Muskel

1
Muskel
1. Wie ist ein quergestreifter Muskel aufgebaut? Grob- und
Feinanatomie.
Jede einzelne Muskelfaser ist von dem Endomysium (feine BG-Hülle)
umgeben.
Mehrere Muskelfasern sind durch das Perimysium (stärkere BGScheidewände) zu Muskelfaserbündeln zusammengefasst.
Innerhalb dieser Hüllen verlaufen Nerven und Gefäße, die so jede
einzelne Muskelfaser erreichen können.
Das Epimysium (lockeres, zartes BG) fasst viele Muskelfaserbündel
zusammen und definiert so den anatomisch benannten Muskel.
Dieser ist umgeben von einer Muskelfaszie (Muskelhülle), welche sich
zusammen mit Ausläufern von Peri- und Endomysien am Muskelende als
Sehne aus straffem, kollagenen BG fortsetzt, die idR. am Knochen
ansetzt.
Das Epimysium und die Muskelfaszie halten den Muskel zusammen und
verleihen ihm Verschieblichkeit gegen die Umgebung.
Die Muskelfaser ist ein vom Sarkolemm (= Zellmembran) umgebener
Zellschlauch
(-> Syncytium = aus Urmuskelzellen [Myoblasten] durch Vereinigung,
Längenwachstum und Zellkernteilung entstandene große Zelle) mit
mehreren Hundert Zellkernen am Rand (Ø 10-100 µm; bis 20 cm lang;
meist so lang wie der Muskel).
2
Innerhalb der Muskelfaser:
T-System (transversales System):
Einstüplungen der Zellmembran
(Sarkolemm). Sie dringen tief in
die Zelle ein und umgeben die
Myofibrillen in Form von
Schläuchen (dient zur
Oberflächenvergößerung; der Reiz
kann schneller und flächiger bis
tief in die Muskelfaser
übertragen werden).
L-System (longitudinales System):
Röhrensystem des
sarkoplasmatischen Retikulums
(Reservoir für Calciumionen) um
die Muskelfaserbündel (bei
Eintreffen eines
Aktionspotentials wird Ca2+
hieraus freigesetzt).
(Zusammen mit den Einstülpungen
des T-Systems bilden sich Diaden
[Herzmuskel] oder Triaden
[Skelettmuskel].)
Myofibrille:
Myofibrillen sind kontraktile Einheiten, die parallel zueinander in
Längsachse des Muskels angeordnet sind. Sie sind durch Z-Streifen
(aus Aktin aufgebaut) in ca. 2,5 µm lange Einheiten gegliedert
(Sarkomere), woran die Aktinfilamente befestigt sind. Innerhalb des
Sarkomers besteht eine regelmäßige Anordnung von Myofilamenten, die
wiederum aus den Aktin- & Myosinfilamenten zusammengesetzt sind.
3
Aktinfilament:
Zwei Fadenförmige Moleküle (F-Aktin), die aus kugelförmigem
Molekülen (G-Aktin) bestehen, sind zusammen mit zwei
Tropomyosinfäden locker gedrillt, wobei jeder Faden in den Furchen
eines Aktinfilaments liegt und im erschlafften Zustand die aktiven
Stellen am Aktin so verdeckt, dass deren Bindung an Myosinköpfe
nicht möglich ist. An jedem Tropomyosin-Ende (7 Aktinmoleküle lang)
liegt ein Troponin-Molekül (bestehend aus drei Eiweißkörpern: einer
bindet an das Aktin; einer an das Myosin; einer an Calcium).
Myosinfilament:
Entstehen durch die Zusammenlagerung von Myosinmolekülen - im
Lichtmikroskop doppelbrechend, daher die Querstreifung.
Das Myosinmolekül besteht aus 2 langgestreckten, miteinander
verdrillten Eiweißketten, die zum einen Ende hin zu zwei Köpfchen
verdichtet sind.
Hierbei ist ein Myosinmolekül immer umgeben von mehreren
Aktinfilamenten.
4
02. Wie ist die motorische Endplatte aufgebaut? Präsynaptisch und
postsynaptisch.
Präsynaptisch:
Die präsynaptische Membran wird vom ca. 0,5 µm großen,
kolbenförmigen Ende eines Axons gebildet.
Über das Protein Synapsin am Zellskelett fixierte Vesikel
(synaptische Bläschen; wie die Zellmembran aus einer Phospholipid-
5
Doppelschicht; angereichert mit Transmitter [= Acetylcholin]) bilden
ein Transmitterreservoir.
Ein kleinerer Teil der Vesikel ist, ebenfalls über Proteine, an der
Innenseite der präsynaptischen Membran angelagert und stehen so
unmittelbar für die nächste Transmitterausschüttung zur Verfügung.
Im Inneren der Nervenendigung befinden sich Mitochondrien, an der
Membran außerdem Calcium- und Natrium-Kanäle.
Synaptischer Spalt:
Mit Interzellularflüssigkeit gefüllt; ziemlich konstante Breite von
ca. 20-50 nm.
Postsynaptisch:
An der postsynaptischen Membran befinden sich Rezeptoren. Hierbei
gibt es bei der motorischen Endplatte (= cholinerg, d.h., chemisch
ausgelöst) zwei Arten von Rezeptoren.
nikotinerge Rezeptoren (auch ionotroper Rezeptor genannt) werden
direkt durch Anlagerung des Transmitters geöffnet.
muskarinerge Rezeptoren (auch metabotroper Rezeptor genannt) sind
nicht selbst Ionenkanäle, sondern bilden mit einem Protein einen
Komplex. Erst durch einen sekundären, intrazellulären Botenstoff
werden dann die Ionenkanäle geöffnet.
Die postsynaptische Membran weist viele Falten auf, die in den
Zellraum hineinragen und so eine Oberflächenvergrößerung bewirkt
(tubuläres System oder T-System).
03. Wie wird der Muskel bei einer Kontraktion (Willkürmotorik)
angeregt? Beschreiben Sie die Reizübertragung mit Transmitter,
Ionenkanal etc.
Präsynaptisch:
Läufen entlang eines Axons Aktionspotentiale ein, so werden diese
schließlich auch die Endigung erreichen und den präsynaptischen
Bereich depolarisieren. Die Axonmembran verfügt über
spannungsabhängige Ca2+-Kanäle, durch die beim Ankommen eines
Aktionspotentials Ca2+-Ionen in die synaptische Endigung einströmen
(Evtl. kann auch aus dem endoplasmatischen Retikulum Ca2+ freigesetzt
werden).
Ist nun nach dem Einlaufen eines Aktionspotentials in der
präsynaptischen Endigung die Ca2+-Konzentration gestiegen, werden
zwei Vorgänge ausgelöst:
das Ca2+ bindet an die bereits an der präsynaptischen Membran
"angedockte" Vesikeln, wodurch die Vesikelmembran "entsperrt" wird
und eine Verschmelzung mit der präsynaptischen Membran bewirkt. Es
entsteht eine Pore, durch die es zur regulierten Exozytse kommt
(Ausschüttung in den synaptischen Spalt). An der motorischen
Endplatte werden pro Aktionspotential etwa 100 Vesikel freigesetzt.
6
Dabei gelangen pro Vesikel etwa 6000-8000 Transmittermoleküle als
kleinste mögliche Menge ("1 Quant") in den Spalt.
Der erhöhte Ca2+-Gehalt in der präsynaptischen Endigung aktiviert
ferner die Ca-Calmodulin-abhängige Proteinkinase II, welche das
Enzym Synapsin phosphoryliert ("Schere"). Dadurch werden betroffene
Vesikel frei und können zur späteren Verwendung an die präsnaptische
Membran andocken.
Es gibt in vielen Synapsen auch an der präsynaptischen Membran
Rezeptoren für den Transitter, sogenannte Autorezeptoren. Je nach
Synapsentyp kann durch ihre Wirkung die Transmitterausschüttung
verstärkt oder gehemmt werden (positive oder negative Rückkopplung).
Postsynaptisch:
Nikotinerge (direkte) Kanäle:
Das Rezeptorprotein für Acetylcholin (ACh)an der postsynaptischen
Membran bildet einen Kanal, der die Zellmembran durchspannt. Dieser
kann entweder offen oder geschlossen sein. Binden nun Ach-Moleküle
an dieses Protein, so kommt es zu Ladungsverschiebungen innerhalb
des Makromoleküls und in deren Folge zu einer Formveränderung. Der
zentrale Kanal weitet sich und wird durchlässig für die Kationen
(positiv geladene Teilchen) Na+, Ca2+ und K+.
muskarinerge Rezeptoren (auch metabotroper Rezeptor genannt) sind
nicht selbst Ionenkanäle, sondern bilden mit einem Protein einen
Komplex. Erst durch einen zweiten, intrazellulären Botenstoff werden
dann die Ionenkanäle geöffnet.
Durch die unterschiedlichen Triebkräfte für diese Ionen fließt vor
allem ein durch Natrium- und Calcium-Ionen getragener Strom durch
diesen Kanal. Die Folge ist eine Depolarisation der Muskelzelle, das
so genannte Endplattenpotential.
Nach Beendigung des präsynaptischen Aktionspotentials wird der
Neurotransmitter rasch wieder deaktiviert, indem er von Enzymen
abgebaut (Acetylcholinesterase) oder wieder in den präsynaptischen
Spalt zurücktransportiert, dort wieder zu Acetylcholin
zusammengesetzt und in Vesikeln wieder für erneute Kontraktionen
bereitgestellt wird.
04. Wie kommt es von der elektrischen Übertragung zur
Muskelkontraktion?
Über die Öffnung spannungsaktivierter Ca2+-Kanäle in den
transversalen Tubuli der Muskelzelle (und Aktivierung von
intrazellulären Ryanodin-Rezeptoren) kommt es zu einer Ausschüttung
von Calcium-Ionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (L-System) in
die Myofilamente.
Das Ca2+ bindet an das Troponin-C, welches das Tropomyosin in die
"Rille" zwischen den Aktinfilamenten zieht und somit das "Andocken"
des Myosinköpfchens ermöglicht.
7
Bei der Verstärkung der Bindung von Aktin und Myosin wird ATP
durch weiteres Ca2+ zu ADP + P gespalten (ATPase Wirkung des
Myosins), was die Kippbewegung des Myosinköpfchens bewirkt.
P und ADP werden wieder abgegeben und ATP bindet an das
Myosinköpfchen an, was es wieder vom Aktinmolekül löst und spannt.
05. Was liegt im Muskel bei der Totenstarre vor? Wann tritt sie ein?
Warum löst sie sich später wieder?
Herzstillstand -> keine Durchblutung mehr -> kein O2 mehr -> -> keine
Energie mehr -> keine ATP Produktion mehr -> Aktin und Myosin lösen
sich nicht mehr voneinander -> Muskel bleibt kontrahiert
ATP-Speicher wird aufgebraucht (im Sommer durch höheren Grundumsatz
schneller) -> Totenstarre tritt ein, da sich Aktin und Myosin nicht
mehr voneinander lösen können (ca. 2-3 Stunden nach Eintritt des
Todes; hält bis ca. 8 Stunden an)
8
Die Totenstarre beginnt zuerst an der Stelle, an der der Msukel
zuletzt gearbeitet hat, weil dort der ATP-Speicher zuerst
aufgebraucht ist. Sie löst sich auch an dieser Stelle wieder zuerst.
Im Körper befinden sich Lysosome, die der Bekämpfung der Bakterien
in der Zelle dienen. Diese wandeln sich durch das Fehlen von O2 in
Vakuome um. Sie setzen Enzyme frei, die die Zellen von innen
zersetzen. (= Selbstzerstörung)
06. Welche Energiequellen hat der Muskel? In welcher Reihenfolge
werden dieser verwendet?
1. ATP-Vorrat der Muskelzelle (ca. 1-2s)
2. Spaltung von Kreatinphosphat (ca. 8-9s)
3. anaerobe Glykolyse (ca. 45-90s)
anaerob-alaktazid
anaerob-laktazid
4. aerobe Oxidation von Glucose (ab 30s - ca.
45-90min) und Fettsäuren (ab 30min)
aerob-laktazid
07. Wie verläuft die Energiegewinnung im Verlauf eines 2000m Laufes?
ATP-Verbrauch
wenn es verbraucht ist, muss es regeneriert werden
-> Spaltung von Creatinphosphat (CrP)
CrP zerfällt; durch die frei gewordene Energie bilden sich 2
ATP
-> anaerobe Glycolyse
Glucose bzw. Glycogen wird unter Verbrauch eines ATP zu
Glucose-6-P
-> aerobe Glycolyse
08. Wodurch entsteht der Muskelkater? Warum ermüdet der Skelettmuskel während starker Belastung?
- Mikrotraumata durch Überdehnung -> Entzündungsreaktion
- Übersäuerung durch Laktatansammlung im Muskel in Folge der
anaerob-laktaziden Glycolyse
-> erneut Mikrotraumata
-> Laktat zieht Wasser -> Schwellung -> schlechtere Durchblutung
-> bei starker Belastung benötigt der Muskel mehr Energie. Ist nun
zu wenig O2 zur Verfügung, kann zwar trotzdem Energie gewonnen
werden, aber dabei entsteht Laktat. Dieses Laktat hat einen sauer
Ph-Wert. Dies führt dazu, das die Aktivität der Glycolyse-Enzyme
verringert wird -> es wird weniger ATP gebildet, der Muskel ist
übersäuert, kann weniger Kraft aufbringen -> geringe
Leistungsfähigkeit. Der Muskel wird müde; durch das Laktat wird
das Blut auch sauer.
09. Was ist eine 'motorische Einheit'? Was versteht man unter
9
Feinmotorik?
Darunter versteht man die funktionelle Einheit von α-Motoneuron,
seinem Axon und den von ihm innervierten Muskelfasern. Infolge der
Aufspaltung des Motoneurons versorgt eine Nervenfaser mehrere
Muskelfasern.
Die Größe der motorischen Einheit ist für die Abstufbarkeit der
Bewegung wichtig.
Einheit weniger Muskelfasern: Feinregulierung (= Feinmotorik) der
Kontraktionskraft (z.B. äußere Augenmuskeln: 5-10 Muskelfasern).
Einheit vieler Muskelfasern: Entwicklung von Kraft (z.B. M. glut.
Max.)
- es gibt Einheiten von 5-1000 Muskelfasern
10. Was geschieht beim Kältezittern? Warum sind die Muskeln steif,
wenn sie durchgefroren sind?
Bei Kälte werden die Extremitäten weniger durchblutet. Der Körper
versucht, den Rumpf / Kern warm zu halten.
Zur Erwärmung wird der Tonus erhöht (da 2/3 der Muskelarbeit =
Wärme) bis hin zum Zittern (da Agonist UND Antagonist arbeiten);
d.h., aus statischer (isometrischer) Muskelarbeit wird auxotone
Muskelarbeit.
Babys müssen nicht zittern, da sie noch braunes Fett angelagert
haben, das direkt in Energie umgewandelt werden kann.
Die Steifheit kommt durch den hohen Grundtonus zustande, der erst
wieder herunter getriggert werden muss.
11. Wodurch entscheide sich eine Einzelzuckung von einer tetanischen
Kontraktion? Was ist ein 'vollständiger Tetanus'?
Einzelzuckung:
Eine einzelne Kontraktion -> Erschlaffung
Tetanische Kontraktion:
Andauernde Kontraktion
Vollständiger Tetanus:
Irgendwann erreicht's maximale Kontraktion, d.h., das Ca2+ des SR
ist aufgebraucht und hat alle Stellen des Troponin-C besetzt
-> der Muskel kann nicht mehr loslassen.
12. Geben Sie jeweils ein Beispiel für isometrische, isotonische und
auxotone Kontraktion. Was versteht man unter einer
Anschlagszuckung, was unter einer unterstützungszuckung.
Isometrisch: die Länge des Muskels verändert sich nicht
Isotonisch: die Spannung des Muskels verändert sich nicht.
Auxoton: Länge und Spannung passen sich den gegebenen Umständen
an
Anschlagzuckung: Zuerst isoton, dann isometrisch (Bsp: Tisch im
Stand schieben, bis man ihn an die Wand drückt)
Unterstützungszuckung: Zuerst isometrisch, dann isoton (Bsp:
10
schweren Schrank schieben wollen; schucker geben, um ihn
in Bewegung zu setzen)
13. Zeigen sie anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen
Kontraktionskraft und Kontraktionsgeschwindigkeit.
Kleiner S69 unten
- Geschwindigkeit einer (isotonen) Kontraktion ist umso
kleiner, e größer die Belastung (Kraft) ist.
Geschwindigkeit hoch -> Kraft niedrig
Geschwindigkeit niedrig -> Kraft hoch
Maximalkraft wird entwickelt, wenn keine Verkürzung
Stattfindet (Isometrie)
Maximalgeschwindigkeit wird entwickelt, wenn der Muskel
unbelastet ist (kein Gewicht)
Leistung = Kraft x Verkürzungsgeschwindigkeit (W = N x m/s)
14. Wie wird die Muskelkraft reguliert (abgestuft)?
- Zuerst wird der Agonist innerviert.
- reicht die Kraft nicht aus, werden Synergisten aktiviert
- reicht die Kraft immer noch nicht aus, wird isometrisch
gehalten und als weiterlaufende Bewegung andere Muskeln
eingesetzt
Bsp: schweren Tisch anheben
-> zuerst Bizeps, dann Synergisten, dann isometrisch mit den
Armen halten und aus den Beinen heben
Konzentrisch heben nur aus Armen:
a) zuerst isometrie, um zu schauen, wie schwer ein Gegenstand
ist
b) isoton hochheben
15. Zeichnen Sie ein Diagramm über den Zusammenhang Muskellänge und
Kraft. Zeichnen Sie die Ruhedehnungskurve, die isotonische und
die isometrische Maximalkurven ein.
Klein S 67 unten
11
16. Was ist eine motorische Einheit? Wo kommen die größten und die
kleinsten motorischen Einheiten beim Menschen vor? Können sie
verändert werden?
Darunter versteht man die funktionelle Einheit von α-Motoneuron,
seinem Axon und den von ihm innervierten Muskelfasern. Infolge der
Aufspaltung des Motoneurons versorgt eine Nervenfaser mehrere
Muskelfasern.
Die Größe der motorischen Einheit ist für die Abstufbarkeit der
Bewegung wichtig.
Einheit weniger Muskelfasern: Feinregulierung der Kontraktionskraft
(z.B. äußere Augenmuskeln: 5-10 Muskelfasern).
Einheit vieler Muskelfasern: Entwicklung von Kraft (z.B. M.
glutaeus).
Größe der motorischen Einheiten:
Kleinste: Auge
Größte: Rumpf / Quadrizeps
(Äußere Augenmuskeln: 5-10 Muskelfasern
Rumpfmuskeln: bis über 1000 Muskelfasern)
Schärfung der Feinmotorik (schematisch):
12
Durch Schärfung der Grobmotorik kann man etwas die Feinmotorik
trainieren. Es werden zwar keine neuen Nerven gebildet, aber die
Einheit Synapse / motorische Endplatte werden gelöst und versetzt.
17. Welche unterschiede kennen Sie zwischen glatter und
quergestreifter Muskulatur? Wo kommt der Typ glatten Muskeln
vor? Was ist seine Hauptaufgabe?
Glatte Muskulatur:
- jede Zelle hat einen Kern
- stark dehnbar
Motorische Endplatte
Fasern
Zellkern pro Faser
Mitochondrien
Sarkomere
Sarkoplasmatisches
Reticulum
Eigener Schrittmacher
Reizantwort
Tetanisierbar
Innervation
Dehnfähigkeit
Konzentrik
glatt
keine
kurz
einer
wenig
keine
Quergestreift
Ja
Lang (Syncytium)
viele
Abh. von Muskeltyp
Ja (max. Länge 3,65µm)
Wenig entwickelt
z.T. spontanrhythmisch
aktiv
Änderung von Tonus und
Rhythmusfrequenz
ja
Hormonell und
vegetativ (z.T.
autonom)
Stark dehnfähig
Langsam
Stark enwickelt
Nein, benötigt
Nervenreiz
Abgestuft
Ja
willkürlich
Langsam bis schnell
Glatte Muskulatur:
Vorkommen an Organen und Gefäßen
Lange Haltearbeit möglich, aber wenig Kraft (außer isometrisch)
Ermüdet langsam
Beeinflussung durch Atmung möglich
Transport z.B. in Verdauung; Konstriktion & Dilatation in Gefäßen
etc. -> Organfunktion
Quergestreifte Muskulatur:
Vorkommen an Skelettmuskulatur
Ermüdet relativ schnell
Bewegung; Haltearbeit des Bewegungsapparates