Muskeln sind essenziell für Bewegung, Kraftausübung, aufrechte Körperhaltung, Organschutz und Wärmeproduktion. Dieser Artikel beleuchtet den komplexen Zusammenhang zwischen Muskeln, Nerven und den Belastungen durch Arbeit, um ein umfassendes Verständnis für die Funktionsweise des menschlichen Körpers und die Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE) zu schaffen.
Die verschiedenen Arten von Muskeln
Es gibt drei Haupttypen von Muskeln im menschlichen Körper:
- Quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur): Diese Muskeln ermöglichen bewusste Bewegungen. Sie sind über Sehnen an den Knochen befestigt und machen einen wesentlichen Teil des Körpergewichts aus. Beispiele sind Arm- und Beinmuskeln, aber auch Muskeln von Zunge, Kehlkopf, Rachen, einige Gesichtsmuskeln und das Zwerchfell. Unter dem Mikroskop sind quer verlaufende Streifen auf den einzelnen Muskelzellen erkennbar, daher der Name. Die Steuerung erfolgt durch Impulse des zentralen Nervensystems.
- Glatte Muskulatur: Diese findet sich hauptsächlich in Blutgefäßen, Haarbalg, Harntrakt und Magen-Darm-Trakt. Sie beeinflusst die Form und Funktion von Organen und funktioniert unwillkürlich. Auch in Ruhe ist sie leicht angespannt (Ruhetonus).
- Herzmuskulatur: Diese spezielle Muskelart bildet fast das gesamte Herz und ist ebenfalls unwillkürlich. Die Muskelzellen sind wie die Skelettmuskulatur quer gestreift. Spezialisierte Zellen erzeugen elektrische Impulse, die den Herzschlag steuern.
Wie Muskeln arbeiten: Kontraktion und Zusammenspiel
Muskeln verrichten ihre Arbeit durch Kontraktion, also Zusammenziehen. Die Muskelfasern enthalten kleine "Kraftwerke", die für die Kontraktionen verantwortlich sind. Ein Skelettmuskel besteht aus Muskelbauch und zwei Muskelenden. Von außen ist er von Bindegewebe (Muskelfaszie) umgeben. Im Inneren ist jede Muskelfaser von lockerem Bindegewebe umhüllt. Mehrere Muskelfasern sind durch festeres Bindegewebe zu Bündeln gruppiert. Das Bindegewebe ist von Blutgefäßen und Nerven durchzogen, die die Muskelfasern versorgen und zur Arbeit anregen.
Körperbewegung entsteht durch das abwechselnde Anspannen und Entspannen von Muskeln. Bei Anspannung verkürzt sich der Muskel (Kontraktion) und zieht an der Sehne am Muskelende und damit am Knochen. Für viele Bewegungen arbeiten zwei Muskeln als Spieler und Gegenspieler zusammen. Zum Beispiel beugt der Bizeps den Unterarm, während sich der Trizeps entspannt.
Muskel-Skelett-Belastungen bei der Arbeit
Muskel-Skelett-Belastungen (MSB) sind Bestandteil jeder Arbeitstätigkeit. Ein gesundes Maß an MSB ist durch Bewegung notwendig. Zu geringe, einseitige, andauernde oder zu hohe Belastungen können dem Körper auf Dauer schaden und zu Erkrankungen führen. Etwa jeder vierte Krankheitstag ist mit Diagnosen des Muskel-Skelett-Systems begründet.
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In der betrieblichen Gefährdungsbeurteilung sind die Muskel-Skelett-Belastungen zu betrachten. Dazu können Checklisten (BAuA oder DGUV) in Verbindung mit den Leitmerkmalmethoden verwendet werden. Bei wesentlich erhöhten physischen Belastungen nach AMR 13.2 ist arbeitsmedizinische Vorsorge zu organisieren und deren Erkenntnisse zu berücksichtigen. Die Arbeitsbedingungen sind so zu gestalten, dass Gefährdungen durch MSB vermieden bzw. minimiert werden.
Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz
- Heben und Tragen: Das Heben und Tragen (bis 10 m) von Lastgewichten (ab 3 kg) belastet besonders den Rücken. Der untere Rücken trägt dabei die Gesamtlast von Oberkörper und Last.
- Anstrengende Körperhaltungen: Arbeiten mit vorgeneigtem und weit vorgebeugtem Oberkörper können zu einer starken statischen Überbeanspruchung der Haltungsmuskulatur des Rückens führen. Arbeiten mit den Händen über Schulterniveau und Überkopfarbeiten führen zu hohen muskulären Beanspruchungen der Schulter-, Arm- sowie der oberen Rückenmuskulatur. Arbeiten im Knien können einseitig oder beidseitig mit oder ohne Abstützung des Oberkörpers durch die Hände ausgeführt werden und das Risiko einer Fehlbeanspruchung steigern.
- Aufbringen von hohen Kräften: Beim Bearbeiten großer Werkstücke, der Benutzung schwerer Werkzeuge oder der Bedienung von großen Stellteilen mit überwiegend stationärer Kraftausübung sind die erforderlichen Kräfte oft so hoch, dass diese Tätigkeit üblicherweise nicht mehr im Sitzen ausgeübt werden kann.
- Ganzkörperkräfte: Bei der Ausübung von Tätigkeiten mit erhöhten Ganzkörperkräften wird der ganze Körper und große Muskelgruppen belastet.
Wegen der Diversität (Unterschiedlichkeit) der Menschen ist eine Angabe von maximalen Lastgewichten nicht sinnvoll. Es gibt spezielle Grenzlastverfahren, wie z.B. von NIOSH oder REFA, die maximale Lastgewichte bestimmen lassen. Diese Verfahren berücksichtigen Tätigkeitsmerkmale, Häufigkeiten, Hubwege etc. und liefern Werte für die betriebliche Nutzung. Im Mutterschutzgesetz und in der Kinderarbeitsschutzverordnung hingegen sind konkrete Werte (5 kg, 7,5 kg und 10 kg) aufgeführt.
Ergonomische Arbeitsplatzgestaltung
Das Arbeitsschutz-Regelwerk verpflichtet den Arbeitgeber nicht, jeden Bildschirmarbeitsplatz mit höhenverstellbaren Tischen auszustatten. Höhenverstellbarkeit ist ergonomisch sinnvoll (vgl. DGUV-Information 215-410: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze). Bei Arbeitstischen mit einer höhenverstellbaren Arbeitsfläche ist eine gute Anpassung an unterschiedlich große Menschen möglich. Höhenverstellbare Arbeitsflächen, die sich sowohl im Sitzen als auch im Stehen nutzen lassen, wirken sich günstig auf den Bewegungsapparat des Menschen aus, wenn durch die Bereitschaft zur Nutzung der Höhenverstellung die Sitz-Steh-Dynamik gefördert wird.
§81 SGB IX regelt die Pflichten des Arbeitgebers und die Rechte schwerbehinderter Menschen. Absatz 4 Satz 5 besagt, dass schwerbehinderte Menschen gegenüber ihren Arbeitgebern Anspruch auf Ausstattung ihres Arbeitsplatzes mit den erforderlichen technischen Arbeitshilfen haben.
Die BGHM leistet für ergonomische Arbeitsmittel nur im Versicherungsfall (Arbeitsunfall, Berufskrankheit) bzw. bei bestehender Gefahr, dass eine Berufskrankheit entsteht (§3 BKV).
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Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE): Ursachen, Symptome und Prävention
Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE) sind der häufigste Grund für Krankschreibungen in Deutschland. Vier von fünf Deutschen erleben im Laufe ihres Arbeitslebens diverse Beschwerden, die auf MSE zurückzuführen sind. Dazu zählen Schädigungen der Muskeln, Gelenke, Sehnen, Bänder, Knochen und Nerven, die durch kontinuierliche Überbelastungen, strapazierende Bewegungen oder mangelnde Arbeitsschutzkleidung hervorgerufen werden können. Betroffene erleben Schmerzen, Verspannungen oder Deformierungen. Diese Beschwerden können kurzzeitig sein, in einigen Fällen aber auch bis hin zur Arbeitsunfähigkeit führen.
Ursachen von MSE
MSE entstehen durch wiederholte Belastungen, ungünstige Arbeitshaltungen, körperliche Überlastung und andere zusätzliche Faktoren wie mangelnde Arbeitsschutzkleidung, die im Zusammenhang mit der Arbeit auftreten können. Das tägliche Tragen schwerer Lasten beispielsweise kann zu Rückenschmerzen oder sogar einem Bandscheibenvorfall führen. Auch wiederholte oder sehr einseitige Belastungen und lang andauernde statische Haltungen können Muskel-Skelett-Erkrankungen begünstigen. Zudem kann das Arbeiten mit vibrationsintensiven Geräten, extreme Temperaturen und das Verwenden von unangemessenen oder nicht einstellbaren Geräten oder Arbeitsmöbeln dazu führen, dass Muskeln, Gelenke und Nerven besonders stark und kontinuierlich strapaziert werden.
Einige Berufsgruppen, die physisch besonders herausfordernd sind, sind besonders gefährdet, an der einen oder anderen Art von MSE zu erkranken. Vor allem Arbeitende in Landwirtschaft, Bau, Handwerk, Pflege, Gastronomie und Dateneingabe sind davon betroffen.
Prävention von MSE: 10 wirkungsvolle Tipps
Um sich effektiv vor solchen Langzeitbeschwerden zu schützen, gibt es verschiedene Präventionsmaßnahmen:
- Die richtige Arbeitskleidung: Ein gutes Schuhwerk, Kniepolster oder Stützgurte spielen eine essenzielle Rolle bei der Prävention von MSE. Sie können effektiv Belastungen reduzieren und Verletzungen verhindern.
- Arbeitsumfeld abstimmen: Fehlende ergonomische Unterstützung am Arbeitsplatz oder in der Freizeit kann zu muskulären Ungleichgewichten und Schmerzen führen. Vor allem bei langem Sitzen ist es daher wichtig, einen richtig eingestellten Arbeitsplatz zu pflegen.
- Richtige Körperhaltung: Besonders bei sehr statischen Tätigkeiten sollten Sie auf eine richtige Körperhaltung achten. Halten Sie Ihren Rücken möglichst gerade und lassen Sie Ihre Gelenke wann immer möglich in neutraler Position.
- Richtige Arbeitstechnik: Vor allem bei Tätigkeiten, die körperliche Belastungen voraussetzen, ist es wichtig, auf die richtige Arbeitsweise und schonende Bewegungsabläufe zu achten.
- Hilfreiches Zubehör: Um Hände, Nacken und auch Ohren und Augen zu entlasten und Ihnen Flexibilität und Bewegungsfreiheit zu garantieren, kann es sich daher lohnen, sich geeignetes Zubehör für den Arbeitsalltag anzuschaffen.
- Pausen einhalten: Planen Sie immer wieder eine kurze Pause ein, um Steifheit und Verspannung vorzubeugen.
- Dehnen, Bewegen, Aufwärmen: Bewegungsvielfalt ist gesund! Integrieren Sie außerdem regelmäßige Bewegungen in Ihren Arbeitsalltag und wechseln Sie gelegentlich Positionen, um Steifheit zu vermeiden.
- Die eigenen Grenzen (er)kennen: Es ist überaus wichtig, dass Sie Ihre eigenen körperlichen und geistigen Grenzen erkennen und wenn nötig Pausen oder Auszeiten einlegen, um sich zu schonen.
- Stressmanagement: Eine gute seelische Verfassung ist genauso wichtig wie richtige Körperhaltung und Bewegung. Integrieren Sie gesunde Bewältigungsstrategien in Ihren Alltag, um Muskelverspannungen, Kopf- oder Nackenschmerzen zu vermeiden.
- Gesunder Lebensstil: Ein gesundheitsbewusster Alltag ist eine gute Strategie zur Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen. Dazu gehören, dass Sie auf eine ausgewogene Ernährung achten, die auf Ihre individuellen Bedürfnisse abgestimmt ist.
Arbeitsmedizinische Regel (AMR) 13.2
Im deutschsprachigen Raum wird die Arbeitsmedizinische Regel (AMR) 13.2 als wesentlicher Maßstab zur Beurteilung arbeitsplatzbezogener Risiken körperlicher Belastung angeführt. Im Zuge neuer arbeitswissenschaftlicher und arbeitsmedizinischer Erkenntnisse durch das multizentrische und mehrjährige MEGAPHYS-Projekt (mehrstufige Gefährdungsanalyse physischer Belastungen am Arbeitsplatz) erfolgte die Neufassung der AMR 13.2 im Februar 2022.
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Methoden zur Risikobeurteilung
Es gibt unterschiedliche Methoden, um arbeitsplatzbezogene Risikofaktoren für MSE zu bestimmen. Im Allgemeinen lassen sich Verfahren zur Bestimmung arbeitsplatzbezogener Risikofaktoren in drei Kategorien einteilen: subjektive Beurteilung, Beobachtungsverfahren und messtechnische Verfahren.
Das multizentrische MEGAPYHS-Projekt unter der Leitung von BAuA und der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) vereint verschiedene Methoden zur Schätzung des Risikos für gesundheitliche Beeinträchtigung in einem Konzept. Hierzu wurden Gefährdungsbeurteilungsmethoden mit verschiedenen Detaillierungsgraden neu- und weiterentwickelt, validiert und aufeinander abgestimmt. Daraus ergeben sich folgende Methodenebenen: Grobscreening, spezielles Screening, Expertenscreening, Messtechnische Analysen und Labormessung/Simulation.
Die Rolle von mTORC1 bei Muskelverletzungen
Nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte, der Verbindung zwischen Nerven- und Muskelfaser, übernimmt der Proteinkomplex mTORC1 eine wichtige Funktion bei der Heilung. Forschende haben gezeigt, dass die Aktivierung des Proteinkomplexes mTORC1 ausgewogen sein muss, damit die Reparatur gelingt.
Die neuromuskuläre Endplatte
In unserem Körper sind Nerven und Muskeln durch neuromuskuläre Kontaktstellen miteinander verbunden, der sogenannten neuromuskulären Endplatte. Dies ist eine Synapse, die Signale zwischen Nervenfasern und Muskelfasern überträgt. Wird diese Nervenverbindung unterbrochen oder verletzt, ist der Muskel in seiner Funktion eingeschränkt und geschwächt. Das Besondere an diesen Synapsen ist jedoch, dass sie wieder repariert werden können.
Die Funktion von mTORC1
Für die Funktion von mTORC1 im Muskel war bislang lediglich nachgewiesen, welche Rolle der Proteinkomplex für die Förderung des Muskelwachstums und die Selbstreinigung der Zellen übernimmt. Damit mTORC1 seine Funktion ausüben und auf den Muskel und die Regeneration der Nervenverletzung einwirken kann, muss es zuvor von der Proteinkinase PKB/Akt aktiviert werden.
Darüber hinaus zeigt eine Studie, dass der Proteinkomplex mTORC1 weder zu stark, noch in zu geringem Masse aktiviert werden darf, damit die Regeneration der Synapse gelingt. Dabei zeigte sich zudem eine Rückkopplung mit der Kinase PKB/Akt: «Wird mTORC1 zu stark aktiviert, kommt es zu einer Hemmung dieser Kinase. Dies führt dazu, dass die Regeneration der neuromuskulären Endplatte gestört ist.
Die neu beschriebene Funktion von mTORC1 könnte auch eine Erklärung für die Entstehung der altersbedingten Muskelschwäche beim Menschen liefern. Diese wird ebenfalls durch eine sich ändernde neuromuskuläre Endplatte und möglicherweise durch eine Überaktivierung von mTORC1 ausgelöst.
Muskelaktivität und Herz-Kreislauf-System
Während des Trainings steigt der Stoffwechselbedarf des Körpers und Veränderungen im respiratorischen und kardiovaskulären System sind erforderlich, um eine Versorgung mit Sauerstoff und um eine ausreichende Perfusion aufrechtzuerhalten.
Muskelphysiologie und Durchblutung
Während der Kontraktion komprimieren die Muskeln die Blutgefäße, was den Blutfluss durch die Arterien verringert. Sobald die Kontraktion endet, verursachen vasoaktive Metaboliten eine signifikante Vasodilatation, was zu einer erhöhten Durchblutung des Muskels führt, die als aktive Hyperämie bekannt ist.
Herzphysiologie und Muskelpumpe
Die Muskelpumpe ist ein wichtiger Mechanismus, der den venösen Rückfluss zum Herzen unterstützt. Wenn sich die Skelettmuskulatur, die eine Vene umgibt, kontrahiert, wird das Gefäß komprimiert und zwingt das Blut, weiter in Richtung des Herzens zu fließen. Die Venenklappen verhindern den Rückfluss und sorgen dafür, dass das Blut nur in eine Richtung fließt.
Training führt zu Anpassungen in der Herzphysiologie, des Schlagvolumens, des Herzzeitvolumens und des systolischen Blutdrucks, hauptsächlich über die sympathische Stimulation. Die Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur wird ebenfalls beeinflusst, was zu einer Abnahme des systemischen Gefäßwiderstands führt.
Leistungsdiagnostik
Die Leistungsdiagnostik stellt einen zentralen Bestandteil der Sportmedizin dar, um den Trainingszustand einer Person zu quantifizieren und nachzuverfolgen. Ein Körper, der Leistung erbringt, ist auf einen stetigen Nachschub an Energie angewiesen, die vor allem in den Muskeln benötigt wird.
Die maximale Belastung, unter der der Körper eine Tätigkeit ohne zunehmende Ermüdung der Muskulatur und im stabilen Gleichgewicht des respiratorischen und kardiovaskulären Systems aufrechterhalten kann (i.d.R. O2-Verbrauch von ca. 2 l/min), ist ein wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit. Während des Trainings verändert sich auch die Volumenstromstärke in verschiedenen Organen.