VO STEOP Modul 1: Grundlagen der Bewegungswissenschaft - PDF

VO STEOP Modul 1 Grundlagen der Bewegungswissenschaft Hans Kainz, PhD https://neuromechanics.univie.ac.at @hans_kainz ProbandInnen gesucht für Masterstudie! „Estimating joint moments with a smartphone-based, markerless motion- capture system“ Was?...

VO STEOP Modul 1 Grundlagen der Bewegungswissenschaft Hans Kainz, PhD https://neuromechanics.univie.ac.at @hans_kainz ProbandInnen gesucht für Masterstudie! „Estimating joint moments with a smartphone-based, markerless motion- capture system“ Was? Mitwirken bei einer Motion Capture Studie (Vicon (marker-based) & OpenCap (markerlos) + Kraftmessplatte + Druckmesssohlen) Wer? Gesunde Erwachsene >18 Jahre Keine Verletzungen der unteren Extremitäten in den letzten 6 Monaten Wie? QR-Code scannen → genauere Infos durchlesen Einen Termin buchen (2.-4. 12. oder 16. -19. 12.) In Sportkleidung und Alltagsschuhen erscheinen Mit Markern beklebt werden und 8 walking trials durchführen Dauer maximal 90 Minuten https://neuromechanics.univie.ac.at @hans_kainz https://neuromechanics.univie.ac.at 3 @hans_kainz Matrikel-Nummer eintragen: https://neuromechanics.univie.ac.at 4 @hans_kainz  ankreuzen dann Fragebogen , auf Antwortbogen übertragen ! kann nur einmal ausbessern ausmalen , separate Prüfungsteile Teilpunkte , aber auch - 05 Punkte pro Möglichkeiten entweder 10. oder Op. pro Frege ! Antwortmögldierichtig in den (2 Prüfungstermin 10 1) erso Stattoo.. 50 injedem eine i https://neuromechanics.univie.ac.at 45 min für jeden Teil 8 5 @hans_kainz Wiederholung der 5. Lehrveranstaltung Prüfungsrelevanter Staff https://neuromechanics.univie.ac.at 6 @hans_kainz BD1II - Grundlagen der Bewegungswissenschaft Inhalte – Terminologie - Begriffe – Geschichte der Bewegungswissenschaft – Bewegungsanalyse – Sportmotorik – Sportmotorischen Lernen – Muskuloskelettale Simulationen https://neuromechanics.univie.ac.at 7 @hans_kainz Sportmotorik Inhalte Physiologische Grundlagen Sensorische System Motorische System Theoretischen Ansätzen der Motorik https://neuromechanics.univie.ac.at 8 @hans_kainz Sensorische System Wichtige sensorische Systeme für die Sportmotorik: Visuelle System Akustische System Vestibuläre Systeme Somatosensorische System (Sinneseindrücke aus Haut, Bewegungsapparat und Eingeweiden): Mechanorezeptoren Propriozeptoren https://neuromechanics.univie.ac.at 9 @hans_kainz Propriozeptoren System Als propriozeptives System bezeichnet: Muskellängensystem Sehnenspannungssystem Gelenkstellungssystem https://neuromechanics.univie.ac.at 10 @hans_kainz Propriozeptoren System Als propriozeptives System bezeichnet: Muskellängensystem Sehnenspannungssystem Gelenkstellungssystem https://neuromechanics.univie.ac.at 11 @hans_kainz Muskellängensystem Intrafusale (in Muskelspindeln gelegene) mechanosensible Fasern sind Längendetektoren. detektieren Länge Kernkettenfasern: empfindlich auf Länge, Proportionaldetektoren Kernsack-Fasern: empfindlich auf Längenänderung, Differentialdetektoren https://neuromechanics.univie.ac.at 12 @hans_kainz Propriozeptoren System Als propriozeptives System bezeichnet: Muskellängensystem Sehnenspannungssystem Gelenkstellungssystem https://neuromechanics.univie.ac.at 13 @hans_kainz Sehnenspannungssystem Golgi-Sehnenorgan Medik. Spannung Hauptaus. übelastungschote in Vor Patella Sehnen reflex Muskelspindel https://neuromechanics.univie.ac.at 14 @hans_kainz Propriozeptoren System Als propriozeptives System bezeichnet: Muskellängensystem Sehnenspannungssystem Gelenkstellungssystem https://neuromechanics.univie.ac.at 15 @hans_kainz Gelenksrezeptoren Geschwindigkeitssensoren (Differential) Intensitätsdetektoren (Proportional) Mischform : PD Die Ruffini-Körperchen der Gelenkkapsel können die Stellung der Gelenke und ihre Auslenkungsgeschwindigkeit registrieren.. https://neuromechanics.univie.ac.at 16 @hans_kainz Propriozeptoren System Als propriozeptives System bezeichnet: Muskellängensystem Sehnenspannungssystem Gelenkstellungssystem https://neuromechanics.univie.ac.at 17 @hans_kainz Sensorische System Wichtige sensorische Systeme für die Sportmotorik: Visuelle System Akustische System Vestibuläre Systeme Somatosensorische System (Sinneseindrücke aus Haut, Bewegungsapparat und Eingeweiden): Mechanorezeptoren Propriozeptoren https://neuromechanics.univie.ac.at 18 @hans_kainz Haut Merkel Hornhaut Aufbau der Haut: Epidermis (Hornhaut, Oberhaut) Epidermis Lederhaut (Korium, Kutis) Unterhaut-Fettschicht (Subkutis) Pacini Mechanorezeptoren der Haut: Korium Primäre Sinneszellen: Der Reiz wird Ruffini aufgenommen und die Erregung über das Axon auf die nachgeschaltete Nervenzelle weitergeleitet. Subkutis Freie Nervenendigungen, oder besondere Körperchen https://neuromechanics.univie.ac.at 19 @hans_kainz Haut verschiedene Reize Mechanischer Natur: Mechanorezeptoren, Tastsinn, Gelenkstellungssinn, Druck Thermischer Natur: Thermorezeptoren, Temperatursinn Schmerzreize: Nozirezeptoren, Schmerzsinn https://neuromechanics.univie.ac.at 20 @hans_kainz  Haut - Mechanorezeptoren genau Reize heißen X a) Berührung: Meissner Ruffini Körperchen Körperchen- (1), 150/cm² & Haarwurzelrezeptoren, (4) Geschwindigkeitsdetektion. b) Druck: Merkelzellen (2), 100/cm². c) Vibration: Pacini Körperchen (3), 100/cm². d) Dehnung: Ruffini Körperchen- 2/cm², Druck und horizontale Dehnung https://neuromechanics.univie.ac.at 21 @hans_kainz Haut - Mechanorezeptoren Drei Tast- Kategorien der Haut - Mechanorezeptoren a) Druck b) Berührung Reinreaktion kommt anechauen auf Reiz en c) Vibration Beispiel: Gewicht auf die Fingerkuppe. Die Impulse steigen proportional zur Gewicht- Geschwindigkeitsänderung https://neuromechanics.univie.ac.at 22 @hans_kainz Haut - Thermorezeptoren Seine selt kal Thermewasser 3 anschauen Kaltrezeptroren 36°C (Bereich 36-43°C) Hitzerezeptoren >45°C → Schmerzrezeptoren (9 bis 12/cm²) Zwischen 20-40°C kommt es zur Adaptation (PD-Rezeptoren) z. Beispiel: Wassertemperatur beim Schwimmen https://neuromechanics.univie.ac.at 23 @hans_kainz Haut - Thermorezeptoren Kaltrezeptroren 36°C (Bereich 36-43°C) Hitzerezeptoren >45°C → Schmerzrezeptoren https://neuromechanics.univie.ac.at 24 @hans_kainz Haut - Thermorezeptoren X Paradoxical Cold Sensation Wurde 1895 vom deutsch-österreichischen Physiologen Max von Frey entdeckt TRP =Transient Receptor Potential Die Co-Lokalisierung von TRP-V1 (wärmeaktiviert) und TRP-M8 (kälteaktiviert) Rezeptoren auf einzelnen sensorischen Neuronen kann die molekulare Grundlage für die paradoxe Kälte-Empfindung sein https://www.youtube.com/watch?v=-gjDqwqtXJE Schmidt & Willis Encyclopedia of Pain 2007 s1825 http://www.spektrum.de/lexikon/psychologie/paradoxe-kaelte/11147 https://neuromechanics.univie.ac.at 25 @hans_kainz Schmerzrezeptoren / Nozizeptives System Schmerzrezeptoren (freie Nervenendigungen) (lateinisch: nocere – schaden) Reaktion auf die Meldung, dass Schaden von Ihnen oder Außen droht oder eingetroffen istwissen welche Schmerzen es gibt Tiefenschmerz: Kopfschmerz, Gelenkschmerz, Muskelschmerz, Knochenschmerz, Sehnenschmerz, Zahnschmerz Viszerale Schmerz: (lateinisch: viscera – Eingeweide) schädigende Reize im Bereich des Magen-Darm-Traktes bzw. des Beckenraums. Oberflächenschmerz: schnell, scharf, gut lokalisierbar (Geschwindigkeit= 120m/s (schneidet) --> saltatorische Reizleitung über α-Fasern) (bis zu 200/cm² Haut) https://neuromechanics.univie.ac.at 26 @hans_kainz Sensorisches System was sind 22 Bsp.Herdplatten Zeit zw Rezeptorsysteme und Latenzzeiten bei bis Reiz motorischen Reaktionen " welche Ant. Korrekt" von Opt viel länger vest ". als. zeitennichtgerade Optische Reize: ca. 150 - 250 ms Akustische Reize: ca. 100 - 180 ms Taktile Reize: ca. 90 - 150 ms Propriozeptive Reize: ca. 50 - 80 ms Vestibuläre Reize: < 100 ms https://neuromechanics.univie.ac.at 27 @hans_kainz Sportmotorik Inhalte Physiologische Grundlagen Sensorische System Motorische System Theoretischen Ansätzen der Motorik https://neuromechanics.univie.ac.at 28 @hans_kainz Motorische Systeme haben die Funktion, Bewegungen des Körpers zu starten, auszuführen, die Ausführung zu überwachen, das Ergebnis zu bewerten, und die Ausführungsvorschriften dieser Prozesse zu speichern. untrennbar mit sensorischen System verbunden https://neuromechanics.univie.ac.at 29 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel https://neuromechanics.univie.ac.at 30 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Körperbewegung entsteht durch Muskelverkürzungen (Kontraktionen) https://neuromechanics.univie.ac.at 31 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Faserarchitektur m einfach spindelförmiger Muskel einseitig gefiederter Muskel doppelseitig gefiederter Muskel https://neuromechanics.univie.ac.at 32 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Ansätze abhängig vonFratomie des Musesie zweiköpfiger Muskel z.B. Bizeps dreiteiliger Muskel z.B. m. Deltoideus vielfach gezackter Muskel z.B. m. Serratus anterior https://neuromechanics.univie.ac.at 33 @hans_kainz Motorische Systeme Aufbau wissen Muskel Körperbewegung entsteht durch Muskelverkürzungen (Kontraktionen) ANSCHAUENON Kronktieren kleinde I aktin Myosinfilamente Muskelfaserlänge : P Kontraktion ! schauen in der Vo https://neuromechanics.univie.ac.at 34 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Körperbewegung entsteht durch Muskelverkürzungen (Kontraktionen) https://neuromechanics.univie.ac.at 35 @hans_kainz Motorische Systeme Motorische Einheit (M.E.) Kleinste funktionelle Einheit Umfasst α-Motoneuron und alle innervierten Muskelfasern untersch abhängig Muskel. von unt = anschauen viele Muskelfasern. ⑧ https://neuromechanics.univie.ac.at 36 @hans_kainz Motorische Systeme Motorische Einheit https://neuromechanics.univie.ac.at 37 @hans_kainz Motorische Systeme Motorische Einheit X nicht so genau https://neuromechanics.univie.ac.at 38 @hans_kainz  anschauen Motorische Systeme -Aspekte anochava Frage : ugl Person 1 & 2 bei Kniebeuge. EMG-D Muskelaktivität Aussagen sind Korrekt-Aspekte ! Motorische Einheit ↓ nicht mit M. Kraft verwechseln ! https://neuromechanics.univie.ac.at 39 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel https://neuromechanics.univie.ac.at 40 @hans_kainz https://neuromechanics.univie.ac.at 41 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Kontraktile Proteine Aktin, Myosin Verankerungsproteine X Aktinin, C-Protein, Desmin, M-Protein, Myomesin, Nebulin, Telethonin, Titin Regulatorische Proteine Tropomyosin, Troponin https://neuromechanics.univie.ac.at 42 @hans_kainz https://neuromechanics.univie.ac.at 43 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Kraftentwicklung der Muskelfaser hängt von 3 Faktoren ab Faserlänge Aktin Myorin-enschauen Kontraktionsgeschwindigkeit Aktivierung 50 od. 100 % aktiv. ( Hebelarm · ↳ beeinflusst von Gelenkstel ung) https://neuromechanics.univie.ac.at 44 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel anschauen wenn länge 50 %? Faserlänge (force-length relationship) https://neuromechanics.univie.ac.at 45 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Kontraktionsgeschwindigkeit schneller-Kraft geringe https://neuromechanics.univie.ac.at 46 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Aktivierung Bsp : 5 us. 10 Arbeite anschauen https://neuromechanics.univie.ac.at 47 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Anzahl der ME ist 10 bis 1500 / Muskelgruppe Aktivierung Mehrere Motorneuronen (MN) auf einen Muskel werden als MN-Pool genannt Muskelkraft hängt von der Anzahl der aktivierten MN und der Frequenz ab https://neuromechanics.univie.ac.at 48 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Kraft Aktivierung Aktivierung (EMG) https://neuromechanics.univie.ac.at 49 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Aktivierungs-Krafts-Relation von mehreren Motorischen Einheiten Muskelleraft höhe - mehr mot. Einheiten https://neuromechanics.univie.ac.at 50 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel "ab wenn ME eineetie" Aktivierungs-Krafts-Relation von mehreren Motorischen Einheiten https://neuromechanics.univie.ac.at 51 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Größenprinzip (Henneman's size principle) von kleinsten zu größten M.E. Zuerst Slow-Twich, danach Fast-Twitch Muskelfasern (M.E.) https://neuromechanics.univie.ac.at 52 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Muskelfasertypen FF = Fast Fatigable / schnell (IIa) FR = Fast, Fatigue Resistant /schnell, ermüdungsbeständig (IIb) S = Slow /langsam (I) https://neuromechanics.univie.ac.at 53 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Muskelfasertypen FF = Fast Fatigable / schnell (IIa) FR = Fast, Fatigue Resistant /schnell, ermüdungsbeständig (IIb) S = Slow /langsam (I) https://neuromechanics.univie.ac.at 54 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Henneman's size principle https://neuromechanics.univie.ac.at 55 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel Henneman's size principle Threshold/Schwelle ist die Kraft während einer Kontraktion, bei der die Motoreinheit aktiviert wird. je höher Muskelkraft umso mehr ME https://neuromechanics.univie.ac.at 56 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel · zusammenhang Frage kann : : Muskelläng , -Kraft sein 50% Fragestellung durchgehen Akt. ? , mehr Aktivier, Muskelkraft in gleiche Länge ? Faserlänge- Kraft- Aktivierungsrelation Vastus lateralis maximum force- generating potential occurs at optimal fascicle length regardless of activation level https://neuromechanics.univie.ac.at 57 @hans_kainz Motorische Systeme Muskel https://neuromechanics.univie.ac.at 58 @hans_kainz Motorische Systeme -Zeit Bsp : Treppen rauf M KraftLeistungin wenigeZeitgebraucht bessere. Leite aus Muskel - Leistungsmaxima https://neuromechanics.univie.ac.at 59 @hans_kainz Maximal willkürliche Kontraktion, Gastrocnemius Medialis https://neuromechanics.univie.ac.at 60 @hans_kainz  Maximal willkürliche Kontraktion, Vastus Lateralis https://neuromechanics.univie.ac.at 61 @hans_kainz Muskuläres System - Sarkomer https://neuromechanics.univie.ac.at Rassier et al. 1999 62 @hans_kainz Sportmotorik Inhalte Physiologische Grundlagen Sensorische System Motorische System Theoretischen Ansätzen der Motorik https://neuromechanics.univie.ac.at 63 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne https://neuromechanics.univie.ac.at 64 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne MRT Ultraschall Zusammensetzung Typ: Collagen I (von griechisch: Κόλλα – Leim) 60-70% des Gesamtgewichtes ist Wasser 15% Fibrilläres Collagennetz Funktionen Sehnen übertragen die muskulär erzeugte Kraft an die Knochen https://neuromechanics.univie.ac.at 65 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne https://neuromechanics.univie.ac.at 66 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne Längenänderung Dehnung Steifigkeit Hysterese https://neuromechanics.univie.ac.at 67 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne Mechanische Eigenschaften Unterschied Relaxation Länge vorgegeben Verformung Kriech Effekt Kraft schau vorgegeben Länge an 100 N während Zeit https://neuromechanics.univie.ac.at 68 @hans_kainz Motorische Systeme * Kraftübertragung? zuständig für Sehne Gelenkswinkel ändern - normalen. Muskellänge auch damit in -kann - gleicher Faserlänge optimale Bereich bleibt sich auch anpassen während Kraft aufbringe Sehnen Muskel-Faser Interaktion https://neuromechanics.univie.ac.at 69 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne Sehnen Muskel-Faser Interaktion https://neuromechanics.univie.ac.at 70 @hans_kainz Motorische Systeme Sehne Messmethoden https://neuromechanics.univie.ac.at 71 @hans_kainz Wiederholung der 6. Lehrveranstaltung https://neuromechanics.univie.ac.at 72 @hans_kainz Motorische Systeme quasi immert weil wenn nicht angespannt klappe zusammen Stützmotorik und Zielmotorik Die aufrechte Haltung des Menschen bedarf der ständigen Regulierung der Kontraktionskraft der Bein- und Rumpfmuskulatur. Der hierfür verantwortliche Teil der Motorik wird Stützmotorik genannt. Unter Zielmotorik werden diejenigen Teilsysteme und Teilprozesse verstanden, die für die Steuerung geplanter Bewegungen zuständig sind. https://neuromechanics.univie.ac.at 73 @hans_kainz Motorische Systeme Stützmotorik Ein menschlicher Körper ist dann im motorischen Gleichgewicht wenn die Resultierende alle wirkenden Kräfte und die Summe aller Drehmomente bestimmte Werte nicht überschreitet. https://neuromechanics.univie.ac.at 74 @hans_kainz Motorische Systeme Stützmotorik Reaktive posturale Synergien führen nach Störungen des motorischen Gleichgewichts zu seiner Wiederherstellung. https://neuromechanics.univie.ac.at 75 @hans_kainz Motorische Systeme Zielmotorik nicht relevant Die wichtigsten subkortikale Zentren der motorischen Kontrolle sind das Kleinhirn (Zerebellum), die Basalganglien, der Hirnstamm und das Rückenmark. https://neuromechanics.univie.ac.at 76 @hans_kainz Sportmotorik Inhalte Physiologische Grundlagen Sensorische System Motorische System Theoretischen Ansätzen der Motorik https://neuromechanics.univie.ac.at 77 @hans_kainz Open loop versus closed loop Kontrolle Open loop alles vorbestimmt , während Bewegung nicht ändern B. Volleyball Schlag Bewegungen basieren au Muskelinstruktionen, die vollständig vor Bewegungsbeginn festgelegt werden. Closed loop Nervensystem kann noch Infor reagieren & Bewegung noch abändern Bewegungen beruhen auf der Regelung durch sensorische Rückmeldungen während der Bewegung. https://neuromechanics.univie.ac.at 78 @hans_kainz Open loop versus closed loop Kontrolle Open loop closed loop https://neuromechanics.univie.ac.at 79 @hans_kainz Open loop versus closed loop Kontrolle https://neuromechanics.univie.ac.at 80 @hans_kainz Open loop Kontrolle Unterschied + Gründe wissen T Nach älteren Auffassung steuert ein gespeichertes motorisches Programm alle Details einer Bewegung. 3 Gründe sprechen dafür: 1. Bewegungsausführungen sind ohne sensorische Rückmeldung möglich 2. Closed loop Prozesse sind zu langsam für schnelle Bewegungen 3. Reaktionszeiten kovariieren mit der Komplexität der Bewegungen bräuchte Länger für Reaktion Dagegen spricht: 1. die 1:1 Speicherung von Bewegungen würde enormen Speicherbedarf benötigen 2. die fehlende Möglichkeit zur Ausführung neuer Bewegungen https://neuromechanics.univie.ac.at 81 @hans_kainz Open loop Kontrolle Nach älteren Auffassung steuert ein gespeichertes motorisches Programm alle Details einer Bewegung. 3 Gründe sprechen dafür: 1. Bewegungsausführungen sind ohne sensorische Rückmeldung möglich 2. Closed loop Prozesse sind zu langsam für schnelle Bewegungen 3. Reaktionszeiten kovariieren mit der Komplexität der Bewegungen Dagegen spricht: 1. die 1:1 Speicherung von Bewegungen würde enormen Speicherbedarf benötigen Bewegungsprogramm immer I 2. die fehlende Möglichkeit zur Ausführung neuer Bewegungen https://neuromechanics.univie.ac.at 82 @hans_kainz GMP-Theorie von Schmidt verstehen ! Ein generalisiertes motorisches Programm (GMP) steuert eine ganze Klasse von Bewegungen und ist gekennzeichnet durch bewegungsübergreifende konstante Merkmale (Invarianten) und bewegungsspezifische variable Merkmale (Parameter). Bsp : Basketballwurf grundsätzlich Wurftechnikerst eut Kraft-variablekommenvon woeine Konstante Merkmale: oder of events ‚ phasing, relative force Variable Merkmale: overall duration, overall force, muscle selection https://neuromechanics.univie.ac.at 83 @hans_kainz GMP-Theorie von Schmidt https://neuromechanics.univie.ac.at 84 @hans_kainz GMP-Theorie von Schmidt https://neuromechanics.univie.ac.at 85 @hans_kainz https://neuromechanics.univie.ac.at Short title | 86 @hans_kainz