MUSKLER PÅ ARBEJDE BAGGRUND Uden muskler ville vi ikke kunne bevæge os, trække vejret eller have et pumpende hjerte. Alle vores bevægelser er styret af vores nervesystem, som giver besked til vores muskler om at trække sig sammen. Ved hjælp af musklernes sammentrækning og afslapning, bevæger vi os. Der findes tre forskellige typer muskler. Den glatte muskulatur findes bl.a. i tarmsystemet og omkring arterier og arterioler. De kan ikke styres bevidst. Det kan den anden muskeltype heller ikke, nemlig hjertemuskulaturen. Dens opbygning ligner dog den tredje muskeltype - de tværstribede muskler. De er viljestyrede. Her skal vi kigge nærmere på de tværstribede muskler. Der er over 600 muskler i den menneskelige krop, hvoraf ca. 450 er tværstribede muskler. De kaldes også skeletmuskler, da de er hæftet vha. sener til skelettets knogler og styrer skelettets bevægelser. OPBYGNINGEN AF EN MUSKEL En muskel er bygget op af flere bundter af muskelfibre, som også kaldes muskelceller. Hver muskelcelle har en kerne og mitokondrier ligesom almindelige celler. Ofte er der flere mitokondrier i muskelceller end fx i en hudcelle, da muskelcellerne bruger meget mere energi og dermed skal kunne lave mere respiration. Til forskel fra andre celler har de også et netværk af sarkoplasmatisk retikulum, t-rør og myofibriller. Hvert myofibril er opbygget af segmenter, der kaldes sarkomerer. De består af to typer af proteintråde myosinog aktinfilamenter. Udenom aktinfilamenterne er der en tynd tråd af tropomyosin (gult på modellen), med troposinmolekyler på (grønt på modellen), som også er proteinmolekyler. Myosinfilamenterne har små tappe, som kaldes hoveder, der kan bindes til aktinfilamenterne under de rigtige betingelser. Modellen, der viser de enkelte dele i sarkomeren.
Aktinfilamenterne er hæftet på Z-skiverne (yderst på modellen), mens myosinfilamenterne er indlejret mellem aktinfilamenterne og hæftet på M-skiven (i midten af modellen). T-rør løber rundt om myofibrillerne og sørger for, at aktionspotentialerne fra nerverne resulterer i frigivelsen af calciumioner (Ca 2+ ) til cellevæsken, så musklen kan trække sig sammen. Det sarkoplasmatiske retikulum (SR) ligger også som et netværk rundt om bundter af myofibriller, uden at være i direkte kontakt med dem. SR sørger for at fjerne calciumionerne fra cellevæsken, så musklen kan afslappes. KRAFTEN I MUSKLERNE Der sendes et elektrisk signal fra hjernen, når en muskel skal aktiveres. Impulsen løber gennem en motorisk nerve og stimulerer den muskel, der skal bruges. Vha. t-rørene sendes signalet, nu i form af calciumioner, ind til muskelfilamenterne (sarkomererne). Når calciumionerne strømmer ind i muskelfibrene, binder de sig til troponin på aktinfilamenterne. Når det sker, kan myosinfilamenternes hoveder sætte sig fast på aktinfilamenterne og på den måde danne en tværbro og trække musklen sammen. Det er disse tværbroer, der giver spændingskraften i musklen, og den er størst, når der er et maksimalt antal tværbroer mellem aktin- og myosinfilamenterne. Myosinhovederne forbliver bundet til aktinfilamenterne, indtil der forbruges energi (ATP). ATP får myosinhovederne til at slippe, men en ny binding vil ske, hvis der stadig er calciumioner tilstede. Derfor sørger sarkoplasmatisk retikulum for at fjerne calciumionerne igen, når musklen skal slappe af. Sarkomerens sammentrækning. a) Sarkomeren i afslappet tilstand. b) Sammentrækning af sarkomeren. Der er her dannet mange tværbroer mellem aktin- og myosinfilamenterne. c) Kraftig sammentrækning. Muskelspændingen vil her være mindre end b), da der ikke kan dannes så mange tværbroer, pga. at aktinfilamenterne overlapper hinanden. Et dynamometer kan måle muskelstyrke. I denne øvelse undersøger I opbygningen af en muskel vha. en model samt måler muskelstyrken af hånden i form af trykkraft målt i kg.
FORMÅL At få et indblik i opbygningen og funktionen af muskler, særligt de enkelte dele i sarkomererne. Desuden måles jeres egen muskelkraft vha. et dynamometer. MATERIALELISTE Model af tværstribet muskel/funktionel sarkomer model (varenr.: 281250) Tværstribet muskulatur, længdesnit (varenr.: A12749) Tværstribet muskulatur,'teased' (varenr.: A12725) Dynamometer (varenr.: 281128 eller de digitale varenr.: 281126 og varenr.: HD-BTA) Mikroskoper f.eks. varenr.: 251140 ) METODE Undersøg musklens opbygning 1. Tag modellen frem. Kig grundigt på den. 2. Identificér de forskellige dele. Besvar arbejdsspørgsmålene 1-8. 3. Kig på mikroskoppræparaterne. Giver det mening at musklerne hedder tværstribede? 4. Identificer de enkelte dele i musklen. Din muskelkraft Del jer ind i små grupper. I skal alle måle jeres muskelkraft. 1. Lad testhåndens arm hænge lodret nedad. 2. Grib om dynamometeret, så håndflade og tommelfinger er rundt om den yderste bøjle, og de andre fingre er rundt om den inderste bøjle. 3. Sørg for at viseren er nulstillet. 4. Tryk alt hvad du kan. 5. Aflæs resultatet. 6. Lad der gå 1 minut og gentag så forsøget yderligere 2 gange. 7. Gentag det hele med den anden hånd. 8. Besvar arbejdsspørgsmål 9-15. ARBEJDSSPØRGSMÅL 1. Find det sarkoplasmatiske retikulum og t-rørene på modellen. 2. Diskutér hvorfor SR ligger udenom myofibrillerne (tænk over hvad SR s rolle er). 3. Forklar hvad t-rørenes rolle er? Inddrag modellen i din forklaring. 4. Diskutér hvad der ville ske, hvis der ikke var t-rør i musklen. 5. Find aktinfilamenterne, myosinfilamenterne, tropomyosin, troposin,samt Z-linje og M-linje på modellen.
6. Prøv at simulere at musklen/sarkomeren trækker sig sammen. Forklar hvad der skal til, før en muskel trækker sig sammen. 7. Hvad er calciumionernes rolle? 8. Diskutér tværbroernes rolle. Hvornår er kraftspændingen størst i musklen? 9. Forklar hvorfor forsøget skal gentages tre gange. 10. Forklar hvorfor man skal vente 1 minut mellem hver måling. 11. Vurdér hvad det bedste resultat og den gennemsnitlige værdi af de tre forsøg er et udtryk for. 12. Argumentér for hvilken værdi I vil benytte. 13. Indsaml data fra hele klassen. Tegn data ind i et koordinatsystem. Bestem sammenhængen mellem målinger fra højre hænder (x-aksen) og venstre hænder (y-aksen). Er der en lineær sammenhæng? 14. Fortolk jeres data. 15. Diskutér hvorfor der er forskel i muskelstyrke i højre og venstre hånd. Kan det udlignes? Og i så fald hvordan?
MUSKLER PÅ ARBEJDE - LÆRERDEL MÅLGRUPPE Biologi A i STX BEKENDTGØRELSESMÅL Kernestof: - fysiologi: oversigt over kroppens organsystemer, åndedrætssystem, blodkredsløb, muskler, arbejdsfysiologi, immunsystem, nervesystem, hormonel regulering og forplantning TIDSFORBRUG 90 minutter. Herudover kommer der databehandling. Tidsforbruget er et estimat og afhænger af, hvor lang tid man vælger at bruge på modellen og på forsøg. FORBEREDELSE Gør mikroskoperne klar med præparaterne. Har I kun få præparater, kan I evt. lave forskellige stationer, så de studerende skiftevis kigger i mikroskop, kigger på modellen og måler deres muskelstyrke. Gennemgå gerne modellen, enten før eller efter de studerende selv får lov til at undersøge den. Dynamomateret kan fås digitalt. Her er princippet det samme, men data kan overføres direkte til elevernes computer. Som ekstra kan eleverne evt. dissekere en muskel fra et griseknæ eller albue. Her kan de se muskelbundterne og vedhæftningen. I den forbindelse kan I bruge dissektionssættet (varenr.: 351439) og dissektionsbakker (varenr.: 351352 eller varenr.: 351351).