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Seminararbeit / Hausarbeit

Zoologisches Proseminar - Laborprotokoll

3.358 / ~22 sternsternsternstern_0.5stern_0.3 Annika M. . 2011
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Seminararbeit
Biowissenschaften

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

2008

Annika M. ©
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sternsternsternstern_0.5stern_0.3
ID# 7889







LABORPROTOKOLL

ZOOLOGISCHES PROSEMINAR

SS 2010

Gruppe H


Inhaltsverzeichnis


1. Demonstration des Rinderherzens

1.1 Diskussion. 4

2. Pufferwirkung des Blutes

2.1 Einführung. 5

2.2 Durchführung. 5

2.3 Diskussion. 6

3. Blutgruppenbestimmung

3.1 Einführung … 6

3.2 Durchführung. 7

3.3 Diskussion. 7

4. pH- Optimum des Tyrosins

4.1 Einführung. 7

4.2 Durchführung. 8

4.3 Diskussion. 9

5. Quergestreifte Skelettmuskulatur

5.1. Aufgabe A: Regulierung der Muskelkraft bei Einzelreizung. 9

5.1.1 Einführung. 9

5.1.2 Durchführung. 9

5.1.3 Diskussion. 12

5.2 Aufgabe B: Ruhedehnung, Kurve der isotonischen/ isometrischen Maxima. 13

5.2.1 Kurve der isotonischen Maxima … 13

5.2.1.1 Einführung. 13

5.2.1.2 Durchführung. 13

5.2.2 Kurve der isometrischen Maxima. 14

5.2.2.1 Einführung. 14

5.2.2.2 Durchführung. 14

5.2.3 Ruhedehnungskurve. 16

5.2.3.1 Durchführung. 16

5.2.3.2 Diskussion. 16

5.3 Aufgabe B: Arbeitskurve. 17

5.3.1 Einführung. 17

5.3.2 Durchführung. 17

5.3.3 Diskussion. 17

5.4 Aufgabe C: Doppelzuckung, Tetanisches Verhalten. 18

5.4.1 Superposition bei Doppelzuckung. 18

5.4.1.1 Einführung. 18

5.4.1.2 Durchführung. 18

5.4.1.3 Diskussion. 19

5.4.2 Tetanus. 19

5.4.2.1 Einführung. 19

5.4.2.2 Durchführung. 20

5.4.2.3 Diskussion. 20


1. Demonstration des Rinderherzens

Abb.1.2 Rinderherz

Abb.1.1 Pumpvorgang des Herzens




1.1 Diskussion


Ein Rinderherz wurde nach der Entnahme mit physiologischer Kochsalzlösung behandelt und für Untersuchungszwecke präpariert. Die zu- und ableitenden Gefäße wurden mit Klemmen verschlossen und je ein langes Rohr durch die Aorta und ein kurzes in die Lungenvene gesteckt.

Die Aorta, die einem großen Druck aus dem linken Ventrikel Widerstand leisten muss, ist besonders dickwandig und besitzt weitere, kleine ableitende Gefäße. Als Arterie leitet sie Blut aus dem Herzen in den großen Kreislauf (Körperkreislauf), während die dünnwandigeren Arteriae pulmonales Blut in den kleinen Kreislauf (Lungenkreislauf) leiten.

Durch Ertasten des Herzinneren konnten die Segelklappen (zwischen Venen und Atrien), sowie die Taschenklappen (Atrioventrikularklappen, zwischen Atrien und Ventrikeln) erforscht werden. Das dickwandige Septum trennt linke und rechte Herzhälfte voneinander. Die weiße Schicht um das Herz herum besteht aus Fett, welches durch Kühlung erstarrte. Auch das Perikard (Herzbeutel) war gut erkennbar.

Rot gefärbte physiologische Kochsalzlösung wurde anschließend durch ein Rohr in der Lungenvene zugeführt und mittels Druckausübung auf die linke Hauptkammer durch die Aorta in ein weiteres Glasrohr abgepumpt. Während der Füllungsphase gelangt Blut vom Atrium in den Ventrikel.

Danach schließt sich die Segelklappe (Mitralklappe) und der Ventrikel kontrahiert sich nach oben hin (durch manuellen Druck). Nun öffnet sich die Taschenklappe (Aortenklappe) so lange, bis der Ventrikeldruck unter den Aortendruck abfällt. Das Blut steigt durch die Aorta ins Glasrohr hinauf, bis kein Druck mehr ausgeübt wird. Durch Schließen der Taschenklappe wird ein Rückfluss ins Herz zurück verhindert, weshalb der Pegel des Blutes in der Rohrsäule nicht mehr sinkt.

2. Pufferwir.....

Die Ergebnisse der Photometrie sind in Tabelle 3.1 und als Optimumskurve des Trypsins (im Anhang) zusammengefasst.

Tabelle 3.1 Extinktionen nach Photometrie

Küvette

pH

Extinktion E1 unserer Proben

E2

E3

E4

E5

1

7

0

0

0

0

0

2

5

0,02

0,006

0,019

0,002

0,011

3

7

0,006

0,042

0,026

0,03

0,038

4

8,3

0,011

0,061

0,054

0,019

0,054

5

9,8

0,002

0,022

0,021

0,014

0,039

6

11,5

0,014

0,012

0,007

0,006

0,004

4.3 Diskussion

Erwartungsgemäß hätte bei pH= 8,3/ pH= 9,8 die größte Extinktion aufscheinen sollen, da Trypsin in diesem Bereich optimal arbeitet, das heißt viele Bruchstücke des Albumins in Lösung vorliegen. Bei unserem Versuch war das allerdings erst in Probe Nr. 6 bei einer maximalen Extinktion von E= 0,014 der Fall, was nicht stimmen kann.

Wahrscheinlich wurde der strikte Zeitplan zu ungenau eingehalten- es wurden die Reagenzgläser nach der 20- minütigen Inkubation gleichzeitig aus dem Wasserbad genommen. Eigentlich sollte jede Eprouvette einzeln herausgeholt und mit Trichloressigsäure versetzt werden. Verschmutzungen, Pipettierfehler oder zu schwaches Schütteln der Proben nach der Cholinreaktion verfälschen ebenfalls das Ergebnis.

Erstellt man Diagramm aus den Werten der Gruppe 5 (Extinktionen E5), so erhält man eine Optimumskurve (siehe Anhang). Dieser Versuch ist besser gelungen.

5. Quergestreifte Skelettmuskulatur

5.1. Aufgabe A: Regulierung der Muskelkraft bei Einzelreizung

5.1.1 Einführung

Anhand des Computerprogrammes „SimMuscle“ wird der virtuelle Wadenmuskel (Musculus gastrocnemius) eines Frosches untersucht. In Anhängigkeit von der Reizstärke soll der der vorgedehnte Muskel indirekt über den Nervus ischiadicus mit Einzelreizen gereizt werden. Es wäre zu erwarten, dass bei kontinuierlicher Erhöhung der Reizstärke die Länge und Kraft des Muskels ansteigen, bis sich der Muskel optimal/ maximal kontrahiert.

Das Ergebnis sollte eine Sättigungskurve sein.

5.1.2 Durchführung

Das Nerv- Muskelpräparat wird in das Gerät eingespannt und mit einem Gewicht von 50 g vorgedehnt. So erreicht der Muskel seine ursprüngliche physiologische Länge wieder und liegt im Bereich der optimalen Kontraktionseigenschaften. Zuerst wird die Kontraktionsstärke unter isotonischen Bedingungen gemessen: da der Muskel „frei beweglich“ ist kann die Längenveränderung (als Amplitude in mm) bei verschiedenen Reizstärken (in mV) gemessen werden.

Unter isometrischen Bedingungen, das heißt der Muskel ist fixiert und kann seine Länge nicht verändern, wird die Kontraktionsstärke als Kraftentwicklung (in N) gemessen.

Nachdem das Simulationsprogramm „SimMuscle“ gestartet wurde, werden Stimulator (appliziert elektrische Reize), Transducer (übersetzt Länge oder Kraftentwicklung des Muskels in Spannung) und Oszilloskop (Spannungsmesser) eingeschaltet („on“). Man muss darauf achten, dass mittels des Anschlusskabels Oszilloskop und Transducer verbunden sind.

Für isotonische Reizentwicklung wird der Muskel mit 50 g vorgedehnt und der Transducer auf „free“ eingestellt, damit sich der Muskel bewegen kann. Für isometrische Bedingungen stellt man auf „lock“, sodass sich der vorgedehnte Muskel nicht mehr kontrahieren kann. Die Einstellung „single“ am Stimulator ist notwendig, damit nur mit Einzelreizen gearbeitet wird.

Mithilfe des Channel 1 (Reiz) und 2 (Transducersignal: 50 mV/ Einheit, also entsprechen 50 mV 1 mm Längenänderung/ 1 N Kraftentwicklung) am Oszilloskop kann die Empfindlichkeit der Kanäle eingestellt werden. Der Drehregler „Time Base“ bestimmt die Zeitablenkung, welche in unserem Fall 20 ms/ Einheit beträgt.

Eine einfache Übersicht über die konstanten und variablen Parameter dieses Experimentes liefert Tabelle 5.1.

Tabelle 5.1 konstante und variable Parameter unter isotonischen und isometrischen Bedingungen

Isotonische Messung

Isometrische Messung

Parameter variabel

Reizstärke (Amplitude) [mV]

Muskellänge [mm]

Reizstärke [mV]

Kraft [N]

Parameter konstant

Reizdauer = 1 ms

Reizdauer = 1 ms

Unter isometrischen Bedingungen gilt es Formelfür die Kraft F zu beachten:

Einheit = 1 Newton = [kg.m.s-2]

F = kg*g à g = 9,81 ms-2 = Erdbeschleunigung

Tabelle 5.2 Einzelreizung unter isotonischen und isometrischen Bedingungen

Reizstärke [mV]

Isotonisch: Längenänderung [mm]

Reizstärke [mV]

Isometrisch: Kraft [N]

50

0

50

0

100

0

100

0

120

0,2

120

0,2

130

0,4

150

0,2

140

0,4

160

0,4

150

0,4

180

0,6

170

0,6

190

0,8

200

1

210

1

220

1,2

230

1,6

250

2

250

1,4

300

2,8

300

2,6

350

3,2

350

3

360

3,2

400

3

Die Grafen unter isotonischen und isometrischen Bedingungen wurden direkt vom Computer 1:1 abgezeichnet (siehe Zeitverlaufskurven im Anhang). Die abgelesenen Werte sind in Tab.....

5.2.1.2 Durchführung

Der Muskel wird eingespannt, das Verbindungskabel in den „free“ Anschluss des Transducers gesteckt (isotonische Bedingungen) nicht vorgedehnt, und die Einstellung „twin“ am Stimulator gewählt. Durch Anwählen der „store“- Taste am Oszilloskop wird nun eine Kurve unter der anderen angezeigt. Nun wird je ein 50 g Gewicht nach dem anderen am Muskel befestigt und die maximale isotonische Kontraktion (die Amplitude jeder Kurve) abgelesen.

Die passive Längenänderung stellt die Distanz zweier Kurven dar, und zwar von einer geraden Linie zur nächsten. Man misst hier nicht im Anstieg!!! Die Gewichtskraft wird von g in mN umgerechnet: F = kg*9,81 ms-2/ 1000

Sowohl die Werte der passiven Längenänderung als auch der isotonischen Kontraktion sollten mit steigender Gewichtskraft sinken. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5.4 dargestellt.


Tabelle 5.4 Passive Längenänderung und isotonische Maxima

Gewichtskraft F [mN]

Passive Längenänderung [mm]

Maximale isotonische Kontraktion [mm]

0

0

1,0

490,5

1,0

1,0

981,0

1,0

1,0

1471,5

0,8

0,8

1962,0

0,8

0,6

2452,5

0,6

0,4

2943,0

0,4

0,2

5.2.2 Kurve der isometrischen Maxima

5.2.2.1 Einführung

Ebenso wie die Längen- ist auch die Kraftänderung eines Muskels nicht proportional der am Muskel wirkenden Zugkraft.

5.2.2.2 Durchführung

Das Kabel am Transducer wird nun auf „lock“ (isometrische Bedingungen) umgesteckt. Die Versuchsdurchführung geschieht auf gleiche Weise wie in 5.2.1.2 beschrieben, nur dass unter isometrischen Bedingungen keine Längenänderungen gemessen werden (der Muskel ist ja fixiert und bewegungsunfähig), sondern die Kraftentwicklungen in mN (. Man kann hier auch ohne die „Store“- Einstellung am Oszilloskop arbeiten, um die Amplituden nacheinander besser ablesen zu können.

Die Werte sind in Tab.....

5.2.3.2 Diskussion

Mithilfe einer Ruhedehnungskurve (im Anhang beigelegt) soll die Plastizität/ Elastizität des Musculus gastrocnemius aufgezeigt werden. Nach der maximalen Muskelkontraktion entdehnt sich der Muskel wieder, wobei er nicht mehr ganz seine ursprüngliche Länge (aufgrund seiner plastischen Elemente) erreicht- diese Verformung nennt man „Dehnungsrückstand“.

Es wäre zu erwarten, dass eine exponentielle Kurve entsteht, die ein Maximum erreicht, wieder sinkt und sich nicht im Ursprungsort wieder trifft, was bei unserer Kurve der Fall ist.

Wenn man den Muskel mit verschiedenen Gewichten belastet, kontrahiert er unterschiedlich stark. Der Grund dafür liegt im Muskelfaseraufbau. Damit es überhaupt zu einer Kontraktion kommen kann, müssen die Actin- und Myosinfilamente in einem optimalen Verhältnis zueinander liegen. Wenn sie zu nahe beieinander oder zu weit auseinander liegen, kann keine optimale Arbeit geleistet werden, da sie nicht optimal aneinander vorbeigleiten können bzw. die Kraft abnimmt.

5.3 Aufgabe B: Arbeitskurve

5.3.1 Einführung

Aus der Beziehung zwischen geleisteter Arbeit und Kontraktionsstärke ergibt sich die Arbeitskurve des Muskels. Zu erwarten wäre eine Optimumskurve, deren Maximum die optimale Muskellänge darstellt.

5.3.2 Durchführung

Um die Arbeitskurve zu erstellen wird die Abeit [mJ] gegen die Summe der passiven Längenänderungen [mm] aufgetragen. Hierzu wird die Gewichtskraft (siehe Werte aus Tabelle 5.4) in Arbeit umgerechnet:

Arbeit [mJ] = Gewichtskaft F [mN] * maximale iso.....

Sobald der Summationspegel nicht mehr getrennt von der Amplitude ersichtlich ist (Summationspegel = Amplitude) ist die Superposition erreicht. Der Modus „Twin“ am Stimulator wird eingestellt, die Reizdauer liegt konstant bei 1 ms, die Muskellänge von 1 mm entspricht einer Spannung von 500 mV. Allein der Reizabstand wird durch den Schieberegler variiert. In Tabelle 5.8 sind die erhaltenen Werte aufgelistet.




Tabelle 5.8 Superposition bei Doppelzuckung

Reizabstand ΔT [ms]

Summationspegel [mm]

Maximale Doppelzuckung [mm]

500

0

2,4

300

0

2,4

200

0

2,4

150

0

2,4

120

0,6

1,6

100

1,2

3,1

80

1,9

3,5

65

2,4

4,0

50

2,5

4,2

40

4,6

4,6

30

4,6

4,6

5.4.1.3 Diskussion

Ab einem Reizabstand von mindestens 40 ms verschmelzen zwei Einzelzuckungen und eine Superposition wird erreicht. Durch diese Überlagerung entsteht eine größere Amplitude, als bei einer Einzelzuckung.

5.4.2 Tetanus



5.4.2.1 Einführung



Unter Tetanus versteht man die Summation vieler Einzelzuckungen und die somit entstehende Erhöhung der Reizfrequenz. Bei einem rauen Tetanus sind die Spannungsmaxima der Einzelzuckungen noch voneinander abgrenzbar, bei einem glatten Tetanus hingegen nicht mehr: die Einzelzuckungen verschmelzen zu einer glatten Kontraktion.

5.4.2.2 Durchführung

Es soll diejenige Reizfrequenz gefunden werden, bei dem ein rauer/ glatter Tetanus auftritt. Die Schnelligkeit eines Muskels ist direkt proportional der Fusionsfrequenz [Hz], welche als Anzahl der Reize/ Sekunde zu verstehen ist. Die Reizfolgen von 3, 10, 20 und 50 Hz werden nun mit nachfolgender Formel in ms umgerechnet: Frequenz à

Bei den unterschiedlichen Reizfolgen werden wiederum Summationspegel und maximale isotonische Kontraktion (allerdings nach dem fünften Reiz) gemessen, wie in Tabelle 5.9 ersichtlich ist. Der Stimulator ist im Modus „Train“, das Gewicht liegt während des gesamten Versuches konstant bei einer Vordehnung von 50 g.

Tabelle 5.9 Tetanische Parameter: Summation u.....


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