BLOK 1.2: Membrantransport, neurologi og biomekanik Flashcards
Beskriv aktivering af en muskelcelle
Myofibriller dannes af peptidkæder (myosin og aktin) og danner sarkomerer, som er sammentrækkende enheder.
T-tubuli er fordybninger i sarkolemma, der modtager Ca2+ ioner fra sarkoplasmatisk reticulum (SR).
Aktionspotentialet udløser frigivelse af acetylcholin (ACh), som binder til transmitterstof-regulerede Na+ ionkanaler og depolariserer membranen.
Når aktionspotentialet når t-tubuli, aktiveres spændingsregulerede Ca2+ ionkanaler, der frigiver Ca2+ i sarcoplasma.
Ca2+ binder til troponin, hvilket ændrer aktinhelixet og blotte aktin proteinernes bindingssteder.
Myosinhovederne på myosinfilamenter binder til aktin og hydrolyserer ATP for at skabe energi til aktivering.
Myosinhovedet trækker aktinfilamentet med sig ved at danne stærke bindinger mellem aktin og myosin.
Efter trækket vender myosinhovedet tilbage til sin passive form, klar til en ny cyklus.
Denne proces gentages, hvilket resulterer i sammentrækning af muskelcellen.
Frigivelse af Ca2+ og ophør af stimuli fører til afslapning af musklen.
Kunne redegøre for calciumkanalerne, deres placering og deres funktioner i forbindelse med muskelkontraktioner
aktionspotientale, strøm, tubuli, hurtig ledningsrtøm over hele muskeln - enformig kontrkation, inhulin i sarcolemma - t tubuler med spændingsreguelrde DHPR L type) koblet til RYR = SR = Ca influx i cytoplasma = ca2+, troponin i tropomyosin, drejer myofilament, aktin binding site, myosin hovedet, myosin , kontraktion via ATP, ADP fraspaltes og myosinhovedet vender tilbage til normal.
Ca2+ pumpes tilbage via SERCA (80%) eller via Ca-ATPase og NCX der udskifter na/ca
____________________
arkoplasmatisk reticulum (SR) er muskelcellens glatte endoplasmatiske reticulum og er i tæt samspil med T-tubuli.
SR har terminal cisternae, hvor den primære udveksling af Ca2+ ioner forekommer.
SR lagrer Ca2+ ioner ved binding til calsequestrin.
Calcium pumperne i SR kaldes SERCA og er ansvarlige for at pumpe Ca2+ ioner ind i SR.
Ved aktionspotentialer åbnes L-Type Ca2+ kanaler i T-tubuli og frigiver Ca2+ i sarkoplasmaet.
Ca2+ ionerne aktiverer RyR-kanaler i SR, som frigiver flere Ca2+ ioner og påvirker muskelsammentrækning.
Fjernelse af Ca2+ ioner fører til muskelafslapning.
I skeletmuskulatur er L-Type Ca2+ kanalerne bundet til RyR-receptorer, hvilket betyder, at aktivering af L-kanaler samtidig aktiverer RyR.
Motor unit
En motorenhed (en.: motor unit), beskrives som en individuel nervefiber, samt muskulaturen der innerveres af denne. EN NERVE OG ALLE DE MUSKLER DEN NERVE HAR KONTAKT TIL.
Motorneurone - fine touch 1-1 nerve to fiber = fingertips
Big muscles = 1-2000 = led muscels = lårmuskler innerveres af flerer tusinde motorneuroner der innerveres af en nerve.
OBS: skeletmuskel har kort refraktærperiode = kan hurtigt restimuleres.
Kunne redegøre for opbygningen af de kontraktile proteiner aktin og myosin
Aktin består af glomerulære G-aktin proteiner der kan polymeriserer og danne F aktinfilamenter. tykke aktintråde består af dobbeltstrengede F aktin filamenter.
AKtin har en ATP binding site der dækeks afd tropomyosinkæder der kun undergår konformationsændirnger ved Ca2+ bindign til troponin.
Myosin proteiner har to ATP hoveder og en lang hale 150 nm lang. Molekylerne er en dimer - deraf to ATP hoveder hvis hale er holdt sammen om hinanden. Muskelkontrkation foregår ved at sarkomeret (der rækker fra Z disk til Z disk) forkortes.
Hvad består en sarkomer af
En sarkomer består af to z-diske, A-bånd (tykke filamenter), I-bånd (tynde filamenter), midterlinje og M-linje.
Z-diske er zigzag-proteinstrukturer, hvor tynde filamenter er bundet sammen.
H-zonen er et område i A-båndet, der kun indeholder tykke filamenter.
De tre muskelfiber typer
FTa (type 2a): Hurtige, hvide muskelfibre. Aktiveres af flere motorenheder (spatial summation) og har høj eksplosiv kraftudvikling (RFD).
ST (type 1): Langsomme, røde muskelfibre. Aktiveres af færre motorenheder end FTa og har lav eksplosiv kraftudvikling (RFD).
FTb (type 2b): Hurtige, hvide muskelfibre. Aktiveres af flere motorenheder end FTa og har meget høj eksplosiv kraftudvikling (RFD).
Isometrisk, koncentrisk, excentrisk
Isometrisk kontraktion er statisk muskelarbejde, hvor muskelfibrene ikke forlænges eller forkortes, og musklerne udsættes for konstant belastning, f.eks. ved at holde noget tungt.
Koncentrisk kontraktion er muskelarbejde, hvor musklen sammentrækkes, og det kræver at musklen producerer mere kraft end belastningen for at opretholde bevægelsen (f.eks. løfte en vægt).
Excentrisk kontraktion er dynamisk muskelarbejde, hvor musklen forlænges, og det sker, når modstanden er større end den kraft, musklen genererer (f.eks. sænke en vægt langsomt).
Hvilken sammentrækningshastighed (SH) giver musklens maksimale kraftudvikling på 100%?
ved en SH på 0 opnås musklens maksimale kraftudvikling på 100%. Hvis belastningen overstiger musklens maksimale kraft, kan kraftudviklingen blive over 100%. Hvis musklen trækkes med en større kraft end det isometriske maksimum, udstrækkes muskelfibrene excentrisk og skaber større spænding, mens SH bliver negativ.
Hvordan opnås den maksimale relative effekt ved koncentrisk muskelsammentræknign
den maksimale relative effekt opnås ved en koncentrisk muskelsammentrækning med en belastning på 1/3 af det isometriske maksimum og 1/3 af SH maksimum. Musklens maksimale kraftudvikling afhænger også af musklens fysiologiske tværsnitsareal, som typisk ligger på 30-40 N/cm2. SH er proportionel med antallet af sarkomerer i musklen og påvirkes også af musklens fibertype. Lange, smalle muskler er hurtige, men kan ikke producere samme relative effekt ved belastning, mens korte og brede muskler er langsommere, men stærkere.
Musklers substratvalg ved arbejdsintensitet
Ved højintensivt arbejde vil kulhydrater derfor være muskelcellernes foretrukne valg af substrat til forbrænding. (Er glykogenforbruget stigende proportionelt med arbejdsintensiteten?).
Ved middel intensivt arbejde vil fedtforbrændingen derimod være højest.
Ved moderat intensivt arbejde vil fordelingen mellem kulhydrats- og fedtforbrænding være 50/50.
Youngs modulus
Youngs modulus er en måling af et materials stivhed eller fleksibilitet. Det fortæller os, hvor meget et materiale strækker sig eller deformeres, når der påføres en kraft på det. Materialer med høj Youngs modulus er stive og svære at strække eller deformere, mens materialer med lav Youngs modulus er mere fleksible og let strækkes eller deformeres.
Koncentisk, eccentrisk og elastisk koncetraktion
Concentric contraction
A muscle contracts and shortens, positive work was done on an external load by the muscle
Eccentric contraction
A muscle contracts and lengthens, the external load does work on the muscle or negative work was done by the muscle
Series elastic components
Found in tendons and other series tissues
Lengthen slightly durin isometric contraction
Store energy when stretched to and explosive shortening.
Beskriv viskoelasticitet og kraftoverførsel
Viskoelasticitet og kraftoverførsel
Muskel og bindevæv har viscoelastiske egenskaber der tillader dem at absrobere og danne kinetisk energi af bevægelse og stød. Bindevævet strækkes og deformeres pga lav youngs modulus og returnere gradvist energi som elasstisk energi = stabilitet og kontrol under bevægelse.
Når muskler sammentrækkes eller strækkes pga stødabsorbtion trækkes i senerne der er hæftet til knoglerne via senehæftepunkter. Når kraften overføres itl knoglen dannes spædning og deformation i knoglen - ved for høj spædning brækker knoglerne pga højt youngs modulus (stivhed)
T tubuli
T-tubuli:
T-tubuli, også kendt som transversale tubuli, er et netværk af rørformede fordybninger, der går dybt ind i muskelcellen og er i kontakt med sarkoplasmatisk retikulum. T-tubuli spiller en afgørende rolle i muskelcellekontraktionen ved at muliggøre en hurtig overførsel af nerveimpulser til hele muskelcellen. Disse tubuli sørger for, at aktionspotentialer når ind i cellens indre og hjælper med at koordinere sammentrækningen af alle muskelfibrene inden for musklen.
Sarkolemma
Sarkolemma er navnet på cellemembranen eller plasmamembranen, der omgiver hver muskelcelle, også kendt som muskelfiber. Den består af en dobbelt lag fosfolipider, som er en lipidholdig struktur, der tillader transport af molekyler ind og ud af cellen. Sarkolemmaet spiller en vigtig rolle i reguleringen af stoftransport, herunder optagelse af næringsstoffer og eliminering af affaldsprodukter fra cellen. Det fungerer også som en barriere og beskytter cellens indhold.
Motoriske enhed
En motorisk enhed er en fuktoinel unit i neuromuskulæer system der indkluderer et motorneuron og de muskelfibre som motorneuronet innervere. De inddeles efter størrelse; små motoriske enheder er dem der anvendes hyppigst, innervere typisk få muskelfibre, har en lav styrke og langsom kontrkationshastighed mens de har mane mitochondrier og er glykolytiske.
Større motoriske enheder er sjældnere og bruges ved behov for stor kraftudvikling da de har hurtig og kraftfuld kontraktioner og merer growmotorisk kontrol.
Kunne redegøre for opbygningen af de kontraktile proteiner aktin og myosin
Aktin:
Aktin er et protein, der findes i muskelceller og er afgørende for muskelkontraktion. Aktinmolekylerne er globulære i form og kan polymerisere og danne lange tråde kaldet F-aktinfilamenter. F-aktinfilamenterne har en heliksstruktur, hvor G-aktinmolekylerne er sammenflettet og orienteret i modsatte retninger. “+”-enden af filamentet er den ende, hvor polymeriseringen starter, og den “-“-ende er den ende, hvor polymeriseringen stopper.
Under hviletilstanden er aktinfilamenterne dækket af tropomyosin, som er en proteinkæde, der snor sig omkring filamentet. Tropomyosin dækker de aktive bindingssteder på aktin, hvilket forhindrer interaktionen med myosin og holder musklen i en afslappet tilstand.
Myosin:
Myosin er et andet vigtigt kontraktile protein i muskler. Det består af komplekse molekyler med tykke og lette kæder. Den tykke myosinkæde har en hovedstruktur med ATPase-aktivitet, hvilket betyder, at den kan hydrolysere ATP og frigøre energi.
Myosinmolekylerne danner tykke myosinfilamenter, der har en bølget form og strækker sig langs med aktinfilamenterne. Under muskelkontraktionen bevæger hovedstrukturen på de tykke myosinkæder sig og danner broer med aktinfilamenterne. Denne interaktion mellem myosin og aktin muliggør glidning af aktinfilamenterne i forhold til de tykke myosinfilamenter og resulterer i muskelkontraktion.
Foreskel på de tre fibertyper; 1, 2a, 2b
ST (type 1)
Langsomme, røde
Oxidative
Langsom kontrkationshastighed
Lav RFD (eksplosiv kraftuudvikling)
FTa (type 2a)
Hurtige hvide
Oxidative / glykolytisk
Hurtig kontrkationshastighed
Høj RFD (eksplosiv kraftuudvikling)
FTb (type 2b)
Hurtige hvide
Glykolytiske
Meget hurtig kontrkationshastighed
Meget høj RFD (eksplosiv kraftuudvikling)
Kunne redegøre for sammenhængen mellem musklens forkortningshastighed og kraftudvikling
Musklens forkortningshastighed er forbundet med kraftudvikling.
Hurtig forkortning fører til højere kraft.
Grafen viser, at maksimal kraft opnås ved en sammentrækningshastighed på 0.
Ved større belastning kan musklen udvikle mere end 100% kraft.
Muskelstrækning under for stor belastning kan resultere i negativ sammentrækningshastighed.
Isometrisk maksimum opnås ved statisk muskeltilstand uden forlængelse eller forkortning.
Musklens fysiologiske tværsnitsareal påvirker kraftudviklingen.
Muskelfibertype påvirker sammentrækningshastighed og kraftudvikling.
Lange og tynde muskler er hurtige, men producerer mindre kraft.
Korte og brede muskler er langsommere, men stærkere.
Optimering af forkortningshastighed og kraftudvikling afhænger af mål og krav i aktiviteten.
Kunne redegøre for musklers passive spænding og forholdet mellem muskellængde og spænding
Musklers passive spænding
udgøres af titin, sarcolemma, sener og bindevæv der giver et passivt stræk i muskelfiberen. Det passive stræk fungere som modstand mod overextension og sikre at myofilamenterne ikke trækkes for langt for hinanden. Der er et speicifkt optimum for afstnadne mellem aktin og myosinfilamenter for at opnå optimal/maximal kraft ved muskelkontraktion. Ved forkortelse/forlængelde af muskulturen forrignes kraftudvikling under myofilamenternes kontrkation hvis eks myosin ikke kan bindes til lige så mange aktin-myosinbindign sites som den kunne i en udstrækt muskel. Omvendt i visse tilfælde kan myosin risikerer ikke at kunne binde til aktin hvis afstanden mellem de to er for stor. For kortere muskler nedsættes den pasive spædning mes den forøges kraftigi længere muskler.
Kunne redegøre for forskelle i muskelopbygning, udholdenhed og energiomsætning mellem forskellige fibertyper
Der er forskellige muskelfibertyper: Type 1, Type 2a og Type 2b.
Type 1-fibre har høj oxidativ kapacitet og er gode til fedtlagring.
Type 2a og Type 2b-fibre dominerer glykogenomsætning.
Oxidativ kapacitet afhænger af antallet af kapillærer, mitokondrier og oxidative enzymer.
Type 1-fibre indeholder ca. 20% mere fedt end Type 2-fibre.
Type 1-fibre har høj udholdenhed og lavt kulhydratforbrug.
Type 2-fibre har høj kulhydratforbrug og lav udholdenhed.
ATP-omdannelse og tværbrocyklus øges med stigende kontraktionshastighed.
Glykolytisk kapacitet angiver fiberens evne til iltfattig forbrænding.
Type 2-fibre har højere aktionspotentiale og er ansvarlige for både muskelsammentrækning og afslapning på grund af mange SERCA-transportører.
Kunne redegøre for musklens energiforbrug, og de vigtigste energiforbrugende processer: mATPase, Ca-ATPase, Na/K-ATPase
mATPase (myosin ATPase) er en afgørende energiforbrugende proces i musklen, der frigiver energi til muskelkontraktion og afslapning.
Ca-ATPase (calcium ATPase) er en anden vigtig proces, der bruger ATP til at pumpe calciumioner ud af muskelcellen, hvilket er nødvendigt for muskelafslapning.
Na/K-ATPase (natrium-kalium ATPase) er også en energiforbrugende proces, der opretholder den elektriske og kemiske balance i muskelcellen ved at pumpe natriumioner ud og kaliumioner ind.
Disse processer bruger ATP som energikilde til at udføre deres funktioner i muskelcellen.
mATPase er afgørende for den mekaniske kraftgenerering og cyklus af tværbroer under muskelkontraktion.
Ca-ATPase er afgørende for at regulere mængden af calciumioner i muskelcellen og sikre afslapning efter kontraktion.
Na/K-ATPase er afgørende for at opretholde den rette membranpotentiale og iongradient i muskelcellen.
Kunne redegøre for musklers substratvalg samt arbejdsintensitet
Kulhydrater forbrændes dobbelt så hurtigt som fedt.
Ved højintensivt arbejde vil kulhydrater derfor være muskelcellernes foretrukne valg af substrat til forbrænding. (Er glykogenforbruget stigende proportionelt med arbejdsintensiteten?).
Ved middel intensivt arbejde vil fedtforbrændingen derimod være højest.
Ved moderat intensivt arbejde vil fordelingen mellem kulhydrats- og fedtforbrænding være 50/50.
Under første stykke tid af forbrændingen vil muskelcellerne tage substrat af musklens glykogenlager og triglycerider (fedtdepoter).
Senere vil det være noterbart at substratet vil komme af fedtsyre og sukker i blodet og blodplasma. Med tiden vil kroppens glykogenlagre være tømt, og kroppen vil i stedet tage substrat i form af fedt til forbrænding da kroppens fedtdepoter er betydeligt større end glykogenlagre.
Kunne redegøre for muskeltræning – udholdenhedstræning, styrketræning
Muskeltræning involverer forskellige energiforbrugende processer afhængigt af træningsformen.
Ved styrketræning leveres energi primært fra ATP og CP-spaltning.
Muskelcellerne foretrækker ATP som substrat, men ATP-depotet er begrænset, hvilket fører til nedgang i ATP-koncentrationen under træning.
For at imødekomme energibehovet begynder kroppen at nedbryde kreatinfosfat (CP) for at frigive energi. Genopfyldning af ATP- og CP-lagrene finder sted efter træningen.
Ved kortvarig højintensiv træning tømmes ATP- og CP-lagrene hurtigt, og 51% af energiproduktionen kommer fra deres spaltning. De resterende 49% dækkes af glykolysen under anaerobe forhold.
Ved længerevarende arbejde ændres energiomsætningen, og glykolysen udgør en større procentdel (65%) af energiproduktionen, mens ATP- og CP-spaltning udgør 35%.
Laktat dannes under anaerobe forhold som en midlertidig energikilde.
Iltgæld-fasen opstår efter træning, hvor kroppen fortsætter med respiration for at genopfylde ATP- og CP-lagrene og fjerne laktat.
Energiforbruget og energiomslutningssystemerne ændrer sig over tid under træning.
Steady-fasen opnås, hvor respiration bliver den primære energiproduktionskilde.
