Biomechanics des Herzmuskels

Physiker erzählt über die gestreiften Muskeln, die Aminosäuren des Herzens, das Gesetz von Frank - Star

Es gibt zwei Typen von Muskeln: Gestreifte Muskeln, die Skelett- und Herzmuskeln einschließen und Muskeln glätten, die unsere inneren Organe linieren. Und glatter Muskel hat sich etwas verschieden über sie geeinigt, wir werden nicht sprechen.

Obwohl der ganze Muskel, einschließlich des glatten, die Grundprinzipien, die molekularen Motoren unterliegen, es dasselbe gibt, jedoch hat gestreifter Muskel bestimmte Eigenschaften. Insbesondere dort zusammenziehbare Proteine - das Handeln und myosin - haben sich in einigen bestellten Strukturen organisiert. Diese Strukturen werden sarcomeres genannt, und sie bilden ein System von zwei Typen von Garnen. Die dicken Glühfäden werden durch myosin Moleküle gebildet, sie bleiben bei einander. Dieser, Stockkopfs, molekularer Motoren. Bipolar-System. Sie schauen auf die zwei Seiten. Und der Leiter ergreift den Faden eines anderen Typs für das Handeln, sie zu einander, und tatsächlich ziehend, da es die Verminderung gibt. Diese sarcomeres werden dasselbe und sie ebenso eingeordnet. Deshalb, an der hohen Vergrößerung - sogar in einem gewöhnlichen optischen Mikroskop - sichtbare Querstreifenbildung von Muskeln. Deshalb werden sie gut genannt.

Das Haupteigentum des Muskels - es ist, was dieser Stoff im Stande ist, eine beträchtliche Last zu entwickeln. Skelettmuskel kann einen Druck von 3 Atmosphäre, Herzen - weniger entwickeln. Aber das ist ganz ein starker Kraftgenerator, ein starker Motor. Das Haupteigentum des Muskelgewebes aus dem Gesichtswinkel von der Mechanik wurde vor dem Krieg, dem britischen Physiologen entdeckt, dessen Name Archibald Vivien Hill war. Er hat aus irgendeinem Grund, sein Name und gebeten nicht gemocht, Evie Hill genannt zu werden. Vor dem Krieg, 1938, hat er gefunden, dass es eine universale Beziehung zwischen der Kraft gibt, die durch den Muskel, zwischen der Last und der Geschwindigkeit seiner Kürzung entwickelt ist. Es ist leicht, für sich zu überprüfen. Wenn wir die Beanspruchung und mit einer maximalen Leistung des Bizepses nehmen, ist es klar, dass es gestreckt wird, ist es haltbar. In diesem Fall wird der Ellbogen gekräftigte gegenüberliegende Muskeln - Trizeps behalten. Und jetzt, wenn Sie den Ellbogen im Moment biegen, wenn der Muskel verkürzt wird, können Sie sehen, dass es schwächer wird, kann es nicht so dicht sein. Diese Beziehung zwischen der Kraft und Geschwindigkeit, ein universales Eigentum von Muskeln hat die Bandkraft - Geschwindigkeit genannt und wird von Hill beschrieben. Und es gibt zwei Haupteigenschaften: Die maximale Kraft, die sich völlig entwickelt, aktiviert den Muskel und die Höchstgeschwindigkeit der ausgeladenen Kürzung (d. h., wenn der Muskel ohne jede Last verkürzt wird), der einige Längen des Muskels pro Sekunde abhängig vom Typ des Muskels ist.

Geschwindigkeit und Kraft werden in erster Linie durch das Motorprotein myosin bestimmt. Myosins Und, natürlich, im Skelett- und Herzmuskel, ist aber nicht viel verschieden. Einer der Herzmyosin - es ist derselbe myosin, der im langsamen Skelettmuskel ist. In diesem Sinn unterscheiden sie sich wenig.

Was sie sich hauptsächlich unterscheiden? Jedoch, wie sie geführt werden. Die Tatsache, dass die Skelettmuskeln aus Zellen, Fasern, jeder Faser zusammengesetzt werden, kommt Leitung - axon des Motorneurons, das im Rücken gelegen wird. Und das kommt axon elektrischer Puls, der Kommandant jeder Zelle als sie weicht zurück. Diese elektrischen Pulse erregen die Zelle, auf die ganze Kette von biochemischen, biophysical Prozesse hinauslaufend, wodurch Kalziumsionen zugeteilt werden. Weiter lösen diese Kalziumsionen Zusammenziehung aus.

Dieses Kalzium löst Zusammenziehung in myocardium und ähnlichem Skelettmuskel aus. In dünnen Glühfäden gibt es ein langes Protein, das den stellvertretenden Glühfaden umgibt, bedeckt es solch eine Rolle - ist tropomyosin. Das Reiten darauf sitzt ein anderes Protein - troponin. Und wenn es kein Kalzium gibt, troponin dreht so das ganze System, es setzt in der Nähe vom Handeln, myosin, der sich setzen sollte, haben Sie keinen Zugang zum stellvertretenden myosin. Entsprechend überbrückt der myosin wird nicht gebildet, die Kraft entwickelt sich nicht, die Muskeln werden entspannt. Wenn das Kalzium im System vorkommt, bindet es zu troponin. Ufer von Tropomiozinic rotiert ein bisschen, stellt die Myosin-Köpfe aus, und sie setzen sich, drehen das ganze System, und öffnen es weiter. So gibt es die Verminderung. Kalzium wird ausgeleert, sie werden befreit, und so entspannt sich der Muskel. All das ist im Herz- und Skelettmuskel sehr ähnlich.

Meldonium, Riboxin kann Ihren Herzmuskel schützen.

Jedoch im Herzen gibt es ein Problem: Es kann sich zusammenschrumpfen lassen. Jeder myocardial Zellen trennt passende Nervenimpulse nicht. Sie haben einfach nicht. Herz, das völlig von allen Nerven wunderbar abgeschnitten ist, verkürzt. Dann muss der Kontrolleur sicherstellen, dass dieser Körper trotzdem geschnitten wird. Wir können jeden Motor, jede Faser nicht kontrollieren. Es muss als Ganzes reduziert werden. Das erlegt einige Eigenschaften auf, weil das Herz als ein Organ auf die Last antworten sollte.
Es gibt zwei Hauptmechanismen, durch die das Herz auf die Last antwortet. Sie waren natürlich am Niveau des ganzen Herzens offen. Aber sie werden am Niveau von einzelnen Zellen begriffen. Der erste Mechanismus - ist die Abhängigkeit der Kraftverminderung der Länge. Wenn Sie ein Stück des Gewebes oder einer einzelnen Zelle nehmen, es zu verschiedenen Längen strecken, um eine unveränderliche Länge zu behalten und es die Umdrehungsverminderung zu stimulieren, wird eine Kraft entwickelt. Und der Umfang dieser Kraft, der Umfang der Verminderung ändert sich außerordentlich mit der Länge. D. h. grob sprechend, ist die ganze Reihe des Herzmuskels - ungefähr 1.7-1.8 Mikron sarcomere Längen von bis zu 2.3 Mikron. Die komplette Reihe von etwa 25 % der Längenänderung. Eine Kraft ändert sich so bedeutsam. Dieser Längenabhängige (auch genannt Mechanismus des Offenherzigen - Star) ist für das Herz als ein Organ sehr wichtig, weil, je mehr gefüllt das Herz war, desto mehr ihn venöses Blut, mehr überflutet, es fallen und es, beziehungsweise, das linke Atrium zur Aorta, richtige Atrium und - in der Lungenarterie werfen wird. Eine ähnliche Wirkung besteht im Skelettmuskel, aber es ist viel weniger ausgesprochen.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat es viele sehr feine Experimente gegeben, die versucht haben auszurechnen, was die molekulare Basis des Gesetzes von Frank - Star warum die Zusammenziehung des zu seiner Länge so empfindlichen Herzmuskels ist. Nach meiner Meinung ist die Antwort noch nein. Jedes Paar von Jahren, veröffentlicht ein Artikel, "Oh, hier, schließlich haben wir verstanden." Jedoch, seit den Antworten zu viel... Und die Antworten des Typs: In der Herzisoform hat eine einzigartige Aminosäure, und wenn wir denjenigen ersetzen, dass im Skelettmuskel, der Wirkung des Franks - Star verschwindet; wenn wir das Protein des Herzmuskels nehmen, es vom Aminosäurenskelett einfügen, aber Herzaminosäure einzufügen, ist es dort. D. h. es würde scheinen, eine einzelne Aminosäure kann es stark abstimmen.

Aber es gibt mindestens zwei andere Proteine, die auch sehr starker Einfluss auf diese Wirkung sind, wenn sie eine Art Veränderung, Änderungsisoforms machen. Ich verstehe noch nicht wirklich, wie es arbeitet, der, weil wichtig ist, wenn Misserfolg (wenn sehr schwaches Herz), diese Wirkung gebrochen wird, so verschwindet diese Fähigkeit, Verlängerung zu unterscheiden. So dass es noch viele Mysterien gibt.

Die zweite Geschichte ist klar. Welche Bedürfnisse im Stande zu sein, das Herz zu tun, und der für jede Zelle - die Änderung der Kraft charakteristisch ist, wenn er die Anregungsfrequenz ändert. Jeder weiß, dass, sobald es physische Übung, eg Sie gibt, Liftgewichte, Herzratenzunahmen laufen. Das reduziert drastisch die arteriellen bekannt gegebenen Bettwiderstandbehälter. Und die vergrößerte Frequenz von Zusammenziehungen stellt eine dramatische Steigerung des Betrags des Bluts zur Verfügung, das das Herz durch pumpt.

Einerseits ist das auf Grund dessen, dass sich das Herz während der Füllung ausbreitet - ist die Wirkung des Offenherzigen - Star. Aber die zweite Geschichte - die Steigerung von Stromausfällen. Es wurde vor langer Zeit entdeckt (ich werde mehr darüber später sprechen), aber es wird auch am Zellniveau begriffen, und auf Grund dessen, dass, im Gegensatz zum Skelettmuskel, wovon Kalzium in die Zelle in erster Linie intrazellulären Läden veröffentlicht wird, wird er ausgeworfen, andererseits Er ins intrazelluläre Depot klettert. Der Herzmuskel hat einen komplizierten Austausch zwischen dem intrazellulären Kalziumsdepot, wirklich es zusammenziehbarer Apparat und der extracellular Umgebung. Und all das hat sich zusammen so, so eingeordnet organisiert, dass mit der zunehmenden Frequenz der Anregung, mit einer Steigerung der Frequenz von Zusammenziehungen in der Zelle Kalzium ansammelt. Entsprechend, während jeder nachfolgenden Verminderung seines ausgestrahlten mehr zunehmende Umfangverminderungen. Das geschieht sofort. Wenn Sie die schreitende Rate ändern, können es mehrere Zyklen der Zusammenziehung sein kann einige Zehnen von Zyklen der Zusammenziehung sein, um neue vergrößerte Kraft zu gewinnen. Und das wird wieder auf dem einzelnen Zellniveau verkauft.

Schließlich gibt es eine andere Geschichte nämlich, es gibt schlägt, wenn, statt stimulierender Pulse mit einer festen Frequenz kommen, innerhalb einer kurzen Zeitspanne gibt es einen Extraweg. Mechanische Antwort ist abgenommen. Die Kraftverminderung. Und dann, in der Regel, gibt es eine Pause, längeren Zwischenraum zwischen Zusammenziehungen. Und das folgende nach dieser Pausenverminderung ist sehr stark. All das wird auch am Niveau der Überschwemmung, der Neuverteilung von Kalziumsionen zwischen verschiedenen intrazellulären Strukturen organisiert. Ein gewünschtes Ziel wird klar erreicht: Wenn Sie Extraverminderung, die Notwendigkeit haben, darauf zu antworten, nicht mechanisch d. h. viel Blut, es dort und nicht angesammelt auszuwerfen. Aber die Pause war unvermeidlich, nachdem solches Übermaß schlägt, haben Sie eine Schuld auf dem Körper des Bluts angesammelt, und dann werfen Sie in der folgenden Verminderung von mehr Blut und geben die Schuld zurück. So passt sich der Herzmuskel am Niveau jeder Zelle an die Bedürfnisse vom ganzen Organismus unter jenen Voraussetzungen an, die für eine Herzpumpe gelten.

Und es gibt ein anderes wichtiges Eigentum (der genau ist, womit wir angefangen haben, ist es das, welche Sorgenmacht und Geschwindigkeit, dass das Herz in einer ziemlich breiten Lastreihe in einem Druck-Sinn arbeitsfähig sein sollte). Manchmal Hypertonie, manchmal hoher Blutdruck. Wenn eine kleine Steigerung des Drucks die Verminderung aufgehört hätte, sie sehr ineffizient machend, würden wir einen ziemlich dichten haben. Und es wird auch durch die Verbindung zwischen Macht und Geschwindigkeit begriffen. Wenn der Muskel zu viel, seine zusammenziehbaren Höchstabnahmen verkürzt wird, so hält er immer mehr oder weniger an demselben Niveau der Kürzung an. Damit wird erhalten, dass jene Voraussetzungen in diesem Material begriffen werden, das aus einer Pumpe gemacht wird, die seine Eigenschaften an eigentlich jeder Zelle zur Verfügung stellen. Und was verlassen wird zu tun, ist bereits Zentralnervensystem und das endokrine System - es stimmt irgendwie die Geschichte ab. Es ist klar, dass Sie eine Herzrate haben, kann nicht nur durch die Tatsache vergrößert werden, dass Sie geführt haben und die Last, sondern auch von der Tatsache genommen haben, dass Sie, und entsprechend nervös sind, werden einige Substanzen veröffentlicht. Aber im Prinzip, der Herzmuskel selbst solche Einheit, dass die ganze Kontrolle innerhalb jeder Zelle stattfindet. Die Kontrolle muss wissen, wer was tut. Alle tun es selbst. Das ist wahrscheinlich der Hauptgrundsatz, der Hauptunterschied zum Skelett-Herzmuskel.