možná, že když jste byli dítě, stál jste před zrcadlem a ohnul loket, abyste viděli, jak velké jsou vaše svaly(možná jste to nedávno udělali ?). Čím těžší stahujete svaly, tím větší to vypadá. Ale sval se samozřejmě ve skutečnosti nezvětší, jen se vyboulí kolem svého středu. Sval je schopen zkrátit a v důsledku toho vyboulit, protože se váže na pružinové šlachy, které se při působení síly mírně protáhnou. Tak proč se sval vyboulí, když se zkracuje? Objem svalů se s kontrakcí nemění. Pokud uvažujete o stlačení konců vodního balónu dohromady a předpokládáte, že z balónu neunikne žádná voda, vyboulí se uprostřed. To se děje v našich svalech, ale způsob, jakým se sval vyboulí, závisí na jeho struktuře-včetně toho, jak jsou svalová vlákna uspořádána a jak se připojují ke kosti prostřednictvím elastických pojivových tkání. Zajímá nás, jak se vyvinul design svalů tak, aby způsob, jakým se vyboulí nebo mění tvar, mohl skutečně zlepšit jejich výkon v každodenních úkolech, jako je chůze, běh nebo skákání.
zvláště nás zajímá, jak vyboulení svalů ovlivňuje to, jak se pojivová tkáň ve svalu táhne a přenáší sílu podél svalu. Svalová vlákna se připevňují k elastické pojivové tkáni. Některé z této tkáně sedí uvnitř samotného svalu a tvoří aponeurózu. Aponeuróza často běží podél svalu a spojuje se s šlachou, která nakonec přenáší sílu ze svalu na kostru. Když svalová vlákna vytvářejí síly, působí to na protažení aponeurózy a šlachy. Úsek těchto tkání absorbuje energii a chrání svaly před nadměrným protahováním a poškozením. Může také působit jako katapult pomocí uložené elastické energie k pohonu těla nebo končetin. Zatímco se obecně předpokládá, že šlachy se chovají jako elastické pásky, víme mnohem méně o tom, jak se aponeuróza táhne. Bylo navrženo, že se může během kontrakce protáhnout jak po délce svalu, tak bočně. To může působit na ztuhnutí svalu během kontrakce. V současné době existuje jen malý počet studií na zvířatech, které to prokázaly.
JAK MĚŘÍME VYBOULENÍ SVALŮ U LIDÍ?
abychom pochopili, jak se lidské svaly stahují ve třech rozměrech, je nutné mít způsob zobrazování svalu během kontrakce. Existuje mnoho způsobů, jak zobrazit trojrozměrnou geometrii svalu, zejména pomocí technologie, jako je zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). Jedním omezením těchto technik je však to, že měření vyžaduje čas, a proto je těžké si představit sval během kontrakce. Použili jsme ultrazvukové zobrazování, což je bezpečná a cenově dostupná alternativa k MRI, k obrazu svalů, jak se stahují. Vezmeme obrazové řezy po celé délce svalu a naskládáme je do 3D. Můžeme tedy vidět, jak sval a aponeuróza mění tvar během kontrakcí, které jsou drženy na různých úrovních síly. Nedávno jsme to použili k ukázání toho, jak se tibialis přední sval vyboulí během kontrakce. (Tibialis anterior je hlavní sval v dolní končetině, který zvedá nohu.)
CO JSME NAŠLI?
když se tibialis přední sval Stahuje, není divu,že se uprostřed rozšiřuje. Zajímavé však bylo, že sval vyboulený převážně v tloušťce, spíše než v šířce. Změna tloušťky znamenala, že se svalová vlákna mohla otáčet, což omezovalo množství zkrácení požadovaných vláken, a tím potenciálně snížilo náklady na energii kontrakce. Také jsme zjistili, že aponeuróza ve svalu byla natažena v obou směrech, když se sval stahoval a vytvářel sílu. To znamenalo, že pojivová tkáň se stala tužší, jak se zvýšila síla.
3D geometrie předního svalu tibialis (A) a centrální aponeurózy (B)a rekonstruovaný ultrazvukový obraz podél dlouhé osy svalu ukazující průřez svalem (C) (Raiteri, 2016).
význam a důsledky
pochopení změn svalové geometrie během kontrakce je důležité pro pochopení lidských funkcí a výkonu jak u zdravých jedinců, tak u klinických populací. Způsob, jakým svaly mění délku, ovlivňuje, kolik energie používají, a způsob, jakým se tkáně protahují, mění pravděpodobnost zranění. Účinná ztuhlost svalu během kontrakcí také ovlivňuje, jak se naše klouby mohou pohybovat. Mrtvice nebo mozková obrna), svaly se mohou přizpůsobit, aby se staly ztuhlejšími a geometrie svalu může být jedním z faktorů, který řídí tuto adaptaci. Proto je důležité porozumět jak svalové struktuře, tak její funkci, být schopen porozumět některým motorickým poruchám a zlepšit lidský výkon.
publikace
Raiteri BJ, Cresswell AG, Lichtwark GA (2016). Trojrozměrné geometrické změny předního svalu člověka tibialis a jeho centrální aponeurózy měřené trojrozměrným ultrazvukem během izometrických kontrakcí. PeerJ 4: e2260. doi: 10.7717/peerj.2260
další příspěvky zabývající se měřením vlastností svalů viz:
sval: nový způsob, jak studovat jeho strukturu Arkiev D ‚ Souza
fascicles lidských svalů: co může odhalit ultrazvukové a difúzní tenzorové zobrazování? autor: Dr. Bart Bolsterlee