Sportbiologie VL 4 & 5

Verbindung von verschiedenen Nerven

1. Schnelle mot Einheiten mit hoher Ermüdbarkeit(Typ FF, fast fatigue)
2. Schnelle mot Einheiten mit geringer Ermüdbarkeit(Typ FR, fatigue resistant)
3. Langsame, nicht ermüdbare motorische Einheiten(TypS, slow)

Axon(Verlängerung einer Nervenzelle)

• Neurotubuli
• SCHAWNNsche Zellen
• Myelin-oder Markscheide

Aα(motor. zum Muskel) hat eine Leistungsgeschw. von 100 m/s mittlerer Durchmesser von 15 nm
Aγ(motor, zur Muskelspindel) hat eine Leistungsgeschw von 20m/S mittlerer Durchmesser von 5 nm
IV(mrklose Schmerzfaser) hat eine Leistungsgeschw von 1m/s mittlerer Durchmesser von 1 nm

Leistungsgeschwindigkeit ist stark abhängig ob Markscheide vorhanden oder nicht->markhaltige vs marklose Nervenfaser(physiologische Vorgänge können durch Markscheide beschleunigt werden)
Aufsteigende afferente Nervenfasern->römische Zahlen(z.B IV)
Absteigende efferente Nervenfasern->Buchstaben(z.B. Aγ)

Verbindung von Nerv zu Muskelfaser ist die motorische Endplatte. Sie ist unterteilt in einen präsynaptischen und subsynaptischen Teil, die Üübertragungsdistanz der mot Endplatte ist möglichst gering, Vesikel mit dem Überträgerstoff Azetylcholin(ACH) sind in der mot Entplatte vorhanden.
Die Vesikel schütten ihren Inhalt an ACH in den synaptischen Spalt, der ACH löst dann ein Endplattenpotential aus, was einem Aktionspotential entspricht.
Die meisten Muskelfasern besitzen eine Endplatte.
Die Funktion der mot Endplatte ist das Aktionspotential eines Neurons als Aktionspotential in den Muskel zu übertragen.
Durch das übertragen des ACH wird im Muskel die Ausschüttung von Ca2+ Ionen getriggert, welche zum Querbrückenzyklus führen. 
elektrische Vorgänge durch positive/negative Atome

Kontaktstellen zwischen Nervenzellen und 

• anderen Zellen(wie Sinnes-,Muskel-, Drüsenzellen)
• oder andere Nervenzellen

Erregungsübertragung vom Axon auf andere Zellen erfolgt meist chemsich
Elektrisches Signal wird in chemisches Signal übertragen(->chemische Synapsen)
Jedoch Gap Junctions(->elektrische Synapsen)

Die Ionenkonzentrationen ausserhalb und innerhalb der Zelle unterscheiden sich. In Ruhe ist die Zellmembran für Na+ nahezu undurchlässig, aber für K+ permeabel. So diffundieren K+ Ionen passiv nach aussen(chemisches Konzentrationsgefälle=passiver Transport). Da positive Ionen die Zelle verlassen, wir die Zelloberfläche gegenüber dem Zellinnern positiv geladen. Der Kaliumstrom steht in Ruhepause mit dem elektrischen Kaliumeinstrom im Gleichgewicht.
 

Das Ruhepotential zwischen dem Zellinnern und dem Zelläussern beträgt -60mV(Axon) und -80mV(Muskelfaser). Das Zellinnere verhält sich negativ. Das Ruhepotential wird nur unter Energiebereitstellung aufrechterhalte. Die Energiebereitstellung und Umwandlung erfolgen durch die Ionenpumpen(Na+-K+-ATPase)

aktiver Transport
Ionenpumpen befördern eingedrungene Na+-Ionen gegen das elektrische und chemische Potentialgefälle aus der Zelle und K+ in die Zelle.(3Na+ raus, 2K+rein) Dieser aktive Prozess wird durch die Energiebereitstellung ermöglicht. Nach innen geöffnet, nimmt die NA+-K+-ATPase 3 Na+ Ionen auf und gibt sie unter ATP->ADP +P Spaltung nach aussen ab. Im Austausch gelangen dann 2 K+ Ionen in die Zelle hinein. Dadurch wird das Zellinnere negativ geladen. 

2. SchwellenpotentialNatriumeinstrom beginnt
3. Depolarisation max Natriumeinstrom
4. Repolarisation max Kaliumausstrom
5. Hyperpolarisation geringer Kaliumausstoss
1. Ruhepotential Na-Eliminierung, Einpumpen von K+

Ein Aktionspotential ist der zeitliche Ablauf des Membranpotentials während der Erregung einer Muskel-Nervenzelle. Das Gleichgewicht verschiebt sich, es gitb eine Positivierung innerhalb der Zelle. 
Gelangt eine Erregung an die Zellmembran der Muskel-oder Nervenzelle, so nimmt die Permeabilität für Na+ im Vergleich zur Durchlässigkeit in der Ruhephase deutlich zu. So wird die Zelle depolarisiert und das Membranpotential nimmt ab auf etwa -60 mV. Von dort an steigt die Na+ Durchlässigkeit weiterhin an, bis die Zelle auf 30, 40 mV positiv geladen. Das Aktionspotential wird nun über Nerven- oder Muskelfasernweitergeleitet und depolarisiert benachbarte Membranbezirke. 
Beim Maximum des Membranpotentials werden potentialänderungen rückgängig gemacht. So verringert sich die Na+ Durchlässigkeit und die K+ Durchlässigkeit steigt, so verlassen K+Ionen die Zelle(Repolarisation). Es wird kurze zeit das Ruhepotential überschritten, dies ist das hyperpolarisierende Nachpotential. Während der Repolarisation wird wieder mit der Na-Eliminierung und dem Einpumpen von K+begonnen. 

2. SchwellenpotentialNatriumeinstrom beginnt
3. Depolarisation max Natriumeinstrom
4. Repolarisation max Kaliumausstrom
5. Hyperpolarisation geringer Kaliumausstoss
1. Ruhepotential Na-Eliminierung, Einpumpen von K+

Ein Aktionspotential ist der zeitliche Ablauf des Membranpotentials während der Erregung einer Muskel-Nervenzelle. Das Gleichgewicht verschiebt sich, es gitb eine Positivierung innerhalb der Zelle. 
Gelangt eine Erregung an die Zellmembran der Muskel-oder Nervenzelle, so nimmt die Permeabilität für Na+ im Vergleich zur Durchlässigkeit in der Ruhephase deutlich zu. So wird die Zelle depolarisiert und das Membranpotential nimmt ab auf etwa -60 mV. Von dort an steigt die Na+ Durchlässigkeit weiterhin an, bis die Zelle auf 30, 40 mV positiv geladen. Das Aktionspotential wird nun über Nerven- oder Muskelfasernweitergeleitet und depolarisiert benachbarte Membranbezirke. 
Beim Maximum des Membranpotentials werden potentialänderungen rückgängig gemacht. So verringert sich die Na+ Durchlässigkeit und die K+ Durchlässigkeit steigt, so verlassen K+Ionen die Zelle(Repolarisation). Es wird kurze zeit das Ruhepotential überschritten, dies ist das hyperpolarisierende Nachpotential. Während der Repolarisation wird wieder mit der Na-Eliminierung und dem Einpumpen von K+begonnen. 

• bei markhaltigen Nerven ist die Erregungsfortpflanzung etwa 10 mal schneller
• die erregbare Oberfläche besteht nur alle 2 mm im Bereich der RANVIERschen Schnürringe
• Nur dort kann der rasche Natriumeinwärtsstrom erfolgen und ein Aktionspotential auslösen

Die Fortleiung des Aktionspotential im Neurit erfolgt durch eine fortführende Potentialdifferenz. Wegen dieser Potentialdifferenz fliessen Ströme, die den weiterführenden Abschnitt depolarisieren. In marklosen und daher langsamen zelle, geschieht dies kontinuierlich an der gesamten Neuritoberfläche. Bei Neuriten mit Markscheidehat die erregbare Oberfläche nur alle 2 mm, an den Schnürringen Kontakt mit der Umgebung. Dort wird das Aktionspotential durch Depolarisierung und schliesslich Ladungsauslgleich weitergegeben. Es wird so nur noch an den Schnürringen wegen dem Depolarisierungsprozess Zeit verloren. 

Die Einzelfaser und damit die motorische Einheit foglt bei Einzelreizung dem "Alles oder nichts-Gesetz". Die stärke der Konraktion wird durch die Frequenz der Aktionspotentiale gegeben und kann nicht in der stärke variiert werden.
Erst durch aufsummieren mehrerer Aktionspotentiale, also durch eine Aktionspotentialfrequenz ist eine sichtbare Bewegung als Folge einer Muskelkontraktion sichtbar. Durch die Trägheit der Muskulatur wird von den einzelnen Zuckungen eine Summation der Zuckungen zu einer Muskelkontraktion gebildet(mindestens 50 Einzelkontraktionen ergeben Makrokontraktion=Dauerverkürzung)
Je mehr Aktionspotentiale, desto mehr Kraft

Einzelzuckung, Superposition, tetanische Kontraktionen(unvollständig, vollständig)

• Mehrzahl der motorischen Reaktionen auf nur durch Orsveränderung zu erreichendes Ziel gerichtet=Zielmotorik(schnelle motorische Einheiten)
• Für diese zielgerichteten Bewegungsbläufe verfügt die Skelettmuskulatur über sog. weisse schnelle Muskelfasern
• Zielmotorik aknn nur erfolgreich eingesetzt werden, wenn ständig Reihe von Muskeln durch überwiegend isometrisch eKontraktionen der Schwerkraft entgegenwirken
• Diese als Stützmotorik(Stabilität des Rumpfes) bezeichnete Funktion des motorischen Systems erfüllen die sog. roten(myoglobinreiche, langsame) Muskelfasern z.B im Sitzen, geringe Kraftentwicklungen

1. Struktur: Motivationsareale in Grosshirnrinde&in subkortikalen Strukturen(z.B Frontalhirn&Limbisches System)
   Funktion: Entscheidungsinstanz für Handlungsantriebe(höchstes Entscheidungszentrum)4
2. Struktur: Assoziationskortex
   Funktion: Entwürfe von Bewegungen oder zielgerichteten Bewegungsfolgen(Strategien) auf Abruf(motorisches Gedächtnis)
3. Struktur: prämotorischer&supplementärmotorischer Kortex
   Funkton: Abruf von konkreten Bewegungsprogrammen oder Programmfolgen(Parametrisierung)
4. Struktur: Kleinhirn&Basalganglien
   Funktion: Situative Anpassung der Bewegungsprogramme, Steuerung der Stützmotorik, Koordination mit Zielmotorik
5. Struktur: Motorischer Kortex(Motorkortex)
   Funktion: Motorische Zentren mit Ausführungsfunktion(Exekution) von einlaufenden Bewegungsprogrammen
6. Struktur: Hirnstammebene
   Funktion: Stützmotorik mit Abstimmung der Tätigkeit der Haltemuskulatur; ermöglicht situationsgerechte Körperhaltung; schafft Voraussetzungen für zielmotorische Bewegungen
7. Struktur: Rückenmarkebene mit motorischen Einheiten(von Rückenmark bis Ende Struktruen=Kraftentwicklung) 
   Funktion: Spinalmotorik mit einfachen Haltungs&Bewegungsmustern auf der Basis von spinalen Reflexen, die Bewegungen fördern oder hemmen
    

Spinalnerven treten am Rückenmark(Zwischenwirbelloch) aus und gehen in die Peripherie. Das Spinalganglion enthält die sensorischen Nervenzellen der afferenten Fasern. 
Anatomie des RM&Bahnen der motorischen&sensomotorischen Nervenzellen
die wichtigsten anatomischen Bezeichnungen &Funktionen des Gehirn
weitere Methoden um zentralnervöse Prozsse zu messen
Bild:
Hinterwurzel: afferente Bahnen aus Körper zum Gehirn
Spinalganglion: Info neu aufgespaltet in versch Inforeihungen(neues Netzwerk gebildet)
Vorderwurzel(motorisch): vom Gehirn zum Körper Info
Vorderhorn&Hinterhorn: enden zusammen->Nervenendungen
weisse Substanz&graue Substanz: Fasern, Röhrchen die Info weitergeben

Das Rückenmark ist zwischen 40-45 cm lang und etwa 1 cm dick. Hinterwurzel ist sensorisch&Vorderwurzel motorisch.
Wirbelzwischenräume damit Nerven herausspringen können in die Peripherie
efferente Fasern: leiten Aktionspotentiale von der Wirbelsäule in Peripherie und werden auch motorische Fasern genannt, absteigende Bahnen(Pyramidenbahnen)
afferente Fasern: leiten Aktionspotentiale(sensorische Impulse) von den Sinneszellen(Sensoren) ins ZNS und von dort aus(falls keine Reflexe ins Gehirn, hirnwärts)
Nervenverschaffung nur bis Lendenwirbel1->Nervenendungen nur im Rückenmark)
Ein Dermatom ist das von einem rückenmarksnerven(Spinalnerven) innervierte segmentale Hautgebiet(sensible Versorgung)=Hautsegmente

Bei feinkoordinierter Arbeit sind viel mehr Muskeln innerviert und Arbeit zu regulieren
 

• Reflex ist durch Aufeinanderfolge von Reizaufnahme(Sensor), Erregungsleitung und Reizbeantwortung(Effektor) charakterisiert.
• Er stellt rasch erfolgende motorische Antwort auf einen sensorischen Reiz dar(sollen schnell passieren)
• Da auch hemmend wirkende Reflexe bekannt sind, ist diese klassische Definition des Reflexes erweiterungsbedürftig
• Allgemein definiert ist ein Reflex eine durch sensorische Afferenzen veranlasste Aktivitätänderun von mtorischen Nervenzellen, die die muskuläre Aktivität fördern oder hemmen

Ein Dermatom ist das von einem Rückenmarksnerven(Spinalnerven)innervierte segmentale Hautgebiet. Sensible Versorgung in Hautsegmenten.

Der Reflex ist durch Aufeinanderfolge von Reizaufnahme(Sensor), Erregungsleitung und Reizbeantwortung(Effektor) charakterisiert.
Er stellt die rasch erfolgende motorische Antwort auf einen sensorischen Reiz dar(sollen schnell passieren, schnelle Umschaltung) Ein Reflex wird nur im Rückenmark und nicht im Gehirn verarbeitet.
Da auch hemmend wirkende Reflexe bekannt sind, ist diese klassische Definition des Reflexes erweiterungsbedürftig.
Allgemein definiert ist ein Reflex eine durch sensorische Afferenzen veranlasste Aktivitätsänderung von motorischen Nervenzellen die die muskuläre Aktivität fördern oder hemmen

Muskelkontraktion ist auf 2 Wegen möglich: 1. Direkte Erregung der a-Motoneurone des Rückenmarks über supraspinale Zentren, 2. Primäre Aktivierung der y-Schleife(Starter Funktion)
bei feinkoordinativen Muskeln sind mehr Muskelspindeln vorhanden->z.B. an Hand mehr als im Rumpf
einfachster Reflex
Muskelspindel=Dehnungssensor
Intrafusale Muskelfaser
Nicht-kontraktiles Muskelstück jedoch dehnungsempfindlich(Dilatsensor)
la-Neurit(afferent)
Aalpha&Agamma Neurit(efferent)

Muskelkontraktion ist auf 2 Wegen möglich: 1. Direkte Erregung der a-Motoneurone des Rückenmarks über supraspinale Zentren, 2. Primäre Aktivierung der y-Schleife(Starter Funktion)
bei feinkoordinativen Muskeln sind mehr Muskelspindeln vorhanden->z.B. an Hand mehr als im Rumpf
einfachster Reflex
Muskelspindel=Dehnungssensor
Intrafusale Muskelfaser
Nicht-kontraktiles Muskelstück jedoch dehnungsempfindlich(Dilatsensor)
la-Neurit(afferent)
Aalpha&Agamma Neurit(efferent)

Dehnungsreflexe sind für die aufrechte Haltung des Menschen und die Stellung der Gliedmassen verantwortlich und schaffen dadurch die notwendige Ausgangsposition für zielmotorische Bewegungsabläufe
Agonist(z.B Streckmuskulatur)
Antagonist(z.B. Beugemuskulatur)
Reziproke Antagonistenhemmung
Von den Neuriten der a-Motonerone weigen noch im Rückenmark Kollateralen(Nebenwege) zu kleinen Zwischenneuronen, sogenanten RENSHAW-Zellen, die ihrerseits wieder auf dasselbe Motone(rekkurrente Hemmung) und auf die antagonistische Muskulatur fördernd einwirken.

Beugereflexe sind Reizungen von Schmerzsensoren im Extremitätenbereich, die mit einer rasch ausgeführten Bewegung im Knie-und Hüftgelenk sowie Ellenbogen-und Schultergelenk ausgeführt werden. Dieser Reflex basiert auf dem zielmotorischen System. Beugereflex/Flexoreflexe=Schutzreflexe
polysynaptische Reflexe: im Rückenmark über mehrere Synapsen auf mehrere Motoneurone der Begemuskulatur geschaltet, die mit einer raschen Kontraktion antworten.
Alles auf spinaler Ebene, nicht im Gehirn!

Das Gehirn besteht aus einer linken und rechten Gehirnhälfte(Hemsiphere), die se sind bis auf die Hirnanhangsdrüse(Hypophyse) identisch.

• Das Kleinhirn dient der Stützmotorik
• Der motorische Cortex dient zur Informationssammlung und Verarbeitung
• Das Zwischenhirn ist in der Verlängerung des Rückenmarks
• Das Endhirn macht 80% des Gehirns aus.

• Das Frontalhirn und das Limbische System dienen als Entscheidungsinstanz für Handlungstriebe
• Der Assoziationskortex im Frontalhirn stellt Entwürfe von Bewegungen oder zielgerichteten Bewegungsfolgen(Strategien) auf Abruf(motorisches Gedächtnis) auf
• Der prämotorische und supplementär-motorische Kortex ist für den Abruf von konkreten Bewegungsprogrammen oder Programmfolgen bestimmt
• Der Motorische Kortex(Motorkortex) besteht aus den Motorischen Zentren mit Ausführungsfunktion(Exekution) von einlaufenden Bewegungsprogrammen
  • Hirnnerven sind in motorische Aufgaben unterteilbar(z.B. Riechnerv, Sehnerv usw insgesamt 12)
• Die Hirnstammebene ist für die Stützmotorik mit Abstimmung der Tätigkeit der Haltemuskulatur; ermöglicht situationsgerechte Körperhaltung
• Rückenmarkebene mit den motorischen Einheiten dient für die Spinalmotorik mit einfachen Haltungs-und Bewegungsmustern auf der Basis von spinalen Reflexen, die Bewegungen fördern oder hemmen.

Wilder Penfield(1891-1976) untersucht wo sich Epizentrum von epileptischen Anfällen befindet.
Programme werden im Frontalhirn gebildet.

motorischer Homunculus(primärer motorischer Cortex) &
sensorischer Homunculus (sekundärer somatosensibler Cortex)

Gesichtspartie, Hände sehr feinkoordinierte Stellen-> viele mot. Einheiten
Hüfte, Rumpfbereich bspw. Weniger feinkoordiniert

In der Pyramidenbahn(vom Kortex ausgehender Tractus corticospinalis) liegt die direkte Verbindung von Kortex und spinalen Neuronen. In dieser Pyramidenbahn laufen mehr als 1 Mio Neuriten. Aufgrund der Pyramidenkreuzung sind die motorischen Felder der linken Gehirnhälfte für die rechte Körperhälfte verantwortlich und umgekehrt

Informationen über Sollwert werden em Kleinhirn als Efferenzkopie zugeleitet und diese mit einlaufenden Informationen über den aktuellen Istwert(Afferenzkopie) verglichen. Abweichungen werden zur schnellen Kurskorrektur an das Grosshirn gemeldet. --> Vorwärtsmodell

Cotroller(inverses Modell)-Was muss ich tun, damit etwas passiert?
Predictor(Vorwärtsmodell)-Was passiert, wenn ich etwas tue?

Predictor dient zum Vorwärtsmodellieren, dies um Zeit zu gewinnen. Die Efferenten Kommandos müssen nicht zwingend invers modelliert werden, sondern es gibt eine Vorwegnahme, dies reduziert die benötigte Zeit für die Bewegungskorrektur. Während der Bewegungsausführung wir die Situation schon vorweggenommen->antizipierter Effekt

Tabelle