骨骼肌收缩的生物电化学变频调控原理——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理(Ⅱ)

摘要：

以骨骼肌肌纤维中的肌小节为对象,建立了肌膜动作电位活动与由动作电位引发的肌小节内Ca2+浓度变化的生物电化学模型,并给出了相应的数学描述;以此模型为基础,从控制学角度阐明了由分子马达集体运作产生的肌纤维稳态收缩功率的调控方式,即作为控制信号的动作电位如何调控作为驱动信号的Ca2+浓度,及其间接调控肌纤维等长收缩力的原理与相关特性,并设计实验对收缩力与动作电位激励频之间的关系进行了验证;相应地,本文进一步阐述了动作电位对肌纤维的动态收缩功率的调控方式是变频控制,并导出了从动作电位频率变化到肌小节内Ca2+浓度变化的传递函数,分析了肌纤维收缩的频域特性.另一方面,由理论分析的结果出发,提出了表征从控制信号触发到肌纤维开始收缩的最小滞后时间——“肌电时间常数”的概念,最后讨论了肌纤维收缩的变频控制方式的物理内涵及其合理性.

关键词：分子马达、肌纤维、动作电位、Ca2+浓度、调控原理

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资助基金：国家自然科学基金61075101/60643002;国家重点基础研究发展计划"973"计划2011CB013203;上海交通大学理工交叉研究基金重点项目和医工交叉研究基金重大项目YG2010ZD101

在线出版日期：2013-01-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：901-910