Muskeln sind essenziell für nahezu alle Körperfunktionen, von der Bewegung bis hin zu lebenswichtigen Prozessen wie Atmung und Herzschlag. Sie sorgen dafür, dass wir uns bewegen und Kraft ausüben können. Sie ermöglichen die aufrechte Körperhaltung, schützen unsere Organe und produzieren Wärme. Beinahe die Hälfte der Gesamtkörpermasse besteht aus Muskeln (ca. 45%). Der Mensch verfügt ca. über 650 Muskeln. Muskeln wandeln chemisch gebundene Energie (ATP) in Bewegungsenergie um. Im Ruhezustand des Körpers verbrauchen die Muskeln nur ca. 20% Energie, bei Höchstleistungen bis zu 90% der Gesamtenergie.
Die verschiedenen Muskeltypen
Wer von Muskeln spricht, meint gewöhnlich die quergestreiften Muskeln, die unsere Skelettmuskulatur bilden. Die Medizin unterscheidet drei Muskelarten:
- die Skelettmuskulatur
- die Herzmuskulatur
- die glatte Muskulatur
Quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur)
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. Die Skelettmuskeln sind für alle unsere Körperbewegungen verantwortlich. Muskeln beziehungsweise Muskelgruppen sind von einer Hülle aus Bindegewebe, der sogenannte Faszie umgeben. Ein einzelner Skelettmuskel besteht aus vielen Muskelfaserbündeln, die wiederum aus einzelnen Muskelfasern zusammengesetzt sind. Die Muskelfasern werden auch als Muskelzellen bezeichnet, sind aber mehrkernig, also eigentlich aus mehreren Myozyten zusammengesetzt. Eine einzelne Muskelfaser enthält viele Myofibrillen. Zwischen ihnen liegen die Zellkerne und -organe. Die Myofibrillen wiederum sind eine Aneinanderreihung von sogenannten Sarkomeren. Das Sarkomer ist die kleinste Einheit des Muskels, die sich zusammenziehen kann. In der quergestreiften Muskulatur gibt es sowohl Muskeln mit viel ST- als auch wenig FT-Muskelfasern (ST => Slow Twitch, FT => Fast Twitch), bzw. umgekehrt. Je nach Verhältnis sind quergestreifte Muskeln mehr oder weniger ausdauernd und schnell. Trainierte Sprinter z.B.
Glatte Muskulatur
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. Die glatte Muskulatur existiert im Darm, in der Blase, in der Gebärmutter, in den Wänden der Arterien, etc. Sie wird oft auch Eingeweidemuskulatur genannt. Die glatte Muskulatur ist also in allen inneren Organen, die vom vegetativem Nervensystem gesteuert werden, zu finden.
Herzmuskulatur
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. Das Herz ist ein eigener Muskeltypen, da es pausenlos arbeitet und nicht ermüdet. Des Weiteren lässt sich das Herz nicht willentlich beeinflussen, weil es durch das vegetative Nervensystem gesteuert wird. Die Hauptaufgabe des Herzens, ist das Pumpen des Bluts durch den Organismus. Dies dient der Aufrechterhaltung der Organfunktion.
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Aufbau eines Skelettmuskels
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.
Muskelkontraktion
Muskeln verrichten ihre Arbeit durch Kontraktion, also indem sie sich zusammenziehen. Die Muskelfasern enthalten kleine „Kraftwerke“, die für die Kontraktionen verantwortlich sind. 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. Jeder Muskel kann nur kontrahieren (d.h.
Energieversorgung der Muskelzellen
Da die Muskelzellen sich ständig zusammenziehen, benötigen sie viel Energie. Kreatinphosphat. Dadurch können sie eine neue Phosphatgruppe auf Adenosindiphosphat (ADP) übertragen. ) gewonnen. Beim Abbau von Glucose sprichst du von der Glykolyse. Sie ist wichtig, um unserem Körper Energie zu liefern.
Muskelspindeln und ihre Funktion
Muskelspindeln werden als Dehnungsrezeptoren bezeichnet und sind komplexe Sinnesrezeptoren im Skelettmuskel. Über afferente Nervenfasern leiten sie Längeninformationen an das zentrale Nervensystem weiter. Diese Informationen können vom Gehirn als Propriozeption verarbeitet werden. Muskelspindeln sind Mechanorezeptoren, die spezialisierte Muskelfasern enthalten, die sogenannten intrafusalen Fasern, die von einer Bindegewebshülle umschlossen sind. Die Muskelspindeln sind noch komplexer, weil sie von γ-motorischen Neuronen innerviert werden. Wenn die primären Nervenenden durch die Verlängerung des Muskels erregt werden, leiten sie einen Erregungsimpuls an das Rückenmark weiter. Wenn das aktive Gamma-Motorneuron Acetylcholin freisetzt, kontrahieren die Endabschnitte der intrafusalen Muskelfasern und verlängern so die nicht kontraktilen zentralen Abschnitte. Dadurch werden die dehnungsempfindlichen Ionenkanäle der sensorischen Endigungen geöffnet, was zu einem Einstrom von Natriumionen führt.
Fusimotorische Kontrolle
Wie steuert das zentrale Nervensystem die fusimotorischen Neuronen der Gamma-Muskulatur? Es war schwierig, die Gamma-Motorneuronen während normaler Bewegungen aufzuzeichnen, weil sie sehr kleine Axone haben.
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- Fusimotorischer Satz: Gammamotorische Neuronen werden in Abhängigkeit von der Neuheit oder Schwierigkeit einer Aufgabe aktiviert.
- Fusimotorische Vorlage der beabsichtigten Bewegung: Die statische Gamma-Aktivität dient als "zeitliche Vorlage" für die erwartete Verkürzung und Verlängerung des rezeptortragenden Muskels.
- Zielgerichtete vorbereitende Kontrolle: Die dynamische Gamma-Aktivität wird während der Bewegungsvorbereitung proaktiv angepasst, um die Ausführung der geplanten Handlung zu erleichtern. Wenn beispielsweise die geplante Bewegungsrichtung mit einer Dehnung des spindeltragenden Muskels verbunden ist, werden die Ia-Afferenzen und die Dehnungsreflexempfindlichkeit dieses Muskels reduziert.
Muskelspindeln spielen eine wichtige Rolle bei der Haltungskontrolle und der Regulierung von Bewegungen.
Die motorische Einheit
Die motorische Einheit stellt die kleinste funktionelle Einheit des neuromuskulären Systems dar und spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Koordination von Muskelkontraktionen. Durch das präzise Zusammenspiel zwischen Nervensystem und Muskelfasern ermöglicht sie ein breites Spektrum an Bewegungen - von schnellen und kraftvollen bis hin zu langsamen und fein abgestimmten. Sie ist somit sowohl für präzise, feinmotorische Tätigkeiten als auch für grobe, kraftintensive Bewegungen von grundlegender Bedeutung. Ein zentrales Element dabei sind die Rekrutierungsprozesse, die eine effiziente und situationsgerechte Muskelaktivierung sicherstellen. Als motorische Einheit bezeichnet man die Summe aller Muskelfasern, die von einem Alpha-Motoneuron innerviert werden. Eine motorische Einheit besteht aus einem Motoneuron und den von ihr innervierten Muskelfasern. Durch das Motoneuron gelangen Signale vom zentralen Nervensystem zu den Muskelfasern, wodurch letztendlich die Muskelfasern zu einer Kontraktion angeregt werden. Die Kontraktion erfolgt durch ein Aktionspotenzial im versorgenden Neuron.
Anzahl der Muskelfasern
Die Anzahl der Muskelfasern, die von einem einzelnen Motoneuron innerviert werden, kann stark variieren. In Muskeln, die präzise Bewegungen ausführen, wie den Augenmuskeln, kontrolliert ein Motoneuron wenige Fasern. Die Muskelfasern einer motorischen Einheit kontrahieren immer einheitlich. Alle Fasern innerhalb einer Einheit haben denselben Fasertyp. Dadurch ist der Muskel in der Lage langsame, ausdauernde oder schnelle, kraftvolle Bewegungen auszuführen. Bei geringer Kraftanforderung werden zuerst kleine motorische Einheiten aktiviert, die langsame Typ-I-Muskelfasern enthalten. Diese Einheiten sind energieeffizient und für lange, ausdauernde Aktivitäten geeignet, beispielsweise beim Gehen oder Halten einer aufrechten Haltung. Die motorische Einheit bewirkt eine gemeinsame und koordinierte Kontraktion von einheitlichen Muskelfasern. Zudem kommt es anhand der Rekrutierung von unterschiedlich vielen motorischen Einheiten zu einer Abstufung der Muskelkraft. Rekrutierung beschreibt also das Ermöglichen einer Abstufung der Muskelkraft, indem Neurone mehr oder weniger motorische Einheiten aktivieren. Die motorische Einheit ist somit entscheidend für alle Bewegungen des Körpers, ob Feinmotorik wie beim Schreiben oder kraftvolle Aktionen wie Springen. Muskeln wie im Finger oder Auge, die eine feine Abstimmung durchführen müssen besitzen motorische Einheiten mit nur wenigen Muskelfasern, wodurch präzise Ausführungen ermöglicht werden.
Rekrutierungsprozess
Die Rekrutierung ist die gestaffelte Aktivierung der motorischen Einheiten, abhängig von der benötigten Muskelkraft. Kleine motorische Einheiten mit langsamen, ausdauernden Muskelfasern werden zuerst aktiviert, darauf folgend werden die größeren Einheiten mit schnellen, kraftvollen Fasern aktiviert, wenn mehr Kraft benötigt wird.
Typ-I- und Typ-II-Muskelfasern
Bei den Typ-I-Muskelfasern handelt es sich um langsam kontrahierende Fasern, die ausdauernd arbeiten und für längere Aktivitäten wie Gehen oder Haltung wichtig sind. Bei den Typ-II-Muskelfasern handelt es sich um sich schnell kontrahierende Fasern, die mehr Kraft erzeugen, dafür aber schneller ermüden und für schnellere Bewegungen wie Sprinten oder Heben schwerer Lasten verwendet werden.
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Training und Anpassung
Bei regelmäßigem Training können sich die motorischen Einheiten anpassen. Durch Krafttraining kommt es zu einer Hypertrophie der Muskelfasern und die Rekrutierung der motorischen Einheiten wird verbessert. Dies ist der Grund, warum trainierte Menschen mehr Kraft erzeugen können. Durch Training können motorische Einheiten effizienter genutzt werden. Kraftsportler verbessern ihre Fähigkeit, größere motorische Einheiten schneller zu rekrutieren. Dies ermöglicht eine höhere Kraftentwicklung.
Klinische Bedeutung
Durch Schädigungen der Einzelkomponenten der motorischen Einheit, kann es zu klinischen Bildern kommen, beispielsweise die aymotrophe Lateralsklerose (ALS). Hier wird ein Motoneuron zerstört, was zu Muskelschwäche und Muskelatrophie führt. Ein weiteres Beispiel ist die spinale Muskelatrophie oder die Myasthenia gravis. Hier sind motorische Einheiten ebenfalls betroffen, wodurch die motorische Steuerung und die Muskelkraft beeinträchtigt sind. Insgesamt kommt es je nach Ort der Läsion zu verschiedenen Einschränkungen.
Muskeln der Hand
Die Innervation der Hand erfolgt hauptsächlich über N. medianus und N. ulnaris, wobei der N. Thenarmuskulatur (außer M. Laterale 2 Mm. N. Verbleibende Muskeln, außer denen, die vom N. Palmarer Teil des Daumens, 2.-3. Finger und radiale Seite des 4. Dorsalseite der distalen Phalangen des Daumens, des 2.-3. Fingers und der radialen Seite des 4. N. Palmarer und dorsaler Teil des 5. Fingers und ulnare Seite des 4. Autonome sensorische Innervationszone: Spitze des 5. N. Dorsalseite des Daumens, 2.-3. Finger und radiale Seite des 4.
Thenarmuskulatur
- M. abductor pollicis brevis
- M. flexor pollicis brevis
- M. opponens pollicis
- M. adductor pollicis
Hypothenarmuskulatur
- M. palmaris brevis
- M. abductor digiti minimi
- M. flexor digiti minimi brevis
- M. opponens digiti minimi
Interossei
- Mm. interossei dorsales I bis IV
- Mm interossei palmares I bis III
Lumbricales
- Mm. lumbricales I und II (laterale Seite der Hand)
- Mm. lumbricales III und IV (mediale Seite der Hand)
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