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Molekulare Sport- und Leistungsphysiologie - Molekulare, zellbiologische und genetische Aspekte der körperlichen Leistungsfähigkeit
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Molekulare Sport- und Leistungsphysiologie - Molekulare, zellbiologische und genetische Aspekte der körperlichen Leistungsfähigkeit
von: Norbert Bachl, Herbert Löllgen, Harald Tschan, Henning Wackerhage, Barbara Wessner
Springer-Verlag, 2017
ISBN: 9783709115916
483 Seiten, Download: 22610 KB
 
Format:  PDF
geeignet für: Apple iPad, Android Tablet PC's Online-Lesen PC, MAC, Laptop

Typ: B (paralleler Zugriff)

 

 
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Inhaltsverzeichnis

  Geleitwort 5  
  Geleitwort 7  
  Vorwort 9  
  Inhaltsverzeichnis 12  
  Autorenverzeichnis 21  
  I Grundlagen 24  
  1 Einführung in die Genetik 25  
     1.1 Einleitung 26  
     1.2 Das genetische Material 26  
        1.2.1 Aufbau und Funktion der DNA 26  
        1.2.2 Organisation der DNA 29  
        1.2.3 Weitergabe der genetischen Information 32  
     1.3 Grundlagen der Vererbung 36  
        1.3.1 Mendel’sche Vererbungsregeln 36  
        1.3.2 Genotyp und Phänotyp 37  
     1.4 Veränderungen des Genoms 38  
        1.4.1 Mutationen und Polymorphismen 38  
        1.4.2 Evolution 39  
        1.4.3 Populationsgenetik 41  
     1.5 Epigenetik 41  
        1.5.1 DNA-Methylierung 42  
        1.5.2 Histonmodifikationen 42  
        1.5.3 Interaktionen zwischen DNA-Methylierung und Histonmodifikationen 45  
        1.5.4 Chromatin-Remodeling 46  
      Literatur 46  
  2 Genexpression 49  
     2.1 Zentrales Dogma der Molekularbiologie 50  
     2.2 Transkription 51  
        2.2.1 Ablauf der Transkription 51  
        2.2.2 Posttranskriptionale Modifikationen 52  
     2.3 Translation 54  
        2.3.1 Der genetische Code 54  
        2.3.2 Ablauf der Translation 55  
        2.3.3 Posttranslationale Modifikationen 56  
        2.3.4 Räumliche Anordnung der Proteine 56  
     2.4 Regulierung der Genexpression 57  
        2.4.1 Epigenetische Mechanismen 57  
        2.4.2 Kontrolle auf Ebene der Transkription 58  
        2.4.3 MicroRNAs 58  
     2.5 Proteinabbau 60  
        2.5.1 Ubiquitin-Proteasom-System 60  
        2.5.2 Autophagie/Lysosom 61  
      Literatur 64  
  3 Signaltransduktion 66  
     3.1 Mechanismen der Signalübertragung 67  
     3.2 Ligand-Rezeptor-Wechselwirkung 67  
     3.3 Rezeptortypen 68  
        3.3.1 Zytoplasmatische Rezeptoren 68  
        3.3.2 Membranrezeptoren 68  
     3.4 Signalweiterleitung 72  
      Literatur 74  
  II Molekulare Leistungsphysiologie 75  
  4 Einführung in das Herz-Kreislauf-System 76  
     4.1 Herz-Kreislauf-System 79  
        4.1.1 Funktionen des Herz-Kreislauf-Systems 79  
        4.1.2 Gefäße 80  
        4.1.3 Angiogenese 83  
     4.2 Gas- und Sauerstoffaustausch 85  
     4.3 Herzfunktion 86  
        4.3.1 Molekularbiologische Aspekte der Herzmuskelhypertrophie 87  
        4.3.2 Physiologische Herzmuskelhypertrophie 87  
        4.3.3 Pathologische Herzmuskelhypertrophie 88  
        4.3.4 Reizleitungssystem 90  
        4.3.5 Reizbildung und Reizleitung 90  
        4.3.6 Herzmuskelkontraktion – elektrophysiologische Aspekte 92  
     4.4 Herzmechanik – die Kontraktion des Herzen 94  
        4.4.1 Elektromechanische Kopplung 94  
        4.4.2 Regulation der Herzmechanik 94  
        4.4.3 Steuerung der Herzaktion 95  
     4.5 Methodik zur Erfassung hämodynamischer Messgrößen 96  
        4.5.1 Komponenten der kardialen Funktion unter Belastung 100  
        4.5.2 Kardiale Messgrößen unter Belastung 101  
        4.5.3 Respiratorische Größen 103  
        4.5.4 Funktionelle Kapazität (Synonyma: Belastungskapazität, „Exercise capacity“ oder „Physical capacity“) 105  
        4.5.5 Klinische Symptome und Anstrengungsempfinden 105  
        4.5.6 Zelluläre Beschreibung und Funktion 107  
        4.5.7 Rezeptoren 107  
        4.5.8 Proteine und kardiale Marker 108  
     4.6 Molekulare Anpassungsmechanismen 108  
        4.6.1 Veränderung bei Belastung 108  
        4.6.2 Adaptation des Herzens durch körperliche Aktivität 109  
        4.6.3 Regulative Anpassungsmechanismen 110  
        4.6.4 Strukturelle Anpassungsmechanismen 111  
        4.6.5 Adaptation des Herzens durch körperliche Aktivität 115  
        4.6.6 Ausdauersport: Nutzen oder Schaden 116  
        4.6.7 Anpassung des arteriellen Gefäßsystems an chronische Belastungen (Training) 117  
        4.6.8 Zelluläre Beschreibung und Funktion 117  
        4.6.9 Optimierung und Maximierung der Leistungsfähigkeit 118  
        4.6.10 Arbeitende Muskulatur 118  
        4.6.11 Anpassung der Muskulatur an körperliche Aktivität 118  
        4.6.12 Weitere molekulare Anpassungsmechanismen 119  
      Literatur 120  
  5 Muskelapparat 123  
     5.1 Myogenese – Die Entstehung der Muskelzelle 124  
        5.1.1 Satellitenzellen 124  
        5.1.2 Aktivierte Satellitenzellen und Proliferation zu Myoblasten 127  
        5.1.3 Differenzierung zu Muskelfasern 127  
        5.1.4 Regeneration 129  
        5.1.5 Zelltod 129  
     5.2 Molekularer Aufbau der Muskelzelle 132  
        5.2.1 Die kontraktile Einheit – das Sarkomer 133  
        5.2.2 Proteine des Sarkomers 133  
        5.2.3 Extrazelluläre Matrix 135  
     5.3 Der Muskel als Energiewandler 138  
        5.3.1 Energiestoffwechel im Muskel 138  
     5.4 Muskelfasertypen 140  
     5.5 Überblick bewegungsinduzierter Signalwege 143  
      Literatur 144  
  6 Nervensystem 147  
     6.1 Basisphysiologie des Nervensystems 148  
        6.1.1 Motorische Einheit 148  
        6.1.2 Rekrutierung von motorischen Einheiten 148  
        6.1.3 Elektromechanische Kopplung 149  
     6.2 Zentrale Faktoren der neuromuskulären Ermüdung 149  
        6.2.1 Ermüdung 149  
        6.2.2 Spinale Mechanismen der Ermüdung 150  
        6.2.3 Suprapinale Mechanismen der Ermüdung 151  
     6.3 Anpassungsreaktionen der motorischen Einheit auf Training 151  
        6.3.1 Ausdauertraining 152  
        6.3.2 Krafttraining 152  
     6.4 Anpassungsreaktionen des zentralen Nervensystems auf Training 153  
     6.5 Zusammenfassung 154  
      Literatur 154  
  7 Mechanische Belastung und Bindegewebe 156  
     7.1 Bindegewebe 157  
        7.1.1 Strukturelle Grundlagen 157  
        7.1.2 Molekulare Grundlagen des Bindegewebes 162  
        7.1.3 Mechanische Übertragung und Wachstumsfaktoren im Matrixgewebe 163  
     7.2 Knochen und Adaption durch körperliche Bewegung 164  
        7.2.1 Mechanische Übertragung 164  
        7.2.2 Genetische Varianten und Knochenverletzung 166  
        7.2.3 Mechanische Übertragung 168  
        7.2.4 Genetische Varianten von Knorpelgewebe 169  
     7.3 Sehnen und Adaption durch körperliche Bewegung 170  
        7.3.1 Mechanische Übertragung 170  
        7.3.2 Funktion und mechanische Eigenschaften von menschlichem Sehnenbindegewebe im lebenden Organismus 172  
        7.3.3 Verletzungsrisiken des Bindegewebes 173  
        7.3.4 Genetische Varianten von Sehnenbindegewebe im Zusammenhang mit Sehnenverletzungen 173  
      Literatur 181  
  8 Wachstumsfaktoren unter besonderer Berücksichtigung des muskuloskelettalen Systems 187  
     8.1 Einleitung 189  
     8.2 Definition, Wirkungsweisen und Signalketten von Wachstumsfaktoren 194  
     8.3 Wirkungen von Wachstumsfaktoren auf die Skelettmuskulatur 206  
        8.3.1 IGF und MGF 207  
        8.3.2 FGF 215  
        8.3.3 Myostatin/GDF-8 215  
        8.3.4 VEGF 219  
        8.3.5 TGF-? 219  
        8.3.6 LIF 220  
        8.3.7 BDNF 220  
     8.4 Wirkungen von Wachstumsfaktoren auf Knochen und Knorpel 221  
        8.4.1 FGF 222  
        8.4.2 IGF und MGF 222  
        8.4.3 TGF-? 223  
        8.4.4 LIF 223  
        8.4.5 PDGF 223  
        8.4.6 BMP 224  
     8.5 Wirkungen von Wachstumsfaktoren auf Bänder und Sehnen 224  
        8.5.1 FGF 225  
        8.5.2 IGF und MGF 225  
        8.5.3 TGF-? 225  
        8.5.4 GDF 225  
        8.5.5 VEGF 226  
        8.5.6 EGF 226  
        8.5.7 PDGF 226  
     8.6 Thrombozytenreiches Plasma, plättchenreiches Plasma, Platelet Rich Plasma (PRP) 226  
        8.6.1 PRP in Skelettmuskelgeweben 228  
        8.6.2 PRP in Sehnen- und Bandgeweben 228  
        8.6.3 PRP in Knochen- und Knorpelgeweben 229  
      Literatur 230  
  9 Endokrines System 245  
     9.1 Grundlagen 246  
        9.1.1 Wechselwirkung zwischen Stoffwechselprodukten und Hormonen 246  
        9.1.2 Vermittlung der Hormonwirkung 247  
     9.2 Regulation hormoneller Systeme 248  
        9.2.1 Hypothalamus/Hypophyse 248  
        9.2.2 Schilddrüsenhormone 251  
        9.2.3 Biogene Amine und das Zellwachstum 252  
        9.2.4 Steroidhormone 253  
        9.2.5 Sexualhormone 254  
        9.2.6 Parathormon/Vitamin D/Calcitonin 258  
        9.2.7 Insulin/Glukagon/Leptin (Energiestoffwechsel) 259  
        9.2.8 Hormone des Elektrolyt und Wasserhaushaltes 261  
     9.3 Einfluss von Sport auf Hormonspiegel 262  
     9.4 Hormondoping 264  
        9.4.1 Wachstumshormon 264  
        9.4.2 Androgene Hormone 264  
     9.5 Weibliche Sexualsteroide, genetische Polymorphismen und körperliche Performance 265  
        9.5.1 Einleitung 265  
        9.5.2 Blutkreislauf 265  
        9.5.3 Muskulatur 270  
        9.5.4 Geschlechtshormonabhängigkeit der Lungenfunktion 271  
        9.5.5 Stoffwechsel und Sexualsteroide 273  
        9.5.6 Sexualhormone und Psyche 275  
      Literatur 277  
  10 Immunsystem 281  
     10.1 Einleitung 282  
     10.2 Grundlagen des Immunsystems 283  
        10.2.1 Aufgaben des Immunsystems 283  
        10.2.2 Zellen des Immunsystems 283  
        10.2.3 Angeborenes Immunsystem – Phagozytose 286  
        10.2.4 Akute-Phase-Reaktion 288  
        10.2.5 Adaptive Immunabwehr – Antikörperbildung 289  
        10.2.6 Pro- und antiinflammatorische Zytokine 289  
        10.2.7 Mukosales Immunsystem 291  
        10.2.8 Immunologische Methoden 291  
     10.3 Einfluss einer akuten sportlichen Belastung 292  
        10.3.1 Angeborenes Immunsystem 292  
        10.3.2 Erworbenes Immunsystem 294  
        10.3.3 Zytokine 296  
        10.3.4 Hitzeschockproteine, Sauerstoffmetaboliten 297  
     10.4 Langandauernde Trainingsperioden und Underperformance-Syndrom 297  
     10.5 Anti-inflammatorische Effekte körperlicher Aktivität 299  
     10.6 Erkrankungen und körperliche Inaktivität 301  
        10.6.1 Diabetes 301  
        10.6.2 Karzinome 302  
        10.6.3 Rheumatologische und respiratorische Erkrankungen 302  
        10.6.4 Intensivpatienten 302  
        10.6.5 Alter 302  
      Literatur 303  
  III Spezielle Aspekte 305  
  11 Anpassung an Ausdauertraining 307  
     11.1 Einleitung – systemphysiologischer Überblick 308  
     11.2 Mitochondrien in Muskelzellen 310  
        11.2.1 Strukturelle und funktionelle Anpassung 310  
        11.2.2 Molekulare Mechanismen der mitochondrialen Anpassungsfähigkeit 311  
     11.3 Mikrozirkulation und Makrozirkulation 314  
        11.3.1 Mikrozirkulation 314  
        11.3.2 Makrozirkulation 315  
     11.4 Hämoglobingehalt 316  
        11.4.1 Akute Veränderungen des Hämoglobingehaltes 316  
        11.4.2 Chronische Veränderungen des Hämoglobingehaltes bei Ausdauerleistungen in der Höhe 316  
     11.5 Herz 317  
     11.6 Lunge 318  
      Literatur 319  
  12 Anpassung an Krafttraining 321  
     12.1 Einleitung 322  
     12.2 Talent für Muskelmasse und Kraft 323  
     12.3 Anpassungen 323  
        12.3.1 Hyperplasie 324  
        12.3.2 Muskelfaserhypertrophie 324  
     12.4 Signalwege 325  
        12.4.1 mTOR 326  
        12.4.2 Myostatin/Smad 328  
     12.5 Krafttraining und Satellitenzellen 329  
     12.6 Gleichzeitiges Kraft- und Ausdauertraining (Concurrent Training) 331  
      Literatur 332  
  13 Stoffwechselprinzipien der Ernährung 335  
     13.1 Einleitung 337  
     13.2 Bedeutung der Ernährung für den Muskel 337  
        13.2.1 Kohlenhydrate 338  
        13.2.2 Proteine 338  
        13.2.3 Fette 339  
        13.2.4 Mikronährstoffe 339  
        13.2.5 Flüssigkeitszufuhr 339  
     13.3 Chemie der Makro- und Mikronährstoffe 340  
        13.3.1 Proteine, Aminosäuren 340  
        13.3.2 Kohlenhydrate 341  
        13.3.3 Fette 342  
        13.3.4 Vitamine 344  
        13.3.5 Mineralstoffe – Mengenelemente 344  
        13.3.6 Mineralstoffe – Spurenelemente 346  
     13.4 Molekulare Ernährungsprinzipien 347  
        13.4.1 Stickstoffhomöostase 347  
        13.4.2 Aminosäuren 347  
        13.4.3 Energiegewinnung 349  
        13.4.4 Glukosestoffwechsel 349  
        13.4.5 Fettstoffwechsel 351  
     13.5 Einfluss der Ernährung auf physiologische und molekulare Mechanismen der Trainingsanpassung 352  
        13.5.1 Regulation des Energiestoffwechsels 352  
        13.5.2 Kohlenhydratstoffwechsel und Trainingsanpassung 353  
        13.5.3 Fettstoffwechsel und Trainingsanpassung 355  
        13.5.4 Proteinstoffwechsel und Trainingsanpassung 360  
     13.6 Nahrungsergänzungsmittel im Sport 363  
      Literatur 368  
  14 Einfluss des Alters 373  
     14.1 Einleitung 374  
     14.2 Theorien des Alterns 376  
        14.2.1 Biologische Uhren 376  
        14.2.2 Genomische Instabilität 377  
        14.2.3 Inflammageing 377  
        14.2.4 Oxidativer Stress 378  
     14.3 Der alternde Muskel 380  
     14.4 Training im Alter 383  
     14.5 Wechselwirkung mit Ernährungssubstraten 384  
      Literatur 385  
  15 Körperliche Aktivität in der Prävention und Rehabilitation von onkologischen Erkrankungen 389  
     15.1 Einleitung 390  
     15.2 Körperliche Aktivität in der Tumorprävention 390  
     15.3 Molekularbiologische Mechanismen der Tumorprävention durch körperliche Aktivität 392  
        15.3.1 Einfluss auf körpereigene Abwehrmechanismen 392  
        15.3.2 Einfluss auf Stoffwechselprozesse 394  
        15.3.3 Einfluss auf das Immunsystem 396  
     15.4 Körperliche Aktivität in der onkologischen Rehabilitation 396  
     15.5 Tumorkachexie 398  
        15.5.1 Molekularbiologische Mechanismen der Tumorkachexie 398  
        15.5.2 Einfluss von körperlicher Aktivität auf die Tumorkachexie 401  
      Literatur 401  
  16 Körperliche Aktivität, Sport, Genetik und kardiovaskuläre Erkrankungen 407  
     16.1 Einführung 409  
     16.2 Epidemiologie 409  
        16.2.1 Langes QT-Syndrom (LQT-Syndrom, Long-QT-Syndrom) 409  
        16.2.2 Kurzes QT-Syndrom (SQT-Syndrom, Short QT-Syndrom) 411  
        16.2.3 Syndrom der frühen Repolarisation 413  
        16.2.4 Brugada-Syndrom (BrS) 413  
        16.2.5 Catecholaminerge polymorphe ventrikuläre Tachykardie (CPVT, catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia) 414  
        16.2.6 Wolff-Parkinson-White-Syndrom (WPW-Syndrom, Präexcitations-Syndrom) 414  
        16.2.7 Vorhofflimmern 417  
     16.3 Kardiomyopathien 418  
        16.3.1 Hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) und hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie (HOCM) 418  
        16.3.2 Arrhythmogene rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (oder Dysplasie) (ARVD) 421  
        16.3.3 Linksventrikuläre Non-Compaction Kardiomyopathie (NCCM) 422  
        16.3.4 Dilatative Kardiomyopathie 423  
        16.3.5 Mitochondriale DNA-Erkrankung mit kardialer Beteilung 423  
        16.3.6 Koronare Herzkrankheit 423  
     16.4 Körperliche Aktivität und Training 425  
        16.4.1 Allgemeine Hinweise 425  
        16.4.2 Molekulare Mechanismen 425  
        16.4.3 Trainingseffekte bei Herzkrankheiten 425  
     16.5 Genetische Untersuchungen bei Sportlern und deren Angehörigen 427  
        16.5.1 Risikoabschätzung 427  
        16.5.2 Leitlinie zur sportärztlichen Vorsorgeuntersuchung 428  
     16.6 Empfehlungen nach den Leitlinien der AHA 428  
        16.6.1 Empfehlung zur genetischen Untersuchung bei langem QT-Syndrom (LQTS) 428  
        16.6.2 Empfehlung zur genetischen Untersuchung bei katecholaminerger polymorpher Kammertachykardie (Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia, CPVT) 429  
        16.6.3 Empfehlung zur genetischen Untersuchung bei Brugada-Syndrom (BrS) 429  
        16.6.4 Empfehlung zur genetischen Untersuchung bei hypertropher Kardiomyopathie (HCM) 430  
        16.6.5 Empfehlung zur genetischen Untersuchung bei arrhythmogener rechtsventriulärer Kardiomyopathie/Dysplasie (AMC/ARVD) 430  
        16.6.6 Empfehlung zur postmortalen genetischen Untersuchung nach einem plötzlichen und unerwarteten Tod (sudden unexpected death – SUD 430  
      Literatur 430  
  17 Genetik der Leistungsfähigkeit und Trainierbarkeit 434  
     17.1 Einleitung 435  
     17.2 Das sportliche Talent 436  
     17.3 Geographische Variation 437  
     17.4 Genetische Diagnostik 438  
     17.5 Genetik und Sport in der wissenschaftlichen Literatur: wichtige Studien und Studienkohorten 440  
     17.6 Gene und Polymorphismen von Interesse 443  
        17.6.1 Kandidatengene in Bezug zur Ausdauerleistungsfähigkeit 443  
        17.6.2 Kandidatengene des Muskelstoffwechsels 446  
        17.6.3 Kandidatengene im Zusammenhang mit der Sauerstoffzufuhr 449  
        17.6.4 Kandidatengene im Zusammenhang mit der Energiezufuhr 449  
        17.6.5 Andere wichtige Kandidatengene 451  
     17.7 Limitationen 452  
     17.8 Zusammenfassung und Ausblick 453  
      Literatur 454  
  18 Epigenetik und körperliche Aktivität 461  
     18.1 Einleitung 462  
     18.2 Beeinflussung der Gehirnfunktion 463  
     18.3 Epigenetische Modifikationen und Krebs 466  
     18.4 Diabetes mellitus 468  
     18.5 Immunsystem 468  
     18.6 Skelettmuskulatur, Epigenetik und körperliche Aktivität 470  
     18.7 Ausblick zur Bedeutung von Epigenetik im Sport 474  
      Literatur 474  
  Serviceteil 477  
      Stichwortverzeichnis 478  


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