10.07.2013

Напряжение распространяется по мышцам во все стороны

Сила мышечного сокращения, как оказалось, наполовину зависит от пространственной геометрии мышечных волокон.

Мышца сокращается потому, что в её клетках движутся друг относительно друга нити актина и нити миозина — двух белков, без которых ни одна мышца не работает. Движение актина и миозина происходит вдоль продольной оси мышцы, и довольно долго учёные (да и не только они) полагали, что это единственное, что определяет мышечную силу. То есть, иными словами, чем больше актомиозиновых блоков действует в продольном направлении, тем сильнее мышца. И что мышечная сила работает только в двух направлениях, условно говоря, «вперёд» и «назад».

Однако специалистам из Вашингтонского университета (США) удалось показать, что мышечная сила образуется и распространяется в разных направлениях: если, к примеру, взять длинный бицепс, то сила в нём будет распространяться не только вдоль продольной оси, но и «влево-вправо», и вообще под самыми разными углами. Это кажется вполне очевидным, скажем, в случае сердечной мышцы, в которой должны быть скомбинированы сокращения по самым разным осям и направлениям, чтобы эффективнее выталкивать кровь. Но примерно так же, как выяснилось, обстоят дела и с обычными скелетными мышцами.

В 1950-х годах была сформулирована закономерность, описывающая зависимость мышечного напряжения от длины мышцы. Если коротко, то слабее всего мышца в момент наименьшего и наибольшего растяжения. Это легко проверить, попытавшись согнуть полностью разогнутую руку, держа в ней при этом какой-то груз. Также понятно, почему в момент наибольшего сокращения сила мышцы падает — мышце просто больше некуда сокращаться.

Дэвид Уильямс вместе с коллегами попробовали проанализировать геометрию мышц и силы, действующей на мышечные филаменты, в разных точках этой зависимости. При этом исследователи пользовались трёхмерной моделью мышцы, а получившиеся «модельные» результаты перепроверили — с помощью метода дифракции рентгеновских лучей — на летательных мышцах бабочки.

В журнале Proceedings of the Royal Society B они сообщают, что величина мышечной силы зависит не только от одномерного движения актиновых и миозиновых нитей, но и от их трёхмерной геометрии в мышце. Легко представить, как эти нити образуют в толще мышцы многослойную объёмную решётку, но до сих пор никто не учитывал, что параметры этой решётки тоже могут вносить вклад в мышечную силу. Например, когда мышцы в результате тренировки округляются, их филаменты расходятся, и миозиновые волокна начинают работать под большим углом друг к другу.

В общем, оказалось, что геометрия решётки мышечных волокон примерно наполовину определяет силу, которую может выдать мышца.

То, что это удалось выяснить только сейчас, можно объяснить так: до сих пор виртуальные 3D-модели мышц никто не строил, кроме того, механизм мышечного сокращения изучался большей частью на отдельных волокнах и клетках. При переходе же на более высокий уровень, на уровень целой мышцы, появляются новые факторы, влияющие на сокращение, а увидеть их на клеточном уровне попросту невозможно.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru