肌肉生物力学

医学教授，博士兴奋剂讲述 心脏速率，希尔方程和昆虫肌肉的机制。

肌肉分为两大类。 第一个 - 被称为条纹的 - 骨骼肌和心肌，它们被称为条纹的，因为如果你在显微镜下观察肌肉，你可以看到它是细长的细胞，他们有一个横向条纹与周期约2微米。 此外，有一个平滑肌，他们排队我们的血管衬在胃壁，肠，一些其他内部器官，有横向条纹。

肌肉想象它能够产生压力，即力除以约4个大气压的横截面积。 我们的肌肉的效率比任何化学发动机都要好50％ - 内燃机，柴油发动机，更不用说蒸汽轮机，甚至比燃气轮机更好。 肌肉低于发动机的效率，我们只使用电动，但电动机 - 精致的电能。

在上世纪初，肌肉研究的第一个主要步骤是英国科学家Archibald Vivien Hill。 所以它开始有趣，他是一个运动能力很强的年轻人，他在剑桥学习物理，并以某种方式意识到，他的成绩不会改善在100码的比赛。 他短暂停止训练，花了时间去研究肌肉。 由于这么长时间，我不知道如何改善其结果，但在32岁时，他成为皇家学会，皇家社会科学院的成员，并在37年获得诺贝尔奖仅用于肌肉研究。

然后，结果是，肌肉被安排奇妙。 例如，如果肌肉放松，它是非常柔软的，如果我们肌肉紧张，她收紧了一百倍。 肌肉被设计成可以发展出更大的力可以缩短，但是不可能开发更大的力量并同时缩短：缩短的速度越快，力越小。 这就是所谓的Hill依赖，Hill方程。 他发现了许多重要的肌肉机械工作的规律，甚至设法通过测量工作，同时测量热肌肉来测量其效率。

这个科学的下一步也主要是英国科学家。 这是两个小组 - Ralph Nidergerke和Andrew Huxley和他的同名Hugh Huxley和Jean Hanson，他看着这是如何安排横向条纹。 他们意识到条纹肌肉由重复结构组成。 有墙壁之间的细线，它们之间游动厚厚的细丝，而在减少这些线程不改变其长度和粗线之间进入薄，事实上，与它连接肌肉收缩。 然后他们建议这些丝之间形成的分子桥，后来发现和研究。 结果证明，粗丝由肌球蛋白分子马达将化学能转化为机械能组成，肌动蛋白作为轨道运行这些分子马达。 很明显，肌肉不能总是减少 - 它必须放松和收缩，特别是在心脏肌肉，它必须每秒减少一次，然后放松和充满血液的心脏 - 它在我们的生活继续。 负责这种钙离子结合蛋白质和细丝或允许这些桥形成，或禁止。 这样布置减少调节。

移动线程是在50年代中期发现的，然后他们很快学会了和蛋白质负责。 我忘了打电话给我们的同胞，这是一个非常重要的发现。 甚至在战争之前，弗拉基米尔·恩格尔哈特和他的同事和妻子Milica Lyubimov发现从肌肉中分离的肌球蛋白，分解ATP是一个ATP阶段。 同时他们意识到有运动肌球蛋白和ATP有燃料。 这是生化的结果，然后，当这些线的结构模式，一切一起一个接一个，并建立了一个现代的肌肉收缩的概念。

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应当理解，肌肉缩短的范围由粗细丝的长度决定。 如果我们伸展它们，使它们之间有重叠，没有桥梁，如果我们切开一切的方式，在墙上的粗细丝，它不再需要下降。 它有一定范围的肌肉收缩非常小，是20-30％。
如果问题容易解决骨骼肌：二头肌附在肘部上方，所以小的缩短导致前臂的端部的大运动。

它的核心不是。 心肌的整个厚度，整个壁减少，并且它具有非常困难的有组织的纤维取向：它们在一个方向上在心脏的内表面上，然后在覆盖心室的中间，然后被发送另一方面，则有一个非常复杂的组织，由于在整个肌肉厚度的这些肌节，切割单位，工作在操作范围内，没有人在他们不能工作的地区，这是这样的复杂几何。 心脏健康的人在舒张期间排出约三分之二充满心室的血液，在心脏收缩期间排出的三分之二的血量，然后分别有大的体积变化，大的壁缩短。

它是不同的平滑肌工作，没有sarositres，因为他们改变他们的时间长度。 胃，肠，子宫肌肉（也是帮助孩子出生的平滑肌）的肌肉有时被拉伸，有肌动蛋白丝和肌球蛋白没有组装成细丝，并且它们被再次组装和拆卸，因此任何长度都可以确保减小。
更奇怪和不寻常的肌肉是昆虫。 而且还有一个问题在于，它们的翅膀的频率非常高。 不可能启用或禁用肌动蛋白 - 肌球蛋白与这种频率的相互作用。 因此，这些肌肉的性质已经走了完全不同的方式。 这些肌肉被布置成使得它们的缩短相当小，是非常小的百分比，但是它们被布置成使得当它们伸展时，响应于该力将首先下降，然后在一段时间之后长大。 它们的行为类似于在一定频率范围内具有负粘度的材料。

然后，当翼移动时，它们通过铰链和翼连接，空气被带入运动，因此，甚至微小的蜻蜓翼实际上附着大量空气质量。 这种系统难以对这些拉伸作出响应，或者，在空气质量下，在附着的肌肉处的截断导致系统变为自振荡的事实。 该系统包括给定量的钙，出现肌动蛋白 - 肌球蛋白桥，然后它们以特定频率进入振动，其通过改变钙浓度而变化。

肌肉 - 这是绝对惊人的对象在力学。 学习它们是如何工作的，不仅因为它是有趣的事实，而且还有包括遗传性心肌病的疾病，与在某些收缩和调节或其他蛋白质肌肉中出现突变心脏或变得巨大的事实相关联，相反，它变得非常厚的墙，因为否则根本不可能泵血。

关于肌肉在健康中如何工作的分子机制的研究以及为什么它们在突变时分解 - 这可能是对于高级研究最有趣和有前途的，因为现在它们维持在单个蛋白质的水平：可以区分蛋白质与心脏，从肌肉，看看他们如何工作，如何他们的监管。