Ученые выяснили роль внутриклеточной жидкости в механике мышц

Американские биомеханики сравнили характеристики реальной мышцы и модели, в которой было учтено присутствие внутренней жидкости. В результате им удалось количественно оценить влияние жидкости, возникающее при растяжении мышцы. Работа сотрудников Брауновского университета опубликована в журнале Biology Letters.

Мышечные волокна всех животных наполнены несжимаемой жидкостью и оплетены внешним каркасом, образованным сплетенными молекулами коллагена. Когда мышца растягивается, коллагеновая сетка удлиняется и становится тоньше. Если она растягивается достаточно сильно, то начинает сдавливать волокно. В новой работе исследователи обнаружили, что именно заполняющая волокно несжимаемая жидкость сопротивляется дальнейшему сдавливанию, создавая напряжение, препятствующее дальнейшему растяжению.

«Фундаментальной проблемой в этой ситуации является конфликт объемов, — поясняет один из авторов, Дэвид Слебода. — Сетчатый кожух может менять объем, но само волокно обладает постоянным объемом. В итоге эти две величины сравниваются — именно в этот момент напряжение резко возрастает». Ранее выясненные факторы также участвуют в этом процессе. К ним относятся изгибы самой коллагеновой сетки и эластичный мышечный белок титин.

Для подтверждения гипотезы ученые создали модель из пластиковой оплетки и наполненного водой презерватива. До этого они редко моделировали мышечную механику с учетом жидкости, так как считалось, что она участвует только в химических процессах внутри клеток. В рамках данной работы были измерены зависимости напряжения от продольного растяжения для модели и для реальной мышцы лягушки-быка. Данные характеристики продемонстрировали сходное поведение: чем больше жидкости внутри, тем больше напряжение при данном растяжении. «Нам удалось получить в точности то же самое поведение, используя простую модель, — говорит Слебода. — Наше исследование предоставляет первое эмпирическое свидетельство влияния жидкости на мышечное напряжение».