Muskulatur - h

Die Muskelkontraktion http://www.medizinfo.de/ruecken/muskulatur/muskelkontraktion.shtml, Stand
01.12.04
Ein Motoneuron versorgt
mehrere Muskelfasern.
Motorische Einheit
Im Zentrum der Muskelkontraktion steht die motorische Einheit. Sie besteht
aus einem Motoneuron und der von diesem Motoneuron innervierten Gruppe
von Muskelfasern. Motoneuron ist ein anderer Name für motorischen Nerv,
der den Muskel versorgt. Die Anzahl der motorischen Einheiten, über die ein
Muskel verfügt, ist sehr unterschiedlich. Je komplexer und genauer ein
Muskel gesteuert werden muss, desto weniger Muskelfasern werden von
einem Motoneuron versorgt. Bei den Augenmuskeln beispielsweise sind in
einer motorischen Einheit nur 10 Muskelfasern. Andere Muskeln wie die
Skelettmuskeln der Beine, die nicht so fein gesteuert werden müssen, haben
bis zu 2000 Muskelfasern in einer motorischen Einheit.
Die Alles- oder- Nichts- Regel. Gelangt ein Reiz über das Motoneuron einer motorischen Einheit an die
dazugehörigen Muskelfasern, so kontrahiert sich diese Muskelfaser so stark
sie kann. Die Stärke der Kontraktion ist nicht abhängig von der Stärke des
Reizes. Es gibt entweder eine maximale Kontraktion, oder gar keine. Das
bedeutet aber nicht, dass ein Muskel, sagen wir mal unser Bizeps, immer nur
maximal kontrahieren kann. Jeder Mensch kann an sich selbst testen, dass
er den Arm durchaus langsam oder schnell, mit viel oder mit wenig
Widerstand beugen kann. Der Grund dafür ist, dass der gesamte Muskel aus
vielen verschiedenen Muskelfaser und motorischen Einheiten besteht. Es
werden nicht immer alle auf einmal angeregt. Die Stärke der
Muskelkontraktion des einzelnen Muskels hängt deshalb davon ab, wie
viele der motorischen Einheiten auf einmal zur Kontraktion angeregt
werden. Dieser Mechanismus wird als Alles- oder- Nichts- Regel bezeichnet.
Es ist immer nur ein Teil der
motorischen Einheiten in
Aktion.
Muskeln sind immer leicht
angespannt.
Bei Verspannungen ist der
Muskeltonus erhöht.
Bei der Muskelkontraktion, auch bei einer maximalen
Muskelkontraktion, regt das zentrale Nervensystem in der Regel immer
nur einen Teil der motorischen Einheiten gleichzeitig an. So werden z.
B. Ausdauerleistungen wie das Joggen oder stundenlanges Stehen hinter
einer Verkaufstheke erst möglich. Ein Teil der motorischen Einheiten wird
angeregt und dann schaltet das ZNS innerhalb von Sekundenbruchteilen auf
andere motorische Einheiten desselben Muskels um. Die Kontraktionsstärke
bleibt erhalten und wir bemerken dieses "Umschalten" nicht einmal. Alle
motorischen Einheiten auf einmal werden höchsten bei einem
Muskelkrampf angeregt.
Muskeltonus
Nur wenn wir schlafen, sind unsere Muskeln entspannt. Beim wachen
Menschen sind immer einige Muskelfasern in einem Muskel angespannt. Die
Kontraktion ist aber so gering, dass sie keine Bewegung hervorruft. Diese
Anspannung, die man als Grundspannung in der Muskulatur bezeichnen
könnte, wird Muskeltonus genannt. Sie ermöglicht, dass wir aufrecht Sitzen
und Stehen können, ohne uns anzustrengen. Sie bewirkt, dass wir unseren
Kopf aufrecht halten können, ohne dass er immer wieder der Schwerkraft
folgt und vornüberfällt.
Von Muskelverspannungen oder Muskelhartspann spricht man, wenn der
Muskeltonus anhaltend verstärkt ist. Solche Muskelverspannungen können
starke Schmerzen und Bewegungseinschränkungen mit sich bringen. Grund
für Verspannungen können sowohl Fehlbelastungen, muskuläre
Ungleichgewichte als auch psychische Belastungen sein. Besonders
seelische Anspannungen führen immer wieder zu Verspannungen,
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
insbesondere der Nacken- und Schultermuskulatur. Diese Muskeln werden
bei psychischen Belastungen häufig dauerhaft angespannt und als Folge
davon verspannt.
"Einkaufen aus
physiologischer Sicht."
Bei der isotonische
Kontraktion wird der Muskel
verkürzt und es entsteht eine
Bewegung.
Kontraktionsformen
Es gibt verschiedene Formen der Muskelkontraktion, die sich am besten an
einem Beispiel erläutern lassen. Sie stehen in einem Geschäft an der Kasse
in der Warteschlange. Um die eingekauften Waren aus dem Wagen zu
heben und auf das Laufband an der Kasse zu heben, müssen Sie (u.a.)
die Arme mit den Waren (Gewicht) anwinkeln und wieder strecken. Dabei
wird Ihr Bizeps dick und rund bei der Kontraktion. Er verkürzt sich.
Nachdem Sie bezahlt haben verstauen Sie Ihren Einkauf in einer Tasche
und tragen ihn nach Hause. Die Tasche hängt an Ihrem ausgestreckten
Arm und der wird langsam immer müder, bis er schließlich sogar schmerzt.
Bei dieser Art, eine Tasche zu Tragen, wird wieder (u.a.) der Bizeps
gebraucht. Er wird aber nicht, wie an der Kasse, durch die Kontraktion
kürzer und dicker, sondern bleibt während des Tragens die ganze Zeit
langgestreckt. Dennoch tut er weh, was zeigt, dass er beansprucht wird.
Die erste Form der Kontraktion nennt sich isotonische Kontraktion. Bei ihr
wird der Muskel verkürzt und dadurch eine Bewegung erzeugt. Der
Muskeltonus ist bei dieser Kontraktionsform nur wenig verändert. Die zweite
Form nennt sich isometrische Kontraktion. Bei ihr wird ein Muskel in einer
bestimmten Stellung fixiert, so dass er sich nur ganz wenig verkürzen kann.
Der Muskeltonus steigt aber stark an, um die geforderte Arbeit zu leisten.
Dabei wird sehr viel Energie verbraucht.
Die isometrische Kontraktion Die isometrische Kontraktion wird häufig bei krankengymnastischen
wir häufig zu therapeutischen Übungen eingesetzt. Pflegebedürftige Menschen, die bettlägerig sind,
Zwecken eingesetzt.
Rollstuhlfahrer, oder Menschen mit einem Gipsbein können so ihre Muskeln
trainieren und anregen. Insbesondere bei Bettlägerigkeit sollten isometrische
Kontraktionsübungen für alle großen Muskelgruppen täglich drei bis fünf mal
durchgeführt werden.
Muskelatrophie unter dem
Gipsbein kann verringert
werden.
Verletzte Leistungssportler trainieren während eine Phase längerer
Ruhigstellung häufig ihre Muskulatur mit isometrischen
Kontraktionsübungen. Das vermeidet, dass der Muskel während der
Ruhigstellung an Masse abnimmt. Wer schon mal ein Gipsbein hatte, konnte
selbst feststellen, dass das Bein durch Verschmälerung der Muskelfasern
dünner geworden ist. Medizinisch wird dieser Vorgang als Muskelatrophie
bezeichnet.
Muskeltypen
400 Muskeln sorgen für
Bewegung.
Der Mensch verfügt über mehr als 400 voneinander abgrenzbare
Einzelmuskeln. Sie machen zusammen ungefähr 40 Prozent der
Körpermasse aus. Ohne Muskulatur wäre ein Mensch völlig unbeweglich.
Daher sorgen langgestreckte, faserartige Muskelzellen für die
Fortbewegung, den Herzschlag und andere lebensnotwendige
Funktionen. Die Kontraktion (das Zusammenziehen) der einzelnen
Muskelzelle wird durch die Kontraktion der feinen Fasern in ihrem
Inneren, den Myofibrillen, ermöglicht.
Der Darm bewegt sich - ob wir
wollen oder nicht.
Bei der Muskulatur sind drei verschiedene Grundtypen zu unterscheiden:
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
1. Die glatte Muskulatur
•
•
•
Sie befindet sich in den Muskelwänden des Magen - Darm Traktes, den Bronchien, dem Urogenitaltraktes, den Blutgefäßen
und im Auge.
Sie besteht aus länglichen, kaum verzweigten Zellen (daher
„glatt"). Die Zellen sind in Strängen oder Schichten angeordnet.
Die Zellkerne liegen in der Mitte.
Sie arbeitet langsam und unwillkürlich, das bedeutet, dass man
sie nicht bewusst beeinflussen kann.
2. Die quergestreifte Muskulatur
•
•
•
•
•
Das Herz ist etwas besonderes.
Sie bildet das gesamte System der Skelettmuskulatur und findet
sich weiterhin bei der Zunge, den Muskeln des Kehlkopfes und
dem Zwerchfell.
Sie erhält ihren Namen durch die unter dem Mikroskop sichtbare
Querstreifung. Die Querstreifung ergibt sich aus den abwechselnd
hellen und dunklen Elementen der Myofibrillen. Die Zellkerne
befinden sich in der Nähe des Zellrandes.
Sie wird vom zentralen Nervensystems gesteuert und unterliegt in
den meisten Fällen dem Willen.
Jede einzelne Muskelzelle dieses Typs ist im Vergleich zu den
anderen sehr groß. Sie wird daher auch Muskelfaser genannt.
Einige können bis zu 15 cm lang sein.
Ein Skelettmuskel besteht aus Tausendenden von Muskelfasern
und ist von außen mit Bindegewebe umhüllt. Diese Hülle wird
Muskelfaszie genannt. Die Ausläufer dieses Bindegewebes, die
Septen, umhüllen wiederum jede einzelne Muskelfaser und
schließen diese zu Muskelfaserbündeln zusammen. Die
Muskelfaserbündel können ihre Kraft bündeln und „an einem
Strang ziehen". Gleichzeitig ermöglichen die Septen durch den
Zusammenschluss bestimmter Muskelfasergruppen ihre
Verschiebbarkeit gegeneinander.
3. Das Herzmuskelgewebe
•
•
•
•
Der Herzmuskel ist eine Sonderform der quergestreiften
Muskulatur. Er weist ebenfalls die typische Querstreifung auf.
Die Zellkerne befinden sich aber in der Zellmitte, wie bei der
glatten Muskulatur.
Sogenannte Glanzstreifen bilden die Verbindungen zwischen den
einzelnen Zellen.
Das Herzmuskelgewebe ist, wie die glatte Muskulatur, nicht dem
Willen unterworfen.
Muskelformen
Betrachtet man einen Muskel als Ganzes, so ist er immer aus mindestens
drei verschiedenen Teilen zusammengesetzt, aus der Ursprungssehne, der
Ansatzsehen und dem dazwischenliegenden Muskelbauch. Sehnen sind die
weißglänzenden Endstücke der Muskeln. Sie bestehen aus zugfesten
kollagenen Faserbündeln, die aus der Muskelfaszie - der äußeren
Muskelhülle - hervorgehen. Die Sehnen sind am Knochen befestigt und
übertragen die Kraft vom Muskel auf das Skelett. Die rumpfnahen
Befestigungsstellen am weniger beweglichen Skelettteil in Rumpfnähe
werden auch Ursprungstellen genannt. Die Sehne nennt sich
Ursprungssehne. Die Befestigungsstellen desselben Muskels, die
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
rumpfferner liegen, nennen sich Ansatz. Diese Sehen sind die
Ansatzsehnen. Der dazwischen liegende "fleischige" Teil des Muskels ist der
Muskelbauch.
Es gibt über 400 verschiedene Skelettmuskeln, die alle nach
diesem Schema aufgebaut sind. Allerdings sehen sie trotzdem
nicht alle gleich aus. Form und Funktionalität sind aufeinander
abgestimmt. Manche Muskeln sind sehr flach und großflächig.
Sie haben dann auch platte Sehen, mit denen sie am Knochen
befestigt sind. Andere Muskeln haben mehrere Bäuche. Der
Bizeps (Armbeuger) hat z. B. zwei. Sein Gegenspieler, der
Trizeps (Armstrecker) auf der Rückseite des Oberarms besitzt
sogar drei Bäuche. Weitere Muskelformen finden sie in der
nebenstehenden Grafik
Aufgaben der
Muskulatur
Ohne Muskeln keine Bewegung. Die Aufgaben der Skelettmuskulatur hängen mit ihrer Fähigkeit zur
Kontraktion und Erschlaffung zusammen. Die Skelettmuskeln bilden den
aktiven Teil des Bewegungsapparates. Durch Muskelkontraktion können
wir uns fortbewegen oder auch Bewegungen am Ort durchführen. Wir
können die Bewegung auch "dosieren" und z. B. langsam gehen oder
schnell rennen. Die Muskeln ermöglichen es uns außerdem, unseren
Körper aufrecht zu halten ohne dass wir uns merklich anstrengen. Das
hängt damit zusammen, dass unsere Skelettmuskeln durch das
Nervensystem andauernd unter einer leichten Anspannung gehalten
werden. Diese Anspannung nennt man Muskeltonus oder
Muskelgrundtonus. Sie ist so fein, dass sie keine aktive Bewegung
hervorruft. Der Muskelgrundtonus erlaubt uns auch, ohne bewusste
Anstrengung zu Sitzen oder zu Stehen.
Muskeln sind die Heizung des
Körpers.
Eine wichtige Funktion der Skelettmuskeln ist der Umsatz von Energie.
Schon, wenn wir uns nicht bewegen erfolgt, verursacht durch den
Muskeltonus, etwa ein Viertel des Energieumsatzes unseres Körpers
durch die Muskulatur. Werden die Muskeln aktiv bewegt, steigert sich der
Energieumsatz ganz erheblich. Als "Abfallprodukt" der Muskelarbeit wird
durch den Energieumsatz auch Körperwärme erzeugt. Diese
Wärmeenergie ist für die Kontraktion der Muskeln notwendig und wird dort
verbraucht. Aber dabei bleibt über die Hälfte der Wärmeenergie ungenutzt.
Die Muskeln selbst verbrauchen nur etwa 45 Prozent. Der "Rest" der
Energie steht dem Körper als Körperwärme zur Verfügung. Diesen
Überschuss kann unser Körper auch ganz unwillkürlich anwenden, z. B.
dann, wenn wir Frieren. Das unwillkürliche Zittern ist nichts anderes als
kurze Kontraktion von Muskeln, die dabei Wärme erzeugen.
Agonist und
Antagonist
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Bewegung: Agonist und Antagnoist
Um eine Bewegung ausführen zu können, ist immer das
Zusammenspiel gegensätzlich wirkender Muskeln notwendig.
Ein Muskel arbeitet bei einer Bewegung niemals allein. Der
Agonist (Spieler), führt eine Bewegung aus, während der
Gegenspieler oder Antagonist dafür sorgt, das die Bewegung
in Gegenrichtung erfolgen kann. Beugt z. B. der Bizeps den
Unterarm im Ellenbogen, so muss gleichzeitig der
Gegenspieler Trizeps gedehnt werden. Soll der Unterarm
wieder in eine gerade Position gebracht werden, geht es
umgekehrt. Jetzt ist der Trizeps der Agonist, er streckt den
Unterarm, während der Bizeps als Antagonist gedehnt wird.
Häufig sind an der Ausführung einer Bewegung mehrere Muskeln beteiligt, die in die gleiche Richtung
arbeiten. Diese Muskeln werden dann als Synergisten bezeichnet. Sie können ganze Muskelgruppen bilden,
z. B. die Gruppe der Bauchmuskeln. Die Gruppe der Rückenmuskeln können als Gegenspieler zur Gruppe der
Bauchmuskeln angesehen werden. Solche gegensätzlichen Muskelgruppen sollten immer ungefähr gleich
stark ausgebildet sein. Ungleichgewichte, die sich auch muskuläre Dysbalancen nennen, führen zu
Fehlhaltungen. Fehlhaltungen können heftige Schmerzen hervorrufen und sogar dauerhafte Schädigungen
herbeiführen. Deshalb werden bei einem ausgewogenen Training und bei rehabilitativen und
krankengymnastischen Übungen immer Agonisten und Antagonisten gleichermaßen trainiert.
Aufbau des
Muskelgewebes
Wie ein dickes Kabel werden
im Muskel verschiedenen
Strukturen gebündelt und in
feste Hüllen verpackt.
Grobstruktur
Ein Muskel ist in seiner groben Struktur so aufgebaut, dass Festigkeit und
Funktionalität optimal unterstützt werden. Wie bei einem Tau setzt sich der
Muskel aus einzelnen Strukturen zusammen. Von innen nach außen
gesehen ergibt sich folgender Aufbau:
•
•
•
•
Die Muskelfaser ist der grundlegende Baustein jedes Skelettmuskels.
Sie besteht aus einer Zelle, die mehrere Zellkerne aufweisen kann.
Eine einzige Muskelfaser kann bis zu 15 Zentimeter lang und
ungefähr 0,1 Millimeter dick sein. Muskelfaser ist umgeben von einer
Hülle aus Bindegewebe, dem Ednomysium (endo - innen).
Mehrere Muskelfasern werden zu Muskelfaserbündeln
zusammengeschlossen. Ein Muskelfaserbündel wird umschlossen
von Septen aus starkem Bindegewebe, dem Perimysium (Peri zwischen).
Der ganze Muskel besteht aus vielen Muskelfaserbündeln. Diese
werden umhüllt vom Epimysium (Epi - oben/außen).
Das Epimysium ist noch einmal eingepackt in die Muskelfaszie, eine
sehr feste Muskelhülle, die den Muskel in seiner äußeren Form hält.
Diese Faszie haben einige vielleicht schon einmal beim Kochen
kennengelernt. Filetfleisch ist manchmal von einer sehr festen
weißen Schicht umhüllt. Diese Hülle ist die Muskelfaszie. Versuchen
sie einmal, die Faszie mit einem Messer in Querrichtung zu
zerschneiden. Das ist gar nicht so einfach. Die Faszie setzt sich am
Ende des Muskelbauches als Sehne fort.
Umhüllt, gebündelt und
wieder eingepackt.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Blutgefäße und Nerven
versorgen den Muskel.
Jeder Muskel ist mit Nerven und Blutgefäßen versorgt. Die zuführenden
Arterien dringen durch das Bindegewebe in den Muskel ein und verzweigen
sich dort zu einem feinen Kapillarnetz. Dieses Kapillarnetz befindet sich im
Endomysium jeder einzelnen Muskelfaser. Die ausführenden Venen sind
analog angelegt. Auch die Nerven teilen sich ähnlich wie die Blutgefäße auf.
Ein Nerv und die dazugehörende Muskelfaser werden auch als motorische
Einheit bezeichnet.
Feinstruktur
Jede Muskelfaser besteht aus Die Feinstruktur einer jeden Muskelfaser ist sehr komplex. Muskelfasern
vielen Myofibrillen.
bestehen aus in Längsrichtung verlaufenden Strukturen, die Myofibrillen
genannt werden. Die Myofibrillen sind wie langgestreckte Fäden
übereinander zu Bündeln zusammengefasst. Zieht man einen dieser
Myofibrillen aus dem "Fadenbündel" der Muskelfaser heraus, so kann man
deutlich eine farbliche Struktur entdecken. Die farbigen "Stücke" wechseln
sich ab und wiederholen sich auf der gesamten Länge. Jedes dieser
"Stücke" wird Sarkomer genannt. Die Sarkomere sind durch einen dünnen
Streifen getrennt, der sich Z-Streifen oder Z-Bande nennt.
Aktin und Myosin sind
verantwortlich für die
Muskelkontraktion.
Jedes Sarkomer ist zwei Myofilamenten zusammengesetzt, dem AktinFilament und dem Myosin-Filament. Die Aktinfilamente sind dünne
Strukturen, die auf jeder Seite von den Z-Streifen aus in die Mitte ragen.
Dabei berühren sie sich aber nicht. In die dünnen Aktinfilamente hinein ragt
das Myosinfilament. Das Myosin ist ähnlich gebaut wie ein Bündel
Minigolfschläger. Die "Schlägerköpfe" ragen in die dünnen Aktinfilamente
hinein. Sie können bei der Muskelkontraktion eine direkte Verbindung mit
dem Aktin eingehen und die Köpfe kippen. Die Köpfe gleiten dann an den
Aktinfilamenten vorbei und verkürzen so den Muskel.
Die Feinstruktur der
Muskelfasern wird in der
Grafik deutlicher.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com