収縮時骨格筋の外部仕事吸収特性に関する研究

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身体の関節運動は一対の屈筋と伸筋の協調的収縮によって円滑に行なわれる。このさい一方の筋は収縮して仕事をなし、他方の筋は伸張されて仕事を吸収する。したがって、筋肉の外部仕事吸収はその仕事をなす能力と同様に重要である。しかし筋肉の仕事吸収特性に関する研究はきわめて少ない。われわれは骨格筋の外部仕事吸収特性を単一筋線維を用いて研究している。平成5年度に行なった研究の方法および主要な結果は以下のように要約される。研究方法:アカガエル(Rana japonica)のtibialis anterior muscleから分離した単一筋線維を張力トランスデューサーとサーボモーター間に水平にマウントした。まずサーボモーターをlength clamp modeで作動させ、筋線維を反復電気刺激(30〜50〓)により等尺性強縮状態とする。等尺性収縮張力が定常値に達したところで、サーボモーターにより種々の速度で筋線維に低速度伸張(線維初期長の5〜10%)を与えた。上記の伸張完了直後、筋線維を低速度で短縮させ伸張前の初期長にもどすか、あるいはさらに5〜10%短縮を行なわせた。このさい、サーボモーターはマイクロコンピューターのプログラムによって作動させ、筋線維の長さおよび張力変化の時間経過、およびこれに対応する筋線維の長さ張力ループをXYプロッターに記録し解析した。研究結果:まず、等尺性収縮中の筋線維を伸張し、ついで伸張と同じ距離短縮させたさいの長さ張力ループの形状はいびつな楕円形となり、同一の筋線維長での張力は常に伸張時のほうが短縮時よりも大であるため時計方向に回転した。この長さ張力ループの面積は筋線維が伸張時にサーボモーターがら吸収した仕事量に相当する。この仕事量は一定量の伸張では伸張速度増大ともに増大しある限界値に達することが分かった。この伸張速度と仕事吸収量との間の関係は現在詳細に検討中である。次に、等尺性収縮中の筋線維を伸張したのち、初期長をこえてさらに短縮された場合には、前期の長さ張力ループは筋線維が伸張に続く短縮によって初期長にもどった時点で完成し(筋線維は初期長以下に短縮されることを“知らない"ので当然であるが)、初期長以下の短縮は長さ張力ループからはみ出した曲線として記録される。この“長さ張力曲線"は、等尺性収縮中の筋線維に伸張を与えずに短縮させたときの長さ張力曲線と完全に一致した。この結果は、等尺性収縮中の筋線維が伸張中に吸収した仕事は筋線維が短縮して初期長に達する間にすべて放出されることを示している。今後上記の筋線維の吸収する仕事が直列弾性要素にどの程度貯えられているかを検討するため、伸張後の短縮の経過を速い部分と遅い部分(つまりStep-and-ramp release)からなるようにした場合の長さ張力ループを詳細に調べることを計画している。