Muskeln: Aufbau, Funktion und Typen im menschlichen Körper

Muskeln: Aufbau und Funktion

Muskeln sind aktive Bestandteile des Bewegungsapparates und weiche Organe, die für Körperbewegungen verantwortlich sind. Sie reagieren auf Reize und sind in der Lage, sich zusammenzuziehen und zu entspannen.

Eigenschaften der Muskulatur

• Erregbarkeit (Extensibilität): Die Fähigkeit, auf Reize, die sie von motorischen Nerven erhalten, zu reagieren.
• Leitfähigkeit: Die Fähigkeit der Muskelfaser, elektrische Impulse durch Depolarisation der Zellmembran weiterzuleiten.
• Elastizität: Die Fähigkeit der Faser, nach einer Dehnung ihre ursprüngliche Form wiederherzustellen.
• Kontraktilität: Die Fähigkeit, innere Spannungen zu verändern, was sich äußerlich durch eine Verkürzung und Zunahme des Umfangs zeigt.

Muskeltypen im Überblick

• Glatte Muskulatur: Befindet sich in den inneren Organen (z.B. Verdauungstrakt) und wird vom vegetativen Nervensystem gesteuert. Ihre Kontraktion ist unwillkürlich.
• Herzmuskulatur: Bildet das Myokard. Sie kontrahiert durch eigene Reize des Herzens, die von einer Struktur namens Sinusknoten ausgehen. Ihre Kontraktion ist ebenfalls unwillkürlich.

Quergestreifte Skelettmuskulatur

Die quergestreifte Skelettmuskulatur bildet den Großteil des Bewegungsapparates und ermöglicht willkürliche Bewegungen. Sie reagiert willentlich auf Reize des zentralen Nervensystems und besteht aus quergestreiften Fasern, Aponeurosen, Sehnen, Blutgefäßen, Lymphgefäßen, Nervenenden und Bindegewebe.

• Muskelfaser: Die Muskelfasern sind parallel angeordnet, zylindrisch, quergestreift und durch das Endomysium voneinander getrennt.
• Faszikel: Eine Vereinigung von Muskelfasern, die jeweils vom Perimysium umgeben sind.
• Muskelbauch: Die Vereinigung mehrerer Faszikel bildet den Muskelbauch, der von einer Faszie, dem Epimysium, umgeben ist.
• Sehnen: Das Epimysium verengt sich an den Enden und bildet zusammen mit Bindegewebe die Sehnen. Diese verbinden die Muskeln an beiden Enden mit dem Knochen, indem sie in die Knochenhaut (Periost) übergehen.

Mikroskopische Struktur der Muskulatur

Die mikroskopische Struktur der quergestreiften Muskulatur ist komplex und hochorganisiert:

• Sarkolemm: Eine dünne, elastische Membran, die den Zellinhalt der Muskelfaser umgibt. Es ermöglicht den Stoffaustausch und besitzt Einstülpungen zur Aufnahme von Nervenendigungen.
• Sarkoplasma: Das wässrige Protoplasma der Zelle, das verschiedene Bestandteile enthält:
  • Pigmente: Wie Myoglobin, das als Sauerstoffreserve dient.
  • Lipidtröpfchen: Im Sarkoplasma schwebend, dienen sie als Energiereserven.
  • Glykogen-Tropfen: Glukose, die in der Leber gespeichert wird und als Brennstoff für Muskelanstrengungen mittlerer Dauer dient.
  • Mitochondrien: Längliche Organellen, die molekulare Zellenergie (ATP) synthetisieren und Energie für andere Zellteile bereitstellen. Sie werden ständig erneuert.
• Sarkoplasmatisches Retikulum (SR): Ein Netzwerk aus Kanälen, Röhren und Bläschen, die parallel zu den Myofibrillen verlaufen. Es speichert Kalziumionen, die für die Muskelkontraktion entscheidend sind. Dieses System wird auch als L-System bezeichnet.
• Transversales Tubulussystem (T-System): Ein Netzwerk von quer verlaufenden Röhren, die die Myofibrillen und das sarkoplasmatische Retikulum miteinander verbinden. Das T-System und das SR bilden zusammen die Triaden.
• Myofibrillen: Jede Muskelfaser enthält kleinere Einheiten, die Myofibrillen, die im Sarkoplasma liegen. Diese wiederum bestehen aus noch kleineren Einheiten, den Myofilamenten, die entweder dünn (Aktin-Proteine) oder dick (Myosin-Proteine) sein können.
• Sarkomer: Die funktionelle Einheit der Myofibrillen.
• Triade: Ein Netzwerk miteinander verbundener röhrenförmiger Kanäle, die parallel zu den Myofibrillen verlaufen und als endoplasmatisches Retikulum dienen. An jeder Seite eines T-Tubulus befindet sich eine Blase, die Kalzium speichert (L-System). Es gibt ein weiteres Netzwerk, das senkrecht dazu verläuft (T-System). Zwei L-System-Bläschen und ein T-Tubulus bilden eine Triade. Es gibt zwei Triaden in jedem Sarkomer und in den tiefen Regionen der Zelle. Das Tubulussystem und jede Triade fungieren als ein Netzwerk für den Transport von der äußeren Membran der Faser in die Zelle.

Muskelfasertypen: Langsam vs. Schnell

• Langsame Kontraktionsfasern (Slow-Twitch): Gekennzeichnet durch eine niedrige Myosin-ATPase-Aktivität, langsame Kontraktionsgeschwindigkeit, eine große Anzahl von Mitochondrien und hohe Ermüdungsresistenz. Sie eignen sich gut für langanhaltende Arbeit und aerobe Aktivitäten.
• Schnelle Kontraktionsfasern (Fast-Twitch): Gekennzeichnet durch hohe elektrochemische Übertragungskapazitäten, hohe Myosin-ATPase-Aktivität (schnelle Spaltung von ATP für die Kontraktion), schnelle Kalziumfreisetzung und -aufnahme bei Kontraktionen sowie schnelle Energieerzeugung. Sie sind ideal für Aktivitäten, die schnelle und potente Kraft und Geschwindigkeit erfordern.

Muskelfunktion: Kontraktion, Entspannung, Dehnbarkeit

Die Hauptfunktionen der Muskulatur umfassen:

• Muskelkontraktion: Zuerst wird der Muskel durch das Nervensystem erregt. An der motorischen Endplatte wird der Neurotransmitter Acetylcholin freigesetzt. Diese Substanz, die von den Axonen der Neuronen stammt, permeabilisiert die Membran, wodurch Natrium- und Kaliumionen die Membranspannung über die T-Tubuli depolarisieren.
• Muskelentspannung: Wenn die Stimulation aufhört, nimmt die Kalziumkonzentration ab, was zur Entspannung führt. Eine vollständige Entspannung ist jedoch niemals gegeben (Muskeltonus).
• Dehnbarkeit (Stretching): Die Dehnbarkeit eines Muskels hängt von der Kapazität seines Bindegewebes ab. Je stärker der Muskel, desto weniger ist er in der Lage, sich zu dehnen.