Grundlagen der medizinischen Physik

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WS 2013/14, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: Grundlagen der med. Physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 2 BIOMECHANIK T n : max. Schwingzeit bei gestrecktem Schwingbein √ θ T n = π · mit θ: Trägheitsmoment, z: Abstand Schwerpunkt - Hüftgelenk mgz Beinlänge: 1m ⇒ T n ≈ 0, 85s Mehrere Lösungs“typen“ möglich: S L : Schrittweite, auf Beinlänge normiert T s : normierte Schrittdauer • Gebiet links von A E kin,y so hoch → beide Füße ohne Bodenberühung → “Gehen“ mehr • Grauer Bereich: Realistische Lösungen, steigende T s → α wird größer; rechte Grenze α = 125 ◦ • links von B und unterhalb des grauen Bereiches, d.h. Schrittlänge < halbe Beinlänge: Ziehen des Schwungbeins mit Bodenberührung der Zehen oder Schwungbein beim Aufsetzen nicht gestreckt im Rahmen des Modells keine “normalen“ Schritte T s gegen Körpergröße Fazit: • einfaches Modell • trotzdem gute Modellierung des Gehens Modell: Nutzen für Vorhersage Beispiel: Gehen auf dem Mond: Geringerer Energiegewinn der pot. Energie bei Aufwärtsbewegung → weniger Energie in die Vorwärtsbewegung → verlängerte Schwingdauer → langsameres Gehen g Mond g Erde ≈ 1 6 √ T n,Mond gMond = ≈ 2, 45 T n,Erde g Erde 2.4 Muskeltätigkeit: mechanische Modellierung Kontraktion: Verkürzung von Sarkomeren → Muskelkraft 1. Aufbau und Funktion 2. makroskopisches Muskelmodell 3. Kontraktionsmechanismus: mechanisch, mikroskopisch → für Sarkomere Muskelaufbau 3 Muskelarten: Seite 14
WS 2013/14, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: Grundlagen der med. Physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 2 BIOMECHANIK • Herzmuskel (nicht steuerbar) • weiche Muskeln (z.B. Darm) (nicht steuerbar) • Skelettmuskeln: bewußte Steuerung durch Nervensignale Muskelfasern: schnelle und langsame mit etwa Faktor 2, angeordnet zu Bündeln → mehrere 100 Myofibrillen mit Ø≈ 1µm → gestapelte Zylinder, Höhe 2,5 µm: Sarkomere → Trennung durch z-Scheiben Kontraktion: Aktin- und Myosineiweißfäden: axial, parallel im Sarkomer Sarkome: 2x 2000 Aktinfilamente Ø5nm • bürstenartig von jeder z-Scheibe • dazwischen parallel 1000 Myosinfilamente Ø10 nm • Myosinfilamente ohne Kontakt mit z-Scheibe 3. Bereiche: • z-Bereich: Sarkomerdeckel + Aktin (I-Band) • H-Bereich: In der Mitte nur Myosin (A-Band) • A-Bereich: Überlappen beider Filamente (A-Band) Gleitfilamenttheorie (1954): Kontraktion durch: Myosin- und Aktinfilamente schieben sich ineinander, maximale Verkürzung 20% → Verkleinerung der H- und z-Bereiche, A-Band behält länge bei Mechanismus Myosinfilament • 150 Myosinmoleküle mit Myosinköpfchen • Köpfe: Brücken zum Aktin Ruderbewegung: • Greifen • Ziehen zur Sarkomermitte • Loslassen → Verkürzung um 1% ⇒ 20 Ruderschläge bis maximale Verkürzung Chronologische Abfolge 1. Nervenimpuls 2. Anlagerung am Aktin → Freilegen von Bindungspunkten → Bindung der Myosinköpfe am Aktin 3. Korrelierte Kontraktion Seite 15
Seite 1 und 2: WS 2013/14, HHU Duesseldorf, Prof.
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