Основы биофизики организма человека

тестирование биофизика delphi алгоритм.

Биофизика мышечного сокращения

Мышечная активность — это одно из общих свойств высокоорганизованных живых организмов. Мышечная клетка отличается от других возбудимых клеток таким специфическим свойством, как сократимость, то есть способность генерировать механическое напряжение и укорачиваться. Кроме того, мышцы являются генератором тепла, причем не только при мышечной работе, холодовой дрожи, но и в режиме нетонического термогенеза [4].

Структура поперечнополосатой мышцы. Модель скользящих нитей

Богатый и красочный иллюстративный материал позволит наглядно продемонстрировать теоретическую информацию. При использовании автоматизированных обучающих систем происходит не только репродуктивная деятельность, но и абстрактно-логическая, что способствует лучшему усвоению материала. Очень важен и тот факт, что студент, имеет возможность и на лекции, и на практических занятиях, и при самостоятельной работе пользоваться одним и тем же курсом, разработанным одним или несколькими авторами, в результате чего формируется целостный образ изучаемого материала по биофизике с его особенностями и нововведениями.

Мышцы по строению делятся на: гладкие — мышцы кишечника, стенки сосудов, и поперечно-полосатые — скелетные, мышцы сердца. Независимо от строения все они имеют близкие механические свойства, одинаковый механизм активации и близкий химический состав [5].

Поперечно-полосатая структура мышечных волокон может наблюдаться под обычным микроскопом. Мышечное волокно имеет диаметр 20 — 80 мкм и окружено плазматической мембраной толщиной 10 нм.

Рисунок 1 Схематическое изображение миофибриллы мышечного волокна, а — состояние покоя, б — растяжение (подробности в тексте). Справа — схема расположения актина и миозина на поперечном срезе Саркомер — это упорядоченная система толстых и тонких нитей, расположенных гексагонально в поперечном сечении. Толстая нить имеет толщину =12 нм и длину = 1,5 мкм и состоит из белка миозина. Тонкая нить имеет диаметр 8 нм, длину 1 мкм и состоит из белка актина, прикрепленного одним концом к Z-диску.

Рисунок 2 Микроструктура саркомера Актиновая нить состоит из двух закрученных один вокруг другого мономеров актина толщиной по 5 нм (рисунок. 2). Эта структура похожа на две нитки бус, скрученные по 14 бусин в витке. В расслабленном состоянии миофибрилл блокируют прикрепление поперечных мостиков к актиновым цепям (рисунок 3, а).

Рисунок 3 Процесс активации мостика и генерации усилия в саркомере Впервые скольжение нитей в саркомере было обнаружено английским ученым Х. Хаксли. Он же сформулировал модель скользящих нитей. Существенный вклад в разработку теории скользящих нитей внес В. И. Дещеревский.

Экспериментальные данные о микроструктуре мышц были изучены с помощью электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и метода дифракции синхротронного излучения.

На рисунке 4 представлена зависимость максимального значения развиваемой силы от степени перекрытия актиновых и миозиновых нитей.

Возможность саркомера сократиться и развить усилие в большой степени зависит от начальных условий. Если саркомер изначально растянут (его длина 3,65 мкм), то мостики не перекрываются с актиновыми нитями и при стимуляции такого элемента усилие не формируется (стрелка 1 на рисунок. 4, а и фрагмент 1 на рисунок. 4, б). Если саркомер находится в рабочем начальном состоянии (размер саркомера 2,2 мкм), то при стимуляции он разовьет максимальную силу (стрелка 2, рисунок. 4, а и фрагмент 2, рисунок. 4, б). Если начальный размер саркомера слишком короток, генерация усилия уменьшается (стрелка и фрагмент 5).

Рисунок 4 Зависимость максимального значения силы Р, развиваемой при изометрическом сокращении, от начальной длины саркомера I (а) и степени перекрытия актиновых и миозиновых нитей (б).