Fysiologiskt tvärsnittsarea (PCSA) Redigera
En fördel med pennatmuskler är att fler muskler fibrer kan packas parallellt, vilket gör att muskeln kan producera mer kraft, även om fibervinkeln till verkningsriktningen innebär att den maximala kraften i den riktningen är något mindre än den maximala kraften i fiberriktningen. (blå linje i figur 1, även känd som anatomisk tvärsnittsarea, eller ACSA) representerar inte exakt antalet muskelfibrer i muskeln. En bättre uppskattning tillhandahålls av den totala arean av tvärsnitten vinkelrätt mot muskelfibrerna (gröna linjer i figur 1). Detta mått är känt som det fysiologiska tvärsnittsarean (PCSA) och beräknas och definieras vanligen av följande formel (en alternativ definition ges i huvudartikeln):
PCSA = muskelvolym fiberlängd = muskelmassa ρ ⋅ fiberlängd, {\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {muskelvolym}} \ över {\ text {fiberlängd}}} = {{\ text {muskelmassa}} \ över {\ rho \ cdot {\ text {fiberlängd}}}},}
där ρ är muskeltätheten:
ρ = muskelmassa. {\ displaystyle \ rho = {{\ text {muskelmassa}} \ över {\ text {muskelvolym}}}.}
PCSA ökar med pennationsvinkel och med muskellängd. I en pennatmuskel är PCSA alltid större än ACSA. I en icke-pennat muskel sammanfaller den med ACSA.
Förhållandet mellan PCSA och muskelkraft Redigera
Den totala kraften som utövas av fibrerna längs deras sneda riktning är proportionell mot PCSA. Om muskelfibrernas specifika spänning är känd (kraft som utövas av fibrerna per PCSA-enhet) kan den beräknas enligt följande:
Total kraft = PCSA ⋅ Specifik spänning {\ displaystyle {\ text {Total kraft} } = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Specifik spänning}}}
Endast en del av den kraften kan dock användas för att dra senan i önskad riktning. Denna komponent, som är den verkliga muskelkraften (även kallad senakraft), utövas längs muskelns verkningsriktning:
Muskelkraft = Total kraft ⋅ cos Φ {\ displaystyle {\ text {Muscle force} } = {\ text {Total kraft}} \ cdot \ cos \ Phi}
Den andra komponenten, ortogonal mot muskelns verkningsriktning (ortogonal kraft = Total kraft × sinΦ) utövas inte på senan, men helt enkelt klämmer muskeln genom att dra sina aponeuroser mot varandra.
Lägg märke till att även om det är praktiskt praktiskt att beräkna PCSA baserat på volym eller massa och fiberlängd, PCSA (och därför den totala fiberkraften, som är proportionell mot PCSA) är inte proportionell mot enbart muskelmassa eller fiberlängd. Den maximala (tetaniska) kraften hos en muskelfiber beror helt enkelt på dess tjocklek (tvärsnittsarea) och typ. Det beror på intet sätt bara på dess massa eller längd. Till exempel, när muskelmassa ökar på grund av fysisk utveckling under barndomen, kan detta bara bero på en ökning av muskelfibrernas längd, utan förändring i fibertjocklek (PCSA) eller fibertyp. I detta fall ger inte en ökning av massan en kraftökning.
Lägre hastighet för shorteningEdit
I en pennatmuskel, som en följd av deras arrangemang, är fibrerna kortare än de skulle vara om de sprang från ena änden av muskeln till den andra. Detta innebär att varje fiber består av ett mindre antal N sarkomerer i serie. Ju större pennationsvinkeln är desto kortare är fibrerna.
Den hastighet med vilken en muskelfiber kan förkortas bestäms delvis av muskelfiberns längd (dvs av N). Således kommer en muskel med en stor pennationsvinkel att dras långsammare än en liknande muskel med en mindre pennationsvinkel.
Figur 2 Arkitektoniskt utväxlingsförhållande
Arkitektoniskt utväxlingsförhållandeEdit
Arkitektoniskt utväxlingsförhållande, även kallas anatomiskt utväxlingsförhållande, (AGR) är en egenskap hos pennatmuskel definierad av förhållandet mellan den längsgående belastningen av muskelen och muskelfiberstammen. Ibland definieras det också som förhållandet mellan muskelförkortningshastighet och fiberförkortningshastighet:
AGR = εx / εf
där εx = längsgående belastning (eller muskelförkortningshastighet) och εf är fiberstam (eller fiberförkortningshastighet).
Man trodde ursprungligen att avståndet mellan aponeuroser inte förändrades under sammandragningen av en pennatmuskel, vilket krävde att fibrerna skulle rotera när de förkortades. Det senaste arbetet har dock visat att detta är falskt och att graden av fibervinkelförändring varierar under olika belastningsförhållanden. Denna dynamiska växling växlar automatiskt för att producera antingen maximal hastighet under låga belastningar eller maximal kraft under höga belastningar.