मांसपेशियों की यांत्रिकी और संकुचन

मांसपेशियों का संकुचन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा कंकाल की मांसपेशी बल उत्पन्न करती है और, जब अनुमति हो, तो छोटी हो जाती है। इसके मूल में स्लाइडिंग-फिलामेंट तंत्र है: मायोसिन और एक्टिन के बीच क्रॉस-ब्रिज एक दूसरे के ऊपर फिलामेंट्स को स्लाइड करने के लिए चक्रित होते हैं, जिसमें सार्कोमेयर ओवरलैप, लंबाई और छोटा होने की गति यह निर्धारित करती है कि एक मांसपेशी कितना बल उत्पन्न करती है। ये संबंध - लंबाई-तनाव और बल-वेग वक्र - इस बात का यांत्रिक आधार हैं कि मांसपेशियां जोड़ों को कैसे हिलाती हैं।

Definition

मांसपेशियों का संकुचन एक्टिन और मायोसिन फिलामेंट्स का क्रॉस-ब्रिज-संचालित स्लाइडिंग है जो तनाव उत्पन्न करता है और, जब बाहरी भार अनुमति देता है, तो मांसपेशी को छोटा करता है; इसकी यांत्रिकी का वर्णन इस बात से होता है कि बल सार्कोमेयर की लंबाई और छोटा होने के वेग पर कैसे निर्भर करता है।

Scope

यह प्रविष्टि कंकाल की मांसपेशियों के संकुचन के यांत्रिक सिद्धांतों को शामिल करती है: स्लाइडिंग-फिलामेंट और क्रॉस-ब्रिज तंत्र, लंबाई-तनाव संबंध, बल-वेग संबंध, और आइसोमेट्रिक और आइसोटोनिक संकुचन के बीच का अंतर। यह यांत्रिकी पर संदर्भ और शैक्षिक सामग्री है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• क्रॉस-ब्रिज रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक बल में कैसे परिवर्तित करते हैं?
• मांसपेशियों का बल सार्कोमेयर की लंबाई (लंबाई-तनाव) पर क्यों निर्भर करता है?
• बल छोटा होने के वेग (बल-वेग) के साथ कैसे बदलता है?
• आइसोमेट्रिक, कंसेंट्रिक और एक्सेंट्रिक संकुचन में क्या अंतर है?

Key concepts

• स्लाइडिंग-फिलामेंट तंत्र
• क्रॉस-ब्रिज चक्र
• लंबाई-तनाव संबंध
• बल-वेग संबंध
• आइसोमेट्रिक बनाम आइसोटोनिक संकुचन
• सक्रिय और निष्क्रिय तनाव
• फिलामेंट ओवरलैप

Key theories

स्लाइडिंग-फिलामेंट सिद्धांत

मांसपेशियों का छोटा होना पतले (एक्टिन) और मोटे (मायोसिन) फिलामेंट्स के एक दूसरे के ऊपर स्लाइड करने से होता है जबकि प्रत्येक फिलामेंट अपनी लंबाई बनाए रखता है, जिसे 1954 में स्वतंत्र रूप से प्रस्तावित किया गया था।

क्रॉस-ब्रिज (स्विंगिंग क्रॉस-ब्रिज) सिद्धांत

बल एक्टिन पर मायोसिन क्रॉस-ब्रिज के चक्रीय लगाव, घूर्णन और अलगाव द्वारा उत्पन्न होता है, जो एटीपी हाइड्रोलिसिस को यांत्रिक कार्य से जोड़ता है।

Mechanisms

संकुचन के दौरान पतले (एक्टिन) और मोटे (मायोसिन) फिलामेंट्स एक दूसरे के ऊपर स्लाइड करते हैं जबकि उनकी व्यक्तिगत लंबाई अपरिवर्तित रहती है, यह निष्कर्ष संकुचित और खिंचे हुए तंतुओं के माइक्रोस्कोपी से निकाला गया है (huxley-niedergerke-1954, huxley-hanson-1954)। बल मायोसिन क्रॉस-ब्रिज द्वारा उत्पन्न होता है जो एक्टिन से जुड़ते हैं, घूमते हैं और एटीपी द्वारा संचालित एक दोहराए जाने वाले चक्र में अलग हो जाते हैं, संरचनात्मक मॉडल एच. ई. हक्सले द्वारा संश्लेषित किया गया है (huxley-1969)। क्योंकि बल बनने वाले क्रॉस-ब्रिज की संख्या पर निर्भर करता है, यह सार्कोमेयर की लंबाई के साथ बदलता रहता है: इष्टतम फिलामेंट ओवरलैप की लंबाई पर अधिकतम और जब सार्कोमेयर बहुत छोटे या अत्यधिक खिंचे हुए होते हैं तो घटता है - लंबाई-तनाव संबंध को एकल तंतुओं में सटीक रूप से मापा गया है (gordon-huxley-julian-1966)। छोटा होने का वेग बढ़ने पर बल भी गिरता है, अतिपरवलयिक बल-वेग संबंध को ए. वी. हिल द्वारा यांत्रिक और थर्मोडायनामिक रूप से चित्रित किया गया है (hill-1938)। संकुचन आइसोमेट्रिक होता है जब लंबाई निश्चित होती है और आइसोटोनिक (कंसेंट्रिक या एक्सेंट्रिक) होता है जब मांसपेशी भार के विरुद्ध छोटी या लंबी होती है।

Clinical relevance

संकुचन की यांत्रिकी बताती है कि मांसपेशियों का बल जोड़ों की स्थिति और गति की गति के साथ कैसे बदलता है, जो शक्ति, कमजोरी और गति मूल्यांकन की शारीरिक समझ को सूचित करता है। यह विषय संदर्भ और शिक्षा के लिए सामान्य शारीरिक यांत्रिकी का वर्णन करता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

स्लाइडिंग-फिलामेंट और क्रॉस-ब्रिज तंत्र 1954 की क्लासिक रिपोर्टों और हक्सले के बाद के संश्लेषण (huxley-niedergerke-1954, huxley-hanson-1954, huxley-1969) द्वारा स्थापित किए गए हैं; लंबाई-तनाव और बल-वेग संबंध गॉर्डन, हक्सले और जूलियन और हिल के मूलभूत एकल-तंतु और थर्मोडायनामिक अध्ययनों पर आधारित हैं (gordon-huxley-julian-1966, hill-1938)।

History

संकुचन की यांत्रिकी 1950 और 1960 के दशक में बदल गई। ए. वी. हिल के 1938 के मापों ने बल-वेग संबंध और छोटा होने की ऊर्जा को स्थापित किया (hill-1938); 1954 के नेचर पत्रों ने स्लाइडिंग-फिलामेंट विचार प्रस्तुत किया (huxley-niedergerke-1954, huxley-hanson-1954); गॉर्डन, हक्सले और जूलियन के 1966 के एकल-तंतु प्रयोगों ने फिलामेंट ओवरलैप द्वारा अनुमानित लंबाई-तनाव संबंध की पुष्टि की (gordon-huxley-julian-1966); और एच. ई. हक्सले की 1969 की समीक्षा ने स्विंगिंग क्रॉस-ब्रिज मॉडल को समेकित किया (huxley-1969)।

Key figures

• Andrew Huxley
• Hugh Huxley
• Rolf Niedergerke
• Jean Hanson
• A. V. Hill
• Fred Julian

Seminal works

• hill-1938
• huxley-niedergerke-1954
• huxley-hanson-1954
• gordon-huxley-julian-1966
• huxley-1969

Frequently asked questions

स्लाइडिंग-फिलामेंट तंत्र क्या है?

यह वह सिद्धांत है कि मांसपेशी छोटी हो जाती है क्योंकि एक्टिन और मायोसिन फिलामेंट्स एक दूसरे के ऊपर स्लाइड करते हैं - क्रॉस-ब्रिज साइक्लिंग द्वारा संचालित - जबकि फिलामेंट्स स्वयं अपनी लंबाई बनाए रखते हैं।

मांसपेशियों का बल मध्यवर्ती लंबाई पर सबसे अधिक क्यों होता है?

बल इस बात पर निर्भर करता है कि कितने क्रॉस-ब्रिज बन सकते हैं, जो इष्टतम एक्टिन-मायोसिन ओवरलैप देने वाली सार्कोमेयर की लंबाई पर अधिकतम होता है; छोटी या लंबी लंबाई पर ओवरलैप इष्टतम नहीं होता है और बल गिर जाता है।