Die glatte Muskulatur, ein essenzieller Bestandteil des menschlichen Körpers, spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung zahlreicher unwillkürlicher Körperfunktionen. Sie unterscheidet sich grundlegend von der quergestreiften Muskulatur, die für bewusste Bewegungen verantwortlich ist, und der Herzmuskulatur, die das Herz antreibt. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie, die verschiedenen Typen und die Funktionen der glatten Muskulatur, insbesondere im Hinblick auf ihre tonische Aktivität.
Aufbau und Struktur der glatten Muskulatur
Die glatte Muskulatur ist eine der drei Hauptarten von Muskelgewebe im menschlichen Körper. Die Bezeichnung „glatt“ bezieht sich auf das Aussehen der Muskelzellen unter dem Mikroskop, da sie im Gegensatz zur quergestreiften Muskulatur keine sichtbaren Streifen aufweisen.
Myozyten: Die Bausteine der glatten Muskulatur
Die Basiszellen der glatten Muskulatur heißen Myozyten. Myozyten sind spindelförmige Zellen, die an den Enden schmaler und in der Mitte breiter sind. Jede dieser Zellen hat einen einzelnen Zellkern in der Mitte. Die Größe der Zellen variiert zwischen 20 und 500 Mikrometern in der Länge und 2 bis 10 Mikrometern in der Breite. Damit sind sie deutlich kleiner als Muskelzellen der quergestreiften Muskulatur.
Im Zytoplasma der Zelle befinden sich die Filamente - das sind fadenförmige Proteine -, Myosin und Aktin in erhöhter Konzentration. Anders als bei der Skelettmuskulatur ist ihre Struktur in der glatten Muskulatur deutlich weniger streng angeordnet. Durch die ungeordnete Anordnung der Filamente sind die glatten Muskelzellen und auch der Muskel imstande, sich bei einer Kontraktion stärker zusammenzuziehen.
Myofilamente: Aktin und Myosin
In den Myozyten befinden sich die Myofilamente Myosin und Aktin. Diese Proteine sind für die Muskelkontraktion, also das Zusammenziehen der Muskeln, zuständig - den kleinsten funktionellen Einheiten eines Muskels. In der glatten Muskulatur sind Myosin und Aktin in den Sarkomeren nicht regelmäßig angeordnet wie in der quergestreiften Muskulatur. miteinander verbunden. Gap Junctions sind kleine Kanäle, die es den Zellen ermöglichen, schnell miteinander zu kommunizieren.
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Unterschiede zur quergestreiften Muskulatur
Im Gegensatz zur glatten Muskulatur sind die Zellen der quergestreiften Muskulatur größer und haben mehrere Zellkerne, die sich am Rand der Zelle befinden. Grund dafür sind die regelmäßigen Anordnungen der Myofilamente Myosin und Aktin. Das sind fadenförmige Proteine (Filamente), die die Grundlage der Muskelzellen bilden.
Vorkommen und Funktionen der glatten Muskulatur
Die glatte Muskulatur erfüllt im menschlichen Körper eine Vielzahl von Funktionen. Ihre Hauptaufgabe ist es, die Funktion der inneren Organe zu regulieren. Die glatte Muskulatur zeigt sich vorrangig an den Wänden von Hohlorganen wie den Harnwegen, den Geschlechtsorganen, den Atemwegen, dem Darm sowie den Blutgefäßen.
Regulation des Verdauungssystems
Eine der wichtigsten Aufgaben der glatten Muskulatur ist die Unterstützung des Verdauungssystems. Sie ist in den Wänden des Magens und des Darms zu finden und hilft, Nahrung durch den Verdauungstrakt zu bewegen. Damit die ganzen Abläufe in Deinem Körper funktionieren, sorgt die glatte Muskulatur dafür, dass aufgenommene Nahrung z. B. über eine wellenartige Kontraktion des Magen-Darm-Rohrs transportiert wird. Außerdem sorgt die Muskulatur für den Verschluss von Öffnungen wie den Muttermund oder die Aufrechterhaltung des Gefäßwiderstandes im gesamten Kreislaufsystem.
Steuerung des Blutflusses
Die glatte Muskulatur spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Blutflusses. Sie befindet sich in den Wänden der Arterien und kann sich zusammenziehen oder entspannen, um den Durchmesser der Blutgefäße zu verändern.
Funktion in den Atemwegen und im Fortpflanzungssystem
Auch in den Atemwegen, speziell in den Bronchien, befindet sich dieser Muskeltyp. Dort sorgt er dafür, dass sich die Luftwege öffnen oder schließen. Auch im Fortpflanzungssystem hat die glatte Muskulatur eine Funktion. Sie ist zum Beispiel in den Wänden der Gebärmutter und der Eileiter vorhanden. Während des Geburtsvorgangs sorgt die glatte Muskulatur dafür, dass die Gebärmutter in eine rhythmische Kontraktion kommt und diese während des gesamten Vorgangs beibehält.
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Kontraktion der glatten Muskulatur
Die Kontraktion der glatten Muskulatur ist entscheidend für ihre vielfältigen Funktionen im Körper. Wenn glatte Muskelzellen sich zusammenziehen, verengen sie sich. Dadurch wird der Durchmesser eines Organs oder eines Blutgefäßes verringert. Die Kontraktion wird durch verschiedene Signale ausgelöst. Das können Nervenimpulse sein, aber auch Hormone oder sogar Dehnung der Muskulatur selbst.
Der Mechanismus der Kontraktion
Gelangt zum Beispiel Nahrung in die Speiseröhre, wird die Muskulatur gedehnt. Wenn die Zelle ein Signal empfängt, strömen Calcium-Ionen in die Zelle. Diese Ionen binden sich an das Protein Calmodulin, was wiederum das Enzym Myosin-Lichtketten-Kinase (MLCK) aktiviert. Durch die Aktivierung von MLCK wird das Protein Myosin in der Muskelzelle angeregt. Das aktivierte Myosin kann sich nun an Aktin binden. Durch diese Bindung zieht sich die Muskelzelle zusammen. Nach der Kontraktion muss die Zelle wieder in ihren entspannten Zustand zurückkehren.
Tonische und phasische glatte Muskulatur
Es gibt zwei Haupttypen von glatter Muskulatur: die tonische und die phasische. Die tonische glatte Muskulatur ist ständig in einem leicht kontrahierten Zustand, den du als „Muskeltonus“ bezeichnest. Sie ist vor allem in den Wänden von Blutgefäßen und in den Atemwegen zu finden. Die phasische glatte Muskulatur kontrahiert in Phasen, also nicht kontinuierlich. Sie ist zum Beispiel im Darm oder in der Harnblase zu finden. Diese Art von Muskulatur zieht sich für eine bestimmte Zeit zusammen und entspannt sich dann wieder.
Single-Unit- und Multi-Unit-Typ der glatten Muskulatur
Es gibt zwei Haupttypen von glatter Muskulatur: den Single-Unit-Typ und den Multi-Unit-Typ.
Single-Unit-Typ
Der Single-Unit-Typ der glatten Muskulatur ist vor allem in Hohlorganen wie dem Darm, der Gebärmutter und den Blutgefäßen zu finden. Die Zellen dieses Typs sind durch kleine Kanäle, sogenannte Gap Junctions, miteinander verbunden. Diese Kanäle ermöglichen es, dass elektrische Signale von einer Zelle zur nächsten fließen. Deshalb werden sie oft von einem einzigen Nervenimpuls gemeinsam aktiviert. Wenn eine Zelle des Single-Unit-Typs stimuliert wird, kontrahiert sie sich. Diese Kontraktion wird dann an die Nachbarzellen weitergegeben, wodurch sich diese ebenfalls kontrahieren. Daher ist er für kontinuierliche Bewegungen verantwortlich, wie z. B.
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Multi-Unit-Typ
Der Multi-Unit-Typ kommt hauptsächlich in den Atemwegen und in den Augenmuskeln vor. Im Gegensatz zum Single-Unit-Typ sind die Zellen hier nicht durch Gap Junctions verbunden, was eine unabhängige Kontraktion der einzelnen Zellen ermöglicht. Dadurch werden die Muskelzellen hier individuell von Nerven versorgt. Die Kontraktion einer Multi-Unit-Zelle hat somit auch keinen Einfluss auf die Nachbarzellen. Aus diesem Grund ist sie für schnelle und gezielte Bewegungen verantwortlich, wie z. B.
Eigenschaften und Funktion der glatten Muskulatur
Anders als die Skelettmuskulatur kannst Du Deine glatte Muskulatur nicht kontrollieren und direkt steuern. Vielmehr sorgt sie im Hintergrund dafür, dass viele lebensnotwendige Abläufe in Deinem Körper ablaufen. Dazu gehören z. B. Deine Verdauung, die Pumpbewegung des Herzens oder auch die typische Gänsehaut.
Steuerung durch das vegetative Nervensystem
Weil Du die Abläufe nicht direkt steuern kannst, übernimmt diese Aufgabe Dein vegetatives Nervensystem. Das vegetative Nervensystem oder auch autonomes Nervensystem steuert die unbewussten Abläufe im Körper. Zum vegetativen Nervensystem gehören der Sympathikus, der Parasympathikus und das enterische Nervensystem.
Das vegetative Nervensystem steuert mit der Ausschüttung von Neurotransmittern wie Adrenalin und Acetylcholin, wie schnell Dein Herz pumpt oder wie schnell Deine Verdauung abläuft. Das heißt, indirekt kannst Du Deine glatte Muskulatur doch beeinflussen.
Besonderheiten der Kontraktion
Die glatte Muskulatur kann sich anders als die Skelettmuskulatur deutlich stärker verkürzen. Während die Verkürzung deutlich mehr Zeit in Anspruch nimmt als bei der Skelettmuskulatur, kann dieser Zustand auch über einen längeren Zeitraum beibehalten werden ohne Ermüdungserscheinungen. Das ganze nennt man auch tonische Dauerkontraktion oder echter Muskeltonus.
Bedeutung des Muskeltonus
Die tonische glatte Muskulatur ist ständig in einem leicht kontrahierten Zustand, den du als „Muskeltonus“ bezeichnest. Sie ist vor allem in den Wänden von Blutgefäßen und in den Atemwegen zu finden. Dieser Muskeltonus ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Gefäßwiderstandes und die Regulation des Blutdrucks. Auch in den Atemwegen sorgt der Tonus der glatten Muskulatur dafür, dass die Luftwege nicht vollständig kollabieren.
Erkrankungen der glatten Muskulatur
Die glatte Muskulatur ist deutlich häufiger von Beeinträchtigungen oder Erkrankungen betroffen als die Skelettmuskulatur oder die Herzmuskulatur. Das liegt mitunter an ihrer schlechten Regenerationsfähigkeit und den damit entstehenden Bindegewebenarben. Dadurch entstehen Fehler an der glatten Muskulatur, die zu Erkrankungen führen können. Zu solchen Krankheiten gehören z. B. die Wehenschwäche der Gebärmutter. In dem Verdauungstrakt oder der Gebärmutter kann es auch zu bösartigen, glatten Muskelzellen kommen, sogenannten Leiomyosarkomen. Diese Tumorart geht immer von der glatten Muskulatur aus, wobei der Anteil an den bösartigen Geschwülsten in der Gebärmutter z. B. nur bei knapp einem Prozent liegt. Allgemein lässt sich sagen, dass Leiomyosarkome an jeder Stelle der glatten Muskulatur vorkommen und entstehen können. Dennoch handelt es sich um eine seltene Erkrankung, die meist mithilfe einer Operation behandelt wird.
Wie beeinflussen Medikamente die glatte Muskulatur?
Medikamente können die glatte Muskulatur auf verschiedene Weise beeinflussen, indem sie entweder die Kontraktion oder die Entspannung der Muskelfasern fördern. Etwa die Hälfte aller Erwachsenen in Deutschland leiden unter arterieller Hypertonie, die damit auch den häufigsten Risikofaktor kardiovaskulärer Ereignisse darstellt. Medikamentös werden häufig sogenannte ACE-Hemmer eingesetzt. Diese greifen in das Renin-Angiotemsin-Aldosteron-System (RAAS) der Niere ein und hemmen die Bildung von Angiotensin II und Aldosteron. Andere Antihypertensiva, die auf die glatte Muskulatur wirken sind zum Beispiel Urapidil oder Clonidin. Clonidin wirkt stimulierend auf alpha-2-Rezeptoren und damit letztendlich aber hemmend auf den Sympathikotonus. Das heißt die Aktivität des sympathischen Systems wird an der Gefäßmuskulatur herabgesetzt, was auch den Gefäßwiderstand und damit den Blutdruck senken soll. Fenoterol aktiviert die beta-2-Rezeptoren auf der glatten Muskulatur der Gebärmutter (Uterus), führt damit zu einer Relaxation des Uterus und kann deshalb unter bestimmten Vorraussetzungen zur Hemmung der Wehen eingesetzt werden.
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