Ford L E, Huxley A F, Simmons R M
J Physiol. 1977 Jul;269(2):441-515. doi: 10.1113/jphysiol.1977.sp011911.
本文描述了一种用于对分离的肌纤维施加长度阶跃变化的装置。该阶跃在约0.2毫秒内完成。
通过使用光斑跟踪装置以及用金属夹在靠近纤维末端处夹住肌腱,消除了肌腱顺应性的影响。
力传感器的固有频率高于10千赫兹。
在强直刺激期间,对来自林蛙胫前肌的约6毫米长的分离肌纤维施加了各种幅度和任意方向的阶跃。初始肌节长度为2.0 - 2.2微米,温度为0 - 3摄氏度。
对阶跃的张力响应可分为四个阶段。初始响应是在阶跃本身期间的明显弹性变化(阶段1)。阶跃完成后,张力迅速部分恢复到原始张力(阶段2,持续2 - 5毫秒),随后恢复减慢或反转(阶段3,10 - 50毫秒),最后非常缓慢地恢复到原始张力(阶段4)。本文大部分内容关注阶段1和阶段2。
初始张力变化(阶段1)与施加的长度变化同步发生,表明纤维具有几乎线性且几乎无阻尼的顺应性。其刚度使得每半个肌节约4纳米的瞬时缩短会使张力从等长值降至零。
阶段1中未检测到阻尼表明受刺激纤维的粘性远小于静止纤维的表观粘性。
当施加非常大的阶跃时,瞬时力 - 伸长曲线以锐角接近长度轴,并且力传感器处出现负张力。这些观察结果表明,负责纤维刚度的结构在未受张力时保持刚性。
在阶跃后的几毫秒内(阶段2),张力恢复到阶跃前水平的部分程度。在缩短阶跃中,这种恢复的时间进程由四个指数项的总和充分拟合,并且在不同幅度的阶跃中相似,但步长越大时间尺度越短。在拉伸中,慢成分比在释放中相对更大。
阶段2中达到的张力水平T(2)仅取决于阶跃的总幅度,而不取决于长度变化的时间进程,前提是它在1 - 2毫秒内完成。因此,阶跃期间达到的极限张力可以有很大变化,而T(2)没有可检测到的变化。
对于每半个肌节高达约3纳米的拉伸和释放,这种早期恢复几乎是完全的,因此T(2)相对于阶跃幅度的曲线几乎是水平的。对于更大的释放,曲线向下弯曲,在每半个肌节约14纳米的释放中达到零。
当温度升高时,产生的张力和刚度都增加,但张力的相对增加大于刚度。因此,使张力降至零所需的瞬时缩短量也增加。
给出了一组经验方程,它们充分描述了响应任何施加的缩短时间进程时张力变化的最初几毫秒。
快速弹性和早期张力恢复类似于两个弹性成分和一个粘性成分组合的响应。给出了倾向于用与一个阻尼顺应性串联的无阻尼顺应性(沃伊特元件)来解释而不是用与粘性和弹性成分的串联组合并联的无阻尼弹性(麦克斯韦元件)来解释的原因。
快速顺应性并不对应于肌肉收缩双成分理论中的“串联弹性成分”。