| Article ID | Journal | Published Year | Pages | File Type |
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| 2784115 | Comptes Rendus Biologies | 2011 | 12 Pages |
PurposeStatistical mechanics establishes a link between microscopic properties of matter and its bulk properties. A. Huxley's equations (1957) [1] provide the necessary phenomenological formalism to use statistical mechanics.MethodsWe compared statistical mechanics in rat diaphragm in tetanus (tet; n = 10) and twitch (tw; n = 12) modes, in heart in twitch mode (n = 20), and in tracheal smooth muscle in tetanus mode (TSM; n = 10). This powerful tool makes it possible to determine: (i) statistical entropy (S) which is related to the dispersal of energy and represents a measure of the degree of disorder in muscular system; (ii) thermodynamic force A/T (chemical affinity A and temperature T); (iii) thermodynamic flow (υ); (iv) entropy production rate (A/T × υ), which quantifies irreversible chemical processes generated by myosin crossbridge (CB) molecular motors.ResultsAll muscles studied operated near equilibrium, i.e., A << 2500 J/mol and in a stationary linear regime, i.e., A/T varied linearly with υ. The heart operated farther from equilibrium than both diaphragm (tet and tw) and TSM, as attested by its high entropy production rate. S was of the same order of magnitude in heart and TSM but lower in diaphragm (tet and tw).ConclusionCB kinetics derived from A. Huxley's equations conferred a characteristic profile in terms of statistical mechanics on each muscle type. All studied muscles differed in terms of statistical entropy, chemical affinity, and entropy production rate. Stimulation mode (tet and tw) modulated CB kinetics and statistical mechanics. All muscle types operated near equilibrium and in a stationary linear regime.
RésuméObjectifLa mécanique statistique établit un lien entre les propriétés microscopiques et macroscopiques de la matière. Les équations d’A. Huxley (1957) [1] fournissent le formalisme phénoménologique permettant d’appliquer la mécanique statistique aux systèmes musculaires.MéthodesNous avons comparé des résultats de mécanique statistique obtenus dans le diaphragme en mode « tétanique » (n = 10) et en mode « twitch » (n = 12), dans le cœur en mode « twitch » (n = 20) et dans le muscle trachéal en mode « tétanique » (n = 12) chez le rat, en déterminant l’entropie statistique (S), la force thermodynamique (A/T ; A étant l’affinité et T la température absolue), le flux thermodynamique (υ) et la vitesse de production d’entropie (A/T × υ).RésultatsTous les muscles dans cette étude opèrent de façon proche de l’équilibre (A << 2500 J/mol) et en régime linéaire stationnaire (A/T proportionnel à υ). Le cœur fonctionne plus loin de l’équilibre que les autres muscles comme en atteste la grande vitesse de production d’entropie de ce muscle par rapport aux autres. S est du même ordre de grandeur dans le cœur et le muscle trachéal, mais est plus basse dans le diaphragme en twitch et en tétanus que dans le cœur et le muscle trachéal.ConclusionLes cinétiques des ponts actine-myosine calculées à partir des équations d’A. Huxley confèrent à chaque type de muscle un profil spécifique en matière de mécanique statistique. Le mode de stimulation (tétanique ou twitch) influence les cinétiques des ponts actine-myosine et leur comportement en termes de mécanique statistique. Tous les muscles étudiés demeurent proches de l’équilibre et en régime stationnaire.
