肌肉负荷下代谢能量转换的热力学

代谢过程的复杂性处于生物能量转换的核心，并且构成了发展易处理的热力学代谢模型的巨大障碍。通过将我们的分析提升到更高的抽象层次，我们建立了一个紧凑的——即依赖于一组精简参数——代谢热力学模型，以分析肌肉负荷下的化学-机械能量转换，并为希尔的开创性肌肉操作响应模型提供热力学基础。生物被视为经历反馈回路的动力系统，在某种意义上它们可被认为是承受混合边界条件的热力学系统，同时耦合势与通量。从广义热弹性系数与输运系数的严格推导出发（进而定义了代谢品质因数），我们建立了化学-机械耦合的表达式，并明确了耗散机制的性质以及所谓的品质因数。此类系统边界条件的特殊性质揭示出一种反馈电阻的存在，它代表一个主动参数，对于在希尔模型框架下正确解释用力下的肌肉响应至关重要。我们还对所谓的最大功率原理进行了有效能分析，此处将其理解为一个非平衡系统的特殊构型，不涉及额外的极值原理。