Физиологическая площадь поперечного сечения

редактировать

Площадь, перпендикулярная направлению волокон

Рисунок 1 Расположение перистых мышечных волокон. Зеленые линии обозначают PCSA; синие линии представляют ACSA

. В мышце физиология, физиологическая площадь поперечного сечения (PCSA) - это площадь поперечного сечения мышца перпендикулярна ее волокнам, обычно в самой большой точке. Обычно он используется для описания свойств сокращения перистых мышц. Это не то же самое, что площадь анатомического поперечного сечения (ACSA), которая представляет собой площадь поперечного сечения мышцы, перпендикулярную ее продольной оси. В неперчатой мышце волокна параллельны продольной оси, поэтому PCSA и ACSA совпадают.

Содержание

1 Определение
- 1.1 Оценка мышечной силы по PCSA
2 Альтернативное определение
3 Ссылки

Определение

Одно из преимуществ перистых мышц состоит в том, что большее количество мышечных волокон может быть упакованными параллельно, что позволяет мышце создавать большее усилие, хотя угол волокна к направлению действия означает, что максимальная сила в этом направлении несколько меньше максимальной силы в направлении волокон.

Площадь поперечного сечения мышцы (синяя линия на рисунке 1, также известная как площадь анатомического поперечного сечения или ACSA) неточно отражает количество мышечных волокон в мышце. Более точную оценку дает общая площадь поперечных сечений, перпендикулярных мышечным волокнам (зеленые линии на рисунке 1). Эта мера известна как физиологическая площадь поперечного сечения (PCSA), и обычно рассчитывается и определяется по следующей формуле, разработанной в 1975 году Александером и Верноном:

PCSA = объем мышечной массы, длина волокна = мышечная масса ρ ⋅ длина волокна., {\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {объем мышц}} \ over {\ text {длина волокна}}} = {{\ text {мышечная масса}} \ over {\ rho \ cdot { \ text {длина волокна}}}},}

{\ text {PCSA}} = {{\ text {мышечный объем}} \ over {\ text {длина волокна}}} = {{\ text {мышца масса}} \ over {\ rho \ cdot {\ text {длина волокна}}}},

где ρ - плотность мышцы:

ρ = мышечная масса, объем мышц. {\ displaystyle \ rho = {{\ text {мышечная масса}} \ over {\ text {объем мышц}}}.}

\ rho = {{\ text {мышечная масса}} \ over {\ text {объем мышц}}}.

PCSA увеличивается с увеличением угла перистости и длины мышцы. В перистых мышцах PCSA всегда больше, чем ACSA. В непеременной мышце он совпадает с ACSA.

Оценка мышечной силы по PCSA

Общая сила, прилагаемая волокнами в их наклонном направлении, пропорциональна PCSA. Если известно удельное натяжение мышечных волокон (сила, прилагаемая волокнами на единицу PCSA), его можно вычислить следующим образом:

Общая сила = PCSA ⋅ Удельное натяжение {\ displaystyle {\ text {Total force}} = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Удельное натяжение}}}

{\ text {Total force}} = {\ text { PCSA}} \ cdot {\ text {Удельное напряжение}}

Однако только часть этой силы может быть использована для вытягивания сухожилия в желаемом направлении. Этот компонент, который представляет собой истинную мышечную силу (также называемую силой сухожилия), действует в направлении действия мышцы:

мышечная сила = общая сила ⋅ cos ⁡ Φ {\ displaystyle {\ text {Muscle force}} = {\ text {Общая сила}} \ cdot \ cos \ Phi}

{\ text {Muscle force}} = {\ text { Общая сила}} \ cdot \ cos \ Phi

Другой компонент, ортогональный направлению действия мышцы (Ортогональная сила = Общая сила × sinΦ), не действует на сухожилие, а просто сжимает мышцу, подтягивая ее апоневрозы друг к другу.

Обратите внимание на то, что, хотя практически удобно вычислять PCSA на основе объема или массы и длины волокна, PCSA (и, следовательно, общая сила волокна, которая пропорциональна PCSA) не пропорциональна мышечной массе или длине волокна. в одиночестве. А именно, максимальная (тетаническая ) сила мышечного волокна просто зависит от его толщины (площади поперечного сечения) и типа. Это ни в коем случае не зависит только от его массы или длины. Например, когда мышечная масса увеличивается в результате физического развития в детстве, это может происходить только из-за увеличения длины мышечных волокон без изменения толщины волокна (PCSA) или типа волокна. В этом случае увеличение массы не приводит к увеличению силы.

Иногда увеличение массы связано с увеличением толщины. Только в этом случае это окажет некоторое влияние на силу волокна, но этот эффект будет пропорционален увеличению толщины, а не увеличению массы. Например, на некоторых стадиях физического развития увеличение массы может быть связано как с увеличением PCSA, так и с увеличением длины волокна. Даже в этом случае мышечная сила не увеличивается так сильно, как мышечная масса, потому что увеличение массы частично происходит за счет изменения длины волокна, а длина волокна не влияет на мышечную силу.

Альтернативное определение

В 1982 г. Sacks Roy представила другое определение PCSA, обозначенное здесь PCSA 2, чтобы облегчить сравнение с предыдущим определением:

PCSA 2 = объем мышц ⋅ cos ⁡ Φ длина волокна = мышечная масса ⋅ cos ⁡ Φ ρ ⋅ длина волокна, {\ displaystyle {\ text {PCSA}} _ {2} = {{\ text {объем мышц}} \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ text {длина волокна}}} = {{\ text {мышечная масса}} \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ rho \ cdot {\ text {длина волокна}}}},}

{\ text {PCSA}} _ {2} = {{\ text {объем мышц}} \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ text {длина волокна}}} = {{\ text {мышечная масса}} \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ rho \ cdot {\ text {длина волокна}}}},

Сравнение показывает, что

PCSA 2 = PCSA ⋅ cos ⁡ Φ. {\ displaystyle {\ text {PCSA}} _ {2} = {\ text {PCSA}} \ cdot \ cos \ Phi.}

{\ text {PCSA}} _ {2} = {\ text {PCSA}} \ cdot \ cos \ Phi.

в плоской мышце, поскольку $cos ⁡ Φ {\ displaystyle \ cos \ Phi}$ $\ cos \ Phi$ всегда меньше 1, PCSA 2 всегда меньше PCSA. Следовательно, его нельзя описать как общую площадь поперечных сечений, перпендикулярных мышечным волокнам (зеленые линии на рисунке 1). Это можно интерпретировать двумя способами:

Проекция PCSA (зеленая линия на рисунке 1) на плоскость анатомического поперечного сечения (синяя линия).
ACSA неперчатой мышцы с той же силой, что и перистая мышца.

Это означает, что в мышце, такой как мышца на рисунке 1A, PCSA 2 совпадает с ACSA. Недостатком этого определения является его более сложная интерпретация, его преимущество в том, что мышечная сила может быть вычислена более прямо:

Muscle force = PCSA 2 ⋅ Удельное напряжение {\ displaystyle {\ text {Muscle force}} = {\ text { PCSA}} _ {2} \ cdot {\ text {Удельное напряжение}}}

{\ text {Muscle force}} = {\ text {PCSA}} _ {2} \ cdot {\ text {Удельное напряжение}}

В настоящее время некоторые авторы продолжают использовать первоначальное определение PCSA, вероятно, из-за его интуитивно привлекательной геометрической интерпретации (рис. 1).

Ссылки