Muskel und Motorik. Wintersemester 2014 Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: ;

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1 Muskel und Motorik Wintersemester 2014 Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: ;

2 Lehrbücher Klinke/Pape/Kurtz/Silbernagl Physiologie Thieme, 2009 Kap. 17, 18, 22 Schmidt/Lang/Heckmann Physiologie des Menschen Springer, 2010 Kap. 13, 14, 15, 19

3 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

4 Organisation des Skelletmuskels Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

5 Organisation des Skelletmuskels Birks et al., J Physiol, 1960

6 Organisation des Skelletmuskels Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

7 Organisation des Skelletmuskels Myomesin Alpha-Aktinin Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

8 Myosinfilamente Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

9 Actinfilamente Some images of actin filament structure Heuser and Kirschner, J Cell Biology, 1980

10 Feinstruktur von Myosin Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

11 Ankern Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

12 Ankern Allen and Whitehead, I J Biochem Cell Biol, 2011

13 Ankern Duchenne-Dystrophie Gliedergürteldystrophie (limb-girdle muscular dystrophy, LGMD) Kongenitale Dystrophie Bushby, Pract Neurol, 2009

14 Ankern kongenitale-dystrophie Ferreiro et al., Neuromusc Dis, 2011

15 Kontraktion: Gleitfilamenttheorie Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

16 Movies Movie The Way Things Move: Looking Under the Hood of Molecular Motor Proteins Ronald D. Vale and Ronald A. Milligan Science. ISSN (print), (online)

17 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

18 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

19 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

20 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

21 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

22 Querbrückenzyklus (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

23 Querbrückenzyklus (II) Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

24 Ca 2+ Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

25 Sarkomerproteine Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

26 Zusammenfassung: Muskelarten Feinbau der Muskelzellen Streifung Myosin Aktin Gleitfilamenttheorie Molekülare Grundlagen (Myosin, Aktin, Ca 2+ )

27 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

28 Funktionelle Bereiche eines Neurons Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

29 Gliazellen Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

30 Informationsleitung Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

31 Synapsen Alberts, Johnson, Walter, Lewis. Molecular Biology of the Cell, Taylor & Francis, 2007

32 Endplatte Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

33 Freisetzung (SNAREs) SNARES Jahn and Scheller, Nat Rev Molec Cell Biol, 2006

34 Minis vs. EPSC (EPP) EPSCs Katz, J Neurocytol, 1993; Rizzoli and Betz, J Neurosci, 2002

35 Courtesy of Detlev Schild Aktionspotential

36 Subsynaptische Einfaltungen Slater, J Neurocytol, 2003

37 Transversale Tubuli Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

38 Sarkoplasmatische Retikulum Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

39 Triaden-Struktur Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

40 Elektromechanische Koppelung (I) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

41 Elektromechanische Koppelung (II) Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

42 Ca 2+ Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

43 Kontraktion Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

44 Courtesy of Detlev Schild Pharmakologie:

45 Pharmakologie: SNAREs

46 Myasthenia gravis

47 Zusammenfassung Synapsen Endplatte MINIs, EPP, AP, Acetylcholin T-Tubuli, Retikulum DHPR, RyR Ca 2+ -abhängige Mechanismen Pharmakologie Endplatte/Muskel Krankheiten

48 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

49 Elektromyographie Klinke, pg 112, abb 4.11 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

50 Muskelkontraction Klinke, pg A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

51 Einzelzuckung vs. Tetanus Klinke, pg A-B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

52 Muskelfasern Tonisch vs. Phasisch Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

53 Kraft vs. Muskellänge (I) Klinke pg 114, abb 6.10A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

54 Kraft vs. Muskellänge (II) Klinke pg 114, abb 6.10B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

55 Kraft vs. Muskellänge (III) Klinke pg 114, abb 6.10C Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

56 Kontraktionstypen: Isotonische Kontraktionen: verkürzt sich der Muskel bein kostanter Kraftentwicklung oder konstanter Belastung. Z.B., bei anhebein eines Gewichtes mit konstante geschwindigkeit. Isometrische Kontraktionen: die Kraft ändert sich ohne eine Änderung der Muskellänge ohne eine Änderung der Sarkomerlänge (=> elastische Verformung des Myosinkopfes, Dehnung der Aktin- und Myosinfilamente). Was wäre hier als Beispiel? Auxotonische Kontraktionen: die Länge und Kraft ändern sich gleichzeitig (z.b., bei Gelenkbewegungen). Positiv auxotonische Kontraktionen = die Last steigt mit der Verkurzung an; negativ auxotonische Kontraktionen = gegenteil. Unterstützungskontraktionen: zwei Phasen: eine isometrische Phase, und eine isotonische oder auxotonische Phase. Z.B., das Hochheben eines Gegenstands: erste Phase, isometrisch bis die Kraft dem Gewicht des Gegenstandes entspricht (isometrisch), und zweite Phse, anheben (isotonisch). Anschlagkontraktionen: zwei Phasen: eine isotonische Phase, und eine isometrische phase. Z.B., bei kauen.

57 Sarkomerlänge vs. Kraft Klinke, pg 115, abb 4.13 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

58 Muskelkater Mackey et al., J Apply Physiol, 2008

59 Energiequellen Schmidt, pg 114, Tab 6.2 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

60 Energieumsatz Klinke, pg 117, tab 4.15 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

61 Muskelermüdung Pre-synaptic transmission is sufficient for the most intense physiological stimulation: Denker et al., PNAS, 2011a

62 Zusammenfassung Einzeltuckungen Tetanus Muskelfibertypen Kontraktionen Muskelkater Muskelenergetik Muskelermüdung

63 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

64 Das Rückenmark Klinke, pg 762, abb 23.2A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

65 Der Reflexweg Klinke, pg 762, abb 23.2B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

66 Sensoren: Muskelspindel Schmidt pg 128, abb 7.1 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

67 Zur Errinerung: Nervenfasern Schmidt pg 129, Tab 7.1. Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

68 Sehnenorganen Schmidt pg 128, ab 7.2. Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

69 Entladungsmuster der Spindeln und Sehnenorgane Schmidt pg 130, Abb 7.3 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

70 Phasischer Dehnungsreflex Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

71 Dehnungsreflex (II) Klinke, pg 762, abb 23.3 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

72 T- und H-Reflexen Schmidt. Pg 133, Abb 7.5 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

73 Flexorreflex (I) Schmidt pg 135, abb 7.6 A-B Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

74 Flexorreflex (II) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

75 Zusammenfassung Reflexe Reflexwege Muskelspideln Sehnenorganen Muskeldehnungsreflexe Klinisch-relevante Messungen Fremdreflexen

76 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

77 Reziproke antagonistische Hemmung Schmidt pg 137. abb 7.7 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

78 Reziproke antagonistische Hemmung Klinke pg 768. abb 23.6 A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

79 Autogene Hemmung Klinke, pg 768, abb 23.6 B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

80 Verschiedene Afferenzen Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

81 Bahnung und Hemmung Schmidt, pg 138, Abb 7.8 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

82 Renshaw-Hemmung Klinke, pg 768, abb 23.6 C Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

83 Präsynaptische Hemmung Klinke, pg 768, abb 23.6 D Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

84 ZNS Kontrolle Klinke, pg 768, abb 23.6 E Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

85 Innervationsstille Praktikums-Heft!

86 Zusammenfassung Reziproke antagonistische Hemmung Autogene Hemmung Rekurrente Hemmung Präsynaptische Hemmung Innervationsstille

87 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

88 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

89 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren. Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

90 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren. Tractus vestibulospinalis und Tractus reticulospinalis medialis erregen Extensormotoneuronen und hemmen Flexoren. Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

91 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

92 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Haltereflexe = Stehreflexe. Gleichgewicht. Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

93 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Haltereflexe = Stehreflexe. Gleichgewicht. Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe) Stellreflexe. Aufrichtung der Körper (liegend => normal). Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (Hals-Stellreflexe) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

94 Lokomotion Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

95 Komplexität von Beugereflex/Streckreflex Klinke, pg 770, abb 23.7 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

96 Methoden Kandel, pg 739, Fig 37-1 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

97 Rhytmische Aktivität, G. Brown um 1911 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

98 Lamprey Kandel, pg 745, 37-5 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

99 Modelelemente FRA = Flexor Reflex Afferents Kandel, pg 743, 37-4 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

100 Motor Patterns Kandel, pg 746, 37-7 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

101 Bewegungen Kandel, pg 741, 37-2 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

102 Schrittzyklus Klinke, pg 771 abb 23.8A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

103 Halbzentrenmodell der Lokomotion Klinke pg 771 Abb 23.8B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

104 Propriozeption vs. Lokomotion Kandel, pg 748, 37-8 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

105 Propriozeption vs. Lokomotion Kandel, pg 749, 37-9 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

106 Reizung in Mittelhirn vs. Lokomotion Kandel, pg 751, Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

107 Sensorik vs. Lokomotion Kandel, pg 752, Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

108 ZNS Kontrolle Kandel, pg 750, MRF = medial reticular formation Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

109 Zusammenfassung Stützmotorik Haltereflexe Stellreflexe Lokomotion: Rhythmusgenerator Lokomotion: Methoden Lokomotion: Hirnzentren

110 Inhalt 1. Stunde: Skelettmuskulatur 2. Stunde: Elektromechanische Koppelung 3. Stunde: Muskelkontraction Muskelmechanik Muskelenergetik 4. Stunde: Reflexe 5. Stunde: Hemmung Mechanismen 6. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 7. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 8. Stunde: Basalganglien 9: Stunde: Kleinhirn 10: Stunde: Pathologie 11: Stunde: Pathologie 12: Stunde: Technologie

111 Multisensorische Konvergenz Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

112 Absteigende motorische Bahnsysteme Klinke, pg 776, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

113 Aufsteigende sensomotorische Bahnsysteme Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

114 Zielbewegungen Klinke, pg 778, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

115 Neuronale Aktivität während Fingerbewegung Klinke, pg 780, Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

116 Kortexorganisation Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

117 Funktionelle Kortexorganisation Lamina I (Stratum moleculare): zellarm; hauptsächlich Fasern und vereinzelte Interneurone Lamina II (Stratum granulosum externum): kleinere bedornte Sternzellen Lamina III (Stratum pyramidale externum): kleinere Pyramidenzellen Lamina IV (Stratum granulosum internum): größere primärafferenten bedornten Sternzellen, die Projektionen aus anderen Hirnarealen enthalten. Lamina V (Stratum pyramidale internum): große Pyramidenzellen, die aus der Hirnrinde herausprojizieren Lamina VI (Stratum multiforme): verschiedene Pyramiden- und bedornte Sternzellen, sowie Interneurone. Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

118 Areale der motorischen Kortex Klinke, pg 781, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

119 Areale der motorischen Kortex Bewegungsprogramm durchgeführt Bewegungen initiiert/geplannt Bewegungsprogram erstellt Klinke, pg 781, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

120 Efferente Projektionen Klinke pg 782, abb Nur 2% an Alpha-Motoneuronen Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

121 Motorische Homunkulus Klinke, pg 784, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

122 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010 Präzisionsgriff

123 Long-loop-reflexes Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

124 Transkranielle Magnetstimulation Schmidt, pg 156, abb 7.24 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

125 Babinski-Reflex Schmidt pg 135., abb 7.6A-B Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

126 Zusammenfassung Phasen von zielmotoriche Bewegungen Aufbau der Kortex Motorichen Kortex Der primäre motorische Kortex Prämotorische Rindenfelder Efferenzen Afferenzen

Neuronen und Synapsen. Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: ;

Neuronen und Synapsen. Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: ; Neuronen und Synapsen Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: 39 33630; email srizzol@gwdg.de Neuronen und Synapsen 1. Stunde: Übersicht über Eigenschaften des Neurons und des Axons. Elektrische Synapsen. 2. Stunde:

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