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Was ist Muskelkontraktion? |
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Sonntag, 06 November 2005 |
 Muskelbewegung definiert den Sport. Ohne die Muskelkontraktion wären
Schwimmen, Laufen und Radfahren undenkbar. Wie läuft eigentlich die
Muskelkontraktion ab? Wovon ist sie abhängig? Im Folgenden lest ihr
eine kurze Übersicht über das, was Bewegung ausmacht.
Um den Vorgang der Muskelkontraktion zu veranschaulichen, sollte vorher
klargestellt werden, was genau der eigentliche Muskel ist und wie er
aufgebaut ist. Im Folgenden wird eine kurze Abhandlung über den Muskel
an sich und seiner Kontraktionsfähigkeit gegeben.
Muskelarten
Grundlegend sind drei Muskelarten zu unterscheiden: Die glatte
Muskulatur wird vom vegetativen Nervensystem gesteuert und ist nicht
willentlich kontrahierbar, der Herzmuskel (quergestreift) bildet, wie
der Name schon sagt, das Herz und die Skelettmuskulatur (quergestreift)
dient zur Mobilität und muss demnach willkürlich steuerbar sein. Zur
Veranschaulichung der Muskelkontraktion wird sich auf die
Skelettmuskulatur beschränkt. Die Skelettmuskulatur wird gebildet durch
die rote und weiße Muskulatur. Die rote ist die für Ausdauersportarten
wichtigen Muskulatur, die Sauerstoff langsam verbraucht, somit
Sauerstoff langsam oxidiert. Man spricht bei den roten Muskelfasern von
Typ I-Fasern. Typ II-Muskelfasern sind die weißen Muskelfasern und
hauptsächlich verantwortlich für Kraft und Schnellkraft. Sie
verbrauchen viel Sauerstoff (Sauerstoff wird schnell oxidiert). Die Typ
II-Fasern werden unterteilt in Typ II A und Typ II B, im weiteren
Verlauf des Artikels aber nicht weiter behandelt.
Funktionelle Einheiten des Muskels
Jeder sich im menschlichen Körper befindliche Muskel lässt sich
in funktionelle Einheiten einteilen, die einer gewissen
Hierarchie folgen. Die größte Einheut bildet der Muskel. Der Muskel
wird gebildet von Faserbündeln (100 - 1000µm), die wiederum aus
Muskelfasern (= Zelle, 10 – 100 µm) bestehen. Die Muskelfasern werden
letztendlich von Myofibrillen (1 µm) gebildet, die die kleinste
funktionelle Einheit beinhaltet: das Sakromer. Das Sakromer wiederum
wird unter anderem gebildet durch ein Drei-Filamenten-System: Aktin,
Myosin und Titin.
Vom Muskel zur kleinsten funktionellen Einheit
Das Sakromer und das Drei-Filamenten-System
Der Weg zur Kontraktion
Bewusster Muskelbewegung geht ein Impuls voran, der durch den
spezifischen Nerv den Muskel anregt. Dieser Reiz ist elektrischer Art.
Damit der potentiell initiierende Reiz auch wirklich zur Auswirkung
kommt, somit weiter bis zur mechanischen Bewegung weitergeleitet wird,
beträgt das Schwellenpotential für eine Reizweiterleitung -90mV
(Herzmuskel -60mV). Somit redet man beim Erreichen eines
Schwellenpotentials im Nachfolgenden von einem Aktionspotential. Beim
Erreichen eines Aktionspotentials laufen chemische Vorgänge ab, die den
elektrischen Reiz zur Geltung kommen lassen: Das Membranpotential ist
von der Kalium- und Natriumkonzentration abhängig. Je nachdem, ob ein
Schwellebpotential erreicht wird, kommt es zu einem umgekehrten
Membranpotential (chemisch), was die elektrische Ladung von
Membraninnenseite zu Membranaußenseite umkehrt. Folglich wird der Reiz
zur Muskelgruppe erneut elektrisch weitergeleitet.
Die Kontraktion
Erreicht der Reiz den spezifischen Muskel oder die Muskelgruppe, kommt
es zur mechanischen Umsetzung, sprich zur Kontraktion. Hierbei sind
Aktin und Myosin die für die Kontraktion verantwortlichen Filamente: Am
Ende der Mysinfilamente befinden sich die Myosinköpfchen, die mit dem
Aktin bei einer Kontraktion des Muskels eine Verbindung eingehen, was
die eigentliche Kontraktion ausmacht. Aktin wird zuvor unter Einfluss
von Kalzium (Kalzium bewirkt nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip die
„Klebefunktion“ des Aktins) für die Myosinköpfchen verfügbar gemacht.
Ein rein chemischer Vorgang. Die Myosinköpfchen greifen auf die
Aktinfilamenten und üben einen Kraftschlag aus; das Myosin macht einen
„Ruderschlag“ von 45° bis 90°, demnach kommt es zu einem Zusammenziehen
des Filamentsystems, somit des Sakromers, was wiederum bedeutet, dass
sich die Myofibrille zusammenzieht, die die Muskelfaser ausmacht (die
wiederum die Faserbündel bildet und diese den tatsächlichen Muskel).
Das Lösen der Kontraktion erfolgt durch den Weichmacher ATP –
Adenosintriphosphat (ATP dockt an das Myosinköpfchen an und gibt eine
Phosphat ab. ADP und Energie entsteht, die zum Lösen der Verbindung
benötigt wird.).
Darstellungen der Kontraktion:
Der Aktin-Myosin-Mechanismus
Die Sakromerkontraktion
Die zuckende Muskelfaser
Kurzfassung:
Die Kontraktion ist von elektrischen und chemischen Vorgängen abhängig.
Wird eine bestimmte Schwelle erreicht, die zu einem Auslösen der
Muskelkontraktion verantwortlich ist, kommt es zu einer mechanischen
Umsetzung der elektrischen und chemischen Vorgänge. Die letzte Fase der
Vorgänge ist chemisch und läuft innerhalb des Drei-Filamenten-Systems
ab (Aktin, Myosin und Titin).
Eine ausführlichere Variante des Artikels folgt zum Ende des Jahres.
Dennis Wachter
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