Muskeln: Aufbau und Kontraktion

Muskeln: Aufbau und Kontraktion

 

Es gibt drei Formen von Muskelgewebe: die quer gestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur), die Herzmuskulatur und die glatte Muskulatur (z. B. im Darm). Die Bewegungen des Körpers werden von der quer gestreiften Muskulatur gesteuert. Die Muskelzellen der quer gestreiften Muskulatur müssen dafür verschiedene Fähigkeiten besitzen: Sie müssen eine Reaktion auf Nervenimpulse zeigen, sie müssen sich dehnen und zusammenziehen können und sie müssen elastisch sein. Indem sich die Muskeln zusammenziehen, ermöglichen sie nicht nur die Bewegung des Organismus, sie befähigen den Menschen auch, eine aufrechte Haltung einzunehmen. Der Prozess der Kontraktion erfordert zudem Energie, die nicht ganz genutzt wird, sodass gleichzeitig noch Wärme freigesetzt wird und der Organismus einen Großteil seiner Körperwärme aus der Muskelarbeit zieht.

 

 Mechanik des Skelettmuskels

 

Eine Bewegung kommt dadurch zustande, dass die Muskulatur bei der Kontraktion Zugkräfte auf die Sehnen ausübt, die ihrerseits wiederum Zugkräfte auf die Knochen ausüben. Meist sind an der Bewegung zwei Muskeln beteiligt, die entgegengesetzte Bewegungen vollführen - diese zwei Muskeln werden als Agonist (Spieler) und Antagonist (Gegenspieler) bezeichnet. Bei der Beugung des Unterarms z. B. kontrahiert der Musculus (M.) biceps brachii am Oberarm - er ist für die Bewegung verantwortlich und damit Agonist. Der M. triceps brachii, der sich ebenfalls am Oberarm befindet, muss sich während dieser Bewegung entspannen - er ist Antagonist. Bei der Streckung des Unterarms fungiert der M. triceps brachii als Agonist und der M. biceps brachii als Antagonist.

 

 Aufbau und Kontraktion des Skelettmuskels

 

Eine Skelettmuskelzelle (oder Muskelfaser) ist im Vergleich zu vielen anderen Zellen des Körpers riesig: Ihr Durchmesser beträgt zwischen zehn und 200 Mikrometer und sie kann mehrere Zentimeter lang werden. Eine Muskelfaser verfügt über zahlreiche Zellkerne und ist umhüllt von Bindegewebe, dem Endomysium. Im Muskel sind mehrere Muskelfasern zu einem Bündel zusammengefasst, die von Bindegewebe, dem Perimysium, umgeben sind. Zahlreiche dieser Muskelfaserbündel bilden nun den Muskel, der wiederum von Bindegewebe, dem Epimysium, umhüllt ist. Da die Muskelfasern gut mit Blut versorgt werden müssen, damit ihnen auch bei Belastungen genug Sauerstoff zur Verfügung steht, sind die bindegewebigen Umhüllungen der Muskelfasern von Kapillaren durchzogen. Zudem ist der Muskel von Nerven durchzogen, denn um ihn zur Kontraktion zu bewegen, sind Nervenimpulse nötig. Die Nerven kontaktieren die Membran der Muskelfaser, das Sarkolemm, mittels einer Synapse, die als motorische Endplatte bezeichnet wird. Eine Nervenzelle, die zu den Muskelfasern führt, heißt Motoneuron. Das Zytoplasma der Muskelfaser heißt Sarkoplasma.

 

Die Muskelfasern bestehen zum Großteil aus Myofibrillen, die sich aus kleineren Strukturen, den Myofilamenten, zusammensetzen. Ein Bündel Myofibrillen bildet die kleinste funktionsfähige Untereinheit der Zelle, das Sarkomer. Begrenzt wird das Sarkomer zu beiden Seiten durch Z-Filamente. Von diesen gehen zur Mitte des Sarkomers hin Myofilamente, die Aktinfilamente, aus, die sich in andere Myofilamente (Myosinfilamente) hineinschieben. Aktin und Myosin sind nicht miteinander verbunden. Unter Zufuhr von Energie können sich Aktin und Myosin gegeneinander verschieben, sodass sich das Sarkomer verkürzt oder ausdehnt. Dadurch kommt die Muskelkontraktion zustande. Damit sich der Muskel zusammenzieht, muss ein Nervenimpuls an den Muskelfasern ankommen. Dieser wird durch einen Überträgerstoff, einen Neurotransmitter namens Acetylcholin, vermittelt, der von der motorischen Endplatte des Motoneurons bei dessen Erregung in den synaptischen Spalt, die Region zwischen Nervenzelle und Muskelfasermembran, ausgeschüttet wird. Das Acetylcholin dockt auf speziellen Rezeptoren der Muskelfaser an und sorgt über eine Änderung der Durchlässigkeit der Muskelzellmembran für bestimmte Stoffe dafür, dass der Nervenreiz auf die Sarkomere übertragen wird, wodurch sich Aktin und Myosin unter Verbrauch von Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) ineinander schieben. Von einem Motoneuron wird nicht der gesamte Muskel erregt, sondern nur mehrere Muskelfasern (motorische Einheiten). Auch werden nicht alle motorischen Einheiten gemeinsam erregt, sondern mehrere nacheinander. Auf diese Weise ermüden die Muskeln nicht so rasch. Die Energie für die Kontraktion liefert in erster Linie das ATP. Ist dies verbraucht, wird zur Energiegewinnung Kreatinphosphat und schließlich Glucose genutzt, die in Form von Glykogen in den Muskeln gespeichert ist.

 

Damit die Muskeln bei körperlicher Tätigkeit mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden, stellen sich die kleinen Gefäße unter dem Einfluss von Stoffwechselabbauprodukten (unter anderem Lactat) weit und die Pumptätigkeit des Herzens wird gesteigert.

 

Siehe dazu auch: Nerven: Weiterleitung von Nervenimpulsen II