1-Amaliy mashg’ulot. Biomexanika va bioakustika. Mexanik ish, energiya va quvvat Muskul mexanikasi

1-Amaliy mashg’ulot. Biomexanika va bioakustika. Mexanik ish, energiya va quvvat


Muskul mexanikasi. Muskul kimyoviy energiyani ish bajara oladigan mexanik energiyaga aylantirish xususiyatiga ega. Bu ish ixtiyoriy harakatlarni bajarish, shuningdek, ichki a‘zolarning harakati uchun sarf bo’lad i.
Muskullar o‘z xossalariga ko’ra odatdagi qattlq jismlardan farq qiladi va elastomerlar, ya’ni kauchuk tipidagi materiallar jumlasiga kiradi. Buning sababi shuki, muskullar bilan kauchukning elastiklik moduli taxminan bir xil (1*10⁸ n/m²) muskul bilan kauchuk cho’zilganida rentgen nurlari difraksiyasining o‘zgarishlari bir xil bo’ladi, harorat o‘zgarishlariga muskul ham, kauchuk ham bir xil reaksiya ko’rsatadi. Muskul qisqaruvchan va elastik elementlardan tashkil topgan. Bu tizimning xossalari glitserin bilan ishlangan muskul preparatlari membrana borligidan kelib chiqadigan xossalarni yo’qotib, qisqaruvchan tizimlarni saqlab qoladi.
Bundan tashqari, aktomiozin eritmasi yoki aktin va miozin prcparatlaridan qisqaruvchan modda iplarini sintezlash mumkin. Shartli ravishda, odatda, muskullar modellari deb ataladigan mana shunday preparatlar muskul faoliyatini o‘rganish uchun juda qulay obyekt hisoblanadi. Mana shunday modellarga va tirik muskullarga har xil stimulator ta‘sir ettirib olingan eksperimental ma‘lumotlarning o‘z parametrlari jihatidan bir-biriga yaqin bo’lishini tekshirishlar ko’rsatib berdi. Masalan, modellarda hamda tirik muskulda izometrik qisqarishdan kelib chiqadigan taranglik taxminan bir xil bo‘ladi. Modellarda ham, tirik muskullarda ham ATF (Adenozintrifosfat) ning bir xil nisbatda bo iish i kuzatiladi.
Muskullar ishi. Muskullarning kimyoviy energiyasi, odatda, issiqlik aylanm asdan turib qisqarishning mexanik energiyasiga aylanadi. Termodinamik hisoblar skelet muskuli qisqarganda kuzatiladigan foydali ish koeffitsiyenti (ko’pchilik hollarda bu koeffitsiyent 50 %ga teng bo’ladi) muskulning issiqlik mashinasi tamoyiliga muvofiq ishlay olmasligini ko’rsatadi.
Shunday qilib, muskul issiqlik mashinasi singari ishlab, yoqilgini kimyoviy energiyaga aylantiradigan bo’lganda edi, ajralib chiqadigan energiyaning atigi 30 % ini o‘zlashtirish haroratning shu qadar ko’tarilib ketishiga olib borar ediki, bunda muskulning qisqaruvchan oqsillari muqarrar denaturatsiyaga uchrab qolgan bo’lar edi. Qisqarish vaqtida energiya muskul bajaradigan ish uchungina sarflanmasdan, balki issiqlik ajralishiga ham sarflanadi. Ish vaqtida muskullarning issiqlik hosil qilishi ancha kuchayadi va muskullarning qisqarish tezligiga bcvosita bog’liq bo’ladi. Muskul asta-sekin qisqarganda vaqt birligi ichida u tez qisqargandagiga qaraganda kamroq issiqlik ajralib chiqadi.
V.A. Engelgard va M.N. Lyubimova (1939) muhim kashfiyot qildilar. Ular miozin qisqaruvchanlik xossasi borligi bilan bir qatorda u fermentativ aktivlikka ham ega bo‘lib, ATFning makroergik bog’ini uzadigan adinozintrifosfataza fermenti ekanligini aniqlashdi.
Muskulda miozin bilan aktin miozinining fermentativ xossalarini taxminan 10 barobar kuchaytiradigan kompleks birikma aktomiozin hosil qila oladi. Aktomiozin ATF ta‘sirida kichik konsentratsiyadagi magniy ionlari ishtirokida aktin va miozinga dissotsiatsiyalanadi.
Muskul qisqarishida ATF ikki xil rol o‘ynaydi. U aktimiozin aktin va miozinga dissotsiatsiyalanishiga sabab bo’ladi va ayni vaqtda miozinning adinozintrifosfataza xossalari ta‘siri bilan o‘zi parchalanib, muskulning qisqarishi uchun zarur energiyani ajratib chiqaradi. Muskuldagi qisqaruvchan oqsillarning makromolekulalari kooperativ tizimlarga misol bo’la oladi. Bunga sabab shuki, ularning sababchisi o‘zlarini hosil qiluvchi elementlarining o’zaro ta’siriga bog’liq. Muskul qisqarishi kooperativ xarakterga ega, chunki muskul ishi qisqaruvchi oqsillar konfiguratsiyasining o‘zgarishiga bog’liq. Bu hodisalar ketma-ket bo’lib o’tadigan bir qancha fazalar bilan yuzaga chiqishi mumkin. Bu fazalar bir-biriga bog’liq bo’lib, bir-birini taqozo etishi muskul reaksiyasini ta’minlaydi.
Suyak to’qim asining 2/3 qismi noorganik modda (gidroksil appatit)lardan tashkil topgan. Qolgan qismi organik moddadan kollagendan (yuqori molekular birikmadan) yuksak elastik xossaga ega bo‘lgan tolali oqsildan tashkil topgan. Gidroksil appatit kristallchalari kollagen to’qimalari (fibrillalar) orasida joylashgan.
Suyak to’qimalari zichligi 2400 kg/m³, uning mexanik xossasi yoshga va tananing qismiga qarab turlicha bo’ladi. Teri kollagen tolalaridan, elastin va asosiy to’qima materialidan iborat. Kollagen quruq massasining 75% ini, elastin esa 4 % ini tashkil qiladi.
Hamma biologik materiallar qayishqoq, elastik xossalarga ega, biroq elastiklik ayrim hollarda qayishqoqlikdan ustunroq bo’ladi. Qayishqoqlik va elastik xossalarining bir-biriga nisbati bir tomondan materialning duch kelayotgan deformatsiyalar oralig’iga, ikkinchi tomondan mexanik kuchlanishning vaqtga qarab o’zgarishiga bog’liqdir.
Ko’pchilik biologik materiallar qayishqoq elastik xossalari anizotropiyaga, ya’ni elastiklik modulining turli yo‘nalishlar bo’yicha har xil qiymatlarga ega ekanligi aniqlangan. 1.14-rasmda ho’kiz son suyagi elastiklik modulining bo’ylama o’qiga nisbatan joylashish burchagiga bog’liqligi ko’rsatilgan. Quyidagi grafikning bunday ko’rinishi suyak funksional tuzilishining murakkabligidan dalolat beradi.

Biologik materiallarning cho’zilish paytidagi holatini elastik deb qarash emas, qayishqoq elastik deb qarash zarur. Ho‘kiz va quyonning son suyagi uchun kuchlanish-deformatsiya bog’lanish chizig’ida 1,2*l0¹⁰ n/m² kuchlanishdan yuqoriroq kuchlanishlarda suyak elastik chegarasidan o’tishi aniqlangan. Suyak ε=5*10^-4 dan yuqoriroq cho’zilishda qoldiq deformatsiyalangan bo’ladi. Biologik mexanizmlarning harakatlanuvchi qismlari, odatda, uning harakatidagi qo’zg’aluvchi yoki qo’zg’almas qismlari bilan tutashtirilgan bo’ladi.
Skelet suyaklari va muskullar birlashmasidan iborat bo’lgan bo’g’inlar, hayvonlar va odam tayanch-harakatlanish tizimini hosil qiladi. Umurtqalilar biostatikasining asosiy prinsipi katta cho’zilishlarga bardosh bera oladigan muskul va paylar bilan katta siqilish va egilishga chidaydigan suyaklar birikishi mavjudligidir.
Normal tik turgan odam tanasida suyak va muskullardan iborat bo’g’inlar juda turg’unmas holatdagi tizimni hosil qiladi. Shunga qaramasdan butun tizimning m uvozanatda saqlanishiga sabab, tanani ushlab turuvchi muskullar tizimining doimiy taranglanib turishi tufaylidir.
XX asrning 70—80-yillarida R. Aleksandrov tomonidan o‘tkazilgan tadqiqotlarda oyoqning suyaklariga maksimal kuchlanishi chopayotgan kenguruda, sakrayotgan itda, tez harakatlanayotgan kiyikda, ho’kizda va filda aniqlangan. Bu hayvonlar massasi 7 dan 2500 kg gacha bo’lib, 350 marta farq qilsa ham, maksimal kuchlanishlar kam farq qilgan: 50 dan 150 MN/m² gacha.