1. Arten der Muskulatur nach Bau und Funktion 1.1. quergestreifte

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MUSKELN
1. Arten der Muskulatur nach Bau und Funktion
1.1. quergestreifte Muskulatur
1.2. glatte Muskulatur
1.3. Herzmuskulatur
2. Allgemeine Muskellehre
3. Wie kann sich ein Muskel verkürzen?
4. Die Steuerung der Muskeltätigkeit
5. Energiestoffwechsel des Skelettmuskels
6. Muskeltraining
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MUSKELN
lat. MUSCULI (Mäuschen)
Ein Mensch besitzt etwa 600 Muskeln, die über ein Drittel des Körpergewichtes ausmachen.
Alle sicht- und fühlbaren Bewegungen am menschlichen
funktionstüchtige Muskeln bzw. Muskelzellen gebunden.
Organismus
sind
an
Nichtmuskuläre Bewegungen finden sich nur im mikroskopischen Bereich z.B. das Schlagen
der Flimmerhärchen an der Bronchialschleimhaut oder die Bewegungen der weißen
Blutzellen durch aktive Verformung.
1. Arten der Muskulatur nach Bau und Funktion
1. quergestreifte Muskeln (= Skelettmuskulatur)
2. glatte Muskulatur (= Eingeweidemuskulatur und die Muskeln der Blutgefäße)
3. Herzmuskel
zu 1)
Die quergestreifte Muskulatur verdankt ihren Namen den Glanzstreifen die unter dem
Lichtmikroskop sichtbar werden. Die gesamte Muskulatur, die der willentlichen
Beeinflussung unterliegen, ist der quergestreiften Muskulatur zuzuzählen. Sie kann für kurze
Zeit große Kräfte aufbringen, ermüdet aber sehr schnell.
In den Skelettmuskelfasern liegen diese kontraktilen Myofibrillen in der Längsrichtung
parallel nebeneinander. Jede Myofibrille ist abwechselnd aus optisch dichteren und helleren
Gliedern aufgebaut, die bei quergestreiften Muskelfasern immer in gleicher Höhe liegen.
Dadurch kommt ein Querbau zustande, der das Bild der Querstreifung ergibt.
Anatomischer Aufbau der Skelettmuskulatur
Der einzelne Muskel ist von einer Muskelhaut (=Fascie) umgeben, die die Außenhülle
und Führungsröhre des Muskels darstellt.
Der Muskel besteht aus einer Anzahl von Strängen, die wiederum ihrerseits von einer
Bindegewebshülle umgeben ist.
Der Muskelstrang setzt sich aus Bündeln von Fasern (= Muskelzellen) zusammen. Die
Umhüllung der Muskelfasern wird Sarkolemm genannt.
Innerhalb der Fasern verlaufen die kontraktilen Fibrillen. Die Fibrille besteht aus unterschiedlichen
dicken Eiweißfäden ! Myosinfilamente (Aktin, Myosin)
Die einzelnen quergestreiften Muskelfasern sind schlauchförmige Gebilde, die bis zu 15 cm
-3lang und 0,1 mm dick werden können. In ihnen liegen zahlreiche wandständige Zellkerne (3040 Zellkerne auf 1 mm Faserlänge) in einem gemeinsamen ! Sarkoplasma, eine salz- und
eiweißhaltige Flüssigkeit.
Im Sarkoplasma befinden sich wiederum:
Mitochondrien:
sind kleine Hohlräume mit buchtenreichen Innenwänden, in denen
die aerobe Energiegewinnung stattfindet. Sie sind die
”Kraftwerke” der Zelle.
Myoglobin:
ist der sauerstoffbindende, rote Muskelfarbstoff, der sich im
Sarkoplasma befindet.
Ein Skelettmuskel wird außen von einem mit elastischen Fasern durchsetzten kollagenen
Bindegewebe umschlossen, das mit Septen in das Innere des Muskels einstrahlt, diesen in
einzelne Faserbündel aufgeteilt und schließlich jede einzelne Muskelfaser umspinnt. Dadurch
erhalten die weichen Muskelfasern Halt. In den Septen verlaufen und verzweigen sich die
Nerven und Blutgefäße des Muskels. Jede Muskelfaser ist von einem engmaschigen Netz
feinster Blutgefäße
(Kapillaren) umgeben.
zu 2)
Die glatte Muskulatur setzt sich aus meist länglichen, zum Teil auch stark verzweigten
Muskelzellen zusammen. Ihre durchschnittliche Länge beträgt 80 µm, ihre Dicke 2-7 µm.
Jede Zelle besitzt einen Kern, der in der Mitte des Zelleibes liegt.
Die Querstreifung fehlt den glatten Muskelfasern, da die optisch dichteren und helleren
Glieder ihrer Myofibrillen nicht in gleicher Höhe des Zelleibes liegen, darum sind unter dem
Lichtmikroskop keine Glanzsteifen sichtbar.
Die Kontraktilität der glatten Muskelfasern beruht ebenfalls auf sehr feinen
Myofibrillen, welche die Fasern der Länge nach durchziehen.
Glatte Muskelfasern befinden sich in wechselnden Spannungszustand, den man Tonus
nennt. Dieser führt nicht zur Ermüdung. Durch Nervenerregung (Sympathicus und
Parasympaticus des vegetativen Nervensystems) wird eine gesteigerte Spannung oder
Entspannung bewirkt. Nur diese Tonusänderung bedeutet für die glatte Muskulatur Arbeit.
Die glatte Muskulatur untersteht nicht unseren Willen. Sie ziehen sich unwillkürlich
auf bestimmte Reize zusammen. Dieses geschieht langsam, um bei geringst möglichem
Energieverbrauch längere Zeit in einem Verkürzungs- oder Dehnungszustand verharren zu
können. Eine solche Halteleistung ist notwendig, um röhren- oder kugelförmige Hohlräume
gleichmäßig zu vergrößern oder zu verkleinern. So wird die Weite der Blutgefäße, des
Magen-Darm-Kanals, der Harn- und Gallenblase durch glatte Muskulatur reguliert.
-4Sowie alle Hohlorgane des Körpers (Speiseröhre, Magen, Darm, Gallenblase,
Harnleiter und -blase, Bronchien, Blutgefäße)
zu 3)
Die Herzmuskulatur hat eine besondere Bauart. Er stellt einen Hohlmuskel dar. In
mancher Hinsicht nimmt sie eine Mittelschicht zwischen glatter Muskulatur und
Skelettmuskulatur ein.
So besitzen die Herzmuskelfasern mittelständige Kerne wie die glatte Muskulatur und
eine Querstreifung wie die Skelettmuskelfasern.
Ihre Zellen sind verzweigt und netzartig durch besondere Kittlinien (Glanzstreifen)
miteinander verbunden.
Auch die Herzmuskulatur arbeitet unabhängig von unserem Willen
2. Allgemeine Muskellehre
Die Muskellehre beschäftigt sich mit der quergestreiften, willkürlich bewegten
Skelettmuskulatur. Die Skelettmuskeln haben die Fähigkeit sich zusammenziehen zu können
(Kontraktion).
Sie verlaufen meist von einem Knochen zum anderen über ein dazwischenliegendes
Gelenk, gelegentlich aber auch über mehrere Gelenke hinweg. Durch ihre Zusammenziehung
bewegen sie die Knochen in den Gelenken gegeneinander (Bewegungsmuskeln) oder fixieren
sie in einer bestimmten Stellung (Haltemuskeln). Muskeln leisten bei der Kontraktion
mechanische Arbeit, wobei Wärme entsteht.
Es gibt ungefähr 400 einzelne Muskeln. Entsprechend ihren Aufgaben haben sie
verschiedene Form und Größe. Die eigentliche Masse des Muskels wird Muskelbauch
genannt, dessen Enden mit Sehnen am Knochen befestigt sind. Die zur Körpermitte hin
gelegene Beestigungsstelle des Muskels nennt man Ursprung, die peripher gelegene Ansatz.
Die Sehnen haben eine silbrig-weiße oder zartgelbe Farbe. Ihre Form ist nicht
einheitlich. Es gibt strangförmige, glatte und flach ausgebreitete Sehnen.
Die meisten Bewegungen werden nicht durch einzelne Muskeln, sondern durch das
Zusammenspiel von verschiedenen Muskeln ausgeführt. Gleichsinnig wirkende Muskeln
werden Synergisten (Zusammenwirker), entgegengesetzt arbeitende Antagonisten
(Gegenwirker) genannt.
So erfolgt zum Beispiel die Beugung des Armes im Ellenbogengelenk durch
gleichsinnig wirkende Beugemuskeln (= Synergisten), die ihr entgegengesetzte
Streckbewegung durch eine Gruppe gleichsinnig wirkender Streckmuskeln (= Synergisten).
-5Beide Muskelgruppen - Beuger und Strecker - stehen sich als Antagonisten
(Gegenwirker) gegenüber. So werden bei jeder Bewegung von Rumpf und Gliedmaßen
Muskelgruppen als Spieler und Gegenspieler betätigt. Sogar innerhalb eines einzelnen
Muskels können Fasergruppen eine entgegengerichtete Funktion haben (z.B. Deltamuskel).
Synergisten und Antagonisten stehen in wichtiger Wechselbeziehung, da sich ein
Muskel zwar willkürlich zusammenziehen, jedoch nicht von selbst strecken kann. Die
Streckung der Muskeln erfolgt durch die Antagonisten. Sie ziehen den erschlafften Muskel
wieder in die Länge, wobei die Schwerkraft unterstützend wirkt.
Die bei der Bewegung von zwei Skeletteilen sichtbar werdende Muskelverkürzung ist
jedoch nur ein Teil der Muskeltätigkeit. Auch bei scheinbar körperlicher Ruhe sind die
Muskeln nicht völlig erschlafft, sondern sie befinden sich in einer vom Nervensystem
individuell gesteuerten Ruhespannung, die als Muskeltonus bezeichnet wird.
3. Wie kann sich ein Muskel verkürzen ?
Innerhalb der Muskelfaser verlaufen die kontraktilen Myofibrillen. Sie unterteilen sich
in 2 Eiweißhaltige Myofilamente: Aktin, Myosinfilamente
Die kleinste funktionelle Einheit in der die Kontraktion stattfindet wird als Sarkomer
bezeichnet. . Ein Sarkomer ist ca. 1/2000 mm lang. ( der Bereich zwischen zwei Z- Streifen).
In der Myofibrille sind eine Vielzahl von Sarkomeren in Längsrichtung hintereinandergeschaltet.
Bei einer Kontraktion kommt es nicht zu einer Verkürzung der Aktin und Myosinfilamenten,
sondern es tritt eine Verringerung des Abstandes zwischen zwei Z- Streifen auf.
Die Verkürzung eines Sarkomer lassen sich mit dem ”Greif- loslaß- Zyklus” beschreiben.
Hierbei haken sich die Myosinköpfe in die Aktinfäden ein. ! Querbrücke zw. Aktin und Myosin
Danach kippen die Myosinköpfe um 45° . Dieser Vorgang dauert ungefähr 0,01-0,1 Sekunden und
verkürzt das einzelne Sarkomer um ca.30%.
Nach einen Sekundenbruchteil dauernden wiederaufbau es Energievorrates kann ein erneiter
”Greif-loslaß-Zyklus” beginnen.
Auf diese Weise entsteht ein Vorgang wie beim ”Tauziehen”, wenn durch Fassen, loslassen und
Nachfassen die gegnerische Mannschaft herangezogen wird.
Da eine Vielzahl von Sarkomeren in der Fibrille hintereinanderliegen addieren sich ihre minimalen
Bewegungen zu einer sichbaren Verkürzung des Muskels.
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4. Die Steuerung der Muskeltätigkeit
Die Tätigkeit der Muskulatur wird durch das motorische Nervensystem gesteuert. Nach
Bedarf werden mehr oder weniger Muskelfasern erregt. Dazu wird die fortgeleitete
elektrische Erregung über motorische Endplatten auf die Muskelfasern übertragen.
Im Bereich der Muskelzelle breitet sich die Erregung zunächst im den sog.
transversalen Tubuli aus. Das sind kleine Öffnungen, die senkrecht in der Oberfläche der
Muskelzelle angeordnet sind.
Unterhalb dieser Öffnungen befindet sich , waagerecht angeordnet, ein System von
kleine Röhrchen, die sog. longitudinalen Tubuli, die Calcium . Ionen in hoher Konzentraten
enthalten. direkt unterhalb dieser longitudinalen Tubuli befindet sich das kontraktile
Sarkolemm. Auf eine noch weitgehend unbekannte Weise wird die Wand der longitudinalen
Tubuli für die Calcium- Ionen durchlässig, wenn die von ”oben” eintreffende Erregung die
transversalen Tubuli in der dichten Nachbarschaft der Calcium- Bläschen erreicht.
Auf diese Weise steigt die Ca++- Ionen- Konzentrat in unmittelbarer Nähe der
Myofibrillen an.( ! Aktionspotential), wodurch die Zusammenziehung der Muskelfibrillen
ausgelöst wird.
Vom Moment der Erregungsübertragung von der Nervenfaser auf die Muskelfaser bis
zum Beginn der Muskelkontraktion vergeht etwa 1/1ooo Sekunde. Diese Zeit wird Latenzzeit
genannt. Diese Latenzzeit wird zur Freisetzung der kontraktionsauslösenden Calciumionen im
Zellinnern benötigt.
Nach Abschluß der Kontraktion werden die Calcium- Ionen mit Hilfe der sog.
”Calcium- Pumpen”, die sich in der Wand der Längsröhrchen befindet, wieder in die
Längstubuli zurücktrantportiert, und die Spaltung des ATP wird beendet.
Muskeln arbeiten immer nur mit einem Teil ihrer Fasern. Nur so kann der Muskel
Dauerleistungen wie langes Stehen und Tragen von Gegenständen ohne zu schnelle
Ermüdung erbringen. Der Muskel verfügt somit über eine Reserve an Fasern, die bei
beginnender Ermüdung eingesetzt werden.
Die Leistungsfähigkeit eines Muskels kann durch Training gesteigert werden, bei
Untätigkeit läßt sie nach.
5. Energiestoffwechsel des Skelettmuskel
Bei der Muskelarbeit laufen chemische Reaktionen in den Muskelfasern ab. Sie sind
Voraussetzung für die Muskeltätigkeit.
-7Die erste unmittelbare Energiebereitstellung erfolgt durch Spaltung des ATP
(Adenosintriphosphat)- Moleküls in Adenosindiphosphat (= ADP). Da dieser ATP Speicher
nur für etwa einige Sekundenbruchstücke reicht, muß das ADP immer wieder zu dem
energiereicheren ATP aufgebaut werden (ATP- Resynthese). Die Muskelfaser haben 2
Möglichkeiten der ATP- Resynthese:
1) Anaerobe Energiegewinnung
2) Aerobe Energiegewinnung
zu 1)
Zu Beginn jeder sportlichen Belastung ist der Muskel gezwungen die notwendige
Energie auf Anaeroben Weg zu gewinnen.
ATP ! ADP + Energie
Um weitere Muskelarbeit zu ermöglichen, wird das ATP mit extrem hoher
Geschwindigkeit durch den zellulären Kreatinspeicher wieder gefüllt.
Anaerob A- Laktazid:
Anaerobe Laktazide:
ADP + Kreatinphosphat ⇔ ATP + Kreatin
ADP + P + Glucose ⇔ ATP + Laktat
Der Muskel ist also auch ohne Sauerstoffverbrauch prinzipiell arbeitsfähig. Jedoch bei
noch weiteren Anhalten der Arbeit geht der Muskel eine Sauerstoffschuld ein ! es kommt zu
einer aeroben Energiegewinnung.
zu 2)
Im Gegensatz zur anaeroben Energiebereitstellung können hier neben Glucose auch
Fette und in besonderen Notfällen (wie Hunger bzw. extreme Dauerbelastung) auch Eiweiß
als Energie träger verbrannt werden.
Aerober Prozess (Glycolyse):
Aerober Prozess (Lipolyse):
ADP + Glucose + O2 + P ⇔ ATP + CO2 + H2O
ADP + Fettsäure + O2 + P ⇔ ATP + CO2 + H2O
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die primäre Energiequelle ATP nacheinander
durch das KP (=Kreatinphosphat), die (anaerobe) Glykolyse und die aerobe
Energiegewinnung bereitgestellt wird, wobei sich die einzelnen Speicher jeweils auf
Kosten des nachfolgenden auffüllen. Die Energiebereitstellung bzw. Resynthese erfolgt
dabei nicht streng hintereinander, sondern sich überlappend.
6. MUSKELTRAINING
Die Muskeln sind Organe, deren Leistungsfähigkeit durch Training und Arbeitsbelastung beträchtlich gesteigert werden kann.
Sportliche
Belastungen
veranlassen
die
betroffenen
leistungsbestimmenden
-8Organsysteme zu funktionellen und strukturellen Umstellungen. Sportliches Training reicht
bei entsprechender Wirksamkeit mehr oder weniger stabile biologische Anpassung.
Leistungsfaktoren aus biologischer Sicht.
- Anzahl der motorischen Einheiten
- Erregungsfrequenz
- Energieversorgung
- Vordehnung des Muskels
- Ansatzwinkel der Sehne am Knochen
- Faserstruktur
- inter- und intramuskuläre Koordination
- Motivation
Körperliches Training verringert den Energiebedarfs des Muskels, weil der
Bewegungsablauf durch das Üben eingeschliffen wird. Es kommt zu einer inneren
Koordination d.h. Muskeln können sich gleichzeitig zusammenziehen, wodurch auch der
Muskel größere Kräfte aufbringen kann.
Weiters werden vorhandene Muskelfaser verstärkt
Muskelzellen werden neue Muskelfasern gebildet.
und durch Teilung der
Gleichzeitig erhöht sich im Muskel die Zahl der haarfeinen Blutgefäße (Kapillare), die
das sauerstoffhaltige Blut heranführen. Zusätzlich enthält das Blut vermehrt Eiweiß, das zum
Aufbau eines Muskels notwendig ist.
Schließlich lernen die Muskel durch regelmäßiges Training, größere Mengen von
Stoffwechselprodukten, wie Milchsäure, ohne Schmerz zu ertragen und schnell abzubauen (Er
kann eine größere Sauerstoffschuld eingehen).
Die Muskeln passen sich den unterschiedlichsten Belastungen unterschiedlich an.
Wobei ein Marathonläufer ziemlich dünn ausgeprägte Muskelfasern hat, die hauptsächlich aus
slow- twitch Fasern bestehen. Im Gegensatz dazu ein Sprinter, der vermehrt fast- twitch
Fasern besitzt.
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Fasertypen der quergestreiften Muskulatur
Schnelle- weiße- Zuckerfasern
(Fast- twitch- Fasern)
-
weniger Myoglobin (roter Muskelfarbstoff)
weniger Mitochondrien
mehr energiereiche Phosphate und Glykogen
hoher Gehalt an Enzymen für die Glykolyse
Langsame- dunkle- Zuckungsfasern
(Slow- twitch- Fasern)
-
-
mehr Myoglobin
mehr Mitochondrien
weniger energiereiche Phosphate
hoher Gehalt an Enzymen für aeroben
Stoffwechsel
hohe anaerobe Kapazität
hohe aerobe Kapazität
schnelle Ermüdung
widerstandsfähig gegen Ermüdung
geeignet für explosive Bewegungen:
Sprint, Sprung
geeignet für Dauerleistungen,
Halte- und Stützfunktion
man unterscheidet verschiedene Kontraktionsformen:
-
konzentrische Arbeitsweise:
exzentrisch Arbeitsweise:
isometrische Arbeitsweise:
überwindend
nachgebend
haltend