Физиологическая площадь поперечного сечения - Physiological cross-sectional area

Рис. 1. Расположение перистых мышечных волокон. Зеленые линии представляют 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 . Это не то же самое, что площадь анатомического поперечного сечения (ACSA), которая представляет собой площадь поперечного сечения мышцы, перпендикулярную ее продольной оси. В непеременной мышце волокна параллельны продольной оси, поэтому PCSA и ACSA совпадают.

Определение

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.

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:

${\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {объем мышц}} \ over {\ text {длина волокна}}} = {{\ text {мышечная масса}} \ over {\ rho \ cdot {\ текст {длина волокна}}}},}$

где ρ - плотность мышцы:

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

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

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:

${\ displaystyle {\ text {Общая сила}} = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Удельное натяжение}}}$

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 ), действует в направлении действия мышцы:

${\ Displaystyle {\ text {Мышечная сила}} = {\ text {Общая сила}} \ cdot \ cos \ Phi}$

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, 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 будет иметь 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 году Sacks & Roy представила другое определение PCSA, обозначаемое здесь как PCSA ₂ , для облегчения сравнения с предыдущим определением:

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

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).
2. ACSA неперчатой ​​мышцы с той же силой, что и перистой мышцы.

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:

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

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

Рекомендации