Como o músculo contrai? avaliação de um macromodelo de sarcômero como instrumento de aprendizagem no ensino médio

Abstract

Ensinar a contração muscular é um constante desafio para professores considerando a complexidade dos mecanismos envolvidos e a atual conjuntura de mudança de paradigma acerca de como o músculo contrai e produz força. A menor unidade funcional do músculo se chama sarcômero e é nele que ocorrem os mecanismos para a produção de força na contração muscular. O uso de modelos físicos que o representem pode proporcionar experiências positivas para ensinar a contração muscular. O objetivo deste estudo foi desenvolver um macromodelo de sarcômero e descrever sua utilização em campo para a aprendizagem de alunos do Ensino Médio acerca dos mecanismos de produção de força muscular propostos pela teoria dos três filamentos. O macromodelo de sarcômero contendo as linhas Z e os filamentos contráteis de actina e miosina foi construído com papel sola de 3 mm. Os mecanismos relacionados à modulação da força da titina foram demostrados através de clips (cálcio) e de ganchos dispostos nos filamentos de actina. A partir da interação com a maquete é possível perceber o aumento da resistência ao alongamento do sarcômero frente a modulação da rigidez (interação com clips) e do comprimento da titina (interação com ganchos). Em relação ao estudo de campo, participaram 24 alunos do 1º ano do Ensino Médio matriculados no Colégio de Aplicação (CA) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Os alunos assistiram a um vídeo sobre a contração muscular e manusearam o macromodelo. A percepção dos alunos acerca da eficácia do macromodelo como demonstrativo do efeito da titina na capacidade de produção de força no músculo, foi avaliada através de um questionário em uma escala de concordância do tipo Likert de 5 pontos. O protótipo mostrou-se ser uma ferramenta útil na aprendizagem dos conceitos da contração muscular pela teoria dos três filamentos. Espera-se que os resultados desta pesquisa possam incentivar o uso de modelos físicos educacionais da contração muscular por professores.

Teaching the mechanisms of muscle contraction can be considered challenging considering the complexity of the events involved and the current paradigm shift regarding how the muscle is thought to contract and produce force. The smallest functional unit of the muscle is called the sarcomere and it is where mechanisms for force production take place in the muscle. The use of physical models that represent sarcomeres can assist the understanding of muscle contraction events. The objective of this study was to develop a sarcomere prototype and describe its use among high school students when learning the mechanisms of muscle force production proposed by the three-filament theory. The sarcomere prototype containing the Z lines and the contractile filaments of actin and myosin was constructed with 3 mm paper sole. The mechanisms related to the modulation of titin strength were demonstrated using clips (calcium) and hooks arranged on actin filaments. From the interaction with the model, it is possible to perceive the increase in the resistance to elongation of the sarcomere through the modulation of titin stiffness (interaction with clips) and length (interaction with actin through hooks). Twenty-four 1st-year high-school students enrolled at the Colégio de Aplicação (CA) of the Federal University of Santa Catarina (UFSC) participated in the field study. The students watched a video about muscle contraction and handled the prototype. The students' perception on the effectiveness of the prototype as a demonstrative tool of the effect of titin in the muscle was evaluated through a questionnaire with a 5-point Likert scale. The final score obtained in the questionnaire was evaluated using descriptive statistics. The prototype proved to be a useful tool for learning muscle contraction concepts. The results of this research may encourage the use of educational physical models of muscle contraction in teaching.