Британские специалисты Королевского ветеринарного колледжа (RVC) опубликовали в «Журнале экспериментальной биологии» результаты своей работы, в которой они изучали совместную работу мышц и сухожилий. Они показали, что эти структуры «работают в унисон», чтобы переносить при движении вес тела без потери энергии. Исследователи надеются, что это открытие может привести к более обоснованному выбору в отношении вариантов лечения в хирургии, реабилитации и протезировании.
Авторы провели аналогию в работе двигательного аппарата со структурой велосипеда. Мышцы в этом случае подобны двигателю, приводящему механизм в движение, в то время как сухожилия являются трансмиссией, действующей подобно велосипедной цепи. В исследовании учёные выделили определённые «биомеханические трюки», с помощью которых мышцы и сухожилия поддерживают тело во время горизонтального движения, избегая лишней механической работы – эффективно взаимодействуя подобно колесу и велосипедным спицам.
Команда создала биомеханическую модель скелета животных, основанную на классической механике сцепления, с учётом возможностей и ограничений мышц. Они также использовали детали LEGO® и деревянные палочки для создания моделей, демонстрирующих работу шарнирных соединений из четырёх и шести стержней и включение разных мышц в разное время с помощью простых изменений геометрии.
Команда обнаружила, что животные избегают большого количества ненужной работы во время бега, поддерживая плечи и бёдра на одной высоте. Такое линейное движение достигается за счёт слаженной работы мышц и связок, образующих устойчивые соединения. Благодаря этим соединениям кости передних и задних конечностей работают как велосипедные спицы, не меняя длину при нагрузке под весом тела.
Исследователи полагают, что более глубокое понимание биомеханических взаимосвязей структур опорно-двигательного аппарата могло бы лучше обосновать выбор хирургических подходов, программ реабилитации и конструкций протезов.
Они добавляют, что если раньше «пружинистые» сухожилия и ноги рассматривались как ключ к эффективной локомоции, то теперь следует уделить больше внимания аспектам «скольжения» и сцепления как возможному доминирующему фактору экономичной локомоции.
Ведущий автор исследования профессор Джим Ашервуд, старший научный сотрудник Wellcome Trust в RVC, объяснил: «Уже 40 лет ветеринарному сообществу известно, что бегущим животным удаётся сохранять линейность движения их корпуса и что это может быть трюком, экономящим энергию, точно так же, как колесо или скейт позволяют переносить весовые нагрузки во время горизонтального движения. Чего нам не хватало, так это понимания того, как мышцам удаётся достичь этого, не тратя впустую огромное количество энергии на удержание такой конструкции».
Исследование было спонсировано фондом Wellcome Trust.
Источник: mrcvs.co.uk