Storyboard

Der Skelettmuskel ist der mechanische Aktuator des Körpers: Er wandelt chemische Energie (ATP) in Kraft und Arbeit um. Hills Modell (1938) ist die grundlegende mathematische Beschreibung der Kraft-Geschwindigkeitsbeziehung: (F+a)(v+b) = konstant, mit hyperbolischer Form. Bei Nullkraft (Nulllast) ist die Geschwindigkeit maximal (v_max); Bei einer Geschwindigkeit von Null (isometrische Kontraktion) ist die Kraft maximal (F). Die maximale Leistung tritt bei v v_max/3 auf.

Die Längen-Spannungs-Beziehung des Sarkomers erklärt den kardialen Frank-Starling-Mechanismus: Bei optimaler Länge (2,02,2 m) ist die Aktin-Myosin-Überlappung maximal und die Kraft maximal. Oben (übermäßige Dehnung) oder darunter (extreme Kontraktion) nimmt die Kraft ab, da die Anzahl der aktiven Querbrücken abnimmt. Diese Beziehung bestimmt den optimalen Arbeitsbereich des Muskels in vivo.

Unter Muskelermüdung versteht man die Abnahme der maximalen Kraft, die bei anhaltender Aktivität zur Verfügung steht. Das Modell erster Ordnung erfasst die Dynamik: Ermüdung akkumuliert (k_f) bei Aktivierung und erholt sich (k_r) im Ruhezustand, wobei k_r << k_f (Ermüdung akkumuliert schneller als sie sich erholt). Periphere (Ansammlung von Pi, H, ADP; Glykogenabbau) und zentrale (Reduzierung des kortikomotorischen Antriebs) Mechanismen tragen dazu bei.

Die Summierung der Kontraktionen über die Zeit (zeitliche Summation) ermöglicht es dem Muskel, Kräfte zu erzeugen, die viel größer sind als eine einzelne Zuckung: Bei Frequenzen über der Fusionsfrequenz (~50 Hz bei schnellem Muskel, ~20 Hz bei langsamem Muskel) verschmelzen die Zuckungen zu einer anhaltenden tetanischen Kontraktion. Bei der EMG ist die Kraft ungefähr linear mit dem Effektivwert des elektrischen Signals im Bereich von 2080 % der MVC (Maximale freiwillige Kontraktion), sodass EMG zur Schätzung der Kraft in vivo verwendet werden kann.

Der mechanische Wirkungsgrad der Muskulatur ( 2030 %) bedeutet, dass etwa 7080 % der chemischen Energie als Wärme abgegeben werden. Dies hat wichtige thermoregulatorische Konsequenzen: Bei intensiver körperlicher Betätigung kann die Wärmeproduktion eines Sportlers 1 kW überschreiten, was eine aktive Ableitung (Schwitzen, periphere Gefäßerweiterung) erfordert. Muskelwärme trägt auch dazu bei, die Körpertemperatur bei Kälte (Frösteln) aufrechtzuerhalten.

>Modell

ID:('ky', 44)

Beschreibung

ID:(0, 44)