Активно дълголетие
Глава IX КАК КОНСТРУКТОРЪТ НА ДВИГАТЕЛИ БИ КОНСТРУИРАЛ МЕХАНИЗМА НА МУСКУЛНОТО СЪКРАЩЕНИЕ
Изтегляне 5.17 Mb.
|
Свързани:
ПЕДАГОГИЧЕСКА-ХАРАКТЕРИСТИКА
| Глава IX
КАК КОНСТРУКТОРЪТ НА ДВИГАТЕЛИ БИ КОНСТРУИРАЛ МЕХАНИЗМА НА МУСКУЛНОТО СЪКРАЩЕНИЕ Общи съображения За да следи съзнателно и рационално за своето здраве, всеки мислещ човек трябва да знае какво става в неговите мускули, когато те по негово желание ту се свиват, извършвайки замислената работа, ту отново се отпускат. За съжаление съвременното равнище на знанията на физиологията, биофизиката и биохимията не позволяват днес да се даде, макар и приблизителна, схема, обясняваща това явление. Затова читателят трябва да простина автора опита да създаде такава въображаема схема за механизма на мускулното съкращение, която да отговаря по всички пунктове на техническото задание на наблюденията, направени от учените при изучаването на физиологията на живите мускули. Ще формулираме техническото задание, като изхождаме от явленията, наблюдавани от физиолозите в мускулите. При постепенно съкращение на мускула електрозарядът в него постепенно намалява. Следователно при един и същ товар на всяка геометрична дължина на мускула съответства определен отрицателен заряд (фиг. 13, В—С—Д). При вдигане на товар мускулът извършва работа, равна на произведението на товара и височината, на която той се издига. При извършване на работа ръката се изморява. Ръката се изморява повече и по-бързо, ако държи товара на една височина. При съкращение по дължината на мускула неговият напречен размер се увеличава по закона x2y = VK, където х е ширината на мускула, у — неговата дължина, V — обемът на отпуснатия мускул и К — коефициент (обемът на мускула практически не се изменя и след неговото съкращение) (фиг. 38). Свитият (напрегнатият) мускул е много трудно да се свие в напречна посока. По някаква причина в мускула се появяват противодействащи сили. Ако престанем да напрягаме мускула, тези сили мигновено изчезват, а формата на мускула не се изменя. От работещия и от неработещия мускул се отделя топлина. Няколко часа (2 - 3) след смъртта на човека топлината изчезва и мускулите постепенно преминават в състояние на трупно вкочаняване; при това те стават каменно твърди, а всички течности от тях се изтласкват във вътрешните органи. След изтичане на известно време трупното вкочаняване изчезва и мускулите отново омекват. Ако се прережат нервите (аксоните), съединяващи мозъчното вещество с мускулите, т. е. ако се прекрати постъпването в тях на нервни импулси, трупното вкочаняване на мускулите не настъпва. При къпане в студена вода или при пренапрежение често се наблюдават гърчове на отделни мускули, т. е. частична контрактура. При гърч мускулът се втвърдява и боли. Само продължителният масаж ликвидира последствията от уплътняването на мускула при гърча и го освобождава от струпаните шлакове и соли. Това още веднъж потвърждава лошото самостоятелно очистване на клетките от шлак без вмешателството на външни сили. Ако се пререже нервният ствол на ръката при рамото, ръката увисва като парцал. Кръвообращението в нея не се прекратява, но се прекъсва пътят на биотоковете. Вследствие на това клетките атрофират, венозната кръв отнася техните атоми и молекули, мускулите изсъхват и кожата се опъва върху костите Противоположното явление, т. е. нарастването на обема на мускула повече от два пъти, се наблюдава у нетренирания човек след усилени упражнения с гири и щанги, т. е. след систематичното възбуждане на силни биотокове. При изучаване на структурата на мускула с помощта на електронен микроскоп се изясни, че за осигуряване на закономерно съкращение на мускула по дължината му, както и за проявяването на всичките изброени по-горе четиринадесет негови свойства, на природата се е наложило да раздели целия обем на мускула на дълги, напречно набраздени мускулни влакна с напречен диаметър около 0,05 сантиметра. Ако приемем диаметъра на най-голямото напречно сечение на бицепса за равно на около 8 сантиметра, а запълването му — за 0,75, приблизителният брой на влакната в средното сечение на този мускул би бил около 1000. Но даже при такъв брой на нишките не се е удало да се организира тяхното съкращение по дължината. Затова природата е съставила всяко мускулно влакно от още по-тънки нишки — миофибрили — с дебелина 1—2 микрона и общ брой в средното сечение около 20 000 (фиг. 32), Изключително тънките миофибрили са разделени на още по-тънки, невидими за окото влакънца — дебели и тънки протофибрили (фиг. 33), разположени в строг геометричен (хексагонален)11 ред (фиг. 34). Те имат диаметър 100 ангстрьома, т. е. една десетохилядна от милиметъра. Това микроскопично делене на нишките позволява да се предположи, че механизма на мускулното съкращение природата е могла да осъществи само на молекулно равнище.. Кой вид енергия се превръща от мускула в механична енергия за вдигане на товара Предлаганата силова схема за принципа на механизма на мускулното съкращение трябва безусловно да отговаря на всички изисквания и свойства, с които природата е снабдила мускулите на човека. Ако схемата не обяснява макар едно от изброените свойства на живия мускул, това ще означава, че цялата идея на схемата не е годна за нищо. Преди да пристъпим към разработката на въображаемата схема, трябва най-напред да се ориентираме какъв вид енергия се превръща от мускула в механична енергия. Ние разполагаме с осем вида производителна енергия: термодинамична, аеродинамична, хидродинамична, слънчева, атомна, ядрена, химическа и електрическа. За да може мускулът да извършва работа, някой вид енергия трябва да бъде превърнат в механична енергия — потенциална (свита пружина) или кинетична (летящ куршум). Термодинамичната енергия не е подходяща за нашите разсъждения, защото превръщането й в механична задължително изисква изменения в обема на работното тяло, а обемът на отпуснатия и на съкратения мускул практически не се мени. Аеродинамичната и хидродинамичната енергия също не са подходящи, защото за превръщането им в механична се изисква циркулация на големи обеми газове или течности, каквато в мускулите не се наблюдава. Атомната и ядрената енергия, които се съпровождат с вредни излъчвания, също се изключват. Превръщането на химическата енергия в механична в основни линии е възможно само с помощта на отхвърлената от нас термодинамика или чрез мембрани по пътя на непосредственото превръщане на химическата енергия в електрическа. Слънчевата енергия също се превръща непосредствено в електрическа. Тези разсъждения ни позволяват да направим първия и най- важен извод: за механизма на мускулното съкращение природата е могла да избере само електрическата енергия, непосредствено превръщаща се в механична. Но какви сили могат да действат на молекулното равнище на протофибрилите? — Силите на гравитационното поле, силите на ковалентните връзки и силите на електромагнитните полета. Гравитационните сили са съвсем малки и могат да бъдат пренебрегнати, затова остават само електрическите сили на взаимодействието между йоните. Други сили на взаимодействие между молекулите на това равнище не могат да съществуват. Затова «хипотезата на хлъзгането“, предложена от биолога Хъксли, е нереална и погрешна, защото не дава научно обяснение на изброените по-горе свойства на живия мускул. Вторият фактор, потвърждаващ правилността на избора на електрическата енергия, е пункт 1 от нашата техническа задача. Там е указано, че вдигането на товара се съпровожда от падане на електрозаряда в мускула и че на всяка геометрична дължина съответства определен електрозаряд. Следователно съществува непосредствена връзка, между електроенергията и работата на мускула. Сега поставяме въпроса: как да се превърне електрическата енергия в механична работа на молекулно ниво? В електротехниката за тази цел са създадени много машини и механизми от различен тип. Но тяхната конструкция е неприложима към мускулите, състоящи се от молекули. Обаче съществуват апарати, позволяващи да се превърне електроенергията в работа с помощта на наелектризирани молекули. Такъв механизъм е елементарният ученически електроскоп (фиг. 35). Вие зареждате с електрозаряд листчетата хартия или фолио, сгънато на две, и крайчетата на хартията се разделят, защото едноименните заряди Е—Е се отблъскват. Работата на електро- зарядите е равна (като се махнат загубите) на работата за преодоляване на молекулната пъргавина на хартията. В четиризвенника (фиг. 36) молекулите, изобразени като шарнири А и В, са заредени с едноименни заряди. Силите на отблъскването между тях създават силата за повдигане на тежестта. За получаване на тази сила ние въведохме в схемата два заряда — А и В. Но тази силова схема противоречи на пункт 1 от нашето техническо задание, където експериментът е показал, че повдигането на товара се съпровожда, напротив, с намаляване на заряда. Можем да изберем схема, отговаряща на тази задача. За тази цел ще въведем в схемата на многозвенника и електрозарядите С и с противоположен знак по отношение на зарядите А и В. Ще изберем количеството на електрозарядите в точките А, В, С и D така, че звената на нашия ромб да се намират в равновесие (пунктираната схема). Сега да отнемем от молекулите С и D един заряд. Тогава зарядите С и D ще се отблъскват по-слабо и равновесието във фигурата ще се наруши. За да се възстанови равновесието, към точките С и D трябва да се приложи сила, способна да повдигне тежестта; тогава във всички звена на молекулите ще настъпи равновесие. Според закона за съхранение на енергиите работата, извършена за повдигане на тежест на известна височина, ще бъде равна на енергията на двата отнети електрозаряда С и D. Тази схема може да се изчисли. Тя удовлетворява напълно изискванията на пункт 1 от техническата задача. Любопитно е, че за да се свие в напречна посока този силов ромб, пречат силите на взаимното отблъскване на зарядите А и В. Но щом престанем да притискаме ромба, силите, противодействащи на нашите пръсти, изчезват, защото всички сили в ромба са уравновесени. Това свойство на схемата отговаря на изискванията на пункт 2. И така, да приемем като един от работните варианти за решаване на цялата наша задача предлаганата йонна силова електромолекулярна схема. Сега да минем към разглеждане на проектирания от нас. предварителен механизъм на мускулното съкращение. На фиг. 37 е изобразен мускул (бицепс) от ръката на човек. За опростяване на задачата в началото ще го заменим със схема във вид на удължен шарнирен ромб. В ъглите но хоризонталата ще струпаме положителни йони, а по вертикалата — отрицателни. Едноименните заряди се отблъскват, а разноименните се притеглят. Зарядите 1—1 и 7—7 в ъглите на ромба са подбрани така, че всички равнодействуващи сили на Кулон в многозвенника се уравновесяват. Според изчисленията това става, при условие че положителните заряди съдържат по един заряд, а отрицателните — по 7 заряда и ъгълът на върха на ромба е 30°. Отношението на броя на зарядите е 1:7. За да се повдигне тежестта, трябва съгласно диаграмата (фиг. 12) да се намали броят на свободните отрицателни електрозаряди примерно от 7—1 на 4—4. Тогава намалените отрицателни заряди 4—4 ще се отблъскват по-слабо. Следователно за новото равновесие на силите в многозвенника ще е необходимо да се добави теглото на тежестта, която леко ще се повдигне над масата. За да я повдигнем още по-високо, ще трябва да намалим още повече броя на отрицателните заряди и пр. Аналогичното постепенно разреждане на мускула наблюдаваме на диаграмата (фиг. 12, участък Б—В) при постепенно вдигане на тежестта с ръка. Следователно за удържане на едно и също тегло при различна степен на съкращение на мускула се изисква различен брой заряди в мускула. Изменението на ъглите в многозвенника потвърждава това. По такъв начин пункт 1 от нашето техническо гадание е удовлетворен от схемата. Съгласно закона за запазването на енергиите работата за вдигане на тежестта на дадена височина трябва да бъде равна на енергията на отнетите от многозвенника електрони, като се махне загубата. Пункт 2 е удовлетворен. Колкото повече отрицателни заряди се отнемат, толкова повече многозвенникът се доближава до квадрата (фиг. 37, III). Когато броят на отрицателните и положителните заряди се изравни, т. е. във всички ъгли остане по един заряд, многозвенникът ще се превърне в квадрат и равнодействуващите на всички електрически сили (изчислението потвърждава това) ще заставят йоните, разположени в ъглите на квадрата, да се притеглят един към друг с такава сила, че мускулът ще се превърне в твърдо тяло. Ние наблюдаваме това явление при трупното вкочаняване, когато кръвообращението ее прекратява, окислителните реакции в мускулите се нарушават, всички свободни отрицателни заряди се неутрализират и остава само неутрална йонизирана среда, в която броят на положителните и отрицателните йони е равно (йонна симетрия). Пункт 8 се удовлетворява. За да видим огромната величина на силите на Кулон — взаимното притегляне на зарядите, — достатъчно е да кажем, че два разноименни заряда с количество електричество по един кулон, отстоящи един от друг на разстояние един километър, се притеглят със сила 0,9 тона. Сега трябва да помислим къде отиват след смъртта на човека отнетите свободни заряди и къде те се неутрализират. В пункт 10 е казано, че след прорязване на нервите не настъпва вкочаняване. Следователно свободните заряди от мускулите при вкочаняване могат да се насочат по електропроводните нерви в съдържащото положителни заряди мозъчно вещество. Ако нервът е прерязан, зарядите ще си останат в мускулите и вкочаняване няма да настъпи. След неутрализацията на всички заряди и завършването на трупното вкочаняване мускулите се отпускат поради осмотични сили. При свиване на мускула по дължина ние наблюдаваме увеличаване на напречния му размер по експериментална крива, изобразена на диаграмата (фиг. 38). Тук е нанесена и закономерната теоретична крива на измененията в напречния размер х на нашия ромб-многозвенник при съкращение на дължината му по уравнението х2y = VK = const. Разликата на кривите не превишава 2%. Това говори в полза на хипотезата за многозвенника. Пункт 5 е удовлетворен. Напрегнатият мускул трудно се свива по напречното си сечение. Пръстите срещат силно съпротивление. Откъде възникват такива удивителни сили в мускула? Схемата на многозвенника обяснява това. За да свием мускула по напречното му сечение, трябва да приближим уравновесените положително заредени йони 1 — I на многозвенника (фиг. 38). Но да се направи това е много трудно, защото силите на Кулон — взаимното отблъскване на едноименните заряди — пречат на тяхното доближаване. Пункт 6 се удовлетворява. Следователно силовият ромб (в първо приближение) е правдоподобен. Предложената схема показва, че елементарният мускулен електродвигател на молекулно ниво би могъл да изглежда така. Работата се усложнява Но работата се усложнява от това, че ромбът е плоскости а фигура, а тънката протофибрила в мускула е обемна тръбичка (обвивка), запълнена с плазма и молекули. За да стане силовият ромб обемна фигура, трябва да му се придаде въртене около вертикалната ос. Тогава той ще се превърне в два конуса с обща основа, където ще се разположат положителните заряди, а на върховете ще се окажат отрицателните, както по-рано в отношение 1:7. Веригата от такива конуси (фиг. 39,1) ще представлява силовият скелет на обемните тънки протофибрили. Но те съдържат седем пъти повече отрицателни заряди, отколкото положителни, и това би довело до появата в мускула на огромен свободен електрозаряд. В мускулите това не става. Значи, някъде наблизо до отрицателните заряди трябва да се разполагат равно количество положителни заряди. и действително с помощта на електронния микроскоп може да се види, че в центъра на разположението на шест тънки протофибрили се намира една дебела протофибрила, отделена от тях с ципа. За да бъдат компенсирани отрицателните заряди на тънките протофибрили, необходимо е в дебелите протофибрили верижките от конусни многозвенници да имат огледално разположение на зарядите, т. е. положителните заряди да са на върховете на конусите, а отрицателните —в основите им (фиг. 39, II). На фиг. 39, IV е показана снимката на Хайоши, направена с електронен микроскоп при увеличение 250 000 пъти. Виждат се дебелите (тъмните) и тънките (светлите) протофибрили. До снимката е схемата на автора (фиг. 39, III), За съкращение на мускула трябва да се намали броят на зарядите на върховете на конусите. Това може да се постигне, като се премахне част от отрицателните заряди от тънките протофибрили и като се неутрализират с тях част от положителните заряди в дебелите протофибрили. Но между дебелите и тънките протофибрили има обвивки. Как са устроени те, щом тази неутрализация става само тогава, когато аз «искам» да свия мускула? Как природата е трябвало да построи механизма на волевото съкращение на мускулите В техниката аналогични функции изпълнява усилващата радио-лампа (или кристалът на полупроводника). В зависимост от величината на потенциала, постъпващ на мрежата, електропроводността на лампата се изменя. Известно е, че някои клетки и молекули притежават свойството на полупроводници. Следователно по нашата схема обвивките на протофибрилите трябва да имат свойства на радиолампи. Ако по тях се пропускат най-слаби токове — «токове на действието», обвивките стават електропроводими и през тях могат да преминават например отрицателните заряди за неутрализация на положителните заряди на дебелите протофибрили. По такъв начин токовете на действието могат да регулират величината на взаимната неутрализация на зарядите, силата на мускулите и степента на тяхното съкращение. Токове на действието Според нашата схема обвивките на протофибрилите, както и влакнестото вещество в нервите — аксоните, са наситени с отрицателни заряди. Мозъчното вещество носи в себе си струпване на положителни заряди. Електроните в нервите се стремят да неутрализират зарядите. За да не става това произволно» природата е трябвало да създаде механизъм, регулиращ движението от нервите към мозъка. Изглежда, че такова устройство е невронът, с който завършва всеки аксон в мозъка. Към неврона се присъединяват дендритите, свързващи го с другите нервни клетки на мозъка. Ако аз искам да вдигна тежестта, чрез съответния дендрит постъпва много слаб ток в полупровидниковия неврон, свързан с мускул чрез аксона. Невронът става електропроводим. По нерва и по обвивките на протофибрилите тръгват нервни импулси — токове на действието. Те регулират токовете в обвивките и неутрализацията на отрицателните и положителните заряди в протофибрилите. Многозвенниците се съкращават и мускулът извършва работа. За да може многозвенникът в протофибрилите да възстанови формата си, на мястото на неутрализираните заряди трябва да се явят нови. Те се създават от клетките в процеса на окислителните реакции. Ако няма токове на действието, зарядите в протофибрилите не се неутрализират, възстановителна реакция не става и няма обмяна на веществата. Това се наблюдава след повреждане на аксона. Мускулът изсъхва и умира. Следователно даже когато спим, дендритите трябва да осигуряват минимални токове на действието, необходими за непрекъснатите химически реакции и за обмяната на веществата. Колкото по-често и по-силно се възбуждат токовете на действието,толкова по-интензивно протичат електрообменът и обмяната на веществата в мускулите, толкова по-силен и здрав става човекът. Изтегляне 5.17 Mb. Сподели с приятели:
|