Muskler och respirationssystem

Question 1

Vilka tre typer av muskelvävnad har vi i kroppen och hur ser de ut kortfattat?

Answer 1

• Skelettmuskelvävnad: Långa, raka celler med flera cellkärnor (tvärstimmigt) som är enerverade av neuroner. Består av myofibriller och de kontraktila enheterna kallas sarcomerer.
• Glatt muskelvävnad: Små, ovala, enskilda celler med en cellkärna som är sammankopplade med gap-junctions.
• Hjärtmuskelvävnad: Relativt långa, förgrenade celler med en cellkärna. Bildar ett starkt nätverk kommunicerar via gap-junctions. Innehåller interkalerade diskar som ger stadga och fästningsplats.

Question 2

Fungerar kontraktion likadant i alla typer av muskelvävnad?

Answer 2

Ja! Alla använder samma sliding filament contractile mechanism med aktin och myosin filament som rör sig längst varandra för att kontrahera. Mekanismen för hur kontraktionen initieras skiljer sig dock åt.

Question 3

Hur skiljer sig genererandet av aktionspotential åt i de olika typerna av muskelvävnad?

Answer 3

En skelettmuskelfiber kontraheras endast när den stimuleras av en motorneuron.

En hjärtmuskeln innehåller autorytmiska celler i SA-noden som spontant kan skapa en aktionspotential. Aktionspotentialen sprids sedan i hjärtmuskeln via gap-junctions och den kontraherar.

Glatt muskulatur är enerverade av det autonoma nervsystemet, som sitter långst med muskulaturen och släpper ut NTs som genererar aktionspotentialer. Dessa sprids via gap-junctions för att nå hela muskulaturen.

Question 4

Hur skiljer sig kontraktionsmekanismerna åt i de olika typerna av muskelvävnad?

Answer 4

Kontraktionsmekanismen är densamma för skelett- och hjärtmuskelceller: Aktionspotentialen får ca2+ kanaler i plasmamembranet att ändra konformation så att de öppnar ca2+ kanaler (RYR) i SR och det får ca2+ joner att strömma ut i cytosolen. Väl i cytosolen binder ca2+ till troposin kompel vilket frigör bindningsplatser för myosinhuvuden och muskeln börjar kontrahera. Ca2+ pumpas in i SR igen successivt och när ca2+ koncentrationen är låg slappnar muskeln av.

I glatt muskulatur skiljer den sig: En aktionspotential får ca2+ i plasmamembranet att öppna sig vilket ger en hög intracellulär konc. av ca2+. Detta får ca2+ kanaler i SR att öppna sig så att konc. ca2+ blir ännu högre. ca2+ binder till Calmodulin (CaM) som i sin tur aktiverar ett kinas som fosforylerar lätta kedjor i myosinhuvudena, vilket får dem att vandra längst aktinfilamenten och muskeln kontraherar i alla dimensioner (inte bara sida-sida som övriga). Inga T-tuber!

Question 5

Hur regleras kontraktion av glatt muskulatur?

Answer 5

• Glatt muskulatur innehåller strech-aktiverade ca2+ kanaler, viktiga i tarm exempelvis för att trycka fram maten.
• Styrs även av nerver från både sympatiska- och parasympatiska nervsystemet.

Parasympatiska: Acetylcholine I mag-tarmkanalen orsakar depolarisering och
aktionspotentialer, vilket orsakar sammandragning.

Sympatiska: Norepinephrine leder till att samma celler att hyperpolarisera,
vilket leder till färre sammandragningar

Andra hormoner som reglerar:
- Histamin tränger ihop glatta muskler i
luftvägarna
- Kväveoxid påverkar regleringen av blodkärlens
diameter

Question 6

Hur avslutas kontraktion i glatt muskulatur?

Answer 6

Ca2+ pumpas ut ur cellens plasmamembran genom antiport med Na+ och in i SR med aktiv transport. Detta inaktiverar Calmodulin som inte längre aktiverar kinaset. Ett fosfatas kommer istället och defosforylerar myosinhuvudena vilket avslutar kontraktionen och muskeln slappnar av.

Question 7

Vilka faktorer bidrar till muskelns uttröttning?

Answer 7

• ATP behövs för att bryta actin-myosin
  bindningarna, så att de kan vandra vidare
• Syrebrist orsakar ATP-underskott
• Mjölksyra byggs upp från anaerob andning i
  frånvaro av syre som tröttar ut muskeln

Question 8

Vilka tre system används av muskler för att generera ATP för kontraktionen?

Answer 8

• Immediate system använder ATP och
  kreatinfosfat
• Glycolytic system metaboliserar kolhydrater
  och omvandlar till mjölksyra och pyruvat
• Oxidative system metaboliserar kolhydrater
  eller fetter till H2O och CO2

Question 9

Jämför uppkomsten av en aktionspotential och den följande kontraktionen i en skelett- och hjärtmuskel.

Answer 9

Uppkomsten av en aktionspotential som påverkar skelettmuskler kommer från att en nerv som är kopplad till muskeln med en neuromuscular junction släpper ut NTs som förändrar membranpotentialen i skelettmuskelcellens membran och om potentialen övergår tröskelvärdet bildas en aktionspotential som sprids i hela cellen via T-rör.

Uppkomsten av en aktionspotential i hjärtmuskeln kommer från celler i SA-noden (sinusknutan) som är autorytmiska, alltså spontant kan generera en aktionspotential, och denna sprids med gap-junctions i hela hjärtmuskeln.

Question 10

Vad menas med motorisk enhet (motor unit)?

Answer 10

En motorisk enhet innefattar en nerv och de muskelceller den är kopplad till. Om en nerv endast är kopplad till en muskelcell är det en liten motorisk enhet, medan om en nerv är koplad till tio muskelceller är det en stor motorisk enhet som kontraherar i unison.

Question 11

Vad är fördelarna med små/stora motoriska enheter?

Answer 11

Det är bra med stora motoriska enheter i stora muskler som ska jobba tillsammans i en rörelse tex biceps eller lårmuskel, och bra med små motoriska enheter i kroppspartier som ska göra väldigt fina rörelser (finmotorik) i tex ansiktet/händerna.

Question 12

Förklara de roller ATP spelar för kontraktion och för relaxation i skelettmuskelfibrer.

Answer 12

Myosinhuvuderna behöver ATP för att ändra konformation och “vandra”. Utan ATP kan inte filamentet kontrahera. För att muskeln ska kunna slappna av behöver vi transportera ut ca2+ ur cytosolen och det görs med aktiv transport som kräver ATP.

Question 13

Vad är skillnaden mellan röda, långsamma (low-twitch) muskelfibrer och de vita, snabba (fast-twitch) muskelfiber?

Answer 13

Långsamma/röda/oxidativa muskelfibrer (slow-twitch):
- innehåller myoglobin (syrebindande protein)
- har många mitokondrier
- är välförsedd med blodkärl.
- har reserver av glykogen och fett - kan producera ATP så länge syre finns tillgängligt. Maximal spänning utvecklas långsamt, men är mycket motståndskraftig mot trötthet.

Snabba/vita/glykolytiska muskelfibrer (fast-twitch):
- innehåller färre mitokondrier
- färre blodkärl
- lite eller inget myoglobin.
- Producerar ATP genom glykolys. Utvecklar större maximal spänning snabbare, men tröttas ut snabbare.

Question 14

Vilka faktorer kan orsaka muskelatrofi? (muskelnedbrytning)

Answer 14

• Skada, tex ryggmärgsskada (muskelfiber dör om den förlorar den neurala ennerveringen)
• åldrande
• svält
• Kroniska eller genetiska sjukdomar
• Minskning av mitokondrier och nukleinsyror
• Förlust i aktin och myosin, diametern krymper
• Förändring i fibertypkomposition

Question 15

Fiskar har också röd/vit muskelfiber. När används vilken?

Answer 15

Den röda/oxidativa/slow twitch används vid långsamt simmande och den rita/glykolytiska/fast-twitch rekryteras vid högre simhastigheter tex vid jakt eller flykt.

Question 16

En ökning av andningytan ger en bättre syreupptagningsförmåga, hur der denna anpassning ut i olika djur? (tre exempel)

Answer 16

• Större djur behöver en större andningsyta tex människor har miljontals mikroskopiska alveoler som sköter gasutbyte.
• axelotl har externa gälar med massa hår som ökar andningsytan
• fiskar har gälar som också är hårlika samlingar av andningsyta (lameller) med fina kapillärnärtverk i för gasutbyte.

Question 17

Ventilation är nödvändigt för att fördela andningsmediet över andningsytan, hur löser landlevande vs vattenlevande djur det generellt?

Answer 17

Landlevande djur andas, vilker ger cirkulation av luft.

Vattenlevande djur som kräftor/fiskar simmar vilket får vatten att strömma längst med gälarna, ger cirkulation av vatten.

Question 18

Vad menas med motströmsprincipen? (fiskar)

Answer 18

Att blodets riktning i kapillärer är motströms med vattnets riktning, detta gör att det alltid blir en skillnad i syrehalt i blod/vatten trots upptag.

Question 19

Hur fungerar trakésystemet hos insekter? Har det några begränsningar?

Answer 19

Trakésystemet är ett system av små luftrör som går igenom hela kroppen där luft kommer in, och detta sker helt utan ventilation! Koncentrationsskillnad i luft/hemolymf gör att syre tas upp direkt i hemolymfen.

Storlek på djuret är en begränsning, om dessa djur var stora skulle ett ventilationssystem vara nödvändigt för att få cirkulation av luften, därför ser vi inga stora insekter!

Question 20

Hur fungerar andningssystemet hos fåglar?

Answer 20

Fåglar har ett mycket effektivt andningssystem, behövs för att klara att flyga på hög höjd där luften är syrefattig. Fåglar har så kallade luftsäckar och andas med två andetag “i taget”. Vid den första inandningen går luften till bakre luftsäckarna, när de andas ut går luften till lungor, vid den andra inandingen kommer ny luft in samma väg och luften från förra andetaget lämnar lungan och går till främre luftsäckarna. Vid den andra utandningen går luften ut. Ny luft kommer alltså alltid in i lungorna!

Question 21

Däggdjur ventilerar sina lungor genom
undertrycksandning, hur går detta till?

Answer 21

Lungvolymen ökar när musklerna som sitter
vid revbenet och diafragma (mellangärdet)
drar ihop sig, vilket sänker trycket och får luft att strömma in. När musklerna slappnar av minskar lungvolymen och det höjer trycker, vilket får luft att gå ut.

Question 22

Alveolerna i våra lungor innehåller surfaktant för att göra gasutbyte möjligt. Vad är surfaktant? Var bildas det och vad har den för funktion?

Answer 22

Surfaktanter är ämnen som minskar ytspänning. Surfaktanten bildas av typ 2 alveolceller. Ytspänningen gör så att alveolerna håller formen/öppnas. I för tidigt födda barn som saknar surfaktant är alveolerna igentäppta vilket ger andningssvårigheter. Surfaktanten har negativa grupper som repellerar varandra vilket ger alveolerna sin sfärform och möjliggör diffusion.

Question 23

Redogör kortfattat för hur gasutbytet i lungan och ute i övriga vävnader sker.

Answer 23

Skillnad i partialtryck från syre (P-O2) och koldioxid (P-CO2) är nödvändigt. I luften i alveolerna är partialtrycket från syre högre än i blodet, vilket får syre att gå in i blodet med diffusion. Samtidigt är partialtrycker från CO2 i luften i alveolerna lägre än i blodet vilket får syre att diffundera ut ur alveolerna.

Ute i vävnader är partialtrycket från syre lägre än i blodet och partialtrycket från co2 är högre än i blodet, vilket får syre att diffundera ut i vävnader och co2 att diffundera från vävnader till blodet.

Question 24

Hur regleras andning i människor?

Answer 24

• Perifera kemoreceptorer finns i halspulsådrorna (karotoider) och känner av förändringar i PO2, pH, och PCO2.

Centrala kemoreceptorer finns i förlängda märgen vid andningscentrum och reagerar på pH-sänkning i ryggmärgsvätskan.

Om dessa receptorer uppfattar en förhöjning av co2 i blodet skickas signal till andningscentrum i förlängda märgen, som i sin tur signalerar till revbensmuskler och diafragma att kontrahera mer och mer frekvent och på så sätt höja andningsfrekvens och inandningsvolym för mer syreupptag.

Question 25

Vilket andningspigment används mest i däggdjur? Hur ser det ut?

Answer 25

Hemoglobin! Hemoglobin har fyra enheter som vardera kan binda en O2 molekyl (och har även bindnings-sites för HCO3). Har järn som syrebindande komponent.

Question 26

Vilket andningspigment är vanligast hos leddjur/blötdjur?

Answer 26

Hemocyanin! Med koppar som syrebindande komponent.

Question 27

Redogör för hemoglobinets dissociationskurva för syrgas, alltså i vilken mån vardera syremolekyl binder.

Answer 27

Hemoglobin som inte är bundet till någon O2 har låg affinitet till syre (för att vid låg syrehalt behövs syret i vävnader, inte uppbundet). När en syremolekyl bundit sker en konformationsändring av hemoglobinet som gör att affiniteten till syre blir större (positiv allosterisk effekt). När tre har bundit är affiniteten för den affiniteten för den fjärde 02 molekylen är låg för att man vill att den lätt ska kunna släppa i vävnader och endast binda vid höga koncentrationer syre.

Question 28

Vad menas med Bohr-effekten? (gällande hemoglobinets dissociationskurva för syre)

Answer 28

Bohr effekten innebär att hemoglobins affinitet till syre minskar vid hög CO2 halt (lågt pH), för att lättare få ut syre i vävnader. Affinitetskurvan kurvan blir förskjuten.

Question 29

Ett annat andningspigment man hittar i muskler hos däggdjur är Myoglobin. Har myoglobin samma affinitet till syre som Hemoglobin? Varför?

Answer 29

Nej, myoglobin har mycket högre affinitet till syre. Eftersom myoglobin transporterar syre till muskler som behöver mycket syre behöver det ha en högre affinitet till syre än hemoglobin för att det ska diffundera från blod till muskler.

Question 30

Vilka faktorer påverkar hemoglobinets affinitet till syre?

Answer 30

• pH: lägre pH - lägre affinitet till syre
• Temperaturen: högre temp minskar affinitet, låg temp kan inte mättnad nås.
• bindning till 2,3 diphosphor glycerat (DPG): DPG minskar affinitet till syre.

Question 31

Vilka anpassningar i syreupptagningen sker under vistelse på hög höjd?

Answer 31

En anpassning till hög höjd är att producera 2,3 DPG. DPG binder till hemoglobin och sänker affiniteten till syre. Detta utsöndras i vävnader för att öka upptaget av syre i vävnader vid låga syrehalter.

Vissa djur som lever på hög höjd har modifierat hemoglobin som har högre affinitet till syre för att ta upp mer i lungorna.

Initiala reaktioner på hög höjd
– ökad ventilation
– ökad hjärtminutvolym
– Blodflödet i lungorna ökar