Muskeln



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 verk√ľrzen?

4. Die Steuerung der Muskeltätigkeit

5. Energiestoffwechsel des Skelettmuskels

6. Muskeltraining
















MUSKELN

lat. MUSCULI (Mäuschen)
Ein Mensch besitzt etwa 600 Muskeln, die √ľber ein Drittel des K√∂rpergewichtes ausmachen.

Alle sicht - und f√ľhlbaren Bewegungen am menschlichen Organismus sind an funktionst√ľchtige Muskeln bzw. Muskelzellen gebunden.

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 zuzuz√§hlen. Sie kann f√ľr kurze Zeit gro√üe Kr√§fte aufbringen, erm√ľdet 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 Au√üenh√ľlle und F√ľhrungsr√∂hre des Muskels darstellt.

Der Muskel besteht aus einer Anzahl von Str√§ngen, die wiederum ihrerseits von einer Bindegewebsh√ľlle umgeben ist.

Der Muskelstrang setzt sich aus B√ľndeln von Fasern (= Muskelzellen) zusammen. Die Umh√ľllung der Muskelfasern wird Sarkolemm genannt.

Innerhalb der Fasern verlaufen die kontraktilen Fibrillen. Die Fibrille besteht aus unterschiedlichen dicken Eiweißfäden à Myosinfilamente (Aktin, Myosin)

Die einzelnen quergestreiften Muskelfasern sind schlauchförmige Gebilde, die bis zu 15 cm lang und 0,1 mm dick werden können. In ihnen liegen zahlreiche wandständige Zellkerne (30 - 40 Zellkerne auf 1 mm Faserlänge) in einem gemeinsamen à Sarkoplasma, eine salz - und
eiwei√ühaltige Fl√ľssigkeit.
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 au√üen von einem mit elastischen Fasern durchsetzten kollagenen Bindegewebe umschlossen, das mit Septen in das Innere des Muskels einstrahlt, diesen in einzelne Faserb√ľndel aufgeteilt und schlie√ülich jede einzelne Muskelfaser umspinnt. Dadurch erhalten die weichen Muskelfasern Halt. In den Septen verlaufen und verzweigen sich die Nerven und Blutgef√§√üe des Muskels. Jede Muskelfaser ist von einem engmaschigen Netz feinster Blutgef√§√üe
(Kapillaren) umgeben.

zu 2)
Die glatte Muskulatur setzt sich aus meist l√§nglichen, zum Teil auch stark verzweigten Muskelzellen zusammen. Ihre durchschnittliche L√§nge betr√§gt 80 ¬Ķm, ihre Dicke 2 - 7 ¬Ķm. 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 f√ľhrt nicht zur Erm√ľdung. Durch Nervenerregung (Sympathicus und Parasympaticus des vegetativen Nervensystems) wird eine gesteigerte Spannung oder Entspannung bewirkt. Nur diese Tonus√§nderung bedeutet f√ľr die glatte Muskulatur Arbeit.


Die glatte Muskulatur untersteht nicht unseren Willen. Sie ziehen sich unwillk√ľrlich auf bestimmte Reize zusammen. Dieses geschieht langsam, um bei geringst m√∂glichem Energieverbrauch l√§ngere Zeit in einem Verk√ľrzungs - oder Dehnungszustand verharren zu k√∂nnen. Eine solche Halteleistung ist notwendig, um r√∂hren - oder kugelf√∂rmige Hohlr√§ume gleichm√§√üig zu vergr√∂√üern oder zu verkleinern. So wird die Weite der Blutgef√§√üe, des Magen - Darm - Kanals, der Harn - und Gallenblase durch glatte Muskulatur reguliert.

Sowie 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 besch√§ftigt sich mit der quergestreiften, willk√ľrlich bewegten Skelettmuskulatur. Die Skelettmuskeln haben die F√§higkeit sich zusammenziehen zu k√∂nnen (Kontraktion).

Sie verlaufen meist von einem Knochen zum anderen √ľber ein dazwischenliegendes Gelenk, gelegentlich aber auch √ľber 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 W√§rme 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 ausgef√ľhrt. 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).

Beide Muskelgruppen - Beuger und Strecker - stehen sich als Antagonisten (Gegenwirker) gegen√ľber. So werden bei jeder Bewegung von Rumpf und Gliedma√üen Muskelgruppen als Spieler und Gegenspieler bet√§tigt. Sogar innerhalb eines einzelnen Muskels k√∂nnen Fasergruppen eine entgegengerichtete Funktion haben (z.B. Deltamuskel).

Synergisten und Antagonisten stehen in wichtiger Wechselbeziehung, da sich ein Muskel zwar willk√ľrlich zusammenziehen, jedoch nicht von selbst strecken kann. Die Streckung der Muskeln erfolgt durch die Antagonisten. Sie ziehen den erschlafften Muskel wieder in die L√§nge, wobei die Schwerkraft unterst√ľtzend wirkt.


Die bei der Bewegung von zwei Skeletteilen sichtbar werdende Muskelverk√ľrzung ist jedoch nur ein Teil der Muskelt√§tigkeit. Auch bei scheinbar k√∂rperlicher Ruhe sind die Muskeln nicht v√∂llig erschlafft, sondern sie befinden sich in einer vom Nervensystem individuell gesteuerten Ruhespannung, die als Muskeltonus bezeichnet wird.

3. Wie kann sich ein Muskel verk√ľrzen ?


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 hintereinander - geschaltet.

Bei einer Kontraktion kommt es nicht zu einer Verk√ľrzung der Aktin und Myosinfilamenten, sondern es tritt eine Verringerung des Abstandes zwischen zwei Z - Streifen auf.

Die Verk√ľrzung eines Sarkomer lassen sich mit dem "Greif - loslass - Zyklus" beschreiben. Hierbei haken sich die Myosink√∂pfe in die Aktinf√§den ein. √† Querbr√ľcke zw. Aktin und Myosin

Danach kippen die Myosink√∂pfe um 45¬į. Dieser Vorgang dauert ungef√§hr 0,01 - 0,1 Sekunden und verk√ľrzt 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 Verk√ľrzung des Muskels.

4. Die Steuerung der Muskeltätigkeit


Die T√§tigkeit der Muskulatur wird durch das motorische Nervensystem gesteuert. Nach Bedarf werden mehr oder weniger Muskelfasern erregt. Dazu wird die fortgeleitete elektrische Erregung √ľber motorische Endplatten auf die Muskelfasern √ľbertragen.

Im Bereich der Muskelzelle breitet sich die Erregung zun√§chst im den sog. transversalen Tubuli aus. Das sind kleine √Ėffnungen, die senkrecht in der Oberfl√§che der Muskelzelle angeordnet sind.

Unterhalb dieser √Ėffnungen befindet sich, waagerecht angeordnet, ein System von kleine R√∂hrchen, 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 f√ľr die Calcium - Ionen durchl√§ssig, wenn die von "oben" eintreffende Erregung die transversalen Tubuli in der dichten Nachbarschaft der Calcium - Bl√§schen erreicht.

Auf diese Weise steigt die Ca++- Ionen - Konzentrat in unmittelbarer Nähe der Myofibrillen an.( à Aktionspotential), wodurch die Zusammenziehung der Muskelfibrillen ausgelöst wird.

Vom Moment der Erregungs√ľbertragung 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 kontraktionsausl√∂senden Calciumionen im Zellinnern ben√∂tigt.

Nach Abschlu√ü der Kontraktion werden die Calcium - Ionen mit Hilfe der sog. "Calcium - Pumpen", die sich in der Wand der L√§ngsr√∂hrchen befindet, wieder in die L√§ngstubuli zur√ľcktrantportiert, 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 Gegenst√§nden ohne zu schnelle Erm√ľdung erbringen. Der Muskel verf√ľgt somit √ľber eine Reserve an Fasern, die bei beginnender Erm√ľdung 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 f√ľr die Muskelt√§tigkeit.

Die erste unmittelbare Energiebereitstellung erfolgt durch Spaltung des ATP (Adenosintriphosphat) - Molek√ľls in Adenosindiphosphat (= ADP). Da dieser ATP Speicher nur f√ľr etwa einige Sekundenbruchst√ľcke reicht, muss das ADP immer wieder zu dem energiereicheren ATP aufgebaut werden (ATP - Resynthese). Die Muskelfaser haben 2 M√∂glichkeiten 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 à ADP + Energie

Um weitere Muskelarbeit zu erm√∂glichen, wird das ATP mit extrem hoher Geschwindigkeit durch den zellul√§ren Kreatinspeicher wieder gef√ľllt.

Anaerob A - Laktazid: ADP + Kreatinphosphat ⇔ ATP + Kreatin
Anaerobe Laktazide: 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 à 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): ADP + Glucose + O2 + P ⇔ ATP + CO2 + H2O
Aerober Prozess (Lipolyse): ADP + Fetts√§ure + O2 + P ⇔ ATP + CO2 + H2O

Zusammenfassend l√§sst sich sagen, dass die prim√§re 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 auff√ľllen. Die Energiebereitstellung bzw. Resynthese erfolgt dabei nicht streng hintereinander, sondern sich √ľberlappend.

6. MUSKELTRAINING


Die Muskeln sind Organe, deren Leistungsfähigkeit durch Training und Arbeitsbelastung beträchtlich gesteigert werden kann.

Sportliche Belastungen veranlassen die betroffenen leistungsbestimmenden Organsysteme 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 und durch Teilung der Muskelzellen werden neue Muskelfasern gebildet.

Gleichzeitig erh√∂ht sich im Muskel die Zahl der haarfeinen Blutgef√§√üe (Kapillare), die das sauerstoffhaltige Blut heranf√ľhren. Zus√§tzlich enth√§lt das Blut vermehrt Eiwei√ü, 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 Marathonl√§ufer ziemlich d√ľnn ausgepr√§gte Muskelfasern hat, die haupts√§chlich aus slow - twitch Fasern bestehen. Im Gegensatz dazu ein Sprinter, der vermehrt fast - twitch Fasern besitzt.





Fasertypen der quergestreiften Muskulatur

Schnelle - weiße - Zuckerfasern

(Fast - twitch - Fasern)

Langsame - dunkle - Zuckungsfasern

(Slow - twitch - Fasern)


- weniger Myoglobin (roter Muskelfarbstoff)

    weniger Mitochondrien mehr energiereiche Phosphate und Glykogen hoher Gehalt an Enzymen f√ľr die Glykolyse


hohe anaerobe Kapazität

schnelle Erm√ľdung

geeignet f√ľr explosive Bewegungen:
Sprint, Sprung

    mehr Myoglobin mehr Mitochondrien weniger energiereiche Phosphate hoher Gehalt an Enzymen f√ľr aeroben Stoffwechsel

hohe aerobe Kapazität

widerstandsf√§hig gegen Erm√ľdung

geeignet f√ľr Dauerleistungen,
Halte - und St√ľtzfunktion



man unterscheidet verschiedene Kontraktionsformen:

    konzentrische Arbeitsweise: √ľberwindend exzentrisch Arbeitsweise: nachgebend isometrische Arbeitsweise: haltend

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