Exercise Physiology:

Muskel kontraktion: Hvad sker der?

Nervesinal sendes fra hjenen som aktionspoteltiale til muskelen. Ved enden af nerven dannes der synapse med musklens motoriske endeplade (synapsekløft). Når aktionspotentialet når enden af nerven udskilles der transmitterstoffet acetylcolin. Dette går over synapsekløften og rammer muskelfiberen. Herved dannes nyt aktionspotentiale på muskelfiberen som spreder sig over cellevæggen og ind i cellen via t-rør. Dette aktionspotentiale på muskelfiberen åbner Ca²⁺-kanaler som lukker Ca²⁺ ind i fiberen. Ca²⁺ starter kontraktionscyklus.

Altså,

• Nervesignal (aktionspotentiale) afsendes fra hjernen → til rygmarven → gennem T-rør → til enkelte muskelfiber/muskelcelle
• Når nervesignal når muskelfiber/muskelcelle → frigives Ca++inde i cellen
• Under kontraktion nærmer Z-membraner sig hinanden → Det er myofibrillerne som kan kontrahere sig
• Under ekstension bliver der større afstand mellem Z-membraner

Når musklen skal kontrahere sig:

• Åbnes kanaler for natrium → natrium strømmer ind i cellen
• Åbnes kanaler for kalium → kalium strømmer ud af cellen
• Kalium påvirker troponin → troponin ændrer form → bevirker at tropomyosin fjernes fra actin → blotter bindingssted for myosinhovederne på actin = tværbrodannelse

Tværbrocyklus

• Det energirige myosinhoved kobles til actin
• Ved kobling frigøres den bundne energi i myosinhovedet → udløser hovedets nikkebevægelser → SAMTIDIG frigøres ADP og P fra myosinhovedet
• VED SLUTNING af nikkebevægelsen → kobles et nyt ATP til myosinhovedet → medfører at kobling mellem myosinhoved og actin afbrydes
• IDET afbrydelsen finder sted → spaltes ATP i myosinhovedet til ADP og P → der er IGEN bundet energi i myosinhovedet til NY TVÆRBROCYKLUS

Muskelfiberen

En muskelfiber består af proteintråde actin og myosin

En muskelfibers indre → opfyldt af lange bundter af tråde → myofibriller → flere hundrede i hver fiber.

En muskelfiber har flere cellekerner 2000 – 3000

En muskelfiber har X antal mitokondrier → afhængig af fiberstørrelse, fibertype, fiberens træningstilstand

• Actin (filamenter) → tynde → fastgjort på Z-membranerne
• Z – membraner → strækker sig mellem myosin (filamenter) på tværs af musklen
• Myosin (filamenter) → tykke → forbundet på tværs af M-linjen
• Stykket fra Z-membran → til Z-membran = sarkomer

Muskelfiberen er omgivet af:

Sarcolemma → inderst den egentlige cellemembran → yderst et lag som indeholder kollagentråde, der er forbundet med endomysiets bindevævstråde.

Lige under sarcolemma → (2000 – 3000) cellekerner → sikrer at proteinsyntesen kan foregå over alt

I tilknytning til sarcolemma → sattelitceller , deres opgave er at → regenerere muskelfibre – muligvis nydannelse af muskelfibre

Inden for sarcolemma → sarcoplasma → væske med opløste salte og organiske stoffer 

Når musklen er i hvile gælder det, at der er:

• højt indhold af Ca⁺⁺ inde i cellen → lavt indhold af natrium inde i cellen
• Lavt indhold af Ca⁺⁺ Udenfor cellen → og højt indhold af natrium udenfor cellen

Muskelfiber typer:

Type 1 = langsomme røde

Type 2 = Hurtige hvide → inddeles i:

• 2A → hurtigere end de røde fibre, – og langsommere end → 2X
• 2X → hurtigere end 2A, men udtrættes også hurtigere.

• Fibertype er genetisk bestemt.
• Type 2x ændres til Type 2a under styrketræning. Ved hvile bliver Type 2a til Type 2x. Fordel er at Type 2x er bedre til at spalte Kreatin.
• Styrketræning medfører også at arealet af Type 2a øges i forhold til Type I.
• Type 2 fibrene har 10 x større kraft end slow twist.

• Ældre: Type 2 fibre bliver til type 1, skyldes bortfald i motorneuroner til type 2. Type 1’s motorneuroner overtager aktiveringen.

TYPER AF MUSKELFIBRE

Overordnet set er der 2 typer muskelfibre. Den ene type er de langsomme muskelfibre, der også kaldes type 1 muskelfibre. Type 1 muskelfibre er røde, hvilket skyldes deres høje koncentration af myoglobin (et iltbindende molekyle. Det samme som hæmaglobin, blot inde i selve musklen og ikke i blodbanen). Den anden type af muskelfibre kaldes type 2 muskelfibre. Type 2 muskelfibre kan deles op i to, nemlig type 2a og 2x, hvoraf sidstnævnte er den hurtigste.

Grunden til at type 2x er hurtigst skyldes, at denne fibertype indeholder en hurtigtvirkende variant af enzymet myosin-ATPase. Myosin-ATPase er det enzym der nedbryder ATP og derved danner energi. Dog er det ikke nok, at kunne nedbryde hurtigt, der skal også kunne opbygges hurtigt. Dette gøres for type 2x ved glykolyse, som også er en kostbar proces. Dog er glykolysen hurtig. De langsomme muskelfibre – type 1 – indeholder i modsætning til type 2’erne meget store koncentrationer af mitokondrier og respirationsenzymer, hvilket er grundlaget for udholdenhed.

Struktur

• Muskelfiberen er omgivet af bindevæv (endomysium). Muskelfiberne er samlet i varierende bundter (fasciculi). Disse er omgivet af bindevævsstrøg (perimysium) og til sidst er alle bundter omgivet af en bindevævshinde (epimysium). Alt bindevæv samler sig i musklens ender til sener.
• I muskelfiberen findes både tynde (actin) og tykke (myosin) proteintråde. Myosinfilamenterne er forbundet på tværs af en M-linje. Actinfilamenterne er fastgjort på Z-membranerne, som strækker sig mellem myosinfilamenterne på tværs af musklen. Stykket fra en Z-membran til den næste Z-membran kaldes en sarcomer.

• Det er myofibrillerne som kan kontrahere sig. Under kontraktionen nærmer Z-menbranerne hinanden og omvendt hvis musklen forlænges.
• Det første der sker når man løfter en vægt er, at et nervesignal (aktionspotentiale) går fra hjernen, gennem rygmarven, gennem t-rør og ned til den enkelte muskelcelle. Når nervesignalet har nået muskelcellen, bliver der frigivet kalium (Ca++) inde i cellen. Ved hvile er der et højt indhold af Ca++ inden i cellen og et lavt indhold af natrium, det forholder sig omvendt uden for cellen.
• Når musklen får ”besked” på at trække sig sammen åbnes kanalerne for natrium, som strømmer ind i cellen samtidig med, at kaliumkanaler åbnes så Ca++ strømmer ud af cellen. Ca++ påvirker troponin som ændrer form og trækker tropomyosinet væk. Dette medfører, at tropomyosin løsnes fra actin og afdækker et bindingssted for myosinhovederne på actin (tværbrodannelse).

http://blip.tv/benbrahim-mohammed/neuromuscular-junction-motor-unit-2824810

Lidt noter for denne uges materiale

1. Under kontration er muskulaturen er i stand til at anvende en række af intra- og extramuscular substrater (det molekyle som enxymer virker på) at generere ATP under motion. Heriblandt creatinphosphat (CP), glykogen (i musklerne), glucose (i blodårene), lactat og frie fedtsyrer (FFA) afledt fra enten fedtvæv eller intramuskulær triglycerid lagre. Betydning af disse forskellige substrater for stofskiftet bestemmes primært af træningsintensitet og varighed, selv om miljømæssige faktorer kan ændre den metaboliske reaktion på træning.

2. Den umiddelbare energikilde for actin-myosin under træningen er ATP. For ATP kræves en række energi-afhængige cellulære processer.

3. excitation-kontraktion kobling (nervespænding der forårsager en sammentrækning af muskelfibre).

 

Løse noter

Når intensitet stiger vil V_E og O₂ følges indtil ca. 70 % af max. intensitet. Ved stigende intensitet stiger F. Ved intensitet over 70 % udskiller musklerne mælkesyre pga. manglende ilt til musklerne. Belastning har derfor indflydelse på hvor meget laktat der produceres. Ved moderat belastning efter et par minutter, vil der pga. iltgælden (iltdeficit) ske en øgning i blodmælkesyrekoncentration, som dog vil sænke sig senere under arbejdet, da der kun sker en mælkesyredannelse under iltgæld. Mælkesyre spaltes i blodet til brintioner (H⁺) og laktationer (LA^–). Dette medfører, at pH-værdien i blodet sænkes, da der skabes et surt miljø af laktakten i blodet. Hermed vil der ske en påvirkning af de perifere kemoreceptorer og dette medføre en øget ventilation.

–       Puls: påvirkes af sympaticus og parasympaticus. Noradrenalin og adrenalin påvirker sinusknuden via beta-1 receptorer, acetylcholin påvirker sinus via n. vagus.

–       Den indre respiration: Ved forbrænding af næringsstoffer bruger cellerne hele tiden ilt O₂, og omdanner det til kuldioxid CO². Den proces kaldes den indre respiration.

–       Den ydre respiration: For at bevare den indre homeostase ved den indre respiration, fjernes CO₂ i blodet og O₂tilføres. Dette sker i lungerne og kaldes den ydre respiration.

–       Ventilation: Luften udskilles i lungerne ved hjælp af hjælp af lungeventilation (O₂ ind og CO₂ud), dette kaldes åndedrættet.

–       Lungeventilationen V_E: Den mængde luft der udåndes pr. minut. Dette er et produkt af V_T og F. Dette kan fra hvile til maks. dynamisk arbejde øges 10-20 gange. I hvile er V_E gennemsnit på 5-6 l med V_T på 0,5 l og F på 12. Men meget individuelt.

–       Hyperventilation: Når belastningen ventilationen kraftigere end stofskiftet kræver. Dette medfører at O₂ trykket i alveolerne stiger og CO₂ falder.

Muskelarbejde: I starten af arbejdet forbruger musklerne O₂ hurtigere end det kan aflevere til blodbanen. Hvilket betyder O_2-trykket i vævet falder og påvirker blodet til at aflevere mere O₂. Jo større arbejdsintensitet, jo større er væv-O₂-trykket, og jo større bliver udnytningen. Samtidig med at blodtilførslen til de arbejdende muskler stiger.

Forhold som påvirker åndedrætscenteret: Centrale kemoceptorer, PCO₂, pH, Følelser, vilje, motoriske baner, strækreceptorer, mekano- og kemoreceptorer i musklen. Når man ”kunstigt” prøver at holde vejret, så falder O₂ og CO₂ stiger og normalt vil reflekser fra den opholdet CO₂ tvinge personen til at trække vejret inden O₂ bliver for lav. Vegetative reaktioner har indflydelse på åndedrættet

Gør rede for hvordan kredsløbet ændres fra hvile til maksimalt aerobt arbejde.

Energikravet stiger når man udfører dynamisk arbejde. For at afdække aerobt, må der transporteres og afgives mere O² til de arbejde muskler (musklerne har ved overgang fra hvile til arbejde behov for ilt). Der sker en kredsløbsreaktion, idet pulsen stiger og hjertes fyldningstid mindskes. Fordelingen af blod ændres under dynamisk arbejde pga. arteriolerne til indvoldene afklemmes og arteriolerne i de arbejdende muskler dilateres. Så fordelingen vil være bestemt af belastningen størrelse. Jo højere den relative belastning er, jo mere lukkes arteriolerne til indvolde, og jo mere åbnes de til de arbejde muskler. Musklernes virkning af konditionstræning er, at der bl.a. sker en øgede kapillarisering, hvilket resultere i, at blodet strømningshastighed forbliver lav på trods af, at der skal mere blod igennem pr. minut. Og det er vigtigt med en langsom blodgennemstrømning fordi, at det sikrer tid til diffusionsprocesserne.