Zusammenfassung - Professor Dr. Uwe Spetzger PDF

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Professor Dr. Uwe Spetzger...

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Gehirn und Zentrales Nervensystem Überblick Nervensystem 

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Unterscheidung nach Lage o Zentrales Nervensystem (ZNS): Gehirn und Rückenmark o Peripheres Nervensystem (PNS): Außerhalb des Gehirns und Rückenmarks Autonomes Nervensystem: Steuerung lebenswichtigen Funktionen wie Herzschlag, Atmung, Verdauung und Stoffwechsel – zwei antagonistische Gegenspieler: o Sympathisches Nervensystem („Fight-or-flight“)  Aktiviert bei Einwirkung von Stressreizen alle Notfallfunktionen des Organismus, die diesen in eine erhöhte Handlungsbereitschaf versetzen:  Puls und Blutdruck steigt  Blutglukosespiegel steigt (-> Energiequelle)  Aufmerksamkeitslevel steigt  Pupillenerweiterung  Schweißproduktion  Erhöhter Muskeltonus o Parasympathisches Nervensystem: Dient dem Stoffwechsel der Erholung und dem Aufbau körpereigener Reserven. („Rest-anddigest“)  Reduktion der Pumpleistung des Herzens  Vermehrte Darmaktivität

Dermatom und Spinalnerv 

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Dermatom: Segmentales Hautgebiet, das von einem Rückenmarksnerven (Spinalnerven) sensibel innerviert wird. Spinalnerv: An der einen Seite eines bestimmten Rückenmarksegments zugeordnete Nerv (-> PNS). Zw. 2 Wirbeln tritt jeweils ein Paar Spinalnerven aus dem Wirbelkanal. o Halsbereich: 8 zervikale Nervenpaare, C1–C8  Atmung

 Herz  Arm / Handbewegung Brustbereich: 12 thorakale Nervenpaare, Th1–Th12  Sympathischer Tonus für Herz und Skelettmuskeln

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Lendenbereich: 5 lumbale Nervenpaare, L1–L5  Ejakulation  Hüfbewegung  Kniebewegung Kreuzbeinbereich: 5 sakrale Nervenpaare, S1–S5  Fußbewegung  Erektion  Harnblase, Darm

Hirnnerven   

Hirnnerven: zwölf besondere, paarige Nerven, die – anders als die Spinalnerven – ihren Ursprung im Gehirn haben Die Nummerierung erfolgt mit römischen Zahlen von oben nach unten, entsprechend der Austrittsstelle der Nerven am Gehirn. Beispiel o Nervus olfactorius (I)

Nerven      

Kommunikationssystem des Körpers Geben die Impulse zwischen ZNS und Körperbereichen weiter Nerv besteht aus vielen Neuronen Ernährung und Sauerstoffversorgung erfolgt durch Blutgefäße Dickster Nerv beim Menschen: Ischiasnerv Aufbau o Nervenfaserbündel, umgeben von Bindegewebshülle o Alle Nervenfaserbündel sind umgeben von einer weiteren Bindegewebshülle, die alle zusammenhält

Motorik und Sensorik Motorik   

Gesamtheit der Aktionen der Muskulatur Sensomotorik: Beschreibt Zusammenhänge zwischen Muskelaktivität und Sinneseindrücke Psychomotorik: Beschreibt Wechselwirkung zwischen geistig-seelischer Verfassung und Befindlichkeit des Körpers (→ Gestik, Mimik, Haltung, Gehweise, Sprache)

Sensorik 

Wissenschaf / Anwendung von Sensoren zur Messung und Regulation von biologischen u. technischen Systemen

Muskulatur  

Sehne: Bindegewebiger Teil des Muskels, der diesen mit einem Knochen verbindet Willkürmotorik: Bewegungen, die aktiv vom Willen gesteuert werden

Muskelbewegung Myosin 

Die Bewegung der Myosinkopfgruppe am Aktinfilament ist an die Hydrolyse von ATP gekoppelt: o 1. Feste Bindung von Myosin an Aktin im 45° Winkel.

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2. ATP-Bindung (A): Myosin löst vom Aktin-Filament 3. ATPase (B): Aktivität von Myosin hydrolysiert ATP. ADP und Pi bleiben gebunden an Myosin. 4. (B) Myosin Kopf schwingt aus und bindet an ein neues Aktin Molekül. Der Winkel beträgt 90° zum Aktin. 5. Freisetzung von Pi (C) löst den Krafschlag aus. Myosin rotiert und schlägt Aktinfilament vorwärts. 6. (D) Am Ende des Krafschlags wird ADP freigesetzt und und Myosin bindet fest am Aktin.

Kontraktion    

Kontraktion => Aktinfilamente bewegen sich zum Zentrum des dicken Filaments Bewegung durch Klappbewegung der Myosinköpfe Myosinköpfe können an Aktin-Filamente binden -> Änderung des Winkels: Ruderbewegung Lösung des Myosins vom Aktin benötigt Energie (ATP) => nicht vorhanden? Totenstarre

Troponin    

Strukturprotein der Muskelzelle, das an der Kontraktion beteiligt ist Anstieg der Ca2+ Konzentration -> Muskelkontraktion Tropomyosinfaden (mit Troponin) verdeckt die Bindungsstelle zum Myosinköpfchen Bindung von Ca2+ an Troponin: Troponinmoleküle bewegen den Tropomyosinfaden so, dass nun die Kontaktstelle zwischen Aktin und Myosinköpfchen frei wird

Motorcortex 

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Motorcortex: Abgrenzbarer Bereich der Großhirnrinde und funktionelles System, von dem aus willkürliche Bewegungen gesteuert und aus einfachen Bewegungsmustern komplexe Abfolgen zusammengestellt werden. Funktionell wird die primär-motorische Rinde (M1) von der supplementär-motorischen Rinde (SMA) und der prämotorischen Rinde (PMA) unterschieden. Letztere dienen nach heutigem Verständnis dem Erstellen bestimmter Bewegungsabfolgen aus einem erlernten Fundus von Bewegungen und der Vorbereitung willkürlicher (bewusst u. unbewusst) Bewegungen. Primär-motorische Rinde (M1): Liegt zum überwiegenden Teil auf dem Gyrus praecentralis: Ort der unmittelbaren Bewegungssteuerung Gezielte Reizleitung vom Motorcortex, über das Rückenmark zum Nerv Motorische Endplatte: Überträgt den elektrischen Reiz von einer Nervenfaser via chemischen Impuls auf die Muskelfaser (chemische Synapse mit Acetylcholin als Neurotransmitter)

Somatosensorischer Cortex 

Somatosensorischer Cortex: Abgrenzbarer Bereich der Großhirnrinde, der der zentralen Verarbeitung der haptischen Wahrnehmung dient (Tastsinn, Temperaturempfinden)

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Mechanorezeptoren: Sinneszellen, die mechanische Kräfe in Nervenerregung wandeln Rezeptoren für Berührungen und Druck o Vater-Pacini-Körperchen: Mechanorezeptoren der Haut, die besonders gut Vibrationsempfindungen aufnimmt o Merkelschen Scheiben: Mechanorezeptoren der Haut, die als Druckrezeptoren wirken o Haarfollikelrezeptoren o … Wärmerezptoren o Krausesche Endkolben: Ermitteln Temperatur der Hautoberfläche

Somatotopie  

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Abbildung von Körperregionen bzw. -strukturen auf bestimmte Nervenzellareale des Gehirns Homunculus: Modell, das die neuronale Beziehung zwischen kortikalen Bereichen einerseits (→ Cortex) und Skelettmuskeln oder sensorischen Feldern andererseits darstellt, wobei benachbarte Körperregionen auf benachbarten Kortexgebieten abgebildet sind Unterscheidung zwischen sensorischem und motorischem Cortex

Nerven  

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Soma: Zellkörper der Nervenzelle, enthält Zellkern verschiedene Organellen wie raues, glattes ER, Mitochondrien, Golgi-Apparat, … Dendriten: Fein verästelte Zellfortsätze, die vom Soma auswachsen und Kontaktstellen für andere Zellen bilden, deren Erregung hier auf die Nervenzelle übertragen werden. Über eine Synapse wird das Neuron mit einer bestimmten Zelle verknüpf. Synapse: Stelle einer neuronalen Verknüpfung, über die eine Nervenzelle in Kontakt zu einer anderen Zelle steht (Sinneszelle, Muskelzelle, Drüsenzelle oder einer anderen Nervenzelle). Axon: Am Axonhügel entspringende Zellfortsätze, über den ihre Erregung an andere Zellen weitergeleitet wird. Im initialen Abschnitt ausgelöste Aktionspotentiale werden über das Axon und dessen Seitenzweige bis in die terminalen Abschnitte fortgeleitet, die meist als präsynaptische Endigung ein Endknöpfchen bilden (Endplatte). Synaptischer Spalt: Schmaler Zwischenraum zwischen der präsynaptischen Membranregion (Präsynapse) einer Nervenzelle und der postsynaptischen (oder subsynaptischen) Membranregion (Postsynapse) einer nachgeschalteten Zelle. Neurotransmitter: Dienen an chemischen Synapsen als Botenstoffe für die Erregungsübertragung von einer Nervenzelle auf eine andere Zelle (Transmission). Diese werden bei Erregung der „Senderzelle“ präsynaptisch ausgeschüttet, überbrücken den synaptischen Spalt zwischen den Zellen und werden postsynaptisch von der „Empfängerzelle“ mittels Rezeptoren empfangen.

Aktionspotential und elektro-chemische Mechanismen 

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Zellmembran o Doppelschicht von Lipiden, deren lipophile Seite nach innen und deren hydrophile Seite nach außen zeigt o In diese Lipiddoppelschicht sind Proteine eingebaut, die verschiedene Funktionen erfüllen. o Zum Beispiel Ionenkanäle, welche die Zellmembran für bestimmte Ionen durchlässig machen Ionenkonzentrationen unterschiedlich → Viele positiv geladenen Kaliumionen (K+) im Zellinneren, wenige positiv geladene Natriumionen (Na+) Konzentrationsgefälle wird durch die Ionenpumpe aufrechterhalten → Energie wird durch die Spaltung von ATP gewonnen Einige K+-Kanäle sind immer geöffnet → K+-Ionen diffundieren aus der Zelle hinaus. Gleichzeitig nur sehr wenige Na+-Kanäle offen → Kaum Na+-Ionen zum Ausgleich. Das Zellinnere verliert somit positive Ladungen und es entsteht eine negative Spannung Ruhepotential: Diese Potentialdifferenz bremst den Ausstrom der Kaliumionen → Gleichgewichtszustand zwischen der nach außen gerichteten Diffusionstendenz und der nach innen gerichteten elektrischen Anziehung für Kaliumionen Depolarisation: Wird das Axon durch einen elektrischen Reiz etwas depolarisiert, öffnen sich einige der spannungsgesteuerten Natriumporen. Erst wenn die Depolarisation einen Schwellenwert erreicht, öffnen sich alle Natriumkanäle, während die Anzahl der durchlässigen Kaliumporen zunächst unverändert bleibt. Im Inneren des Axons entsteht ein Überschuß an positiver Ladung entsteht.

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Repolarisation: Nach kurzer Zeit schließen sich die Natriumporen wieder, während sich alle noch geschlossenen Kaliumkanäle öffnen. Durch einen erhöhten Ausstrom an Kaliumionen kehrt das Membranpotential rasch wieder zum Ruhewert zurück.

Nervenleitung 

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Entsteht durch Reizung an einer bestimmten Stelle ein Aktionspotential, grenzen an dieser Stelle positive und negative Ladungen ohne trennende Membran Es entstehen Ausgleichsströme, Ionen unterschiedlicher Ladung ziehen sich an. Das Membranpotential der benachbarten Stellen wird auf diese Weise erniedrigt. Ist der Schwellenwert erreicht, entsteht auch hier ein Aktionspotential. Diese neu entstandenen Aktionspotentiale erniedrigen ihrerseits wieder das Aktionspotential benachbarter Stellen. Dies geschieht auch an der ursprünglichen Reizstelle, die jedoch noch unerregbar ist, so daß hier keiner entsteht.

Signalmodulation       

Aktionspotential besitzt immer die gleiche Amplitude Form Die Information wird über Frequenz u. Dauer der Entstehung von Aktionspotentialen codiert Eigenschafen einer Synapse kann sich ändern Bei wiederholter Reizung erfolgt eine verminderte Ausschüttung des Neurotransmitters. Dies bezeichnet man als Habituation (Gewöhnung). Andererseits kann die Ausschüttung der Transmitter auch erhöht werden, also eine Sensibilisierung erfolgen. Habituation und Sensibilisierung eher kurzfristige Änderungen Längerfristige Veränderungen durch strukturelle Veränderungen der Synapsenregion

Synapse  

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Neurotransmitter: In Nervenzellen produziert, “wandern” zum Endköpchen des Axons. An der Synapse wird das elektrische in ein chemisches Signal umgewandelt o Aktionspotentiale lösen Freisetzung der Neurotransmitter aus o Öffnung spannungsaktivierter Calciumkanäle → Anstieg der intrazellulären Ca+konzentration o Vesikel binden sich daraufhin an die präsynaptischen Membran und der Inhalt der Vesikel wird dann in den synaptischen Spalt freigesetzt. Chemische Botenstoffe diffundieren durch den synaptischen Spalt zur angrenzenden Zelle (postsynaptische Membran) und bewirken dann wiederum einen elektrischen Impuls Meist chemische Informationsübertragung, es gibt aber auch eine elektrische Weiterleitung. Elektrische Synapse: Aktionspotential wird direkt und ohne Umwege auf die nachfolgende Zelle weitergeleitet über direkte Verbindungskanäle (Gap junctions). Chemische Synapse unterscheidet man nach o Exzitatorische (aktivierend) / inhibitorische (hemmend) o Neurotransmitter:  Cholinerge (Acetylcholin)  Adrenerge (Noradrenalin)  Dopaminerge (Dopamin)  Serotonerge (Serotonin)  Glutamaterge (Glutamat)

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 Glycinerge (Glycin)  GABA-erge (GABA)  Nikotinerge  peptiderge Synapsen  Adenosin: Inhibitierender Neurotransmitter Effektorsynapsen: Enden an verschiedenen Drüsen oder an Muskelzellen Rezeptorsynapsen: Zwischen Nervenzelle und Sinneszelle Interneuronale Synapsen: Stellen den Kontakt zwischen einzelnen Nervenzellen auf unterschiedlichste Weise her (vor allem Gehirn!)

Ganglion   

Ansammlung von Nervenzellkörpern, aus der eine Verdickung des Nervenstranges resultiert (besonders im PNS) Präganglionär: Nervenfasern oder Neuronen des vegetativen Nervensystems verwendet, die vom ZNS zum Ganglion ziehen Postganglionär: Nervenfasern oder Neuronen des vegetativen Nervensystems, die vom Ganglion zum Zielorgan ziehen.

Haut 

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Oberflächensensibilität: Empfindungen, die über Rezeptoren in der Haut wahrgenommen werden (Mechano-, Thermo-und Schmerzrezeptoren) o Tastsinn Tiefensensibilität: Wahrnehmung bestimmter Reize aus dem Körperinneren o Lagesinn, Krafsinn, Bewegungsinn Unter der Zwei-Punkt-Diskrimination bezeichnet man die Fähigkeit, zwei taktile Reize räumlich voneinander unterscheiden zu können. o Am größten an der Lippe, Hintern sehr gering

Sinnesorgane Geruchssinn 

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Nase o Atmung: Reinigung und Filterung o Geruchswahrnehmung: Spezielle Rezeptoren Komplexer chemisch-neuraler Vorgang An der Riechschleimhaut scheidet die Luf Geruchsmoleküle an Rezeptormoleküle ab Die auf die einzelnen Dufstoffe ansprechenden Rezeptoren (> 350 Rezeptortypen) bilden ihrerseits mittels Riechköpfchen eine Matrixstruktur an der Oberfläche der Riechschleimhaut Bei Vereinigung von Dufmolekül und Rezeptor werden Kaskaden in den Rezeptorzellen ausgelöst → Neuronale Signale über die Axone des Riechnerven ans Großhirn Olfaktorische System ist komplex, Verbindung zum Hypothalamus (Nahrungsaufnahme / Sexualverhalten) sowie zum limbischen System, welches Instinktverhalten und Gedächtnisleistungen beeinflusst

Geschmackssinn 

Fünf Grundqualitäten o Süß: Zucker, Zuckerderivate, Aminosäuren, Peptide, Alkohole o Salzig: Speisesalz, Mineralsalze o Sauer: saure Lösungen, organische Säuren o Bitter: verschiedene Bitterstoffe, Alkaloide, Glykoside (Chinin, Wermut)

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o Umami: Glutaminsäure, Asparaginsäure o Scharf ist kein Geschmack, sondern ein Schmerzsignal Der primäre gustatorische Cortex (Inselcortex) ist eine Hirnstruktur, die für die Geschmackswahrnehmung zuständig ist: Integration mit anderen Sinneseindrücken, z.B. Tastund Temperatur-informationen aus der Mundhöhle Der sekundäre gustatorische Cortex, befindet sich im orbito-frontalen Cortex (Überlappung mit dem sekundären olfaktorischen Cortex). Der Nervus trigeminus (V) vermittelt taktile Empfindungen der Gesichtsregion. Über ihn werden Eigenschafen wie brennend, scharf, adstringierend, prickelnd, stechend, kühlend (irritative Eigenschaften) wahrgenommen. Dem Trigeminusnerv sind keine spezifischen Sinneszellen zuzuordnen sondern freie sensible Nervenendigungen. Diese freien Nervenendigungen, die auf chemische Stimuli reagieren, finden sich im Auge und in den Schleimhäuten der Nasen- und Mundhöhle (Schutzfunktion) → Tränen, Niesen, … o Ammoniak wird auf diese Weise wahrgenommen

Visuelle Wahrnehmung

Auge  

Der Augapfel ist kugelförmig, beliebig drehbar aufgrund kardanischer Aufhängung. Das Auge besteht aus drei Schichten: o Äußere Augenhaut: Dort wo das Licht ins Auge eintritt, befindet sich die durchsichtige Hornhaut (Cornea). Sie geht unmittelbar in die weiße Lederhaut (Sclera) über, bildet den größeren Teil der äußeren Augapfelhülle, wo die äußeren Augenmuskeln ansetzen, die das Auge bewegen. Im vorderen Augenabschnitt ist sie von Bindehaut bedeckt → nur die Cornea wird von Tränenflüssigkeit direkt benetzt  Die Tränenflüssigkeit fließt von der Tränendrüse über die Canaliculi lacrimales superior und inferior (oberer und unterer Tränenkanal) in die Nasenhöhle ab. o Mittlere Augenhaut (Uvea). Die Aderhaut ist reich an Blutgefäßen (Nährstoffversorgung). Nach vorn geht die Aderhaut in den Ziliarkörper (Corpus ciliare) über, mit Aufhängung der Augenlinse. Der vorderste Abschnitt der mittleren Augenhaut ist die Regenbogenhaut (Iris), bildet die Pupille, reguliert den Lichteinfall. Ihre Pigmentierung verursacht die Augenfarbe. o Die innere Augenhaut (Netzhaut / Retina). Enthält die Lichtsinneszellen (Photorezeptoren). Dort, wo der Sehnerv das Auge verlässt (Sehnervenpapille),

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befinden sich keine Lichtsinneszellen (Blinder Fleck). Die Stelle des schärfsten Sehens ist der gelbe Fleck (Fovea). Sensorzellen der Retina o Stäbchen: Lichtsensoren (Hell-Dunkel Diskriminierung), im peripheren Bereich o Zäpfchen: Farbsensoren (3 Gruppen: violett –grün –gelb), im Bereich der Fovea

Weiterleitung zum Hirn 

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Die Netzhaut besteht aus einer Anordnung von Zapfen und Stäbchen ergänzt durch Rezeptoren, die an ein spezielles G-Protein gebunden sind. Die Proteinmoleküle bestehen ihrerseits aus den Bestandteilen von Vitamin A, gekoppelt mit dem Protein Opsin. Das eintreffende Lichtteilchen (Photon) löst beim Vitamin A eine Strukturveränderung aus, die das Protein Opsin mit dem Vitamin A agieren lässt. Dies verursacht eine Enzymausschüttung, die zu einer negativen Aufladung der Zellmembran führt. Das optische Signal wurde in eine elektrische Potentialänderung umgewandelt. Das elektrische Signal wird nun von speziellen in der Netzhaut angeordneten Auswertezellen verarbeitet und an Ganglienzellen weitergeleitet. Die Fortsätze der Ganglienzellen bilden den II. Hirnnerv (Nervus opticus), der die Aktionspotenziale weiterleitet.

Visuelles System

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Die Sehbahn leitet die elektrischen Impulse (Aktionspotenziale) zur Sehrinde. Nach Eintritt in die Schädelhöhle kreuzen die Nervi optici beider Augen in der Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum). Ungekreuzt verlaufen die äußeren (temporalen) Fasern weiter, während die inneren (nasalen) zur Gegenseite kreuzen. Auf die Weise verlaufen die Fasern der linken Netzhauthälfe beider Augen in die linke Hirnhälfe und die der rechten Netzhauthälfen in die rechte. In den beiden Tractus optici verlaufen diese Nervenfasern zu den Seitlichen Kniehöckern (Corpus geniculatum laterale) des Thalamus, von wo sie über die breit gefächerte Sehstrahlung zur Sehrinde (visueller Cortex)

Geruchssinn (Hören, Gleichgewicht)

Ohr   

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Äußeres Ohr (Ohrmuschel, Ohrknorpel, äußerer Gehörgang): Einfangen des Schalls und um eine bestimmte Einfallsrichtung des Schalls zu codieren. Mittelohr (Trommelfell, Gehörknöchelchen, Eustachische Röhre): Mechanische Impedanzwandlung statt, die optimale Übertragung vom Außenohr zum Innenohr ermöglicht Innenohr (Labyrinth: Gehörschnecke, Bogengänge, Hörnerv): Das im Felsenbein gelegene knöchernes Labyrinth besteht aus der Gehörschnecke (Cochlea), in der Schall in Nervenimpulse umgesetzt wird, und dem Gleichgewichtsorgan bestehend aus den drei Bogengängen und zwei Aussackungen dem Utriculus und Sacculus Der Steigbügel ist das Übertragungselement zur mit Flüssigkeit (Endolymphe) gefüllten Gehörschnecke (Cochlea). Durch die fortgeleiteten Schwingungen werden die in der Cochlea liegenden Haarzellen, die mit dem Hörnerv verbunden sind, erregt und schütten daraufhin Neurotransmitter aus. Somit findet die Signaltransduktion statt (Akustik → Elektrik) und ans Gehirn weitergeleitet.

Cochlea und Einortstheorie 

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Zwischen Ursprungsort am Steigbügel und dem Auslaufen der Welle auf dem Weg zum Helicotrema entsteht irgendwo ein Schwingungsmaximum. Dieses Maximum bildet sich für jede Frequenz an einem anderen Ort aus: bei hohen Frequenzen mehr in der Region des ...