NMH2 Muskel-Protokoll PDF

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Protokoll NHM2 Versuch, Muskel...

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Tierphysiologischer Kurs Sommersemester 2020 NMH2 – Muskelphysiologie

Kontraktionsverhalten des M. gastrocnemius des Frosches 1. Abhängigkeit der Kontraktionskraft von der Reizamplitude Die Minimalreizamplitude liegt bei 25 mV, wobei die Maximalreizamplitude bei 250 mV liegt. Zusätzlich werden zu den ermittelten Grenzwerten wird für die Werte 60 mV, 100 mV und 175 mV die Kontraktionskraft des Muskels bestimmt. 0,697

Kontraktionskraft [N]

0,696 0,695

0,694 0,693 0,692 0,691 0,69 0,689 0,688 0,687 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Zeit [s]

Diagramm 1: Minimalamplitude 1,4

Kontraktionskraft [N]

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

0,5

1

1,5 Zeit [s]

Diagramm 2: Maximalamplitude

2

2,5

Tabelle 1: Messdaten zur Ermittlung der Kontraktionskraftabhängigkeit von der Reizamplitude Reizamplitude [ 25 60 100 175 250 Spannung [mV] Kontraktionskraft [N] SpannungKontraktionskraft [N] SpannungKontraktionskraft [N]Spannun Kontraktionskraft [N] Spannung Kontraktionskraft [N] 0,0206 0,007253521 0,4963 0,174753521 0,8262 0,290915493 0,9387 0,330528169 1,2781 0,450035211 0,0181 0,006373239 0,4994 0,17584507 0,8481 0,298626761 0,9462 0,333169014 1,325 0,466549296 0,0175 0,006161972 0,5062 0,178239437 0,8319 0,292922535 0,9581 0,337359155 1,3213 0,465246479 0,0163 0,005739437 0,4875 0,17165493 0,8412 0,296197183 0,9656 0,34 1,39 0,48943662 0,0188 0,006619718 0,5381 0,189471831 0,8544 0,30084507 0,9963 0,350809859 1,5012 0,528591549 Mittelwert [N] Standardabweichung [N]

0,006429577 0,00056261

0,177992958 0,006839285

0,295901408 0,004052402

0,338373239 0,007857692

Diagramm 3: Kontraktionskraft [N] gegen die Reizamplitude [mV] aufgetragen mit der Standardabweichung Mithilfe des Diagramm 3 können wir die Alles-oder-Nichts-Regel darstellen. Wird der minimale Schwellenwert erreicht, kommt es zu einem Aktionspotential und die motorische Einheit des Muskels kontrahiert. Die größer die Reizstärke, desto mehr motorische Einheiten werden aktiviert. Wird die Maximalamplitude erreicht, kann keine stärkere Kontraktion stattfinden, da alle motorischen Einheiten aktiviert wurden. Unterschiedliche Reizamplituden führen zu unterschiedlichen Kontraktionsstärken, da es zu der Depolarisation eines weiteren Teils des Muskels kommt. Infolgedessen lagern sich mehr Myosinköpfe an das Aktinfilament und die Kontraktionskraft verstärkt sich. Sind jedoch alle verfügbaren Myosinköpfe bis zur Z-Scheibe gewandert, ist keine Kontraktionsverstärkung möglich. 2. Abhängigkeit der Kontraktionskraft von der Muskelstreckung Tabelle 2: Messergebnisse zur Ermittlung der Kontraktionsabhängigkeit von der Muskelstreckung

0,479971831 0,030604987

Ausgangslänge [mm]

0 Spannung [mV] Kontraktionskraft [N] 1,0884 0,383239437 1,1331 0,398978873 1,1488 0,404507042 1,1063 0,389542254 1,305 0,459507042

2 [mV] [N] 1,6419 0,5781338 1,6931 0,59616197 1,6863 0,59376761 1,7106 0,60232394 1,7706 0,6234507

0,40715493 0,030400494

0,59876761 0,01642746

Mittelwert [N] Standardabweichung [N]

4 [mV] 1,8 1,8375 1,905 1,9294 1,7481

[N] 0,63380282 0,64700704 0,67077465 0,6793662 0,61552817

6 [mV] 1,2813 1,2656 1,3494 1,4075 1,2094

0,64929577 0,02622543

[N] 0,45116197 0,4456338 0,47514085 0,49559859 0,42584507 0,45867606 0,02710534

0,8

Kontraktionskraft [N]

0,7

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

0

1

2

3 4 Ausgangslänge [mm]

5

6

7

Diagramm 4: Kontraktionskraft [N] gegen die Ausgangslänge [mm] aufgetragen mit der Standardabweichung Was passiert bei der Streckung des Muskels? Bei der Streckung des Muskels kommt es zur erhöhten Überlappung von Aktin- und Myosinköpfen. Dies hat Einfluss auf die Auslenkung des Biegestabtransducers. Je höher die Überlappung zwischen Aktin- und Myosinfilamenten, desto stärker kann eine Kontraktion produziert werden. Bei einer geringen Überlappung kann also weniger Kraft im Muskel generiert werden. Mittels unserer Messwerte können wir sagen, dass die optimale Streckungslänge bei ca. 4 mm. Wird weiter gestreckt kommt es zu Überdehnung, wodurch auch die Kraftproduktion abnimmt, da es zu wenig Überlappung gibt.richtig, aber warum nehmen die Kontraktionswerte

unterhalb von 4mm auch ab? Der Grund ist hier nicht die Überlappung

Physiologische Vorgänge zwischen der elektrischen Reizung am Nervenstumpf und der Kontraktion des Muskels: Trifft ein Aktionspotenzial an einer synaptischen Endigung ein, wird Acetylcholin in den synaptischen Spalt freigesetzt. Diese diffundiert und bindet an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Daraufhin öffnen sich unter anderem Natriumkanäle und es kommt zu einer Depolarisation. Nach Erreichen des Schwellenpotentials generiert die postsynaptische Membran ein Aktionspotential, das sich in die T-Tubuli ausbreitet. Die

Ausbreitung des Aktionspotentials bewirkt, dass sich die Konformationen von bestimmten Rezeptoren (Dihydropyridin- und Ryanodinrezeptor) ändert. Infolgedessen wird Calcium, das im sarkoplasmatischen Reticulum gespeichert war, freigesetzt. Freigesetzes Calcium diffundiert zu den Myofibrillen und stimuliert die Muskelkontraktion. Um die Muskelkontraktion zu beenden, wird das Calcium vom sarkoplasmatischen Reticulum aufgenommen. Welche Art von Kontraktion? Durch die Aufspannung zwischen der Klemme und dem Transducer, kann der Muskel seine Länge nicht verändern. Daher handelt es sich bei den Kontraktionen und isometrische Kontraktionen. 3. Abhängigkeit der Kontraktionskraft von der Reizfrequenz Warum ermüdet der Muskel? Eine Muskelkontraktion benötigt Energie in Form von ATP. Die Bewegung der Myosinköpfe entlang der Aktinfilamente verbraucht ATP und ein Mangel an ATP durch vorherige Muskelkontraktionen bewirkt, dass sich der Muskel nach einer gewissen Zeit ermüdet. Reizfrequenz für vollständigen und unvollständigen Tetanus Bei einer Reizfrequenz von 20 Hz trat ein unvollständiger Tetanus auf. Ab einer Reizfrequenz von 50 Hz, kam es zu einem vollständigen Tetanus. Mechanismus für die Tetanisierung Durch schnell aufeinanderfolgende Aktionspotentiale, kommt es zur dauerhaften Depolarisation an der motorischen Endplatte, was zu einer Dauerkontraktion führt. Die vollständige Tetanisierung führt zur langanhaltenden erhöhten Calciumkonzentration im Cytosol. Bei einem unvollständigen Tetanus reicht die Frequenz der Aktionspotentiale aus, um die Entspannung der Muskel zu verhindern, allerdings können noch Kraftänderungen auftreten....