Messung und Simulation von Muskelkontraktionen bei Rana pipiens, Galea musteloides und Rattus norvegicus:
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2004
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
I Danksagung 6
II Zusammenfassung 7
1 Einleitung 12
1.1 Propädeutik 12
1.1.1 Funktion des Skelettmuskels 12
1.1.2 Anpassungen im Design 13
1.1.3 Bergriffssystem Muskeleigenschaften 14
Bedeutung der Muskeleigenschaften 14
Was sind Muskeleigenschaften? 15
Methoden zur Bestimmung der Muskeleigenschaften 16
Kraft Längen Relation 16
Kraft Geschwindigkeits Relation 17
Dehnungs Spannungs Kurve der serienelastischen Komponente 19
Bedeutung unterschiedlicher Muskeleigenschaften 20
Zeitaufwand und Ermüdung 21
1.1.4 Der M. triceps brachii der Kleinsäuger Bedeutung des Arbeitspunktes 22
1.1.5 Leistungsabgabe bei zyklischen Muskelkontraktionen Experiment und 24
Modellierung
1.2 Vorgehensweisen: Problemstellungen und Strategien zu deren Lösung 29
2 Material und Methode 31
2.1 Versuchstiere und Muskelpräparat 31
2.1.1 Amphibium: Rana pipiens M. semitendinosus dorsalis 31
2.1.2 Kleinsäuger 32
Rattus norvegicus M. triceps brachii 32
Galea musteloides M. triceps brachii 36
2.2 Versuchsapparatur und Versuchsdurchführung 37
2.2.1 Rana pipiens 37
Präparation, Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 37
1
Inhaltsverzeichnis
Stimulation 40
2.2.2 Kleinsäuger 41
Spezifische Anforderungen an den Versuchsaufbau 41
Versuchsapparatur 43
Erweiterung des Winkel Messbereiches des 305B LR Hebelarmsystems 48
Korrektur der Winkelabhängigkeit des Momentsignals 49
Narkose, Präparation und Versuchdurchführung 50
Stimulation 54
Limitierungen des Versuchsaufbaus 55
2.3 Messungen 56
2.3.1 Isometrische Kontraktionen 56
2.3.2 Isokinetische Kontraktionen 57
2.3.3 Quick Release Kontraktionen 58
2.3.4 Isotonische Kontraktionen 59
2.3.5 Step and Ramp Shortening Kontraktionen 59
2.3.6 Work Loop Messungen 62
2.3.7 Passive Work Loop Zyklen des M. triceps brachii 64
2.4 ISOFIT Methode 65
2.4.1 Muskelmodell 66
Kraft Geschwindigkeits Beziehung 66
Kraft Längen Beziehung 67
Serienelastische Komponente (SEC) 67
Muskelaktivierung 68
Bewegungsgleichung 69
2.4.2 Geometrische Transformation 70
2.4.3 nichtlineare Regression 72
2.4.4 Bestimmung des Aktivierungsverhaltens 73
2.5 Simulation von Muskelkontraktionen 74
2.5.1 Work Loop Simulation 75
Simulation experimenteller Work Loop Kontraktionen 77
Simulation mit systematischer Variation Work Loop beeinflussender 78
Faktoren
Veränderung von Muskel Sehnen Eigenschaften während zyklischer 80
Kontraktionen
2.5.2 Simulation von Quick Release Kontraktionen 81
2
Inhaltsverzeichnis
Berechnung der Quick Release Muskelkraft auf Grundlage des 81
Muskelmodells
Vorwärtssimulation von Quick Release Experimenten 82
2.6 Bestimmung der maximalen Arbeitsabgabe mit anderen Methoden 85
3 Ergebnisse 86
3.1 Bestimmung der Muskeleigenschaften 86
3.1.1 M. semitendinosus dorsalis von Rana pipiens 86
Kombinierte Methode 86
Kraft Längen Abhängigkeit 86
Kraft Längen Abhängigkeit nach Quick Release Kontraktionen 90
Kraft Geschwindigkeit Abhängigkeit 91
Spannungs Dehnungs Abhängigkeit der serienelastischen Komponente 93
ISOFIT Methode 94
3.1.2 M. triceps brachii der Kleinsäuger 103
M. triceps brachii von Rattus norvegicus 103
Isometrische Messungen 104
Bezug zur Kinematik der Vorderextremität von Rattus norvegicus 107
Passive Work Loop Zyklen des M. triceps brachii 111
ISOFIT Methode 113
M. triceps brachii von Galea musteloides 115
Isometrische Messungen 115
ISOFIT Methode 117
3.2 Work Loop Zyklen 119
3.2.1 Messung und Simulation experimenteller Work Loop Kontraktionen 119
Vergleich der Kraft Zeit Verläufe 119
Vergleich der Arbeits und Leistungsabgabe 126
3.2.2 Simulationen mit systematischer Variation Work Loop beeinflussender 129
Faktoren
Einfluss der Zyklusfrequenz 132
Vergleich mit experimentellen Work Loops 134
Maximale Work Loop Leistungsabgabe vs. maximale momentane 134
Muskelleistung
Einfluss der Schwingungsamplitude 135
Einfluss der Stimulationsdauer 137
3
Inhaltsverzeichnis
Einfluss des Phase Shift 139
Einfluss der Startlänge des Muskels 140
Force Garn 141
3.2.3 Vergleich der maximalen Arbeitsvorhersagen mit Ergebnissen 144
anderer Methoden
3.2.4 Veränderung von Muskel Sehnen Eigenschaften während zyklischer 148
Muskelkontraktionen
Variation der Steifigkeit der serienelastischen Komponente 149
Metabolische Ermüdung des Muskels 150
Variation der Länge der serienelastischen Komponente 151
Sensitivitäts Analyse 152
3.3 Messung und Simulation von Quick Release Kontraktionen 154
3.3.1 Berechnung der Quick Release Muskelkraft auf Grundlage des 154
Muskelmodells
3.3.2 Bestimmung der Muskeleigenschaften auf der Grundlage von 155
Quick Release Daten
3.3.3 Vorwärtssimulation von Quick Release Experimenten 157
3.3.4 ,Silent Periods in Quick Release Experimenten 160
4 Diskussion 162
4.1 ISOFIT Methode 162
4.1.1 Limitierungen des verwendeten Modells 162
4.1.2 Bedeutung der Methode 166
4.2 Muskeleigenschaften von Kleinsäugern 169
4.3 Ursache und Bedeutung hochfrequenter Oszillationen 173
4.4 Zyklische Muskelkontraktionen 174
4.4.1 Messung von Work Loop Kontraktionen 174
4.4.2 Simulation von Work Loop Kontraktionen 175
Einfluss der SEC 175
Simulation experimenteller Work Loop Zyklen 176
Limitierungen der Modellvorhersage 177
Einfluss der Zyklusfrequenz auf Arbeits und Leistungsabgabe 179
Einfluss der Schwingungsamplitude 181
Einfluss der Stimulationsdauer 181
Einfluss von Phase Shift und Muskelanfangslänge 182
4
Inhaltsverzeichnis
Force Gain während zyklischer Muskelkontraktionen 183
Vergleich der maximalen Arbeitsvorhersagen mit Ergebnissen anderer 185
Methoden
Veränderung von Muskel Sehnen Eigenschaften während zyklischer 186
Muskelkontraktionen
5 Verzeichnis der verwendeten Variablen 188
6 Literaturverzeichnis 190
5
|
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
I Danksagung 6
II Zusammenfassung 7
1 Einleitung 12
1.1 Propädeutik 12
1.1.1 Funktion des Skelettmuskels 12
1.1.2 Anpassungen im Design 13
1.1.3 Bergriffssystem Muskeleigenschaften 14
Bedeutung der Muskeleigenschaften 14
Was sind Muskeleigenschaften? 15
Methoden zur Bestimmung der Muskeleigenschaften 16
Kraft Längen Relation 16
Kraft Geschwindigkeits Relation 17
Dehnungs Spannungs Kurve der serienelastischen Komponente 19
Bedeutung unterschiedlicher Muskeleigenschaften 20
Zeitaufwand und Ermüdung 21
1.1.4 Der M. triceps brachii der Kleinsäuger Bedeutung des Arbeitspunktes 22
1.1.5 Leistungsabgabe bei zyklischen Muskelkontraktionen Experiment und 24
Modellierung
1.2 Vorgehensweisen: Problemstellungen und Strategien zu deren Lösung 29
2 Material und Methode 31
2.1 Versuchstiere und Muskelpräparat 31
2.1.1 Amphibium: Rana pipiens M. semitendinosus dorsalis 31
2.1.2 Kleinsäuger 32
Rattus norvegicus M. triceps brachii 32
Galea musteloides M. triceps brachii 36
2.2 Versuchsapparatur und Versuchsdurchführung 37
2.2.1 Rana pipiens 37
Präparation, Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 37
1
Inhaltsverzeichnis
Stimulation 40
2.2.2 Kleinsäuger 41
Spezifische Anforderungen an den Versuchsaufbau 41
Versuchsapparatur 43
Erweiterung des Winkel Messbereiches des 305B LR Hebelarmsystems 48
Korrektur der Winkelabhängigkeit des Momentsignals 49
Narkose, Präparation und Versuchdurchführung 50
Stimulation 54
Limitierungen des Versuchsaufbaus 55
2.3 Messungen 56
2.3.1 Isometrische Kontraktionen 56
2.3.2 Isokinetische Kontraktionen 57
2.3.3 Quick Release Kontraktionen 58
2.3.4 Isotonische Kontraktionen 59
2.3.5 Step and Ramp Shortening Kontraktionen 59
2.3.6 Work Loop Messungen 62
2.3.7 Passive Work Loop Zyklen des M. triceps brachii 64
2.4 ISOFIT Methode 65
2.4.1 Muskelmodell 66
Kraft Geschwindigkeits Beziehung 66
Kraft Längen Beziehung 67
Serienelastische Komponente (SEC) 67
Muskelaktivierung 68
Bewegungsgleichung 69
2.4.2 Geometrische Transformation 70
2.4.3 nichtlineare Regression 72
2.4.4 Bestimmung des Aktivierungsverhaltens 73
2.5 Simulation von Muskelkontraktionen 74
2.5.1 Work Loop Simulation 75
Simulation experimenteller Work Loop Kontraktionen 77
Simulation mit systematischer Variation Work Loop beeinflussender 78
Faktoren
Veränderung von Muskel Sehnen Eigenschaften während zyklischer 80
Kontraktionen
2.5.2 Simulation von Quick Release Kontraktionen 81
2
Inhaltsverzeichnis
Berechnung der Quick Release Muskelkraft auf Grundlage des 81
Muskelmodells
Vorwärtssimulation von Quick Release Experimenten 82
2.6 Bestimmung der maximalen Arbeitsabgabe mit anderen Methoden 85
3 Ergebnisse 86
3.1 Bestimmung der Muskeleigenschaften 86
3.1.1 M. semitendinosus dorsalis von Rana pipiens 86
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M. triceps brachii von Rattus norvegicus 103
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Bezug zur Kinematik der Vorderextremität von Rattus norvegicus 107
Passive Work Loop Zyklen des M. triceps brachii 111
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M. triceps brachii von Galea musteloides 115
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ISOFIT Methode 117
3.2 Work Loop Zyklen 119
3.2.1 Messung und Simulation experimenteller Work Loop Kontraktionen 119
Vergleich der Kraft Zeit Verläufe 119
Vergleich der Arbeits und Leistungsabgabe 126
3.2.2 Simulationen mit systematischer Variation Work Loop beeinflussender 129
Faktoren
Einfluss der Zyklusfrequenz 132
Vergleich mit experimentellen Work Loops 134
Maximale Work Loop Leistungsabgabe vs. maximale momentane 134
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Einfluss der Schwingungsamplitude 135
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3
Inhaltsverzeichnis
Einfluss des Phase Shift 139
Einfluss der Startlänge des Muskels 140
Force Garn 141
3.2.3 Vergleich der maximalen Arbeitsvorhersagen mit Ergebnissen 144
anderer Methoden
3.2.4 Veränderung von Muskel Sehnen Eigenschaften während zyklischer 148
Muskelkontraktionen
Variation der Steifigkeit der serienelastischen Komponente 149
Metabolische Ermüdung des Muskels 150
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3.3 Messung und Simulation von Quick Release Kontraktionen 154
3.3.1 Berechnung der Quick Release Muskelkraft auf Grundlage des 154
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3.3.2 Bestimmung der Muskeleigenschaften auf der Grundlage von 155
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3.3.3 Vorwärtssimulation von Quick Release Experimenten 157
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4 Diskussion 162
4.1 ISOFIT Methode 162
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4.1.2 Bedeutung der Methode 166
4.2 Muskeleigenschaften von Kleinsäugern 169
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| spelling | Siebert, Tobias 1974- Verfasser (DE-588)128897074 aut Messung und Simulation von Muskelkontraktionen bei Rana pipiens, Galea musteloides und Rattus norvegicus von Tobias Siebert 2004 196 Bl. Ill., graph. Darst. 30 cm txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Jena, Univ., Diss., 2004 Leopardfrosch - Skelettmuskel - Wanderratte - Wieselmeerschweinchen - Fortbewegung - Muskelkontraktion Leopardfrosch (DE-588)4741272-0 gnd rswk-swf Skelettmuskel (DE-588)4116511-1 gnd rswk-swf Wanderratte (DE-588)4189072-3 gnd rswk-swf Fortbewegung (DE-588)4017975-8 gnd rswk-swf Wieselmeerschweinchen (DE-588)4489573-2 gnd rswk-swf Muskelkontraktion (DE-588)4170858-1 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Leopardfrosch (DE-588)4741272-0 s Fortbewegung (DE-588)4017975-8 s Skelettmuskel (DE-588)4116511-1 s Muskelkontraktion (DE-588)4170858-1 s Wieselmeerschweinchen (DE-588)4489573-2 s Wanderratte (DE-588)4189072-3 s DE-604 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=015483982&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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