На 29.03., вторник, от 17:15 до 19 часа в зала 514, 5-ти етаж, ФМИ, проф. дтн Росица Райкова, Институт по биофизика и биомедицинско инженерство, БАН, ще представи проблема::
Реалистичен модел на скелетен мускул и на неговото управление
Резюме: Моделирането е подходящ неинвазивен метод за изследване на движенията на крайниците на човека и животните. Основният проблем при моделирането на костно-ставно-мускулните им системи е как да се представи мускулната сила. Има три основни подхода: мускулът се представя като една неизвестна сила с известна приложна точка и направление; така наречените Hill-type модели, които разглеждат мускула като специфичен материал (съвкупност от съкратителни и еластични елементи) и третият, който е най-реалистичен - мускулът се представя като съвкупност от различен тип двигателни единици. Една двигателна единица (ДЕ) се състои от един алфа мотоневрон, аксон и мускулните фибри, които се инервират от мотоневрона. Тя е най-малката съставна част от мускула, която може да се управлява независимо. Има различен тип ДE – бавни, бързи-неуморяеми, бързи-уморяеми. Когато една ДЕ получи импулс, тя развива сила (twitch, единично съкращение), която има специфична камбанковидна форма и специфични параметри, като максимална сила, време за контракция, време за полу-релаксация и др. На базата на тези параметри е конструирана аналитична 6-параметрична функция, която моделира прецизно всички експериментално измерени единични съкращения. Когато една ДЕ получи повече импулси, се развива сила, която се нарича тетанус. С предложен метод за декомпозиция на тетанус е показано, че той е сума от единични съкращения с различни параметри и е много различен от силата, която се получава чрез сумиране на еднакви twitch-oве със същата серия от импулси. На базата на регресионни уравнения е създаден метод за изчисляване на 6-те параметъра на всяко единично съкращение, съставящо тетануса. Силата на един мускул е сума от силите на всичките му активни ДЕ. Те се включват и изключват съгласно нивото на сигнала на възбуждане, като различните ДЕ имат различен праг на възбуждане. След като се активират, техните импулси постъпват със средна честота, която е специфична за всяка ДЕ, като между-импулсните интервали не са еднакви.
Представен е реалистичен модел на мускул на плъх, който се състои от 57 реално, експериментално, измерени ДЕ на мускул на плъх. Изчислена е силата, която развива мускулът, както и всички негови ДЕ, при прилагането на триъгълен и трапецовиден сигнал на възбуждане. Изчислените сили при симулирането на този модел са сравнени с тези, получени с три други модела, при които са направени някои опростявания – например тетанусът е сума от еднакви единични съкращения. Изводите са, че при опростените модели много се подценява начина на сумиране на единичните съкращения в тетанус на бавните ДЕ, което сумиране е много ефективно и нелинейно, като до 20% от максималната мускулна сила бавните ДЕ играят много важна роля.