Физиологическая площадь поперечного сечения

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

В мышечной физиологии , физиологическое площадь поперечного сечения (PCSA) представляет собой площадь поперечного сечения мышц , перпендикулярном его волокон, как правило , на своей самой большой точке. Обычно он используется для описания свойств сокращения перистых мышц . ^[1] Это не то же самое, что площадь анатомического поперечного сечения (ACSA), которая представляет собой площадь поперечного сечения мышцы перпендикулярно ее продольной оси. В непеременной мышце волокна параллельны продольной оси, поэтому PCSA и ACSA совпадают.

Определение [ править ]

Одним из преимуществ перистых мышц является то, что большее количество мышечных волокон может быть упаковано параллельно, что позволяет мышце производить больше силы, хотя угол волокна по отношению к направлению действия означает, что максимальная сила в этом направлении несколько меньше максимальной силы в направление волокна. ^{[2] [3]}

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 Александром и Верноном: ^{[4] [5] [6]}

${\displaystyle {\text{PCSA}}={{\text{muscle volume}} \over {\text{fiber length}}}={{\text{muscle mass}} \over {\rho \cdot {\text{fiber length}}}},}$

где ρ - плотность мышцы:

${\displaystyle \rho ={{\text{muscle mass}} \over {\text{muscle volume}}}.}$

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

Оценка мышечной силы по PCSA [ править ]

Общая сила, действующая на волокна в их наклонном направлении, пропорциональна PCSA. Если известно удельное натяжение мышечных волокон (сила, прилагаемая волокнами на единицу PCSA), его можно рассчитать следующим образом: ^[7]

${\displaystyle {\text{Total force}}={\text{PCSA}}\cdot {\text{Specific tension}}}$

Однако только часть этой силы может быть использована для вытягивания сухожилия в желаемом направлении. Этот компонент, который является истинной мышечной силой (также называемой силой сухожилия ^[6] ), действует в направлении действия мышцы: ^[6]

${\displaystyle {\text{Muscle force}}={\text{Total force}}\cdot \cos \Phi }$

Другой компонент, ортогональный направлению действия мышцы (ортогональная сила = общая сила × sinΦ), не воздействует 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 только мышечной массе или длине волокна. 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 из-за физического развития в детстве, это может быть 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 [ править ]

В 1982 году Sacks & Roy представил другое определение PCSA, обозначаемое здесь как PCSA ₂ , для облегчения сравнения с предыдущим определением: ^[7]

${\displaystyle {\text{PCSA}}_{2}={{\text{muscle volume}}\cdot \cos \Phi \over {\text{fiber length}}}={{\text{muscle mass}}\cdot \cos \Phi \over {\rho \cdot {\text{fiber length}}}},}$

Сравнение показывает, что

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

в перистых мышцах, поскольку всегда меньше единицы, 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 двояко:${\displaystyle \cos \Phi }$

1. Проекция PCSA (зеленая линия на рисунке 1) на плоскость анатомического поперечного сечения (синяя линия). ^[8]
2. ACSA неперчатой ​​мышцы с той же силой, что и перистой мышцы. ^[9]

Это означает, что в такой мышце, как 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:

${\displaystyle {\text{Muscle force}}={\text{PCSA}}_{2}\cdot {\text{Specific tension}}}$^[7]

В настоящее время некоторые авторы продолжают использовать исходное определение PCSA ^{[5] [6],} вероятно, из-за его интуитивно привлекательной геометрической интерпретации (рис. 1).

Ссылки [ править ]