Struktur und Funktion der Organismen

Hauptthemen der Vorlesung

  1. Motorik

  2. Sarkolemm und Sarkoplasmatisches Reticulum

    • Sarkolemm:

      • Definiert als die erregbare Zellmembran, die die Muskelfaser umgibt.

    • Sarkoplasmatisches Reticulum (SR):

      • Geschlossener Raum, der als Ca$^{++}$-Speicher dient und die Myofibrillen umgibt.

    • T-Tubuli:

      • Netzwerk vom Sarkolemm nach innen (transversal)

Muskelkontraktion

  • Gleitfilament-Mechanismus:

    • Während der Kontraktion können bis zu 100 Querbrückenschläge pro Sekunde auftreten.

    • Die Länge des Muskels ist abhängig von der freien Calciumkonzentration [Ca$^{++}$] im Muskel.

Querbrückenzyklus

  • ATP-Verbrauch:

    • Der Verbrauch von ATP in Verbindung mit Ca$^{2+}$ ist entscheidend, um einen sofortigen neuen Zyklus zu ermöglichen.

    • Ein [Ca$^{++}$]-Wert über 10$^{-5}$ mol/l ist notwendig für die kontraktile Funktion (Clauss/Clauss, 1. Aufl., 2007).

Elektromechanische Kopplung

  • Zeitverlauf der elektromechanischen Kopplung:

    • Die Abbildung zeigt, wie das Aktionspotential (+25 mV) auf eine isometrische Kontraktion und das Correlationssignal auf den Ca$^{2+}$-Signalverlauf in einer Zeitspanne von 300 ms reagiert (Schmidt/Lang, 30. Aufl., 2007).

Einfluss der Muskellänge auf die Kraftentwicklung

  • Kraftentwicklung:

    • Die Kontraktionskraft ändert sich in Abhängigkeit von der Sarkomerlänge. Der Grad der Filament-Überlappung spielt eine wesentliche Rolle (Wehner/Gehring, 24. Aufl., 2007).

    • Isotonische und isometrische Kontraktion:

      • Isometrisch: Krafterhöhung ohne Muskelverkürzung.

      • Isotonisch: Krafterhöhung mit Muskelverkürzung.

      • Es erfolgt ein Zusammenspiel von kontraktilen und elastischen Elementen (Wehner/Gehring, 24. Aufl., 2007).

Spinaler Reflex

  • Definition:

    • Ein einfacher Reflexmechanismus, der eine schnelle, unwillkürliche Reaktion auf einen Reiz ermöglicht.

    • Beispiel:

      • Kniesehnenreflex, bei dem α-Motoneurone aktiv sind.

Ablauf des spinalen Reflexes

  1. Registrierung der Dehnung:

    • Muskelspindeln als Propriozeptoren messen die Muskeldehnung.

  2. Aktivierung des Reflexbogens:

    • 1a-sensorische Nervenfasern leiten die Information an das Rückenmark weiter.

  3. Stimulation der α-Motoneurone:

    • Aktivierung der „normalen“ (extrafusale) Muskelfasern, was zur Kontraktion führt (Engel/Baer/Connors, 3. Aufl., 2009).

Zentrale motorische Kontrolle

  • Willkürmotorik:

    • Der Motorkortex befindet sich auf dem Gyrus praecentralis und enthält einen „motorischen Homunculus“, welcher die Organisation der Bewegungen abbildet.

    • Hier startet die Pyramidenbahn, die die Impulse für die Muskelkontraktion sendet (Schmidt/Lang, 30. Aufl., 2007).

Zentrale Kontrolle und Anpassung

  • Anpassungen erfolgen über die Aktivität der γ-Fasern und der α-Motoneurone, was eine notwendige Variation zur Erreichung des Sollwerts für die Kontraktion ermöglicht (Wehner/Gehring, 24. Aufl., 2007).

Basalganglien

  • Rolle der Basalganglien:

    • Initiation von Bewegungen im basalen Vorderhirn durch Neurone in der Substantia nigra, die Dopamin ausschütten.

    • Das Absterben dieser dopaminergen Neurone führt zur Parkinson'schen Krankheit (Engel/Baer/Connors, 3. Aufl., 2009).

Struktur und Funktion der Basalganglien

  • Zuflüsse:

    • Kortex und Thalamus beeinflussen die Aktivität der Basalganglien und das Striatum; dabei sind Eingänge und Ausgänge strukturell von Bedeutung (Schmidt/Lang, 30. Aufl., 2007).

Literatur

  • Wehner, G. / Gehring, W. (25. Auflage, 2013, Thieme-Verlag)

  • Clauss, M. / Clauss, C. (1. Auflage 2006, Spektrum Verlag)

  • Engel, J. / Bear, M. / Connors, B. / Paradiso, M. (3. Aufl. 2009, Spektrum)