Prema istraživanju Sveučilišta Michigan, brzina kontrakcije mišića ovisi o protoku vode unutar mišićnih vlakana.
Iako je poznato da mišići, kao i sve druge stanice, sadrže oko 70% vode, znanstvenici još uvijek istražuju što određuje granice i maksimalne performanse mišića. Dosadašnja istraživanja uglavnom su se fokusirala na molekularnu razinu rada mišića, zanemarujući trodimenzionalnu strukturu i prisutnost tekućine u mišićnim vlaknima.
Nova teorija o elastičnosti mišića
Fizičar Suraj Shankar sa Sveučilišta Michigan, zajedno s profesorom fizike na Harvardu L. Mahadevanom, razvio je teorijski model koji opisuje ulogu vode u kontrakciji mišića. Ovaj model pokazuje da način na koji tekućina prolazi kroz mišićna vlakna određuje brzinu njihove kontrakcije.
Njihovo istraživanje otkrilo je novu vrstu elastičnosti, nazvanu neobična elastičnost, koja omogućuje mišićima generiranje snage kroz trodimenzionalne deformacije. Ova elastičnost vidljiva je u uobičajenoj pojavi da se mišićno vlakno prilikom kontrakcije duž svoje dužine također izbočuje okomito.
Primjena na druge stanice i tkiva
Znanstvenici ističu da se ovaj okvir može primijeniti na mnoge druge stanice i tkiva koja su također uglavnom sastavljena od vode. Nalazi, objavljeni u časopisu Nature Physics, mogu imati utjecaj na dizajn mekih aktuatora, brzih umjetnih mišića i materijala koji mijenjaju oblik, koji trenutno imaju vrlo spore brzine kontrakcije jer se aktiviraju izvana.
Aktivna spužva
Svako mišićno vlakno istraživači su zamislili kao aktivnu spužvu ispunjenu vodom koja se može kontrahirati i stiskati kroz djelovanje molekularnih motora. Mišićna vlakna sastoje se od mnogih komponenti, uključujući razne proteine, stanične jezgre, organele poput mitohondrija i molekularne motore poput miozina, koji pretvaraju kemijsku energiju u pokret.
Gornje granice brzine kontrakcije
S obzirom na to da proces stiskanja zahtijeva vrijeme za premještanje vode, znanstvenici su pretpostavili da kretanje vode kroz mišićno vlakno postavlja gornju granicu brzine trzanja mišića. Testirali su svoju teoriju modeliranjem mišićnih pokreta kod različitih organizama, uključujući sisavce, insekte, ptice, ribe i gmazove.
Kontrola brzih pokreta kod manjih organizama
Otkrili su da mišići koji proizvode zvuk, poput zvečke u repu zvečarke, ne ovise o protoku tekućine i kontroliraju se živčanim sustavom. Kod manjih organizama, poput letećih insekata, koji mašu krilima nekoliko stotina do tisuću puta u sekundi, protok tekućine unutar mišićnih vlakana igra važniju ulogu.
Aktivni elastični motor
Kada mišićna vlakna djeluju kao aktivna spužva, proces također uzrokuje da mišići djeluju kao aktivni elastični motor. Mišići pokazuju novu svojinu nazvanu "neobična elastičnost", gdje njihova reakcija na stiskanje u jednom smjeru nije ista kao u drugom. Ova svojina omogućava mišićnim vlaknima da generiraju snagu iz ponavljajućih deformacija, ponašajući se poput mekog motora.
Preispitivanje funkcije mišića
Ovi rezultati suprotstavljaju se dosadašnjem mišljenju koje se fokusiralo na molekularne detalje, zanemarujući činjenicu da su mišići dugi, filamentozni, hidratizirani i funkcioniraju na više razina. Ukupno, njihovi rezultati sugeriraju potrebu za revidiranim pogledom na funkciju mišića kako bi se bolje razumjela njihova fiziologija.
Izvor: University of Michigan