måske da du var barn, stod du foran et spejl og bøjede albuen for at se, hvor store dine muskler var (måske har du gjort det for nylig?). Jo hårdere du kontraherer din muskel, jo større ser den ud. Men selvfølgelig bliver muskelen faktisk ikke større, den buler bare omkring midten. Muskelen er i stand til at forkorte og bøje som følge heraf, fordi den fastgøres til fjederlignende sener, som strækker sig lidt, når kraften påføres. Så hvorfor bukker muskelen ud, når den forkortes? Muskelvolumen ændres ikke med sammentrækning. Hvis du overvejer at klemme enderne af en vandballon sammen og antage, at intet vand slipper ud af ballonen, vil det bule ud i midten. Dette er, hvad der sker i vores muskler, men den måde, en muskel buler afhænger af dens struktur – herunder hvordan muskelfibre er arrangeret, og hvordan de forbinder til knoglen gennem elastisk bindevæv. Vi er interesserede i, hvordan designet af muskler har udviklet sig, så den måde, de bukker ud eller ændrer form, faktisk kan forbedre deres præstationer i hverdagens opgaver som at gå, løbe eller hoppe.
vi er især interesserede i, hvordan muskelbulning påvirker, hvordan bindevævet i en muskel strækker sig og transmitterer kraft langs muskelen. Muskelfibre fastgøres til elastisk bindevæv. Noget af dette væv sidder i selve muskelen og danner aponeurosen. Aponeurosen løber ofte langs muskelen og forbinder til senen, som i sidste ende overfører kraft fra muskelen til skeletet. Når muskelfibrene genererer kræfter, virker dette for at strække aponeurosen og senen. Stretch af disse væv absorberer energi og beskytter musklerne fra over stretching og skader. Det kan også fungere som en katapult ved at bruge lagret elastisk energi til at drive kroppen eller lemmerne. Mens sener generelt menes at opføre sig som elastiske bånd, ved vi meget mindre om, hvordan aponeurosen strækker sig. Det er blevet foreslået, at det kan strække sig både langs muskelens længde såvel som lateralt under en sammentrækning. Dette kan virke for at stive en muskel under sammentrækning. På nuværende tidspunkt er der kun et lille antal undersøgelser hos dyr, der har vist dette.
HVORDAN MÅLER VI MUSKELBULNING HOS MENNESKER?
for at forstå, hvordan menneskelige muskler trækker sig sammen i tre dimensioner, er det nødvendigt at have en måde at afbilde muskelen under sammentrækning. Der er mange måder at afbilde den tredimensionelle geometri af muskler, især ved hjælp af teknologi som magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). En begrænsning af disse teknikker er imidlertid, at de tager tid at foretage målingen, og det er derfor svært at afbilde muskelen under en sammentrækning. Vi har brugt ultralydsbilleddannelse, som er et sikkert og overkommeligt alternativ til MR, til at afbilde muskler, når de trækker sig sammen. Vi tager billedskiver over muskelens længde og stabler disse sammen i 3D. Således kan vi se, hvordan muskelen og aponeurosen ændrer form under sammentrækninger, der holdes på forskellige niveauer af kraft. Vi har for nylig brugt dette til at vise, hvordan tibialis anterior muskel buler under sammentrækning. (Tibialis anterior er hovedmusklen i underbenet, som løfter foden.)
HVAD FANDT VI?
når tibialis anterior muskel trækker sig sammen, er det ikke overraskende, at den bliver bredere i midten. Det, der var interessant, var imidlertid, at muskelen bulede overvejende i tykkelse snarere end bredde. Ændringen i tykkelse betød, at muskelfibrene var i stand til at rotere, hvilket begrænsede mængden af forkortelse, der kræves af fibrene, og dermed potentielt reducere energiomkostningerne ved sammentrækning. Vi fandt også, at aponeurosen i muskelen blev strakt i begge retninger, da muskelen trak sig sammen og producerede kraft. Dette betød, at bindevævet blev stivere, da kraften steg.
3D geometri af tibialis anterior muskel (A) og central aponeurose (B) og et rekonstrueret ultralydsbillede langs muskelens lange akse, der viser et tværsnit gennem muskelen (C) (Raiteri, 2016).
betydning og implikationer
forståelse af muskelgeometriændringer under en sammentrækning er vigtig for forståelsen af menneskelig funktion og ydeevne hos både raske individer og i kliniske populationer. Den måde, hvorpå muskler ændrer længde, påvirker, hvor meget energi de bruger, og den måde, væv strækker sig på, ændrer sandsynligheden for skade. Den effektive stivhed af en muskel under sammentrækninger påvirker også, hvordan vores LED er i stand til at bevæge sig. Når en motorisk svækkelse er opstået på grund af en neurologisk tilstand (f.eks. slagtilfælde eller cerebral parese), kan musklerne tilpasse sig til at blive mere stive, og muskelens geometri kan være en faktor, der styrer denne tilpasning. Derfor er det vigtigt at forstå både muskelstruktur og dens funktion, at være i stand til at forstå nogle motoriske svækkelser og forbedre menneskets ydeevne.
publikation
Raiteri BJ, Karse AG, Lichvark GA (2016). Tredimensionelle geometriske ændringer af den humane tibialis anterior muskel og dens centrale aponeurose målt med tredimensionel ultralyd under isometriske sammentrækninger. PeerJ 4: e2260. doi: 10.7717 / peerj.2260
for andre stillinger, der beskæftiger sig med måling af MUSKELEGENSKABER, se:
muskel: en ny måde at studere sin struktur af Arkiev D ‘ Sousa
menneskelige muskler fascicles: hvad kan ultralyd og diffusion tensor imaging afsløre? af Dr Bart Bolsterlee