بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
فیزیک پزشکی
بیومکانیک عضله مخطط
Biomechanics of Skeletal (Striated) Muscle
اسلاید 2 :
کارکرد وانواع بافت های عضلانی
عضله یکی از چهار بافت (tissue) پایه ای در بدن انسان محسوب میشود ( سه بافت پایه ای دیگرعبارتند از عصبی یا nervous، پوششی یا epithelial و پیوندی یا connective).
بافت های عضلانی از سه نوع سلول عضلانی تشکیل میشوند. سلول عضلانی قلبی (cardiac muscle cell)، سلول عضلانی صاف (smooth muscle cell)، و سلول( یا رشته، فایبر fiber) عضلانی مخطط (striated muscle cell).
کارکرد اساسی بافت های عضلانی تولید نیرو می باشد.
تولید نیرو توسط بافت عضلانی با تبدیل انرژی شیمیایی و درقالب انجام کارمکانیکی صورت میگیرد و با تولید گرما همراه است.
اسلاید 3 :
عضله مخطط
این نوع عضله در تغییر مکان (locomotion) و کنترل وضعیت اندامی (posture) نقش اساسی ایفا میکند و تقریبا 40%-50% وزن بدن یک بزرگسال با وزنی عادی را تشکیل میدهد.
ظاهر مخطط فایبرهای این نوع عضله که بوسیله میکروسکوپ قابل مشاهده است ناشی از وجود نوارهای روشن و تاریک بطور یک-در-میان است. نوارهای روشن مشخصه فیلامانهای نازک پروتئینی به نام اکتین (Actin) و نوارهای کلفت مشخصه فیلامانهای پروتئینی به نام مایوسین (Myosin) میباشند.
خواص مکانیکی:
1) کشش پذیری (extensibility)، طول فایبر قابل افزایش است
2) الاستیسیته یا کشسانی، قابلیت بازیابی طول ایستا (resting length) توسط فایبر پس از کشیدگی (stretch)
خواص کارکردی:
تحریک پذیری (excitability): قابلیت پاسخگویی به یک محرک شیمیایی (انتقال دهنده عصبی یاneurotransmitter برای مثال استیل کلین) بوسیله تولید یک سیگنال الکتریکی به نام پتانسیل عمل در امتداد غشاء سلولی.
2) انقباض پذیری: قابلیت کوتاه شدن و در نتیجه تولید حرکت
اسلاید 4 :
عضله مخطط
اسلاید 5 :
ساختار عضله مخطط
عضله (whole muscle) از یکانهای جزئی به نام فاسیکل (fascicle)، که طول آنها به 250mm میرسد، ساخته شده است. یک فاسیکل از 100-150 فایبر تشکیل میشود که بوسیله یک بافت کلاژنی فیبروزی (collagenous fibrous tissue) به نام پیرا ماهیچه (perimysium) احاطه شده است.
فاسیکل ها خود درمیان یک پوشش خارجی که از یک بافت بسیار زبر فیبروزی به نام اپیمیسیوم (epimysium) یا فاسیای عمیق (deep fascia) تشکیل شده است، قرار میگیرند. اپیمیسیوم عضلات مجاور را از یکدیگر جدا میسازد و حرکت بدون اصطکاک را تسهیل می کند.
سلول یا فایبرعضلانی مخطط نسبتا دراز (با طولی برابر چند سانتیمتر) و استوانه ای شکل با قطری در محدوده 0.01-0.1mm است و دارای چند هسته می باشد. سیتوپلاسم فایبر عضلانی سارکوپلاسم نامیده میشود. هر فایبر دارای المان های کوچکتر و موازی بنام مایوفیبریل که در طول سلول امتداد می یابند و جزء قابل انقباظ عضله مخطط را تشکیل میدهند.
اسلاید 6 :
ساختار عضله مخطط
اسلاید 7 :
واحد کارکردی انقباض: سارکومر
اسلاید 8 :
عضله مخطط (Skeletal Muslce): دیدگاه بیومکانیکی
عضله مخطط : یک منبع نیرو (force generator) وابسته به طول (length-dependent) یا وابسته به سرعت (velocity dependent)
استرس بیشینه (استرس=نیروی کشش بر واحد سطح، S=T/A) به موازت محور رشته عضلانی تولید میشود.
کشش مخصوص (Specific Tension) برای یک عضله مشخص یا گروهی از عضلات (مانند عضلات آرنج) قابل اندازه گیری است (واحد KPa)
اسلاید 9 :
سطح مقطع فیزیولوژیکی عضله، PCSA
نیرویی که یک عضله مخطط کامل مانند عضله دو سر بازویی (bicpes barchii m.) میتواند تولید کند متناسب با مجموع سطح مقطع رشته های عضله در امتداد خط عمل می باشد.
PCSA برای عضله مخطط بصورت زیر تعریف میشود:
که در آن چگالی جرمی عضله برابر با 1.056 در بافت تازه ، زاویه بین خط عمل و محور رشته عضلانی و طول رشته عضلانی میباشند. در عمل، PCSA ، مساحت موثر عمود بر جهت فایبر به هنگام انقباض را مدلسازی می کند. لزوم این مدلسازی از آنجا ناشی میشود که فایبرهای عضلانی همه بموازات یکدیگر نیستند.
اسلاید 10 :
روابط پایه ای در مکانیک عضلانی
رابطه بین نیرو و طول: طول عضله روی اندازه نیروی تولید شده بوسیله انقباظ تاثیر می گذارد.
رابطه بین نیرو و سرعت انقباظ: نیروی کشش به سرعت کوتاه شدن (یا دراز شدن) عضله وابسته است.
فعالسازی نیرو: کنترل عصبی (ارادی)، Neural Control
رابطه بین نیرو و زمان:
خستگی (fatigue): کاهش قابلیت تولید نیرو
تقویت (enhancement): افزایش قابلیت تولید نیرو
اسلاید 11 :
رابطه بین نیرو و طول
انقباض عضلانی به ایجاد نیرو در عضله اطلاق میشود.
سه نوع عمده انقباض عضلانی عبارتند از:
انقباض هم-اندازه (isometric) یا ایستا: ایجاد کشش در عضله بدون تغییر در طول کل عضله صورت می گیرد؛ مثال: نگاه داشتن دمبل در حالت سکون
انقباض هم-مرکز(concentric): طول عضله به هنگام ایجاد کشش کاهش می یابد؛ مثال: بالا بردن دمبل
انقباض خارج از مرکز (eccentric): طول عضله به هنگام ایجاد کشش افزایش می یابد؛ مثال: پایین آ وردن دمبل
از دیدگاه نظری انقباض هم-مرکز و خارج از مرکز هر دو میتوانند در کشش ثابت (ایزوتونیک) یا سرعت ثابت (ایزوسینتیک) صورت گیرند ولی در عمل بیشتر انقباض ها نه در کشش ثابت و نه در سرعت ثابت صورت میگیرند.
اسلاید 12 :
مدل ساده عضله مخطط
یک مدل شماتیک ساده از عضله مخطط برای نمایش قسمت های کارکردی مختلف در زیر نمایش داده شده است
این مدل شامل المان قابل انقباض، المان الاستیک سری، و المان الاستیک موازی می باشد. المان قابل انقباض از پروتئین های تشکیل دهنده مایوفیبریل یعنی اکتین و مایوسین تشکیل شده و مکانیزم جفت شدن آنها در فرآیند انقباض را مدلسازی می کند.
اسلاید 13 :
المانهای مدل عضله مخطط
المان الاستیک سری (اتصال سری با المان قابل انقباض) کشش تولید شده بوسیله المان قابل انقباض را به نقطه اتصال عضله به استخوان منتقل می کند. قسمت عمده الاستسیته سری ناشی از تاندون است و مابقی وابسته به ساختارهای الاستیک درون سلولهای عضلانی است
المان الاستیک موازی (اتصال موازی با المان قابل انقباض) ناشی از اپیمیسیوم، پریمیسیوم (پیرا ماهیچه)، اندومیسیوم (بافت فیبروزی که هریک از فایبرهای عضلانی را احاطه می کند) و سارکولما می باشد (غشا سلولی سلولهای عضلانی را sarcolemma می نامند)
کشیده شدن المانهای الاستیک (بخصوص المان الاستیک سری) سبب ذخیره شدن انرژی الاستیک در آنها میگردد؛ زمانی که عضله به حال نخستین بر میگردد این انرژی آزاد می شود. این المانها را میتوان بعنوان فنر در نظر گرفت و با استفاده از قانون هوک مدلسازی کرد
اهمیت المانهای الاستیک
آماده نگاه داشتن عضله برای انقباض، تولید و انتقال روان کشش هنگام انقباض
بازگرداندن المان قابل انقباض به حال اولیه پس از انقباض
کاهش احتمال آسیب دیدگی با جلوگیری از کشش غیرفعال (passive) بیش از حد
عضله در حالت آزاد
اسلاید 14 :
رابطه بین نیرو و طول
برای عضله کامل رابطه بین نیروی کشش و طول بصورت زیر است:
اسلاید 15 :
رابطه بین نیرو و سرعت انقباظ
انقباض هم اندازه متناظر با کشش بیشینه است و در این حالت سرعت کوتاه شدن عضله برابر با صفر است.
اسلاید 16 :
رابطه بین نیرو و زمان
نیروی کشش متناسب با زمان انقباض است.
فراهم کردن زمان لازم برای انتقال کشش تولید شده در واحدهای کارکردی انقباض به تاندون از طریق المانهای سری الاستیک (10 میلی ثانیه) و زمان لازم برای کشیده شدن تاندونها (میلی ثانیه) برای تولید کشش منجر به تولید نیروی کشش بیشتری میشود.
اسلاید 17 :
پاسخ مکانیکی عضله مخطط به تحریک عصبی
تک انقباض عضلانی (muscle twitch):پاسخ مکانیکی عضله به یک محرک کوتاه مدت الکتریکی با شدت کم؛ عضله منقبض شده و سپس سست میشود. تک انقباض پاسخ عمده (gross response) عضله به تحریک عصبی در محیط آزمایشگاه (خارج از بدن یا in vitro) است.
دوره نهفتگی (latency period): پس از اعمال محرک الکتریکی، مدت زمان نسبتا کوتاهی در حدود یکی دو میلی ثانیه برای جفت شدن تحریک و انقباض لازم است و در این مدت نیروی کششی ایجاد نمیشود. این زمان که به دوره نهفتگی موسوم است را میتوان زمان لازم برای غلبه بر سستی موجود در المانهای الاستیک محسوب کرد.
زمان انقباض: زمان بین آغاز ایجاد نیروی کشش تا رسیدن به کشش بیشینه که در گستره ده تا صد میلی ثانیه قرار دارد؛ در این مدت اگر نیروی کشش ایجاد شده از بار مقاومتی تجاوز کند طول عضله کاهش خواهد یافت.
زمان آسایش: زمانی که در طول آن نیروی کشش مجددا به مقدار صفر افت می کند. اگر انقباض منجر به کاهش طول عضله شده باشد، عضله در این مدت به طول اولیه خود باز می گردد.
اسلاید 18 :
فعال سازی عضله مخطط
عصب رسانی به هر فایبر عضله مخطط بوسیله اعصاب جمجمه ای یا فقرانی این نوع عضله را تحت کنترل ارادی (داوطلبانه( قرار میدهد.
شاخه پایانه ای تارهای عصبی (nerve fibers) در نقطه اتصال عصبی-عضلانی (neuromuscular junction) یا صفحه انتهایی حرکتی موسوم به motor end plate با فایبر عضلانی تماس پیدا میکند، که از طریق آن تکانه عصبی (nerve impulse) از عصب به عضله انتقال می یابد.
هر عضله از سیستم عصبی مرکزی اعصابی که هم دارای تارهای حرکتی (motor fibers) و هم دارای تارهای حسی (sensory fibers) هستند دریافت می کند. تارهای حرکتی متعلق به سلولهای عصبی حرکتی (motor neurons) میباشند. یک سلول عصبی حرکتی و تمام فایبرهای عضلانی که عصب رسانی به آنها ازطریق این سلول صورت می گیرد یک واحد حرکتی (motor unit) را تشکیل میدهند.
واحد حرکتی واحد کارکردی پایه ای کنترل عصبی-عضلانی محسوب میشود. هر تکانه عصبی موجب میشود که فایبرهای عضلانی واحد حرکتی بطور کامل و تقریبا همزمان منقبض شوند. فعال سازی عضله به دو طریق تعدیل میشود: 1. تنظیم تعداد واحد های حرکتی بکار گرفته شده، motor unit recruitment
2. تنظیم نرخ تحریک واحد حرکتی، motor unit stimulation rate
اسلاید 19 :
پاسخ عضله به تحریک عصبی در بدن انسان (in vivo)
در حرکت بدن انسان انقباض عضلانی طولانی مدت و روان است و پاسخ مکانیکی عضله به تحریک عصبی پاسخ مدرج نام دارد.
همانطور که اشاره شد تعدیل فعالسازی عضله بوسیله دو مکانیسم کنترل عصبی یعنی افزایش نرخ تحریک و افزایش استخدام (recruitment) واحدهای حرکتی صورت می گیرد.
این دو مکانیسم به ترتیب سبب تعدیل پاسخ عضلانی مدرج بوسیله جمع بندی امواج (wave summation) و جمع بندی واحدهای حرکتی متعدد (multiple motor unit summation) میشود.
اسلاید 20 :
جمع بندی امواج (wave summation) تتانی (tetanus)
پاسخ مدرج عضلانی
