Aria secțiunii transversale fiziologice - Physiological cross-sectional area

Figura 1 Aranjamente Pennate din fibră musculară. Liniile verzi reprezintă PCSA; liniile albastre reprezintă ACSA

În fiziologia musculară , aria secțiunii transversale fiziologice (PCSA) este zona secțiunii transversale a unui mușchi perpendicular pe fibrele sale, în general în punctul său cel mai mare. Este de obicei folosit pentru a descrie proprietățile de contracție ale mușchilor pennati . Nu este același lucru cu aria secțiunii transversale anatomice (ACSA), care este zona de secțiune transversală a unui mușchi perpendicular pe axa sa longitudinală. Într-un mușchi non-pennat, fibrele sunt paralele cu axa longitudinală și, prin urmare, PCSA și ACSA coincid.

Definiție

Un avantaj al mușchilor pennați este că mai multe fibre musculare pot fi împachetate în paralel, permițând astfel mușchiului să producă mai multă forță, deși unghiul fibrei în direcția de acțiune înseamnă că forța maximă în acea direcție este ceva mai mică decât forța maximă din direcția fibrei.

Zona secțiunii transversale a mușchilor (linia albastră din figura 1, cunoscută și sub numele de secțiune transversală anatomică sau ACSA) nu reprezintă cu precizie numărul de fibre musculare din mușchi. O estimare mai bună este oferită de aria totală a secțiunilor transversale perpendiculare pe fibrele musculare (liniile verzi din figura 1). Această măsură este cunoscută sub numele de aria secțiunii transversale fiziologice (PCSA) și este frecvent calculată și definită prin următoarea formulă, dezvoltată în 1975 de Alexander și Vernon:

${\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {volum muscular}} \ over {\ text {lungime fibră}}} = {{\ text {masa musculară}} \ over {\ rho \ cdot {\ text {lungime fibră}}}},}$

unde ρ este densitatea mușchiului:

${\ displaystyle \ rho = {{\ text {masa musculară}} \ peste {\ text {volum muscular}}}.}$

PCSA crește cu unghiul de penație și cu lungimea musculară. Într-un mușchi penat, PCSA este întotdeauna mai mare decât ACSA. Într-un mușchi non-pennat, acesta coincide cu ACSA.

Estimarea forței musculare din PCSA

Forța totală exercitată de fibre în direcția lor oblică este proporțională cu PCSA. Dacă se cunoaște tensiunea specifică a fibrelor musculare (forța exercitată de fibre pe unitate de PCSA), aceasta poate fi calculată după cum urmează:

${\ displaystyle {\ text {Total force}} = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Specific tension}}}$

Cu toate acestea, numai o componentă a acestei forțe poate fi utilizată pentru a trage tendonul în direcția dorită. Această componentă, care este adevărata forță musculară (numită și forță a tendonului ), se exercită de-a lungul direcției de acțiune a mușchiului:

${\ displaystyle {\ text {Muscle force}} = {\ text {Total force}} \ cdot \ cos \ Phi}$

Cealaltă componentă, ortogonală la direcția de acțiune a mușchiului (Forța ortogonală = Forța totală × sinΦ) nu se exercită asupra tendonului, ci pur și simplu stoarce mușchiul, trăgându-și aponevrozele unul către celălalt.

Observați că, deși este practic convenabil să se calculeze PCSA pe baza volumului sau masei și a lungimii fibrelor, PCSA (și, prin urmare, forța totală a fibrei, care este proporțională cu PCSA) nu este proporțională cu masa musculară sau cu lungimea fibrelor. Și anume, forța maximă ( tetanică ) a unei fibre musculare depinde pur și simplu de grosimea (zona secțiunii transversale) și de tipul acesteia . În niciun caz nu depinde doar de masa sau lungimea sa. De exemplu, atunci când masa musculară crește din cauza dezvoltării fizice în timpul copilăriei, acest lucru se poate datora doar unei creșteri a lungimii fibrelor musculare, fără modificări ale grosimii fibrelor (PCSA) sau ale tipului de fibre. În acest caz, o creștere a masei nu produce o creștere a forței.

Uneori, creșterea masei este asociată cu o creștere a grosimii. Numai în acest caz va avea un anumit efect asupra forței fibrelor, dar acest efect va fi proporțional cu creșterea grosimii, nu cu creșterea masei. De exemplu, în unele etape ale dezvoltării fizice, creșterea masei se poate datora atât creșterii PCSA, cât și a lungimii fibrelor. Chiar și în acest caz, forța musculară nu crește la fel de mult ca și masa musculară, deoarece creșterea masei este produsă parțial de o variație a lungimii fibrelor, iar lungimea fibrelor nu are niciun efect asupra forței musculare.

Definiție alternativă

În 1982, o altă definiție a PCSA, denumită aici PCSA ₂ , pentru a facilita comparația cu definiția anterioară, a fost introdusă de Sacks & Roy:

${\ displaystyle {\ text {PCSA}} _ {2} = {{\ text {volum muscular]} \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ text {lungime fibră}}} = {{\ text {masa musculară} } \ cdot \ cos \ Phi \ over {\ rho \ cdot {\ text {lungimea fibrei}}}},}$

Comparația arată că

${\ displaystyle {\ text {PCSA}} _ {2} = {\ text {PCSA}} \ cdot \ cos \ Phi.}$

într-un mușchi penat, deoarece este întotdeauna mai mic de 1, PCSA ₂ este întotdeauna mai mic decât PCSA. Prin urmare, nu poate fi descris ca aria totală a secțiunilor transversale perpendiculare pe fibrele musculare (liniile verzi din figura 1). Poate fi interpretat în două moduri: ${\ displaystyle \ cos \ Phi}$

1. Proiecția PCSA (linia verde din figura 1) pe planul secțiunii transversale anatomice (linia albastră).
2. ACSA a unui mușchi non-pennat cu aceeași forță ca și mușchiul pennat.

Aceasta implică faptul că, într-un mușchi precum cel din figura 1A, PCSA ₂ coincide cu ACSA. Dezavantajul acestei definiții este interpretarea mai complexă, avantajul său este că forța musculară poate fi calculată mai direct:

${\ displaystyle {\ text {Muscle force}} = {\ text {PCSA}} _ {2} \ cdot {\ text {Specific tension}}}$

În prezent, unii autori continuă să utilizeze definiția originală a PCSA, probabil datorită interpretării sale geometrice atrăgătoare intuitiv (figura 1).

Referințe