Physiologie der Muskelkontraktion und Herzregulation

Energieverbrauch bei der Muskelkontraktion

Energieverbrauch in der Kontraktion: Dieser Prozess erfordert große Mengen an ATP für drei verschiedene Verfahren: 1. Für die Bindung und Trennung zwischen Aktin und Myosin. 2. Um Calcium abzusondern. 3. Für die Erholung nach der Membran-Depolarisation. Die Konzentration des ATP im Muskel ist relativ gering und liefert nicht ausreichend Energie, um die Kontraktion für einen langen Zeitraum zu halten. Wenn die Muskeln kontrahieren und der erste Vorrat erschöpft ist, wird das erzeugte ADP wieder auf Kosten von Kreatinphosphat (CP) phosphoryliert, welches in höheren Konzentrationen in der Muskelzelle vorliegt. Zudem wird eine zusätzliche Zufuhr von ATP durch den Stoffwechsel von Glukose benötigt, die durch die Durchblutung und das in den Muskelfasern gespeicherte Glykogen (durch den Prozess der Glykogenolyse) bereitgestellt wird.

Faktoren der Muskelkontraktion

Treppe (Treppenphänomen): Dies ist die sukzessive Erhöhung der Intensität der Kontraktion einer Muskelfaser durch Reize, die alle paar Sekunden wiederholt werden. Dieser Effekt kann wegen der zunehmenden Konzentration von Ca-Ionen in der Faser auftreten, was die Aktivierung der Myofibrillen erhöht.

Summation: Jeder große Muskel kann mit unterschiedlicher Intensität kontrahieren. Dies ist das Ergebnis der Summierung der Kontraktionen in zweierlei Hinsicht: durch die Erhöhung der Zahl der motorischen Einheiten, die gleichzeitig kontrahieren, oder durch die Erhöhung der Häufigkeit der Kontraktion, was als Frequenzsummierung oder Tetanisierung bezeichnet wird.

Tetanie, Fatigue und Rigor

Tetanie: Wenn die Frequenz steigt, kommt ein Zeitpunkt, an dem eine neue Kontraktion beginnt, bevor die vorherige beendet ist. Wenn ein kritisches Niveau erreicht wird, folgen die Kontraktionen so schnell aufeinander, dass sie vollständig verschmelzen und zu einer kontinuierlichen Kontraktion führen.

Fatigue (Ermüdung): Dies ist ein Absinken der Arbeitsfähigkeit, das durch die Arbeit selbst verursacht wird. Während der Energiegehalt in der Zelle sinkt, nimmt die Kontraktionskraft ab und die Muskulatur wird schwächer.

Rigor (Starre): Wenn ATP aufgebraucht ist, kann Calcium nicht wieder durch die Calciumpumpe in das sarkoplasmatische Retikulum aufgenommen werden. Daher kann keine Entspannung stattfinden, da Aktin und Myosin in einem Zustand kontinuierlicher Bindung verbleiben.

Tonus: Die Spannung, die alle Muskeln auch in einem entspannten Zustand zeigen. Dies beruht auf der kontinuierlichen Übertragung von niederfrequenten Impulsen aus dem Rückenmark an die Muskeln.

Regulation des Herzschlags

Intrinsische Regulation

Heterometrische Regulation: Diese beruht auf Schwankungen im Ausmaß, in dem das Myokard durch das einströmende Blutvolumen gedehnt wird. Wenn das Volumen steigt, erfährt das Myokard eine progressive Dehnung und kontrahiert mit höherer Kraft.

Homeometrische Regulation: Eine starke Kontraktion verursacht eine hohe Herzfrequenz (durch den erhöhten Einstrom von Ca⁺⁺ in die Zelle).

Extrinsische Regulation (Neuronale Kontrolle)

Das kardioinhibitorische und das kardioexzitatorische Zentrum befinden sich in der Medulla oblongata.

• Parasympathischer Einfluss: Die kardioinhibitorischen Nerven (N. vagus) führen bei Stimulation zu einer Abnahme der Herzfrequenz, einer verringerten Leitungsgeschwindigkeit und einer Abnahme der Kontraktionskraft.
• Sympathischer Einfluss: Die kardioakzeleratorischen Nerven (oberer, mittlerer und unterer zervikaler Grenzstrang) verursachen entgegengesetzte Auswirkungen zum Parasympathikus.

Endokrine Kontrolle und Ionenmilieu

Endokrine Kontrolle: Die Wirkung von Adrenalin ist ähnlich wie die des sympathischen Nervensystems (SNS). Ionenmilieu: Wenn sich das extrazelluläre Kalium (K⁺) verdoppelt, verringern sich die Frequenz, die Leitungsgeschwindigkeit und die Kontraktionskraft.

Arten von Blutgefäßen

• Arterien: Sie besitzen starke und elastische Wände. Diese Elastizität ist wichtig, um einen hohen Blutdruck während der Diastole aufrechtzuerhalten (der Zeitraum, in dem die Ventrikel entspannt sind).
• Arteriolen: In ihnen ist die mittlere Schicht muskulöser Natur, sodass Änderungen der Expansion und Kontraktion aktiver sind. Dank dieser Eigenschaft kann die Blutmenge, welche die Kapillaren erreicht, je nach Bedarf des Gewebes zu- oder abnehmen.
• Kapillaren: Kleine Gefäße, in die sich Arterien verzweigen, um alle Körperorgane zu durchdringen und wieder Venen zu bilden. Sie bestehen primär aus Endothel.
• Venolen: Sie nehmen das Blut aus den Kapillaren auf und verschmelzen zu Venen.
• Venen: Dünnwandige und wenig elastische Gefäße, die das Blut sammeln und zum Herzen zurückführen; sie münden in den Vorhöfen.