Das reibungslose Funktionieren des menschlichen Körpers basiert auf einem komplexen Zusammenspiel von Nerven und Muskeln. Jede Bewegung, von einem unbewussten Augenzwinkern bis zum Steuern eines Autos, hängt von diesem fein abgestimmten System ab. Dieser Artikel beleuchtet die Funktionsweise von Nerven und Muskeln, ihre Interaktion und die Bedeutung dieses Zusammenspiels für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden.
Das Nervensystem: Ein komplexes Netzwerk
Das Nervensystem ist ein weitverzweigtes Netzwerk von Nervenverbindungen, das sich durch den gesamten Körper erstreckt. Es nimmt ständig Informationen auf und leitet Befehle weiter, wodurch Muskeln und Organe in Aktion treten können. Im Gegensatz zum Blut- oder Lymphsystem bilden die Nerven kein einheitliches System, sondern verschiedene, miteinander verbundene Systeme.
Zentrales und peripheres Nervensystem
Das übergeordnete Kontrollzentrum, das Gehirn, und seine wichtigsten Leitungsbahnen, das Rückenmark, bilden das zentrale Nervensystem (ZNS). Im Gehirn werden höhere Funktionen wie Gedächtnisleistungen, Vergleiche und Entscheidungen vollzogen. Die peripheren Nerven bilden ein weitverzweigtes Netzwerk, dessen Fasern ins Rückenmark hinein- und hinausführen.
Sensorisches und motorisches Nervensystem
Über das Nervensystem tritt der Mensch in Kontakt mit seiner Umwelt. Augen, Ohren, Nase, Zunge und Sensoren in der Haut nehmen Reize aus der Umwelt wahr und leiten sie zum Zentralnervensystem weiter. Auch Informationen über den Zustand des eigenen Organismus, wie die Stellung des Körpers oder Hunger und Durst, werden registriert. Dieser Teil des Nervensystems wird als sensorisches Nervensystem bezeichnet.
Das motorische Nervensystem ermöglicht dem Organismus, auf Signale aus seiner Umgebung oder vom Körper selbst zu reagieren. Es steuert die Muskulatur und ermöglicht uns, Handlungen auszuführen und uns in der Umwelt zu bewegen. Wenn wir uns beispielsweise auf ein Hindernis zubewegen, wird es vom Auge wahrgenommen. Das sensorische Nervensystem gibt diese Information an das Gehirn weiter. Hier wird die Information verarbeitet und die Entscheidung getroffen, dem Hindernis auszuweichen.
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Autonomes Nervensystem
Viele Leistungen unseres Nervensystems erfolgen bewusst. Wir entscheiden über Zuschauen oder Wegsehen, Fortgehen oder Stehenbleiben, Sprechen oder Zuhören. Der daran beteiligte Teil unseres Nervensystems unterliegt unserer willkürlichen Kontrolle. Daneben hat das Nervensystem aber auch Aufgaben, die wir nicht bewusst kontrollieren können.
Jeder kennt die Situation: Beim Sport oder in Stresssituationen erhöht sich automatisch der Herzschlag, die Atmung wird schneller und man beginnt zu schwitzen. Verantwortlich dafür ist das vegetative Nervensystem, das auch als autonomes oder unwillkürliches Nervensystem bezeichnet wird, weil es nicht unserem Willen unterworfen ist. Es kontrolliert die Muskulatur aller Organe und regelt lebenswichtige Körperfunktionen wie Herztätigkeit, Atmung, Kreislauf, Stoffwechsel, Verdauung, Ausscheidung, Schweißbildung, Körpertemperatur und Fortpflanzung.
Außerhalb von Gehirn und Rückenmark besteht es aus dem Sympathikus und seinem Gegenspieler, dem Parasympathikus. Der Sympathikus sorgt für eine Erhöhung des Herzschlages und der Atemtätigkeit, verbessert die Durchblutung in der Muskulatur und fördert das Schwitzen. Durch den Parasympathikus hingegen schlägt das Herz langsamer, die Atmung wird ruhiger und die Verdauung wird gefördert.
Nervenzellen und Reizweiterleitung
Jeder einzelne Nerv besteht aus Bündeln von Nervenzellen (Neuronen). Eine Nervenzelle besteht, wie jede andere Zelle des Körpers, aus einer Zellmembran, die einen Kern und Zellflüssigkeit (Zytoplasma) umschließt. Das Nervensystem bedient sich schwacher elektrischer Reize, die über die Nervenzellen und ihre Fortsätze (Dendriten und Axone) weitergeleitet werden. Reize in Form von elektrischen Impulsen werden in Bruchteilen von Sekunden mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 400 km/Stunde) weitergeleitet.
Rund um die Nervenzelle herum münden Zellfortsätze in die Nervenzelle (Dendriten). Sie dienen als Eintrittspforten für elektrische Reize. Jedes Neuron besitzt allerdings nur einen Zellfortsatz (Axon), der Informationen von der Zelle wegleitet. Das Axon dient als Ausgang für elektrische Reize und kann sich bis zu 150 Mal verzweigen, um mit anderen Nervenzellen in Kontakt zu treten. Das Axon kann eine Länge von mehr als einem Meter erreichen. Axone der peripheren Nerven sind von einer Isolationsschicht umgeben, die aus den sogenannten Schwannschen Zellen besteht.
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Synapsen: Schaltstellen der Reizübertragung
Die Übertragung der Reize von einer auf die andere Nervenzelle geschieht mit Hilfe chemischer Botenstoffe an den sogenannten Synapsen. Dies sind kleine knotige Verdickungen am Ende der Axone. Sobald ein elektrisches Nervensignal die Synapse erreicht hat, wird aus kleinen Depotbläschen eine chemische Substanz (Neurotransmitter) freigesetzt, die sich rasch über den Zwischenraum zwischen den beiden Zellen (Synapsenspalt) verteilt und an den Dendriten der nächsten Zelle ein erneutes elektrisches Signal erzeugt.
Synapsen haben wichtige Kontroll- und Filterfunktionen über die Impulsverteilung in unserem Nervensystem. Sie erlauben den Erregungsfluss in nur eine Richtung. Außerdem werden schwache Reize, die eine bestimmte Impulsstärke unterschreiten, gar nicht erst weitergeleitet. Mit Hilfe dieser Kontrollfunktionen kann das Nervensystem schnell und präzise funktionieren.
Hirnnerven und Rumpfnerven
Die Hirnnerven sind 12 Paare von peripheren Nerven, deren Nervenzellkörper im Stammhirn liegen. Ihr Ursprung liegt also im zentralen Nervensystem, nach ihrem Austritt durch die Schädelbasis und durch ihren weiteren peripheren Verlauf zählen sie allerdings zum peripheren Nervensystem. Zu den Hirnnerven, die jeweils paarig angelegt sind, zählen u.a. der Riechnerv (N. olfactorius), der Sehnerv (N. opticus), die Augenmuskelnerven (N. occulomotorius, N. trochlearis und N. abducens), der Gesichtsnerv (N. Trigeminus), der Nerv für die mimische Muskulatur (N. facialis) und der Hör- und Gleichgewichtsnerv (N. vestibulocochlearis).
Auch die Rumpfnerven gehören dem peripheren Nervensystem an. Jeder der zwölf paarig angelegten Nerven entspringt als Spinalnerv aus dem Rückenmark und verzweigt sich nach ca. 2-3 cm in einen vorderen und einen hinteren Ast, um jeweils die Rumpfvorder- und Rückseite zu versorgen. Jeder Nerv kann einem bestimmten Wirbelsäulenabschnitt zugeordnet werden und versorgt ganz klar definierte Abschnitte der Bauch- und Rückenwand (Haut und Muskulatur) und der inneren Organe.
Das Rückenmark: Schaltzentrale und Verbindungsglied
Die Wirbelsäule schützt das Rückenmark, die Verbindung zwischen Gehirn und Körper. Das Rückenmark ist von zwei Quellen aus mit Blut versorgt: von den Wirbelarterien und von den Segmentarterien.
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Beim Menschen zählt man in der Regel 31 Spinalnervenpaare, die jeweils seitlich aus dem Wirbelsäulenkanal austreten. Manche Erregungen (Reize) werden von den aufsteigenden Bahnen im Rückenmark gar nicht erst zum Gehirn weitergeleitet, sondern unmittelbar auf derselben oder einer höher gelegenen Rückenmarksebene umgeschaltet. Die aufsteigenden Fasern verlaufen in diesem Fall statt zum Gehirn direkt zu Zellen des Vorderhorns und übertragen dort die Erregung. Diesen Weg der Erregungsübertragung nennt man Reflexbogen, und eine so ausgelöste Muskelreaktion nennt man Reflex.
Die Muskeln: Motoren des Körpers
Muskeln ermöglichen Bewegung, halten die Körperhaltung aufrecht, schützen Organe und produzieren Wärme. Es gibt verschiedene Arten von Muskeln:
- Quergestreifte Muskulatur (Skelettmuskulatur): Diese Muskulatur ermöglicht willkürliche Bewegungen und ist an den Knochen befestigt. Beispiele sind Arm- und Beinmuskeln, aber auch Muskeln von Zunge, Kehlkopf, Rachen, einige Gesichtsmuskeln und das Zwerchfell.
- Glatte Muskulatur: Diese Muskulatur befindet sich in Blutgefäßen, Haarbalg, Harntrakt und Magen-Darm-Trakt. Sie beeinflusst die Form und Funktion von Organen und unterliegt nicht der willkürlichen Steuerung.
- Herzmuskulatur: Diese spezielle Muskulatur bildet fast das gesamte Herz und kann ebenfalls nicht willentlich gesteuert werden.
Aufbau und Funktion der Skelettmuskulatur
Die Skelettmuskulatur besteht aus Muskelzellen, die auch als Muskelfasern bezeichnet werden. Diese Fasern enthalten kleine "Kraftwerke", die für die Kontraktionen verantwortlich sind. Ein Skelettmuskel besteht aus dem Muskelbauch und zwei Muskelenden. Von außen umgibt ihn Bindegewebe aus festen Kollagenfasern, die Muskelfaszie. 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.
Muskeln verrichten ihre Arbeit durch Kontraktion, also indem sie sich zusammenziehen. 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.
Muskelkontraktion und Energie
Ein Muskel ist aktiv, wenn er sich zusammenzieht (kontrahiert). Dabei wird eine Bewegung ausgelöst. Bei der Muskelkontraktion wird chemische Energie (ATP), wie sie in unseren Zellen vorliegt, in mechanische Energie umgewandelt. Dabei kommt es zur vorübergehenden Muskelverkürzung (Muskelkontraktion), von der Bewegung ausgeht.
Die Wirbelsäulenmuskulatur
Die Muskeln der Wirbelsäule geben ihr Halt und Beweglichkeit. Wichtig ist vor allem das Zusammenspiel der Rücken- und Bauchmuskeln. Trainierte Muskeln entlasten Wirbel und Bandscheiben und beugen so Beschwerden vor.
Etwa 300 Muskeln bilden den aktiven Teil des Rückens. Sie sehen teilweise ganz unterschiedlich aus: Manche sind platt und breit, andere spindelförmig oder schräg verlaufend. Große weiße Muskelfasern sind für schnelle, kraftvolle Bewegungen zuständig. Haltemuskeln dagegen sind klein und rötlich. Sie arbeiten ständig und stützen auch die Wirbelsäule.
Die Muskeln liegen in mehreren Schichten übereinander. Die tiefen Muskeln sitzen direkt an der Wirbelsäule und halten sie aufrecht. Sie sind an allen Bewegungen beteiligt. Die oberflächlichen Muskeln verbinden die Wirbelsäule mit Kopf, Schultern, Armen und Beinen.
Die Partner der Rückenmuskeln sind die Bauchmuskeln. Wenn die Bauchmuskulatur gut trainiert und stark ist, entlastet sie die Wirbelsäule und nimmt Druck von den Bandscheiben. Daher ist auch Bauchmuskeltraining für Menschen mit Rückenproblemen von Bedeutung.
Wichtig ist, dass die Muskulatur gleichmäßig ausgebildet ist. Wenn Muskeln zu wenig beansprucht werden, verlieren sie in der Regel an Masse und verkürzen sich. Muskeln, die ständig zu stark oder einseitig beansprucht werden, können allerdings verhärten und sind überlastet. Sowohl schwache als auch verhärtete Muskeln können die Wirbelsäule nicht ausreichend unterstützen. Für einen gesunden Rücken muss die Arbeit aller Muskeltypen gut ineinandergreifen.
Die Verbindung: Nerven steuern Muskeln
Die Steuerung der willkürlichen Muskulatur, auch Skelettmuskulatur genannt, erfolgt über die motorische Endplatte. Dies ist die Kontaktstelle zwischen Skelettmuskel und Nerv. Hier gibt die Nervenzelle den chemischen Botenstoff Acetylcholin an den Muskel ab und übermittelt ihm auf diese Weise die Information, aktiv zu werden. Die Gesamtheit aus Muskel und Nerv wird auch als motorische Einheit bezeichnet.
Der Muskel erhält über die ihn versorgenden Nerven die Information, ob und wenn ja, wie stark er sich anspannen soll. Diese Information kann direkt aus dem zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) oder über sogenannte Reflexbögen zum Muskel geleitet werden. Störungen in der Nervenfunktion haben so auch einen unmittelbaren Einfluss auf die Aktivität der Muskeln. Die Information zur Anspannung wird von der Nervenzelle durch einen Botenstoff (Acetylcholin) an der motorischen Endplatte an den Muskel weitergegeben.
Bedeutung für die Gesundheit
Das Zusammenspiel von Nerven und Muskeln ist essentiell für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Störungen in diesem System können zu vielfältigen Problemen führen, wie z.B.:
- Lähmungen: Schädigungen des Nervensystems können die Signalübertragung zu den Muskeln beeinträchtigen oder unterbrechen, was zu Lähmungen führen kann.
- Muskelschwäche: Erkrankungen der Muskeln selbst oder Störungen der Nervenversorgung können Muskelschwäche verursachen.
- Koordinationsstörungen: Das Kleinhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungen. Bei einem Ausfall des Kleinhirns kann es zu taumelnden, zielunsicheren oder zittrigen Bewegungen kommen.
- Reflexstörungen: Abgeschwächte oder gesteigerte Reflexe können auf Schädigungen des peripheren oder zentralen Nervensystems hinweisen.