Сильный, как перышко: новые взгляды на оптимальное строение мышц

Являются ли самые большие и выпуклые икроножные мышцы самыми мощными? Ученые, проводящие новые исследования в области мышечной архитектуры, говорят, что наибольшую силу обеспечивает не размер мышцы, а ее расположение, особенно перистое расположение, называемое «перистым».

Доцент Кристофер Клементе из Университета Саншайн-Кост, доктор Тейлор Дик из Университета Квинсленда, доктор Роберт Рокенфеллер из Университета Кобленца и доктор Михаэль Гюнтер из Университета Штутгарта использовали математические модели, чтобы определить окончательную структуру мышц, обнаружив какой угол мышечных волокон лучше всего соответствует соотношению длины и толщины мышцы.

Их идеи, опубликовано сегодня в Королевское общество открытой наукиможет повлиять на то, как тренируются спортсмены и создаются роботы.

«По сути, чем больше мышечных волокон работают бок о бок, тем большую силу могут генерировать мышцы», — сказал доктор Клементе.

«Благодаря расположению большего количества волокон под углом перистые мышцы имеют увеличенную площадь поперечного сечения, что напрямую связано с их способностью производить силу.

«Хотя на первый взгляд эта конструкция кажется неэффективной, мы знаем, что это чудо естественного дизайна, усовершенствованное эволюцией. »

Однако компромисс заключается в том, что, хотя перистые мышцы превосходны в производстве силы, они не так эффективны в скорости.

Хотя это уже было известно, новое исследование определило второй критерий дизайна: взаимосвязь между длиной и толщиной мышц.

Используя математические и геометрические модели, исследователи смогли определить оптимальный угол перистости, соответствующий соотношению длины и толщины мышцы, чтобы обеспечить максимальную силу. Они назвали это явление «механическим преимуществом пеннации».

Ведущий автор доктор Рокенфеллер сказал, что лучшее понимание угла перистости вдохновит на новые подходы в биомеханике и робототехнике.

«Эти знания могут помочь улучшить программы тренировок для спортсменов, улучшить методы реабилитации после травм и даже вдохновить на создание более эффективных конструкций роботов и протезов, имитирующих движения человека», — сказал он.

«По мере того, как мы продолжаем узнавать больше о мышечной архитектуре, становится ясно, что природа оптимизировала наши мышцы сложными и невероятно эффективными способами.

«Поэтому в следующий раз, когда вы будете восхищаться мощными икрами велосипедиста или взрывным стартом спринтера, помните, что большая часть их силы заключается в гениальном, перистом строении некоторых их мышц — подвиге естественной инженерии, усовершенствованном на протяжении многих лет. миллионы лет. »