Springer-Lehrbuch
Hans-Joachim Appell Christiane Stang-Voss
Funktionelle Anatomie Grundlagen sportlicher Leistung und Bewegung Unter Mitarbeit von Niels Battermann
4., vollständig überarbeitete Auflage Mit 229 Abbildungen
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Prof. Dr. Dr. h.c. Hans-Joachim Appell Institut für Physiologie und Anatomie Deutsche Sporthochschule Köln 50927 Köln E-Mail:
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ISBN-13 978-3-540-74862-5 Springer Medizin Verlag Heidelberg Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer Medizin Verlag springer.de © Springer Medizin Verlag Heidelberg 2008 Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Planung: Peter Bergmann, Heidelberg Fachlektorat: Dr. Ursula Loos, Heidelberg Projektmanagement: Rose-Marie Doyon, Heidelberg Umschlaggestaltung & Design: deblik Berlin Titelbild: fotosearch.com SPIN 12033157 Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem Papier.
15/2117 – 5 4 3 2 1 0
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Vorwort zur 1. Auflage »Was man nicht weiß, das eben braucht man, und was man weiß, kann man nicht brauchen.« Dieses Wort aus Goethes »Faust« spiegelt angesichts des heterogenen Schrifttums zu den anatomischen Grundlagen des Sports wohl treffend die Lage wider, in der sich Lehrende in diesem Bereich befinden. Die hauptsächlich für Mediziner verfassten Lehrbücher der Anatomie behandeln das Fach überwiegend nach deskriptiven und topographischen Gesichtspunkten, andere »Sportanatomien« scheinen gelegentlich im Bestreben nach Praxisnähe allzu populärwissenschaftlich verfaßt. Dies war Anlaß genug, den außerordentlichen umfangreichen Stoff der Anatomie des Bewegungsapparates, des Nervensystems (soweit für die Motorik wichtig) und der Organsysteme unter funktionellen Gesichtspunkten für den Sport darzustellen. Die gewählte Vorgehensweise beschränkt sich nicht nur auf das »Wie« sondern versucht – wo möglich und nötig –, auch das »Warum« zu erläutern. Notwendigerweise mussten Kompromisse zwischen Vollständigkeit und Übersichtlichkeit gemacht werden. So wurden die histologischen Grundlagen nur für die Gewebe des aktiven und passiven Bewegungsapparates ausführlicher behandelt und in den anderen Kapiteln, sofern zum Verständnis der Funktion erforderlich, nur kurz umrissen. Die Darstellung des Zentralnervensystems orientiert sich eng an der Motorik, wobei die Abhandlung anatomischer Einzelheiten hinter den physiologischen Funktionszusammenhängen zurückstehen musste. Auch das Kapitel über die Organsysteme konnte nur jene berücksichtigen, die für weiterführende Studien zur Anpassung des Organismus an Leistung innerhalb der Sportmedizin von Bedeutung sind. Die Beantwortung der Fragen nach biochemischen und komplexen physiologischen Prozessen muß den Lehrbüchern jener Disziplinen vorbehalten bleiben. Somit wendet sich dieses Buch vor allem an Studenten der Sportwissenschaften, die sich möglichst umfassend und dennoch mit einem gewissen Praxisbezug über die Funktionelle Anatomie informieren wollen. Aber auch interessierte Medizinstudenten, Krankengymnasten und Trainer werden einen funktionellen Einstieg in die Anatomie des menschlichen Körpers gewinnen können.
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Vorwort zur 4. Auflage
Vorwort zur 4. Auflage Nach nunmehr 20 Jahren auf dem Markt hatte dieses Buch eine gründliche Neubearbeitung verdient und präsentiert sich in neuem Layout unter Einbeziehung modernerer didaktischer Elemente. Nachdem meine verehrte Koautorin, Frau Prof. Dr. Christiane Stang-Voss aus dem aktiven akademischen Leben ausgeschieden war, wurde mir vom Springer-Verlag die Neubearbeitung allein in meine Hände gelegt. Jedoch schätze ich mich glücklich, meinen langjährigen Mitarbeiter Niels Battermann überzeugt zu haben, an dieser Neuauflage mitzuwirken, um neue Aspekte, auch aus seiner besonderen Sicht, mit einfließen zu lassen. So haben wir an zahlreichen Stellen den Stoff um die vereinfachte Darstellung physiologischer Zusammenhänge ergänzt, vermehrt auch praktische Aspekte mit eingebracht und einen Teil der Abbildungen neu gestaltet oder weitere eingefügt. Das ursprünglich angelegte erste Kapitel über den Bau der Zelle wurde ersatzlos gestrichen und hat einer allgemeinen Einführung, quasi als anatomisches Propädeutikum, Platz gemacht. Besonderer Dank gilt meinem mir freundschaftlich verbundenen Fachkollegen Prof. Dr. Dr. h.c. Jürgen Koebke aus dem Zentrum Anatomie der Uniklinik Köln für seine Unterstützung, konstruktiven Anregungen sowie für die Bereitstellung eines Teils des neuen Bildmaterials. Weitere anatomische Darstellungen hat mir freundlicherweise mein geschätzter Kollege Prof.em. Dr. Bernhard Tillmann (Universität Kiel) überlassen. Für das kritische Gegenlesen besonderer funktioneller Aspekte der Organsysteme danke ich den Kollegen Prof. Dr. Dr. Dieter Eßfeld und Dr. Uwe Hoffmann aus dem eigenen Institut. Die äußerst konstruktive Zusammenarbeit mit dem Springer-Verlag hat die lange Phase der Neubearbeitung zu einem Vergnügen werden lassen. Aus fachlicher Sicht hat Herr Peter Bergmann mit seinen Wünschen, Hinweisen und Anregungen ebenfalls dazu beigetragen, dass diese Neuauflage nunmehr die Vorauflagen qualitativ deutlich übertreffen dürfte. Frau Rose-Marie Doyon stand mir stets hilfreich bei der Überwindung technischer Probleme in der Text- und Abbildungsgestaltung zur Seite; beiden gilt mein herzlicher Dank. Nicht zuletzt möchte ich mich bei meinen Studentinnen und Studenten dafür bedanken, dass sie mir regelmäßig konstruktive Rückmeldungen zu diesem Buch und zu meinen Vorlesungen und Seminaren gegeben haben und verbinde dies mit der Hoffnung, dass sie an dem traditionell eher als trocken eingeschätzten Stoff der Anatomie weiter Freude entwickeln. Köln, im Januar 2008 Hans-Joachim Appell
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Autorenseite
Professor Dr. Dr. h.c. Appell Institut für Physiologie und Anatomie Deutsche Sporthochschule Köln
Funktionelle Anatomie
Inhaltliche Struktur: klare Gliederung durch alle Kapitel
Leitsystem: Schnelle Orientierung über die Kapitel und Anhang
Lernziele: Was lerne ich in diesem Kapitel? Den Blick schärfen für das Wesentliche!
Verweise im Text – so kommen Abbildungen und Tabellen ins Blickfeld
Wichtig: Das wichtigste auf den Punkt gebracht
Tabelle: klare Übersicht der wichtigsten Fakten
Navigation Wo bin ich? Seitenzahl und Kapitelnummer für die schnelle Orientierung?
Schlüsselbegriffe sind fett hervorgehoben
Praxis: Informationen zu praktischen Anwendungen anatomischen Wissens – im Alltag oder beim Training
Abbildungen: Bilder sagen mehr als 1000 Worte.
Sagen Sie uns Ihre Meinung! www.lehrbuch-medizin.de
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Inhaltsverzeichnis 1
Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 1.2 1.3
Zur Einordnung der Funktionellen Anatomie . . . Die anatomische Nomenklatur . . . . . . . . . . . . . Übersicht über den Bauplan des Körpers . . . . . .
2 2 3
3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8 3.3.9
Oberschenkelmuskeln . . . . . . . . Unterschenkel und Fuß . . . . . . . Unterschenkel- und Fußmuskeln . Fußgewölbe . . . . . . . . . . . . . . . Der Fuß in Bewegung . . . . . . . .
2
Allgemeine Anatomie des Bewegungsapparates . . . . . . . . . . . . . . .
7
4
2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2
Skelettmuskulatur . . . . . . . . . . . . . Muskelkontraktion . . . . . . . . . . . . Muskelfasern . . . . . . . . . . . . . . . . Bau des Muskels . . . . . . . . . . . . . . Funktion des Muskels . . . . . . . . . . Wachstum und Trainingsanpassung Binde- und Stützgewebe . . . . . . . . Grundkomponenten . . . . . . . . . . . Sehnen und Faszien . . . . . . . . . . . Knochengewebe . . . . . . . . . . . . . Knorpelgewebe . . . . . . . . . . . . . . Bau der Gelenke . . . . . . . . . . . . . . Achsen und Ebenen . . . . . . . . . . . Formen echter Gelenke . . . . . . . . .
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8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 22 23 24 25
Bewegungskontrolle und -steuerung durch das Zentralnervensystem . . . . . . . . . . 101
4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4
Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neuron und Synapse . . . . . . . . . . . . . . . . . . Afferenz und Efferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktioneller Bau von Gehirn und Rückenmark Spinale Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Muskelspindeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sehnenspindeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spinale Fremdreflexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . Supraspinale Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . Vestibularorgan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorische Zentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewegungsentwurf und -ausführung . . . . . . Motorisches Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Funktionelle Anatomie des Bewegungsapparates . . . . . . . . . . . . . . .
27
3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4
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Rumpf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wirbelsäule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beckengürtel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brustkorb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Muskeln des Rumpfes . . . . . . . . . . . . . Obere Extremität . . . . . . . . . . . . . . . . Schultergürtel und Schultergelenk . . . . Muskeln des Schultergürtels . . . . . . . . . Die »tragende Rolle« des Schultergürtels Ellenbogengelenk . . . . . . . . . . . . . . . . Muskeln des Armes . . . . . . . . . . . . . . . Gelenke der Hand . . . . . . . . . . . . . . . . Muskeln des Unterarmes und der Hand . Die obere Extremität als komplexes Bewegungssystem . . . . . . . . . . . . . . . Untere Extremität . . . . . . . . . . . . . . . . Hüftgelenk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hüftmuskeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statik des Oberschenkels . . . . . . . . . . . Kniegelenk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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28 28 33 35 36 46 46 49 57 59 61 65 67
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74 75 75 77 82 83
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86 90 93 95 98
102 103 106 107 111 112 113 114 115 115 117 119 120
5
Funktionelle Anatomie der Organsysteme . . 123
5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5 5.5.1
Blut- und Abwehrsysteme . . . . . . . . . . Blutzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Immunabwehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lymphatische Organe . . . . . . . . . . . . . Herz-Kreislauf-System . . . . . . . . . . . . . Blutgefäße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionelle Teilkreisläufe . . . . . . . . . . Herz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atmungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . Luftröhre und Bronchialsystem . . . . . . . Lungenalveolen . . . . . . . . . . . . . . . . . Atemmechanik und -regulation . . . . . . Atmung und Säure-Basen-Gleichgewicht Verdauungssystem . . . . . . . . . . . . . . . Speiseröhre und Magen . . . . . . . . . . . . Dünndarm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dickdarm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pankreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausscheidungssystem . . . . . . . . . . . . . Bau der Nieren . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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XII
Inhaltsverzeichnis
5.5.2 5.5.3 5.6 5.6.1 5.6.2
Nephron . . . . . . . . . . . . . . . . . Der juxtaglomeruläre Apparat . . . Regulation der Organfunktionen . Hormonsystem . . . . . . . . . . . . . Vegetatives Nervensystem . . . . .
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Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Glossar häufig verwendeter Begriffe und Abkürzungen . 168 Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
