скольжение актина относительно толстой нити миозина к центру саркомера, что вызывает укорочение мышцы
Впервые скольжение нитей в саркомере было обнаружено Хаксли. Он же сформулировал модель скользящих нитей. Хаксли (Huxley) Эндрю Филдинг (р. 22. 11. 1917, Лондон), английский физиолог.
Зависимость максимального значения силы Р, развиваемой при изометрическом сокращении от начальной длины саркомера I (а) мкм 3, 35 мкм 1 и степени перекрытия актиновых и миозиновых нитей (б)
Биомеханика мышцы • Мышцы - сплошная среда, состоящая из большого числа элементов, взаимодействующих между собой без соударений и находящихся в поле внешних сил. • Мышца одновременно обладает свойством упругости и вязкости, - является вязко-упругой средой. • Для такой среды предполагаются справедливыми законы классической механики. • Фундаментальными понятиями механики сплошных сред являются : деформация, напряжение, упругость, вязкость, энергия и температура
а) Упругость - свойство тел менять размеры и форму под действием сил и самопроизвольно восстанавливать их при прекращении внешних воздействий. В линейной упругой системе (например, пружине) упругие силы растут пропорционально величине растяжения пружины : Р = с Δl где Р - упругая сила, Δl - величина растягивания (деформации) пружины, с - коэффициент упругости (жесткость) пружины. б) Вязкость - внутреннее трение среды. в) Вязкоупругость - это свойство материалов твердых тел сочетать упругость и вязкость. г) Деформация - относительное изменение длин: ε = Δl / l l – начальная длина; Δl – значение удлинения. д) Напряжение механическое σ - мера внутренних сил, возникающих при деформации материала. Для однородного стержня: σ = F/ S где S - площадь сечения, F - сила, приложенная к стержню.
• Упругая деформация возникает и исчезает одновременно с нагрузкой и не сопровождается рассеянием энергии. • Для упругой деформации справедлив закон Гука: σу = ε Е где Е - модуль Юнга (Па), определяемый природой вещества. При растяжении различных материалов, в общем случае, Е = f(ε) При малых растяжениях считают Е = const. В случае вязкой среды напряжение скоростью деформации dε / dt: Значения Е для различных материалов: • Эластин 6 • 105 • Коллаген 109 • Кость 1010 • Резина 106 • Дуб 1010 • Сталь 2 • 1010 σв определяется σв = η • d ε / dt где η - коэффициент вязкости среды.
• Пассивные механические свойства вязкоупругой среды можно моделировать сочетанием упругих и вязких элементов: • Вязкость моделируется (изображается) демпфером η • Упругость - пружиной Е Мышца не является ни чисто упругим, ни чисто вязким элементом. Мышца - вязкоупругий элемент.
Пассивное растяжение Трехкомпонентная модель мышцы (Хилла) ε (t ) = σ/ Е (1 - е t/τ) 1) Мышечные волокна характеризуются высокой вязкостью, поэтому в модели их имитируют демпфером - сократительный компонент (Сок. К). 2) Фасция, которой окружена мышца, +соединительно-тканные образования (в этом компоненте наиболее выражены упругие свойства мышц) -параллельный упругий компонент (Па. УК). 3) Сухожилие (в этом компоненте также преобладают упругие свойства, однако, жесткость этого компонента больше, чем у параллельного упругого компонента) - этот компонент расположен последовательно относительно сократительного компонента, -последовательный упругий компонент (По. УК).
Активное сокращение мышцы 1. Изометрический режим, при котором длина мышцы l = const, а регистрируется развиваемая сила F(t). 2. Изотонический режим, при котором мышца поднимает постоянный груз Р = const, а регистрируется изменение ее длины во времени Δ l (t). а б Схемы опытных установок для реализации в эксперименте изометрического (а) и изотонического (б) режимов (ДF- датчик силы, Д - датчик изменения длины, М - мышца, Эл – электроды стимуляции, Р - нагрузка, Ф - фиксатор длины)
Вид функции F(t) в изометрическом и изотоническом режимах для двух различных длин б а стимул Временная зависимость одиночного сокращения при: а - изометрическом и б - изотоническом режимах сокращения мышцы; I - длина мышцы
Скачать презентацию Биофизика мышечного сокращения А — зона обладают свойством
Биофизика мышечного сокращения.pptx