Математическое моделирование механических свойств скелетных мышц с учётом растяжимости белковых нитей

• Автор: Шестаков, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ:
Введение (1)
ГЛАВА I. Обзор.
1.1. Устройство скелетной мышцы (6)
1.2. Механические эксперименты и математические модели (12)
1.3. Биохимический цикл работы поперечных мостиков (19)
1.4. Скачок температуры (27)
1.5. Растяжимость актиновых и миозиновых нитей (30)
ГЛАВА II. Возможность вязкоупругости.
2.1. Предварительные замечания (37)
2.2. Элементарная кинетическая схема (38)
2.3. Модель, учитывающая растяжимость белковых нитей (44)
2.4. Динамическая модель. Учёт предварительного напряжения (47)
2.5. Введение дополнительной координаты (50)
2.6. Модель вязкоупругих мостиков (52)
2.7. Комбинированная модель (56)
2.8. Численное решение. Оценка констант (57)
2.9. Результаты вычислений. Комментарий (60)
2.10. Результаты вычислений. Сравнение разных моделей (66) ГЛАВА III. Моделирование термомеханических процессов.
3.1. Общие слова (72)
3.2. Устройство модели. Скачок температуры (73)
3.3. Численное решение. Оценка констант (76)
3.4. Результаты вычислений. Простые скачки температуры (81)
3.5. Результаты вычислений. Двойные скачки (96)

ГЛАВА IV. Моделирование биохимического цикла
4.1. Вступление (103)
4.2. Скачки концентраций АДФ и фосфата. Описание модели (104)
4.3. Скачки концентраций АДФ и фосфата. Численное решение. Оценка констант (108)
4.4. Результаты вычислений. Скачки концентрации фосфата (109)
4.5. Результаты вычислений. Скачки концентрации АДФ (113)
4.6. Скачки концентрации АТФ. Описание модели (117)
4.7. Скачки концентрации АТФ. Численное решение. Оценка констант (125)
4.8. Результаты вычислений. Поведение модели и вариация параметров (127)
4.9. Результаты вычислений. Сравнение с экспериментом (132) Заключение (143)
Приложение. Список литературных источников (145)

Введение
Актуальность проблемы. В основе современных представлений о механике мышечного сокращения лежит теория скользящих нитей [3,4], объясняющая этот процесс движением друг между другом нитей белков актина и миозина, приводящим к изменению длины мышечных волокон. Такое движение обеспечивается взаимодействием глобулярных голов миозина (образующих в этом случае так называемые «поперечные мостики») с актином. Со времён классической модели Э. Ф. Хаксли [11] для описания механических свойств активно сокращающейся мышцы используют кинетические модели, не учитывая при этом вклада растяжимости нитей миозина и актина в общую податливость волокна. Однако, в последние годы ряд рентгено-структурных и механических экспериментов [119,120,122,123] показал, что податливость нитей сравнима с податливостью голов миозина, и поэтому ею нельзя пренебрегать. Это обстоятельство обусловливает различие микродеформаций поперечных мостиков в различных точках зоны перекрытия актиновых и миозиновых нитей и вызывает необходимость построения и анализа соответствующих математических моделей.
миозиновым мостикам в уже упоминавшейся выше работе Форда с соавторами 1981 года [24].
Как выяснилось через несколько лет, вопрос о локализации упругого элемента в саркомере ещё не был решён, хотя ответ на него имеет принципиальное значение: например, наиважнейшую
механическую характеристику мышцы, жёсткость, определяют по ответам силы на синусоидальные колебания длины мышцы различной частоты и используют для оценки числа присоединённых мостиков, опять-таки в предположении об абсолютной жёсткости нитей.
Подозрения о том, что эластичность имеет место, время от времени возникали [107,108,109,110,111,112], но их серьёзность стала очевидной только в 1994 году с появлением работы Янагиды и коллег [46]. Они просто и непосредственно измерили податливость актина in vitro (гибкость и растяжимость актин-тропомиозинового комплекса самого по себе уже была установлена незадолго до этого [113] посредством метода прямого наблюдения за молекулами с использованием т.н. лазерной оптической ловушки, в которой отдельная молекула удерживается световым давлением [114,115,116,117,118]). Неожиданность результата потребовала опровержений или подтверждений, каковые и последовали незамедлительно.