HST II
Bewegungswissenschaften
Funktionelle Anatomie:
• Aufbau der Struktur des Bewegungsapparates
• Funktionen der Strukturen bei Bewegungen
• Veränderung von Strukturen im Laufe der Zeit (Alter, Gebrauch, usw.)
Bewegungsapparat: aktiven (Muskeln) – passiv (Knochen, Knorpel, Sehnen, Bänder) Knochen:
• Leichtbauweise
• Fasern richten sich nach der Belastung aus
• Fortlaufender Abbau (Osteoklasten) und Aufbau (Osteoblasten)
Gelenkknorpel: Sehnen:
Bänder: Gelenke:
Muskeln:
Kontraktionsmechanismus:
• Muskel in Ruhe, Bindungsstelle am Actin für das Myosin blockiert
• Ca2+-Ausschüttung
• Myosin kann an das Actin binden
• Freisetzung ADP und Pi
• Myosinköpfchen knicken zurück
• ATP bindet an das Myosin und sorgt so für die Lösung des Myosins vom Actin
Passiver Bewegungsapparat:
Leistungsphysiologie:
• Gleiches Muster bei der Beschaffung von Energie für die körperliche Arbeit (Sau- erstoff Aufnahme ➔ Transport ➔ Verarbeitung)
• Aufbau, Struktur und Arbeitsweise von Lunge, Herz-Kreislauf-System und Mus- keln
• Veränderungen bei verschiedenen Bedingungen (Aussen)
• Organismus Veränderung (Anpassung) durch Reifung und Alter Energiebereitstellung:
Konditionstraining:
• Kraftausdauer (Kraft Ausdauer)
• Schnelligkeitsausdauer (Ausdauer Schnelligkeit)
• Schnellkraft (Kraft Schnelligkeit) Krafttraining:
• Methoden:
o Konzentrisch o Isometrisch o Exzentrisch o Plyometrisch
• Zielsetzung:
o Kraft, Hypertrophie (Maximal Kraft)
o Leistung (Schnelligkeit)
o Lokale Ausdauer (Kraftausdauer)
• Kurzfristige Anpassung (< 10 Tage) ➔ v.a. neuronale Anpassungen
• Langfristige Anpassung (> 10 Tage) ➔ v.a. strukturelle Anpassungen
➔ Anpassungen sind sehr individuell Ausdauertraining:
• Methoden:
o Dauermethode: intensiv, lange/kurze Distanzen, unterschiedliche Geschw.
o Intervallmethode: aktive Pause, unvollständige Erholung
o Wiederholungsmethode: aktive/passive Pause, vollständige Erholung o Intermittierende Methode: kurz hochintensiv ~ mittlere Belastung
Schnelligkeitstraining:
• Formen:
o Reaktionsschnelligkeit o Beschleunigungsfähigkeit o Aktionsschnelligkeit
• Methoden:
o Vollständige Erholung o Evtl. reduzierter Widerstand
Beweglichkeitstraining:
• Methoden:
o Dynamisches Dehnen
o Statisches Dehnen (Stretiching) o Anspannungs-Entspannungs-Dehnen Leistung nimmt mit dem Alter ab.
Koordinationstraining:
Gleichgewichtstraining:
• Arten von Gleichgewicht
o Standgleichgewicht (keine Ortsveränderung) o Balanciergleichgewicht (mit Ortveränderung) o Drehgleichgewicht
o Fluggleichgewicht
• Posturale Kontrolle durch neuromuskuläres System:
o Vestibulären Analysator o Visuellen Analysator
o Propriozeptiven Analysator o Taktilen Analysator
Biomechanik:
• Wechselwirkung zwischen biologischen Struk- turen und mechanischer Belastung
• Biokinematik: Bestimmung biomechanischer Einflussgrössen
• Belastung: Kraft [N] oder Moment [Nm] auf biologische Struktur
• Beanspruchung: Spannung [N/m2] (Kraft pro Querschnittsfläche; Zug oder Druck)
• Ermitteln der Belastungsgrenzen und Gewebeeigenschaften (Bewegungsapparat)
• Druck-/Zugfestigkeit: Knochen > Knorpel > Sehen > Bänder > Muskel (aktiver Teil)
• Trauma-Biomechanik Bewegungskontrolle:
• Analyse der Bewegungskontrolle zur effizientesten und schnellsten Bewegungs- durchführung
• Analyse und Optimierung von Lernprozessen in der Motorik
• Entwicklung und Überprüfung von Lehrprozessen
Motorische Einheit (ME): ME = α-Motoneuron + die von ihm innervierten Muskelfasern (1 Motoneuron pro Muskelfaser)
• Augenmuskel ➔ 3 Muskelfasern pro ME (schnelle Typ II)
• Wadenmuskel (soleus) ➔ 180 Muskelfasern pro ME (langsame Typ I)
• Wadenmuskel (gastrocnemius) ➔ 1700 Muskelfasern pro ME (Typ I + II)
➔ Je mehr ME, desto höher die Feuerrate
• Ein ME enthält nur einen Typ Muskelfasern
• Kleine Motoneurone: kleine, langsame ME
• Grosse Motoneurone: grosse, schnelle ME Fasernverteilung:
• Typ I ist unterschiedlich wegen; Vererbung, Training, Umweltfaktoren und Ge- schlecht
Psychomotorisches Verhalten:
• Untersuchung der Rückmeldung von Bewegungsausführungen und das auftreten- den Lernverhalten
• Psychisch-emotionaler Zustand und dessen Einfluss auf die Bewegung Bewegungssoziologie:
• Einfluss der sozialen Umgebung auf die Bewegung (alleine, Gruppe, bekannte Per.)
• Kultur und Tradition und dessen Einfluss auf die Bewegung(-ausführung)
Medizintechnik
Medizintechnik: Funktionsweise von lebenden Systemen mittels analytische und experi- menteller Techniken der Ingenieurswissenschaften.
• Diagnostik (Röntgen, EKG)
• Simulationen (Geburtshilfe)
• Therapie ➔ Entwickeln (Knieprothesen, Ersatzherz)
• Entwicklung (Körpergewebe aus eigenen Körperzellen) Medical Imaging:
• Röntgen, CT, Ultraschall, MRI/fMRI
• Techniken und Prozesse im Körperinnern darstellen o Klinische Analyse
o Medizinische Intervention
• Anlegen von Datenbanken (Anatomie & Physiologie) zur Feststellung von Anoma- lien
Biosensoren:
• Glukosespiegelmesser (Glukosegehalt in Tränen; Linse), Bakteriennachweis (Koh- lenstoff mit Proteinen, die auf bestimmte Bakterien reagieren), Verunreinigungen von Lebensmitteln (Farbreaktionen, je nach Reinheit)
• Messfühler mit biologischen Komponenten (Antikörper, Enzyme, …)
• chemische/ physikalische Veränderung Biomechanik:
• Muskel, Bänder, Sehnen, Knochen/ Knorpel ➔ Belastung, Gefässe (Reibung zwi- schen Blut und Gefässwand ➔ Scherkräfte, Schädigung)
• Analyse der Belastung des Bewegungsapparates und dessen Materialeigenschaf- ten
• Analyse von Strömungen im Körper (Herz-Kreislauf-System, Atmungssystem)
• Mechanismen des Wärme- und Stofftransports Biomaterialien:
• Titan, Keramik (Hüftprothese), Kontaktlinsen, Stent (Gefässstütze)
• Eigenschaften von synthetischen Materialen für Implantate o Funktionelle Eigenschaften
o Biologische Verträglichkeit o Mechanische Stabilität
Gewebekonstruktion:
• Herzklappen, Stent, Bioprinting mit Biotinte (Drucken von neuen Körperteilen)
• Künstliche Herstellung von biologischem Gewebe/ Zellen, zum Ersetzen oder re- generieren von krankem Gewebe
• Zellentnahme zur Züchtung von bestimmten Organen:
o Strukturelle Gerüste (Scaffold) o Lebende Zellen oder Gewebe o Wachstumsfaktoren
o Kulturmedium (Nährlösung) bzw. Organismus
• Prinzip:
Rehabilitationstechnik:
• Hilfsmittel bereitstellen zur Unterstützung und Abmilderung gesundheitlicher Einschränkungen
• Unterstützungstechnologien (Anpassung von herkömmlichen Produkten)
• Interaktion Mensch-Umgebung: Rehabilitationstechnik (Prinzip)
• Übertragungskanäle:
• Modalitäten der Wahrnehmung (Perzeption):
o Visuell /optisch (Gesichtssinn) o Auditiv / akustische (Gehörsinn) o Taktil / haptisch (Tastsinn) o Olfaktorisch (Geruchssinn) o Gustatorisch (Geschmacksinn) o Vestibulär (Gelichgewichtssinn) o Propriozeptiv (Körperempfindung) o Nozizeptiv (Schmerzempfindung) o Thermorezeptiv (Temperatursinn)
• Orthesen sind verstärkende und unterstützende Modalitäten o Sensorisch: Hörgerät, Brille
o Motorisch: Krücke, Beinorthese
• Prothesen sind ersetzende Modalitäten
o Sensorisch: Cochlear Implantat (Hörprothese) o Motorisch: Fussprothese, Armprothese
• Substituierende Modalitäten:
o Sensorisch: Brailledisplay für blinde Patienten o Motorisch: Spracheingabe für gelähmte Patienten
• Therapie-Roboter
Molekular Gesundheitswissenschaften
Molekular Gesundheitswissenschaften Erforschung von molekularen Ursachen bei Krank- heiten und die effektive Behandlung oder Vorbeugung.
Personalisierte Medizin:
• Vielfalt von Krankheiten und deren Untergruppen
• Individualität der Patienten
• Angriffspunkte für Medikamente
• Optimiere Therapie (min. Nebenwirkungen und max. Erfolg)
• Optimaler Einsatz von vorhandenen Mitel Verwendung von Biomarkern:
Entwicklung von Biomarkern:
Bereiche:
• Übergewicht und Adipositas o Ursachen:
▪ Energiehaushalt des Körpers
• Grundumsatz (50-70%), Muskelmasse abhängig, Alters abhä.
• Nahrungsabhängiger Verbrauch (6-10%)
• Arbeitsumsatz (20-40%), Aktivität abhängig
▪ Verändertes Ernährungsverhalten
• Portionengrösse
• Waren-Angebot
• Fertignahrung
• Fastfood vereint viele der oben genannten Punkte
▪ Sozio-kulturelle Faktoren
• Bewegungsmangel (z.B. sitzende Tätigkeiten)
• Passive Freizeit (PC, Fernsehen)
• Frustessen
• Essen nebenher
• Werbung
• Mangelhafte Aufklärung
▪ Fettgewebe
• Einlagerung von Kohlenhydraten und Fetten in Adipozyten
• Fortgeschrittene Adipositas zeichnet sich durch grössere Adipozyten aus
• Empfindlichkeit der Insulinrezeptoren in Fettgewebe sinkt
➔ Insulinresistenz
▪ Krankheitsbedingte Adipositas
• Medikamente (z.B. Glucocorticoide, orale Kontrazeptive, An- tidepressiva, Antipsychotika)
• Hormonelle Erkrankungen (Hypothyreose (Schilddrüsenun- terfunktion), Hyperkortisolismus)
▪ Genetische Faktoren
• 60-80% des Körpergewichts ist genetisch bedingt
➔ Veranlagung wird vererbt ➔ Personalisierte Medizin!
o Folgekrankheiten:
▪ Dyslipidemie
▪ Fettleber
▪ Herz-Kreislauf-Erkrankungen
▪ Diabetes Typ 2
▪ Depression
▪ Alzheimer
o Regulation der Homöostase (Adipositas und Diabetes):
➔
o Regulation der Homöostase durch Adipozyten:
➔
• Stoffwechselkrankheiten
• Herz-Kreislauf-Krankheiten
• Krebs
• Neurologische Krankheiten
• Infektionskrankheiten
• Seltene Krankheiten Diabetes:
• Folgekrankheiten:
o Hoher Blutzucker ➔ Schädigung der Blutgefässe und Nerven o Organprobleme
o Herzinfarkt, Schlaganfall, Nierenschwäche, Netzhautschäden, …
➔ Folgeschäden können in einem frühen Stadium auftreten
• Symptome:
o Verstärkter Harndrang und Durstgefühl o Schlechte Immunabwehr und Durchblutung
• Therapie/ Prävention:
o Insulin (Typ 1)
• Biomarker zur Vorhersage:
o Alter
o Übergewicht o Bluthochdruck o Körperliche Aktivität o Genetische Aspekte
o Stoffwechselprodukte im Zusammenhang mit gestörter Glukosetoleranz Herz-Kreislauf-Krankheiten:
• Symptome:
o Unterschiedlich (Bluthochdruck, Herzrhythmusstörungen, Angina pectoris, Aneurysma, …)
• Therapie/ Prävention:
o Medikamente (Gerinnungshemmer, Betablocker, …) o Bypass-Operationen, Angioplastien, Herzschrittmacher, …
• Biomarker für Diagnose:
o Anamnese
o Körperliche Untersuchung o EKG
o Kardinaler Biomarker (im Blut) Krebs:
• Symptome:
o Unkontrolliertes Zellwachstum, untypische Blutungen, Schmerzen, Ge- wichtsverlust, …
• Therapie/ Prävention:
o Chemotherapie, Strahlentherapie, Operation
• Biomarker für Diagnose:
o Anamnese
o Körperliche Untersuchung o Bildgebung
o Biopsien
o Tumormarker im Blut (Moleküle die mit Krebsarten assoziiert sind) o Liquid Biopsy (Krebszellen, die ins Blut gewandert sind)
➔ nur bei bestimmten Krebsarten möglich
Neurologische Krankheiten:
• Demenz
o Symptome:
▪ Leistungsbeeinträchtigungen, Persönlichkeitsveränderungen, … o Therapie/ Prävention:
▪ Medikamente (z.B. Blutverdünnung), Gedächtnistraining, … o Biomarker für Diagnose:
▪ Anamnese
▪ Körperliche Untersuchung
▪ Kognitiver Kurztest
▪ Bildgebung
▪ Blutanalyse
▪ F-Desoxy-Glukose-PET (Glukose reichert sich in gewissem Gewebe an)
▪ Liquor-Diagnostik (Suche nach Eiweissen, die mit Demenz im Zu- sammenhang stehen)
Methoden zur Adipositas Behandlung:
• Zelllinien (in vitro-Behandlung)
• Tiermodelle (z.B. unterschiedliche Diäten)
• Genomik/ Transkriptomik
o Erforschen der Genexpression und Genregulation o Wechselwirkungen zwischen Genen
o Analyse der RNA-Expression (Transkriptomik)
➔ Polymerase-Kettenreaktion (PCR), DNA Microarrays, RNA-Sequenzie- rung, Southern & Northern Blot
• Proteomik
o Erforschen des Proteoms (Proteinexpression) mit biochem. Methoden o Bestimmen von Proteinfunktionen und Protein-Protein-Interaktion
➔ Massenspektrometrie, Chromatographie, 2D-Gelelekrophorese, Protein- Microarrays, Western Blot
• Bildgebende Verfahren, Histologie
• Blutanalyse
Neurowissenschaften
Definition: Entstehung von Strukturen und Funktionsweise des Nervensystems
Verstehen von Informationsverarbeitung, Therapien entwickeln und nutzbare Technolo- gien.
Bereiche:
• Neurobiologie
• Neurophysiologie
• Kognitive Neurowissenschaften
• Klinisch-medizinische Fächer Neurobiologie:
• Anatomie, Histologie
• Molekulare Grundlagen
• Zellbiologische Grundlagen Nervensystem:
Sympathikus = aktivierend Parasympathikus = erholend Somatisches NS ➔ willkürlich vegetatives NS ➔ autonom
graue Substanz = Nervenzellkörper weisse Substanz = Nervenleitungsbahnen
Grosshirnrinde:
• Frontal-/Stirnlappen
o Motorik, Sprachproduktion, exe- kutive Funktionen (Handlungs- steuerung inkl. Hemmung)
• Pariental-/Scheitellappen
o Aufmerksamkeit, Sensorik
• Temporal-/Schläfenlappen
o Akustik, Sprachverständnis
• Occipital-/Hinterhauptlappen o Verarbeitung visueller Reize
Linke Hemisphäre:
• Steuert rechte Körperhälfte
• Logik und Sprache Rechte Hemisphäre:
• Steuert linke Körperhälfte
• Fantasie
Verbindung beider Hemisphären im Balken.
Basalganglien ➔ Bewegungssteuerung Amygdala ➔ Verarbeitung von Gefühlen
Hippocampus ➔ Transfer Kurzzeit-/Langzeitgedächtnis Kleinhirn:
• Koordination von Bewegungen
• Bewegungslernen
• Evtl. kognitive Aufgaben Zwischenhirn, Thalamus:
• Filtern von eingehenden Signalen und weiterleiten an den Cortex Mittelhirn:
• Augenreflexe, Schmerzen und Akustik Brücke, verlängertes Rückenmark:
• Steuerung Gleichgewicht
• Steuerung Blutkreislauf, Atmung
• Höhere Reflexe
➔ Lebensnotwenig!!!
Rückenmark:
• Weiterleitung Motorik und Sensorik
• Lokale Reflexe, Agonist-Antagonist-Verschaltung
• Automatismen Synapsen:
• Elektrische Synapsen
• Chemische Synapsen (Medikamente können Transmitterfreisetzung beeinflussen) o Transmittorfreisetzung
o Depolarisation oder Hyperpolarisation
Mit sechs Monaten haben Menschen am meisten Synapsen. Mit dem Alter nehmen sie dann immer mehr ab.
Je nachdem wie oft Synapsen verwendet wer- den, desto mehr Rezeptoren bilden sich und desto besser und intensiver ist die Signal Weiterleitung.
Long Term Potentiation (LTP) Long Term Depression (LTD)
Das Gewicht des Gehirns im Verhältnis zum Körpergewicht nimmt mit dem Alter immer mehr ab.
Grosse ZNS-Verletzungen:
• Schlechte Erholung
• Grosshirn: Schlaganfall
• Hirnstamm: meistens tödlich
• Rückenmark: z.B. Para- oder Tetraplegie Kleinere ZNS-Verletzung:
• Gute Erholung möglich
• Plastizität (Verstärkung von Reserve-Schaltkreisen und bilden neuer Schaltkrei- sen
Sinnesphysiologie:
Untersuchung, wie physische Reize in elektrische Signale umgewandelt werden können
• Visuelles System
• Auditives System
• Vestibuläres System
• Chemische Sinne (Riechen & Schmecken)
• Propriozeptives System (Somatosensorik) MEP (Motor Evoked Potential):
• Messung der muskulären Antwort auf Motorcortex Reizungen
• Bestimmung von Amplitude und der Latenz
• Bestimmung der Somatotopie (Homunkulus: Körperteile werden nach ihrer sen- sorischen oder motorischen Empfindlichkeit der Grösse entsprechend aufgezeich- net)
SSEP (Somatosensory Evoked Potential):
• Messung der nervösen Antworten auf Reizungen der Haut
• Bestimmung der Amplitude und der Latenz
• Bestimmung der Somatotopie
EEG (Elektroenzephalographie) ➔ gute zeitliche Auflösung der Aktivität
CT (Computer Tomographie), PET (Positronen-Emissions-Tomographie), MRI (Magnet Resonance Imaging) ➔ gute örtliche Auflösung der Aktivität
Traktographie ➔ Vernetzung der Hirnareale Kognitive Neurowissenschaften:
• Untersuchung neuronaler Mechanismen
• Interesse an höherer Leistung des Gehirns und dessen Defizite
• Vereinen von psychologischer und neurowissenschaftlicher Herangehensweise
• Funktionen in Teilfunktionen zerlegen und neuroanatomischen Strukturen zuord- nen
• Netzwerkmodelle zur Erklärung von Hirnfunktionen Gedächtnis:
Selektive Wahrnehmung:
Aufmerksamkeitsblindheit:
• Wahrnehmung bestimmter Aspekte
• Ausblenden anderer Aspekte
➔ Unterscheidung von Wichtigem und Unwichtigem
Genetik & Epigenetik:
• Vererbung von veränderten DNA-Sequenz ➔ Genotyp
• Vererbung ohne veränderte DNA-Sequenz (Verhalten, Umweltfaktoren)➔ Phäno- typ
Neuroinformatik: elektr. Systeme, die das Zentralennervensystem nachahmen
Computational Neuroscience: mathematische Modellierung von Bestandteilen des Ner- vensystems
Neuropsychologie: Zusammenhang zwischen Zentralennervensystem und dem Erleben, Denken und Verhalten.
Klinisch-medizinische Fächer:
• Pathogenese
• Diagnose
• Therapie
Von Erkrankungen des Gehirns Neurologische Probleme:
• Kopfschmerzen
• Schwindel
Neurologische Krankheiten:
• Epilepsie
• Schlaganfall
• Demenz
• Multiple Sklerose
• Parkinson
• Schädel-Hirn-Trauma
• Querschnittlähmung
Gesundheit, Ernährung & Umwelt
Einflussfaktoren für menschliche Gesundheit:
• Genetische Veranlagung
o Genetische Prädisposition ➔ genetisch Disposition für bestimmte Krank- heiten (höhere Wahrscheinlichkeit)
• Lebensstil
o Ernährung ➔ Empfehlung der Ernährungskommission bezüglich Mikro- und Makronährstoffe, um Fehlernährung zu vermeiden.
o Schlafverhalten
▪ Schlafdefizit für zur Schwächung des Immunsystems und Konzent- rationsschwäche
➔ mehr Krankheiten und Unfälle o Stress
▪ negativer Stress kann zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Magen- und Verdauungsproblemen führen
▪ das Immunsystem schwächen
▪ bestehende Krankheiten verstärken o Bewegung
▪ genügend Bewegung kann Entzündungsfaktoren reduzieren
▪ Insulinresistenz vermindern
▪ Herzrhythmusstörungen vermeiden
▪ Stressresistenz erhöhen
▪ Depressionen verhindern o Weiche Drogen
o Sexualität ➔ Sexuelle Betätigung fördert Ausschüttung von bestimmten Hormonen, die gegen bestimmte Krankheiten helfen sollen (Testosteron und Oxytocin)
Häufiger Partnerwechsel kann Risiko für Geschlechtskrankheiten erhöhen
• Umwelt o Klima
▪ Kälteeinwirkung reduziert Immunabwehr
▪ Tiefe Luftfeuchtigkeit reizt Schleimhäute ➔ erleichtertes eindrin- gen von Erregern
▪ Luftzug verstärkt Kälteeinwirkung o Toxische Substanzen
▪ Tabakrauch ist ein grosser Risikofaktor für Herzkreislauf-Krankhei- ten
▪ Tabakrauch, Genotoxine (Schädigung DNA) und Metalle ➔ Risiko- faktoren für Krebs
▪ Bei vielen Substanzen ist die Menge entscheidend, wie stark die Schädigung ist
o Infektionskrankheiten
▪ Kontaktinfektion
▪ Lebensmittelinfektion
▪ Infektionen übers Wasser bzw. Aerosol
▪ Infektionen über Insekten/Zecken
• Soziale Aspekte
o Bildung im Bereich Gesundheit verstärkt das Verhalten im Bezug auf ge- sundheitsrelevante Aspekte
▪ Gesundheitsförderung
▪ Prävention Methoden:
• Systemischer Ansatz mit Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen:
o Molekularer Ebene o Zellulärer Ebene o Organismischer Ebene o Gesellschaftlicher Ebene
➔ Fördern von integrativen Denken
