Der Zusammenhang zwischen Muskelaufbau und Nervensystem

Das Nervensystem ist ein hochkomplexes Netzwerk, das aus Abermilliarden von Nervenzellen, den Neuronen, besteht. Allein im Gehirn gibt es davon rund 100 Milliarden. Es steuert körperliche Prozesse, überwacht den Status des Organismus und ermöglicht uns, die Umwelt wahrzunehmen. In Augen, Ohren, Nase, Zunge und Hautsensoren verarbeiten Nervenzellen Sinnesreize und geben die Information an das Gehirn weiter, das Empfindungen wie Wohlgefühl oder Schmerz generiert. Bei Bedarf werden notwendige Reaktionen ausgelöst. Das Nervensystem ist also essenziell für unsere Bewegungen, Reflexe und Stoffwechselprozesse.

Aufbau des Nervensystems

Das Nervensystem lässt sich in zwei Hauptbereiche unterteilen:

• Zentrales Nervensystem (ZNS): Besteht aus den Nerven in Gehirn und Rückenmark. Es liegt geschützt im Schädel und im Wirbelkanal der Wirbelsäule.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Umfasst alle anderen Nervenbahnen im Körper.

Eine weitere Unterscheidung beruht auf den Funktionen des Nervensystems:

• Willkürliches oder somatisches Nervensystem: Lenkt Vorgänge im Körper, die wir bewusst über unseren Willen beeinflussen können, wie Greifen, Laufen, Sprechen oder das Lesen.
• Unwillkürliches, auch autonomes oder vegetatives Nervensystem: Ist für Prozesse verantwortlich, die unabhängig von unserem Willen ablaufen. Es kontrolliert Organfunktionen, die wir nicht bewusst steuern, etwa von Leber oder Darm. Damit steuert es lebenswichtige Körperfunktionen wie Verdauung, Stoffwechsel, Herzschlag und Atmung.

Zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem werden Mitteilungen ausgetauscht. Das vegetative Nervensystem passt körperliche Funktionen entsprechend an - es löst beispielsweise bei voller Blase Harndrang aus, oder führt zur Bildung von Schweiß zur Abkühlung des Körpers bei Hitze.

Sympathikus und Parasympathikus

Das vegetative Nervensystem lässt sich weiter einteilen in das sympathische Nervensystem (Sympathikus) und das parasympathische Nervensystem (Parasympathikus). Sympathikus und Parasympathikus werden oft als Gegenspieler bezeichnet. Einfach ausgedrückt: Das sympathische Nervensystem reguliert die Organfunktionen in Stresssituationen oder bei Aktivität und das parasympathische Nervensystem in Entspannungsphasen. Zum vegetativen Nervensystem zählt außerdem noch das enterische Nervensystem, das Nervensystem des Darms. Es besteht aus einem Nervengeflecht in der Darmwand und reguliert den Darm weitgehend unabhängig.

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Wenn das autonome Nervensystem bestimmte Informationen über den Körperstatus und äußere Bedingungen erhalten hat, reagiert der sympathische Teil mit der Anregung von entsprechenden Körperprozessen - oder der parasympathische mit deren Hemmung: Der Sympathikus erhöht bei Gefahr Herzschlag und Atemtätigkeit und verbessert die Durchblutung - das steigert die körperliche Leistungsfähigkeit, die zur Flucht oder Verteidigung notwendig ist. Gleichzeitig hemmt der Sympathikus Vorgänge wie die Verdauung, die bei Gefahr nicht hilfreich sind. Wenn wir entspannt sind, verlangsamt der Parasympathikus den Herzschlag und beruhigt die Atmung.

Beim Zusammenspiel von Sympathikus und Parasympathikus geht es darum, dass immer diejenigen Körperfunktionen Vorrang erhalten, deren Aktivität in einer jeweiligen Situation am sinnvollsten ist. Die beiden Systeme wirken also nicht unbedingt entgegengesetzt, sondern können sich in manchen Funktionen ergänzen. Sie arbeiten zusammen, um den Körper im Gleichgewicht zu halten. Der Sympathikus übernimmt so lange die Führung, wie es nötig ist, um eine Stresssituation zu meistern. Dann schaltet sich das parasympathische Nervensystem ein und führt den Organismus in den „Normalbetrieb“ zurück.

Sympathische Nervenzellen befinden sich im Rückenmark im mittleren Bereich der Wirbelsäule und die parasympathischen im oberen und unteren Bereich. Von hier gehen Signale an die sogenannten Ganglien aus. Ganglien sind Anhäufungen von Nervenzellkörpern im peripheren Nervensystem. Die Ganglien sind außerdem über Axone mit den inneren Organen verbunden. Die meisten sympathischen Ganglien befinden sich in der Nähe des Rückenmarks. Viele von ihnen verbinden sich zu einem Ganglienstrang, der parallel zum Rückenmark verläuft. Die parasympathischen Nervenzellen werden hingegen erst kurz vor den Zielorganen über Ganglien zusammengeschaltet.

Über die Ganglien sind die Nervenzellen des Sympathikus und Parasympathikus jeweils untereinander sowie mit den einzelnen Organen vernetzt. Um Signale übertragen zu können und die Organe zu verstärkter oder verminderter Aktivität anzuregen, sind chemische Botenstoffe notwendig: sogenannte Neurotransmitter. Die wichtigsten Transmitter bei der Kommunikation von Sympathikus, Parasympathikus und Organen sind Acetylcholin und Noradrenalin. Letzteres wirkt stimulierend und Acetylcholin überwiegend hemmend. Acetylcholin spielt bei der parasympathischen Signalübertragung die Hauptrolle. Es kommt zwar auch bei der Kommunikation in den sympathischen Ganglien zum Einsatz, für die Signalübertragung an die Organe setzen aber die meisten sympathischen Fasern Noradrenalin frei.

Störungen des vegetativen Nervensystems

Eine Störung des vegetativen Nervensystems gefährdet den ordnungsgemäßen Ablauf lebenswichtiger körperlicher Prozesse. Bei Schädigung der Nerven oder des Gehirns kann es daher zu Störungen des vegetativen Nervensystems kommen.

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In vielen Fällen lässt sich bei einer Störung des vegetativen Nervensystems keine konkrete Ursache ausmachen. Mögliche auslösende Krankheiten sind:

• Diabetes mellitus: Ein unbehandelter oder schlecht eingestellter Diabetes mellitus kann das Nervensystem schädigen. Ein Beispiel ist der Blutdruckabfall beim Aufstehen (orthostatische Hypotonie), wenn infolge eines Diabetes Nerven geschädigt sind, die normalerweise beim Stehen einen blutdrucksteigernden Reflex auslösen.
• Verletzungen vor allem in der Nähe des Rückenmarks, bei denen Verbindungen im Nervensystem beschädigt werden können
• Horner-Syndrom, eine Störung des Sympathikusanteils, der unter anderem die Augen nervlich anbindet
• Tumor des Nebennierenmarks (Phäochromozytom), wodurch zu viele Neurotransmitter freigesetzt werden, die zu einer kaum zu senkenden Erhöhung des Blutdrucks führen
• virale oder bakterielle Infektionen
• Multisystematrophie, eine Erkrankung, die viele Systeme betrifft, darunter auch das autonome Nervensystem
• genetisch bedingte oder erworbene Erkrankungen wie Amyloidose

Eine ausgewogene Ernährung unterstützt das Gleichgewicht der Aktivität von Sympathikus und Parasympathikus, übermäßiger Konsum von Alkohol kann Sympathikus und Parasympathikus beeinträchtigen.

Eindeutige Krankheitszeichen bei Problemen mit dem vegetativen Nervensystem gibt es nicht. Liegt eine andere Erkrankung zugrunde, wird diese behandelt. Wenn keine Grunderkrankung ausgemacht werden kann oder diese nicht heilbar ist, konzentriert sich die Behandlung auf die Symptomlinderung, zum Beispiel die Blutdruckstabilisierung bei orthostatischer Hypotonie.

Nervenzellen (Neuronen)

Häufig wird der Begriff „Nerv“ mit Nervenzelle (med.: Neuron) gleichgesetzt. Dies ist allerdings so nicht richtig. Die Nervenzelle ist vielmehr die kleinste Baueinheit unserer Nerven, die als hochspezialisierte Zelle motorische oder sensorische Informationen als elektrische Impulse weiterleitet. Die kürzeren Fortsätze der Nervenzellen, die Dendriten, empfangen wie Antennen Signale von anderen Zellen und leiten sie an den Zellkörper weiter. Von dort aus werden die Signale über eine längere Faser, das sogenannte Axon, an die synaptischen Endknöpfchen geleitet. Diese bilden das Ende des Neurons und übertragen mittels Synapsen das elektrische Signal zur nächsten Nervenzelle oder an eine andere Zelle (z. B. Muskelzelle). Gemeinsam mit seiner Umhüllung aus Gliazellen bildet ein Axon eine Nervenfaser. Gliazellen haben ganz unterschiedliche Aufgaben. Als Myelinschicht isolieren sie beispielsweise das Axon und sorgen so dafür, dass das elektrische Signal schnell und ohne Störung an seinem Zielort ankommen kann. Ein Nerv besteht als nächstgrößte Funktionseinheit des Nervensystems aus vielen einzelnen Nervenfasern, die gebündelt und von Bindegewebe umgeben sind.

Die Nervenzellen sind für die Aufnahme und Weiterleitung von Signalen zuständig. Entlang einer Nervenzelle werden die Signale elektrisch fortgeleitet. Die Geschwindigkeit solcher Signale kann bis zu 360 km pro Stunde erreichen. Die Kontaktstelle zwischen 2 Nervenzellen ist die Synapse. Hier erfolgt die Übertragung des elektrischen Signals von einer Nervenzelle zur nächsten mit Hilfe von Botenstoffen, die auch als Transmitter bezeichnet werden. Gelangt das elektrische Signal zum Axonende einer Nervenzelle, wird dort der jeweilige Botenstoff in den winzigen Spalt zwischen den beiden Zellen ausgeschüttet. Die Funktion von Gehirn und Nervensystem basiert somit nicht nur auf einer Weiterleitung von elektrischen Signale sondern auch biochemischen Prozessen, welche die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen erst ermöglicht.

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Muskeln und ihre Funktion

Muskeln sorgen dafür, dass wir uns bewegen und Kraft ausüben können. Sie ermöglichen die aufrechte Körperhaltung, schützen unsere Organe und produzieren Wärme.

Wer von Muskeln spricht, meint gewöhnlich die quergestreiften Muskeln, die unsere Skelettmuskulatur bilden. Quergestreifte Muskeln ermöglichen es uns, unseren Körper zu bewegen. Sie sind oft mit Sehnen an den Knochen befestigt, deshalb bezeichnet man sie auch als Skelettmuskulatur. Quergestreifte Muskeln machen einen wesentlichen Teil unseres Körpergewichts aus.

Typische Beispiele sind die Arm- und Beinmuskeln. Zur quergestreiften Muskulatur zählen aber auch die Muskeln von Zunge, Kehlkopf und Rachen sowie einige Gesichtsmuskeln und das Zwerchfell. Die quergestreifte Muskulatur können wir bewusst steuern. Den Impuls dafür gibt das zentrale Nervensystem.

Unter einem Mikroskop erkennt man auf den einzelnen Muskelzellen quer verlaufende Streifen, die der Muskulatur ihren Namen gegeben haben. Die quergestreiften Muskelzellen werden aufgrund ihrer fadenartigen Form auch Muskelfasern genannt. Eine einzelne Muskelfaser kann bis zu mehreren Zentimetern lang sein.

Muskeln verrichten ihre Arbeit durch Kontraktion, also indem sie sich zusammenziehen. Die Muskelfasern enthalten kleine „Kraftwerke“, die für die Kontraktionen verantwortlich sind. Ein Skelettmuskel besteht aus dem Muskelbauch und zwei Muskelenden. Ein Skelettmuskel besteht aus vielen Muskelfasern. Von außen umgibt ihn Bindegewebe aus festen Kollagenfasern, die Muskelfaszie. Darunter befindet sich eine weitere festigende Bindegewebsschicht. An den Muskelenden gehen die Fasern aus Bindegewebe in sehniges Material über. Im Inneren des Muskels ist jede einzelne 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. Sie sorgen für zusätzliche Zugfestigkeit und Stabilität.

Körperbewegung entsteht, indem sich Muskeln abwechselnd anspannen und entspannen. Bei Anspannung verkürzt sich der Muskel, er kontrahiert. Dadurch zieht er an der Sehne am Muskelende und damit am Knochen.

Für viele Bewegungen benötigt es mehr als einen Muskel: Bei fließenden Bewegungen arbeiten zwei Muskeln als Spieler und Gegenspieler zusammen. Ein Beispiel: Zum Beugen des Unterarms zieht sich der Bizeps - also der Muskel am vorderen Oberarm - zusammen. Er übernimmt die Funktion des Spielers. Als sein Gegenspieler entspannt sich gleichzeitig der Trizeps am hinteren Oberarm.

Glatte Muskeln finden sich hauptsächlich in den Blutgefäßen, im Haarbalg (der Schicht um die Haarwurzeln), im Harntrakt und im Magen-Darm-Trakt. Sie beeinflussen die Form und die Funktion von Organen. Die glatte Muskulatur können wir nicht steuern - sie funktioniert von allein. Auch in Ruhe sind glatte Muskeln leicht angespannt. Man bezeichnet diesen Zustand als Ruhetonus. Durch Nervensignale, Hormone oder durch die Dehnung des Darms nach dem Essen ziehen sie sich langsam zusammen.

Fast das gesamte Herz besteht aus Muskeln. Diese können wir - ebenso wie die glatte Muskulatur - nicht willentlich steuern. Das Herz schlägt von allein. Die Muskelzellen des Herzens sind wie die Skelettmuskulatur quer gestreift. spezialisierte Muskelzellen, die elektrische Impulse erzeugen. Sie geben damit den Takt vor, in dem das Herz schlagen soll. Muskelzellen, die sich kräftig zusammenziehen, sobald sie einen elektrischen Impuls erhalten. Das spüren wir als Herzschlag.

Die Motorik und das motorische Nervensystem

Die Motorik ist eine grundlegende und zugleich äußerst komplexe Fähigkeit des menschlichen Körpers, denn sie umfasst sowohl einfache Reflexe als auch komplexe, bewusst gesteuerte Handlungen. Hinter jeder einzelnen Bewegung steht ein fein abgestimmtes Zusammenspiel von Nervenzellen, Muskeln sowie verschiedenen Steuerungszentren im Gehirn und im Rückenmark. Dabei bildet das motorische Nervensystem die zentrale Grundlage der Bewegungssteuerung, da es dafür sorgt, dass motorische Signale präzise vom Gehirn zu den Muskeln geleitet und Bewegungen entsprechend koordiniert, angepasst sowie ausgeführt werden können.

Als motorisches Nervensystem bezeichnet man den Teil des zentralen Nervensystems, der die Steuerung und Ausführung von Körperbewegungen ermöglicht. Es überträgt Signale vom zentralen Nervensystem zu den Muskeln und reguliert so bewusste (willkürliche) und unbewusste (automatische) Bewegungen. Das motorische System lässt sich in das zentrale motorische System und das periphere motorische System unterteilen. Im zentralen motorischen System wird über die pyramidale Bahn (Tractus corticospinalis), auch bezeichnet als erstes Motoneuron, ein motorisches Signal vom Motorkortex über das Rückenmark weitergeleitet. Das extrapyramidale System dient der Modulation und Feinabstimmung der Bewegungsabläufe. Zum peripheren motorischen System zählen unter anderem als zweites Motoneuron das α-Motoneuron, die motorische Einheit sowie die motorische Endplatte. Dabei liegen die α-Motoneurone im Vorderhorn des Rückenmarks oder in den motorischen Hirnnervenkernen, wodurch sie die Verbindung zwischen dem zentralen Nervensystem und den Muskeln herstellen. Jede motorische Einheit besteht dabei aus einem α-Motoneuron und allen von ihm innervierten Muskelfasern, sodass eine koordinierte Aktivierung dieser Muskelfasern möglich ist.

Das motorische Nervensystem steuert eine Vielzahl von Bewegungsarten und Bewegungsformen. An der willkürlichen Motorik sind mehr als 50 verschiedene Kerngebiete beteiligt. Die höheren kortikalen Areale wie der prämotorische Kortex, das supplementär-motorische Areal und der präfrontale Kortex übernehmen Planung, Koordination und zeitliche Abfolge der Bewegungen. Der Ablauf erfolgt zunächst durch die initiale Übertragung eines Aktionspotenzials vom Motoneuron zur Muskelfaser an der motorischen Endplatte. Acetylcholin bindet an nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren, wodurch es zur Depolarisation der Muskelmembran kommt. Es folgt eine elektromechanische Kopplung und die Muskelkontraktion setzt ein. Die Kraftabstufung erfolgt durch die Rekrutierung unterschiedlicher motorischer Einheiten.

Es gibt verschiedene Erkrankungen der neuromuskulären Übertragung. Eine davon ist die Myasthenia gravis, bei der Antikörper gegen nikotinische Acetylcholinrezeptoren zu belastungsabhängiger Muskelschwäche führen. Das Botulinumtoxin (Botox), das unter anderem für ästhetische Eingriffe eingesetzt wird, hemmt die Acetylcholin-Freisetzung durch Zerstörung von SNARE-Proteinen. Durch die Hemmung der elektrischen Informationsübertragung zwischen Nerv und Muskel kommt es zu einer Muskellähmung.

Störungen des motorischen Systems können auf verschiedenen Ebenen auftreten und führen zu charakteristischen klinischen Symptomen. Bei neurologischen Schädigungen, die zentral sind, kommt es durch Schädigung des 1. Motoneurons zur Spastik, Hyperreflexie und gesteigertem Muskeltonus.

Zusammenspiel von Muskeln und Nervensystem

Jede unserer Bewegungen - ein unbewusstes Zwinkern mit dem Auge, oder das Steuern eines Autos - hängen vom Funktionieren des Nervensystems ab. Dieses hochkomplizierte Netzwerk von Nervenverbindungen, erstreckt sich durch den ganzen Körper. Es nimmt ständig Informationen auf und leitet Befehle weiter, so dass Muskeln, und Organe in Aktion treten können.

Die Innervation, so bezeichnet man die Versorgung von Geweben und Organen durch einen Nerv, erfolgt dabei nach zwei unterschiedlichen Prinzipien: der peripheren Innervation und der segmentalen Innervation. Bei der peripheren Innervation werden Körperbereiche oder Muskeln von einem peripheren Nerv versorgt, dessen Fasern aus unterschiedlichen Rückenmarkssegmenten stammen.

Je nachdem, in welche Richtung die Übertragung der Nervensignale erfolgt und welchem Nervensystem die Nerven zugeordnet werden, differenziert die Neurobiologie zudem zwischen efferenten bzw. afferenten Fasern sowie somatischen bzw. vegetativen Fasern. Zudem tragen beide Nerventypen zum somatischen und vegetativen Nervensystem bei. Efferente Nerven senden Signale vom zentralen Nervensystem an das periphere Nervensystem bzw. zu den Organen, Muskeln und Drüsen. Afferente Nerven hingegen leiten eine Information aus der Peripherie, also von Organen wie der Haut, Sinnesorgane und Eingeweide, an das zentrale Nervensystem weiter. Das heißt, afferente Fasern teilen dem Gehirn mit, was wir hören, fühlen oder sehen. Nerven des somatischen Nervensystems steuern unsere bewusste Wahrnehmung und willkürliche Bewegungen durch die Skelettmuskulatur. Sie helfen uns also Sinneseindrücke zu verarbeiten und zielgerichtet in Bewegungsabläufe umzusetzen. Sehen unsere Augen beispielsweise ein Hindernis, wird diese Information an das Gehirn geleitet, dort verarbeitet und anschließend über efferente Nerven an unsere Beinmuskulatur mit dem Befehl „Fuß anheben“ weitergegeben. Über die Arbeit der Nerven im vegetativen Nervensystem haben wir keinerlei willentliche Kontrolle. Sie kontrollieren unbewusst lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Verdauung und Stoffwechsel. Durch die Nerven des Sympathikus (sympathisches Nervensystem) werden vorwiegend Funktionen ausgelöst, die den Körper infolge eines Stressauslösers von außen in erhöhte Leistungsbereitschaft versetzen (sogenannter „Fight or flight“ Modus). Der Parasympathikus (parasympathisches Nervensystem) wiederum dämpft diese Reaktionen und reguliert die Organfunktionen in Ruhe- und Erholungsphasen („rest and digest“). Dabei stimulieren parasympathische Fasern u. a.

Erkrankungen des Muskelgewebes

• Polymyositis: entzündliche Autoimmunmyopathie, die durch T-Zell-vermittelte Muskelverletzungen verursacht wird. Die Ätiologie ist unklar, es gibt jedoch mehrere genetische und umweltbedingte Assoziationen. Polymyositis wird am häufigsten bei Frauen* mittleren Alters beobachtet und betrifft selten Kinder. Die klinische Präsentation erfolgt mit progressiver, symmetrischer proximaler Muskelschwäche und konstitutionellen Symptomen. Komplikationen können durch eine Beteiligung der Atemwege, des Herzens oder des Magen-Darm-Trakts entstehen.
• Rhabdomyolyse: gekennzeichnet durch Muskelnekrose und die Freisetzung von toxischen intrazellulären Inhalten, insbesondere Myoglobin, in den Kreislauf. Rhabdomyolyse kann aus Traumata oder direkten Muskelverletzungen resultieren; jedoch können auch nichtanstrengende und nichttraumatische Ursachen (z.B. Hitzschlag, Immobilisierung, Nebenwirkungen von Medikamenten) zum Muskelabbau führen. Die klassische Symptomtrias umfasst Myalgie, Schwäche und teefarbener Urin, die Klinik kann jedoch auch unspezifisch sein.
• Kompartmentsyndrom: Zustand, der auftritt, wenn ein erhöhter Druck in einem geschlossenen Muskelkompartiment den Druck übersteigt, der zur Perfusion des Kompartiments erforderlich ist, was zu einer Muskel- und Nervenischämie führt.
• Myasthenia gravis: Autoimmunerkrankung, die durch Antikörper gegen postsynaptische Acetylcholinrezeptoren an der neuromuskulären Verbindung verursacht wird. Die Erkrankung kann Augen-, Bulbus-, Extremitäten- und Atemmuskulatur betreffen und zu Schwäche und Müdigkeit führen, die im Tagesverlauf schwanken.
• Duchenne-Muskeldystrophie (DMD): X-chromosomal-rezessive genetische Störung, die durch eine Variante im DMD -Gen verursacht wird. Diese Variante führt zur Produktion von abnormalem Dystrophin, was zur Zerstörung der Muskelfasern und zum Ersatz durch Fett- oder Fasergewebe führt.
• Kardiomyopathien: Gruppe von Herzmuskelerkrankungen, die mit strukturellen Veränderungen der Herzmuskulatur (Myokard) und einer beeinträchtigten systolischen und/oder diastolischen Funktion einhergehen, wenn keine anderen Herzerkrankungen (wie koronare Herzkrankheit oder Bluthochdruck) vorliegen. Die Liste der Ursachen ist umfangreich und reicht von familiären Störungen über Grunderkrankungen bis hin zu Infektionen. Synkope. Einige Personen können asymptomatisch sein und/oder an einem plötzlichen Herztod leiden.
• Uterusleiomyom und Leiomyosarkome: Uterusleiomyome (oder Uterusmyome) sind gutartige Tumoren, die aus glatten Muskelzellen im Uterusmyometrium entstehen. Leiomyosarkome sind bösartige Tumoren, die de novo (nicht aus Myomen) entstehen. Beide Zustände treten mit abnormalen Blutungen, Unterleibsschmerzen und/oder Massensymptomen auf. Ultraschall (Sonographie) des Beckens als echoarme, gut umschriebene, runde Raumforderungen identifiziert.

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