Жидкость в мышцах — новый источник мышечного напряжения

Ощущение напряжения в мышцах при растяжении может быть вызвано не только известными белками, но и жидкостью, заполняющей мышечные волокна. К такому выводу пришли учёные из Университета Брауна.

Каждое мышечное волокно окружено сплетённой сеткой коллагеновой соединительной ткани и заполнено несжимаемой жидкостью. При растяжении мышцы эта сетка удлиняется и сужается в диаметре.

Как показал ведущий автор исследования Дэвид Слебода, этот процесс аналогичен действию игрушки-ловушки для пальцев: на определённом этапе растяжения коллагеновая сетка начинает сжимать мышечное волокно. Поскольку волокно заполнено несжимаемой жидкостью, его объём оказывает сопротивление сужающейся сетке, создавая резко возрастающее напряжение.

"Фундаментальная проблема здесь — конфликт объёмов, — пояснил Слебода. — Объём сетки может меняться, а объём волокна постоянен. В конце концов они сталкиваются, и именно здесь вы видите, как напряжение резко взлетает".

Ранее известные факторы, такие как напряжение в самой коллагеновой сетке и белок титин, также вносят вклад в общее ощущение. Однако роль жидкости в мышечных волокнах оказалась значимой.

Модель и реальная мышца

Слебода создал простую физическую модель: коллагеновую сетку имитировала оплётка для кабелей Techflex, а мышечное волокно — наполненный водой презерватив. Модель показала, что жидкость существенно влияет на механические свойства системы, затрудняя растяжение.

Чтобы проверить актуальность модели для физиологии, учёные провели эксперименты на реальных мышцах лягушки-быка, варьируя количество жидкости в волокнах. И модель, и реальная мышца продемонстрировали одинаковую зависимость: чем больше объём жидкости в волокнах, тем выше напряжение при заданной длине растяжения.

"Мы смогли получить точно такое же поведение, используя простую модель, — заявил Слебода. — Наше исследование предоставляет первые эмпирические доказательства влияния жидкости на мышечное напряжение".

Это открытие указывает на необходимость учитывать жидкость в моделях мышечной механики. Например, после упражнений мышцы поглощают больше жидкости, что может влиять на их поведение. Понимание взаимодействия жидкости и коллагеновой сетки также может быть важно для изучения некоторых медицинских состояний.

Идея не нова для биологии: подобные структуры, известные как "гидростатические скелеты", широко распространены у многих организмов. Теперь эти принципы можно применить и к изучению мышц.