Die Wirkung der Muskeln

Welche Funktion haben Muskeln? Welche Prozesse sorgen in der Muskulatur für den Muskelaufbau und welche Rolle spielen Ernährung und Training auf zellulärer Ebene?

Für den Zeit- und Arbeitsaufwand, den wir im Fitnessstudio und für die Ernährung aufwenden, wissen wir oft relativ wenig darüber, was genau im Muskel passiert. Wir trainieren nach bestimmten Prinzipien, weil wir sehen, dass sie für andere funktionieren, aber oft nicht erklären können, warum sie genau funktionieren.

Sie schädigen Ihre Muskeln bewusst durch Training und während der Erholung wachsen sie durch Ruhe und Ernährung.

Wenn man sich aber fragt, wie genau sie geschädigt werden, wie genau sie wachsen und warum die Ernährung dafür wichtig ist, kommen die meisten Menschen nicht weiter. An sich ist das nicht verwunderlich, denn alle biologischen, physiologischen und anatomischen Begriffe und Prozesse können oft sehr kompliziert sein.

Es lohnt sich jedoch, sich die Zeit zu nehmen, dieses Wissen zu verinnerlichen, damit Sie aus den unzähligen Trainings- und Diätstunden viel bessere Ergebnisse erzielen können. Hier also die wichtigsten Punkte, (hoffentlich) so erklärt, dass die meisten Menschen sie verstehen können. Da es sonst ein sehr umfangreiches Stück wäre, habe ich es in mehrere Teile aufgeteilt. In diesem ersten Teil werde ich die verschiedenen Muskeltypen und ihre Funktion und Wirkungsweise bis auf zellulärer Ebene besprechen.

Im zweiten Teil werde ich darauf eingehen, wie Muskeln wachsen, die Anwendung in Training und Ernährung und die genaue Wirkung der verschiedenen Formen des Muskelwachstums.

Im dritten Teil: Die Unterschiede pro Person, Körpertypen endo-, meso- und ektomorph

Im vierten Teil: Der Nutzen und die Funktion eines Aufwärmens

Im fünften Teil: Der Nutzen und die Funktion von (verschiedenen Formen des) Dehnens

Verschiedene Muskeltypen

Es gibt drei verschiedene Arten von Muskeln im Körper:

Glattes Muskelgewebe: Glatte Muskeln sind Muskeln, die wir nicht bewusst steuern können. Sie werden daher auch unwillkürliche Muskeln genannt. Beispiele sind die Muskeln des Magen-Darm-Systems, die den Transport der Nahrung durch das Verdauungssystem und die Blutgefäße (zur Regulierung des Blutdrucks und der Durchblutung) sowie die Atemwege gewährleisten, die sich ausdehnen und zusammenziehen können.

Kreuzgestreift: Dieses Muskelgewebe wird so genannt, weil es Querstreifen aufweist, die man sieht, wenn man dieses Gewebe unter dem Mikroskop betrachtet. Insbesondere die sogenannte Skelettmuskulatur (siehe unten) besteht aus quergestreiftem Muskelgewebe. Sie sind mit dem somatischen Nervensystem verbunden, sodass wir sie bewusst steuern können.

Herzmuskelgewebe: Das Gewebe des Herzens ist gestreift, verhält sich jedoch wie glattes Muskelgewebe in dem Sinne, dass es nicht bewusst gesteuert wird.

Ein wichtiger Unterschied zwischen glattem und quergestreiftem Muskelgewebe ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Muskeln zusammenziehen können, die Hauptfunktion eines Muskels. Glattes Muskelgewebe reagiert langsam, zieht sich langsam zusammen, ist aber (lebenslang) unermüdlich. Das quergestreifte Muskelgewebe zieht sich schneller zusammen, erschöpft sich aber auch schneller. Eine Ausnahme bildet das quergestreifte Muskelgewebe des Herzens, das sich schnell zusammenziehen kann, aber unermüdlich ist.

Skelettmuskeln

Da ich später noch ausreichend darauf eingehen werde, beschränke ich mich hier auf die Muskeln, die uns interessieren, die Skelettmuskulatur. Die Skelettmuskulatur wird so genannt, weil sie zwei Teile des Skeletts verbindet. Erwachsene Männer und Frauen bestehen im Durchschnitt zu 42 % bzw. 36 % aus Skelettmuskeln. Insgesamt verfügen Sie über mehr als 660 Skelettmuskeln.

Die Skelettmuskulatur ist eine quergestreifte Muskulatur, die vom somatischen Nervensystem gesteuert wird, wir steuern sie also bewusst. Die Hauptfunktionen der Skelettmuskulatur sind die Bewegung des Körpers und die Stabilisierung des Körpers. So wie eine Hydraulikpumpe die Arme eines Krans bewegt, wachsen und schrumpfen auch die Muskeln.

Sie sind so befestigt, dass sich an der Gelenkstelle verschiedene Körperteile bewegen können. Nehmen Sie als Beispiel die Bizeps-Brachi. Dadurch wird sichergestellt, dass Sie Ihren Arm beugen können. Der Bizeps ist oben an zwei Stellen am Schlüsselbein befestigt, verläuft über den Oberarm (Humerus) und den Ellenbogen und ist unten mit dem Speichenknochen (Speiche) verbunden. Wenn der Muskel schrumpft, zieht er am Unterarm, wodurch dieser sich beugt.

Die Kenntnis der Funktionen der verschiedenen Skelettmuskeln ermöglicht die Entwicklung von Übungen zur Kräftigung und Vergrößerung der Muskulatur. Wenn Sie wissen, dass der Bizeps die Arme beugt, wissen Sie, dass Sie den Arm beugen müssen, um den Bizeps zu trainieren. Dies mag ein einfaches Beispiel sein, das jeden dazu bringt, „Duhh“ zu sagen, aber im Fitnessstudio werde ich oft gefragt: „Kennst du eine gute Übung für …?“ Wenn Sie die Funktionen kennen, können Sie die Übungen tatsächlich selbst entwickeln, so wie es andere vor Ihnen getan haben.

Alle Fitnessgeräte basieren auf diesem Wissen. Muskeln können nur ziehen! Muskeln arbeiten, indem sie sich zusammenziehen, um sie zu verkürzen (Kontraktion) und sich dann zu entspannen und zu verlängern. Wie ein Seil können sie nur Kraft erzeugen, indem sie an etwas ziehen und nicht, indem sie dagegen drücken. Beim Bankdrücken drücken Sie ein Gewicht nach oben, aber der Brustmuskel macht dies möglich, indem er den Oberarm nach vorne, innen und oben zieht. Der Arm wird gebeugt, indem der Bizeps am Unterarm (Radius) gezogen wird, und der Trizeps richtet den Arm auf, indem er an der Elle (Ulna) durch den Rücken zieht.

Origo und Einfügung

Die Punkte, an denen der Muskel mit dem Knochen verbunden ist, werden Ursprung und Ansatz genannt. Der Origo, der Ursprungspunkt, ist oft der unbewegliche Teil. Im gegebenen Beispiel wird nicht das Schlüsselbein in Bewegung gesetzt, sondern der Unterarm. In diesem Fall sind die Verbindungen zum Schlüsselbein die Ausgangspunkte und der Unterarmknochen der Ansatzpunkt. Ein Muskel kann daher mehrere Ursprungs- und Ansatzpunkte haben. Eine andere Möglichkeit, den Unterschied zwischen Origo und Insertion zu erkennen, ist die Tatsache, dass der Origo oft dem Herzen am nächsten liegt.

Anhänge

An den Stellen, an denen die Muskeln mit dem Knochen verbunden sind, enden sie in einem dünnen Band aus starkem Bindegewebe aus Kollagen und erscheinen weiß. Dabei handelt es sich um die Befestigungen, die die Kraft auf den Knochen übertragen, wie im Beispiel der Kranmaschine beispielsweise durch Bolzen, die die Hydraulikpumpe mit dem Arm verbinden. Da diese Bänder dünner als der Rest des Muskels sind und die Durchblutung schlechter ist, bilden sie oft das schwache Glied.

Viele Verletzungen beim Bodybuilding hängen oft mit der Befestigung zusammen, aber mehr dazu im Artikel „Bindungsprobleme, häufige Verletzungen bei Bodybuildern“ (und/oder in separaten Artikeln zu spezifischen Befestigungsproblemen der Brust, des Knies, des Bizeps oder der Schultern). Der/die Ansatz(e) des Herzmuskels, der/die dem Herzen am nächsten ist/sind, werden als proximale(r) Ansatz(e) bezeichnet. Der bzw. die am weitesten davon entfernten Aufsätze werden als distale Aufsätze bezeichnet. Im Beispiel des Bizeps sind die Befestigungen am Schlüsselbein die proximalen Befestigungen und die Befestigungen am Unterarm die distalen Befestigungen.

Unterschiedliche Skelettmuskeln, Formen, Köpfe und Faserrichtung.

Formen von Muskeln

Skelettmuskeln haben unterschiedliche Formen. Die häufigsten sind:

Fächerförmig

Flach/vielbauchig

Spindelförmig

Der Bizeps brachii ist ein Beispiel dafür fusiformer Muskel. Von den dünnen Ansätzen verläuft er zur Mitte hin zu einer Verdickung, dem sogenannten Muskelbauch. Dies ist der charakteristische „Muskelball“ des Bizeps.

Ein Beispiel dafür ist der große Brustmuskel (Pectoralis Major). fächerförmiger Muskel. Aufgrund der Vielzahl an Ursprungspunkten (Schlüsselbein, Brustbein und Rippen) ist diese Seite deutlich breiter als der Ansatzpunkt am Oberarm. Der Vorteil eines fächerförmigen Muskels besteht darin, dass der Muskel aufgrund der unterschiedlichen Ursprungspunkte Kraft in verschiedene Richtungen erzeugen kann. Ein Beispiel dafür ist der Musculus rectus abdominis (siehe nebenstehendes Bild). flacher/vielbauchiger Muskel. Das charakteristische Waschbrett entsteht dadurch, dass diese Muskelplatte durch dazwischen liegende Sehnen in verschiedene Muskelbäuche unterteilt ist.

Köpfe der Muskeln

Ein Muskel kann mehrere Köpfe haben. Bei einem mehrköpfigen Muskel enden die Muskelbündel in mehreren Ansätzen auf der Ursprungs- oder Ansatzseite. Der Bizeps brachii ist ein zweiköpfiger Muskel (der Name Bizeps bezieht sich auf diese beiden Köpfe, ebenso wie sich Trizeps auf drei Köpfe und Quadrizeps auf vier Köpfe bezieht). Wenn Sie sich das Bild des Bizeps oben genau ansehen, werden Sie erkennen, dass er oben (im proximalen Teil) in zwei Ansätzen endet. Folgt man den Ansätzen bis zum Muskelbauch, erkennt man, dass der Muskel selbst im oberen Teil durch einen Streifen gekennzeichnet ist. Diese Zeile unterscheidet die beiden Köpfe, auf die sich der Name bezieht. Ebenso wie verschiedene Befestigungspunkte können verschiedene Köpfe unterschiedliche Bewegungsrichtungen ermöglichen. Beispiele:

1-köpfiger Muskel: Sartorius. Der Sartorius ist der längste Muskel des Körpers und verläuft diagonal über den Oberschenkel.

2-köpfiger Muskel: Bizeps brachii. Wie oben erklärt, haben die Bizeps-Brachii zwei Köpfe, die sie an zwei Punkten am Schulterblatt (Schulterblatt) befestigen. Die beiden Köpfe werden durch die Bezeichnungen Langkopf (Caput Longus) und Kurzkopf (Caput Brevis) unterschieden.

3-köpfiger Muskel: Trizeps brachii. Der Trizeps brachii streckt die Arme. Die drei Köpfe sind für das Auge kaum sichtbar. Unten scheint sich der Muskel in zwei Teile zu erstrecken, das bekannte Hufmuster. Diese beiden Teile haben jedoch eine Befestigung an der Elle. Die drei Köpfe (langer, medialer und lateraler) befinden sich oben. Im Bild unten sehen Sie dies deutlich farblich angedeutet.

4-köpfiger Muskel: Die 4 Muskeln, die das Bein strecken, haben einen gemeinsamen Ansatz, der sie mit der Kniescheibe und dem Schienbein verbindet. Der Quadrizeps wird durch den Vastus lateralis und den Vastus medius (außen bzw. innen), den Rectus femoris in der Mitte und den Vastus intermedius darunter gebildet. Der Sartorius wird oft als einer der vier Köpfe des Quadrizeps anstelle des Vastus intermedius bezeichnet, möglicherweise weil der Intermedius auf vielen Bildern nicht sichtbar ist, weil er unter dem Rectus femoris liegt. Allerdings ist der Sartorius ein separater, einköpfiger Muskel. Im Bild links ist der Sartorius der dünne lange Muskel, der von rechts oben über den Quadrizeps nach links unten verläuft.

Faserrichtung

Neben der Form und Anzahl der Köpfe können Sie die Muskeln auch anhand der Richtung oder Richtungen klassifizieren, in denen die Fasern verlaufen (mehr zu Muskelfasern später).

Hier sehen Sie verschiedene Beispiele mit Muskelnamen zur Veranschaulichung. Ein wichtiger Unterschied besteht zwischen der parallelen und der gefiederten Muskulatur. Die hier gezeigten konvergenten und fusiformen Muskeln sind Beispiele für parallele Muskeln, nur die Form unterscheidet sich von beispielsweise dem Sartorius, was ihnen einen anderen Namen gibt. Wenn Sie die Längsachse(n) (im Falle der Fächerform/Konvergenz) vom Ursprung bis zum Ansatz nehmen, werden Sie sehen, dass in diesen Muskeln die Fasern parallel zu dieser(n) Achse(n) verlaufen. Wenn Sie sich den Sartorius im Beispiel unten ansehen und eine Linie zwischen beiden Enden (den Ansätzen am Ursprung und am Ansatz) zeichnen, sehen Sie die Linien der (Bündel von) Muskelfasern, die parallel zu dieser Linie verlaufen.

Daneben gibt es noch die Pennate-Muskeln, benannt nach dem Lateinischen für „gefiedert“. In diesen Muskeln liegen die Muskelfasern quer zur Achse zwischen Ursprung und Ansatz. Dadurch können mehr Muskelfasern angesprochen werden, allerdings über einen kleineren Bewegungsbereich. Stärker, aber über einen kleineren Abstand/Drehwinkel. Ein Beispiel hierfür sind einige Muskeln in der Hand.

Darüber hinaus gibt es zweigefiederte Muskeln, deren Fasern quer in zwei Richtungen von der Achse verlaufen, wie die Adern eines Baumblattes oder wie eine Feder. Ein Beispiel hierfür ist der Rectus femoris, der mittlere, oberflächliche Muskel des Quadrizeps. Wenn sich der Ansatz eines gefiederten Muskels in mehrere Ansätze aufspaltet/verzweigt, sprechen wir von einem mehrgefiederten Muskel wie dem Deltamuskel, dem großen Schultermuskel.

Schließlich haben Sie kreisförmige Muskeln, deren Fasern kreisförmig verlaufen. Beispiele hierfür sind die Stelle, an der die Nahrung zuerst in den Körper gelangt und die Stelle, an der sie den Körper verlässt.

Die Kenntnis der Faserrichtung ist wichtig, da sie ebenso wie die Funktion des Muskels Aufschluss darüber gibt, wie Sie den Muskel trainieren können. Nehmen Sie als Beispiel den großen Brustmuskel, den großen Brustmuskel (siehe Beispiel in den Bildern oben). Man erkennt deutlich, dass die Fasern horizontal und teilweise diagonal verlaufen. Wenn ich nun auf einer Schrägbank Bankdrücke mache, sodass die Arme nicht senkrecht zum Rumpf, sondern in einem Winkel von 30-45 Grad zum Kopf stehen, nutze ich dafür die oberen Fasern. Diese können daher separat trainiert werden. Jetzt möchten Sie sich vielleicht auf die Innenseite der Brust konzentrieren, indem Sie zum Beispiel Cable Crossovers machen, aber anders als in diesem Anleitungsvideo, indem Sie tatsächlich die Hände kreuzen (wie der Name der Übung vermuten lässt) und sich auf diesen Teil der Übung konzentrieren. Dies nützt jedoch nichts, zumindest nicht speziell für die Brustinnenseite. Es gibt keine separaten Fasern, die nur auf der Innenseite der Brust verlaufen, sondern es gibt Fasern, die nur auf der Ober- und Unterseite der Brust verlaufen. Anschließend trainieren Sie den Muskel über die gesamte, in diesem Fall horizontale, Bahn.

Dies ist wichtig, da Sie häufig hören, dass Sie bestimmte Übungen beispielsweise für die Innenseite der Brust oder die Unterseite des Bizeps durchführen können (indem Sie sich auf den unteren Teil des Muskels konzentrieren). Das ist also nicht möglich. Ich habe Ende letzten Jahres einen separaten Artikel darüber geschrieben, falls Sie diese Diskussion im Fitnessstudio noch einmal beginnen möchten.

Die genannten Übungen sind gut, weil sie für eine unterschiedliche Belastung und damit Abwechslung im Training sorgen. Die falsche Vorstellung, dass man die innere Brust oder den unteren Bizeps trainieren kann, beruht teilweise auf der Aussage, dass man einen Muskel nur in dem Teil wachsen lässt, den man trainiert. Dieses Sprichwort ist jedoch nicht ganz richtig und sollte lauten: „Man baut einen Muskel nur an dem Teil auf, dessen Fasern man trainiert.“

Benennung von Muskeln

Muskeln können aus verschiedenen Gründen benannt werden. Diese können benannt sein nach:

Bilden: Da die Schultermuskeln, der Deltamuskel, nach ihrer dreieckigen Form und der Trapezius nach einem Trapezoid benannt sind

Umfang: Zum Beispiel großer und kleiner Brustmuskel, großer und kleiner Brustmuskel.

Anzahl der Köpfe: Zum Beispiel Bi-, Tri- und Quadrizeps.

Richtung der Fasern relativ zur Mittellinie des Körpers oder zur Längsachse eines Knochens oder einer Gliedmaße: Zum Beispiel verläuft der Rectus femoris in einer geraden Linie relativ zum Oberschenkel (Femur).

Herkunft und Einfügung: In diesem Fall wird der Origo zuerst im Namen erwähnt. Ein Beispiel hierfür ist der Sternocleidomastodeus („Sternum-Schlüsselbein-Brustwarzen-Muskel“). Diese hat zwei Ursprungspunkte: das Brustbein (Brustbein) und das Schlüsselbein (Schlüsselbein). Daher beginnt der Name mit Sterno (zum Brustbein) und cleido (zum Schlüsselbein). Der Einsatz erfolgt nicht an der Brustwarze, wie der niederländische Name vermuten lässt (schade für Damen, die eine Alternative zum Push-up-BH suchen), sondern am Brustwarzenknochen (Processus). Mastoid), der sich an einem vorgewölbten Teil des Schläfenbeins befindet. Dieser Muskel ist für die Beugung und Drehung des Halses verantwortlich.

Die Aktion: Beispielsweise haben viele Muskeln „Flexor“ oder „Extensor“ im Namen. Damit ist die Beuge- (Flexor-) oder Streckungs- (Extensor-)Aktion des Muskels gemeint.

Muskelbündel und Faszien

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Nachdem wir nun die verschiedenen Arten von Skelettmuskeln besprochen haben, werfen wir einen Blick auf den Muskel selbst und wie er aufgebaut ist. Ich versuche, den Mittelweg zwischen vollständiger Information und verständlicher Sprache zu finden, aber das ist immer noch ziemlich schwierig. Ich werde so viele nicht allgemein bekannte Begriffe wie möglich erklären, komme aber leider nicht umhin, dass die folgende Geschichte ziemlich kompliziert ist (der menschliche Körper ist komplex).

Bisher habe ich oft das Wort Muskelfaser verwendet, aber was genau ist das? Auf den Bildern oben sieht man immer im Muskel verlaufende Linien, die, wie erwähnt, die Faserrichtung angeben. Allerdings besteht der Muskel nicht aus einer Vielzahl einzelner Fasern, sondern aus Muskelfaserbündeln. So wie die Seile einer Hängebrücke aus mehreren Stahlseilen bestehen, bestehen sie auch aus dünneren Seilen.

1. Muskelbündel
2. Muskelfaser
3. Perimysium

Im Bild rechts sehen Sie einen (spindelförmigen) Muskel. Der Muskel besteht aus mehreren zusammengepackten Muskelbündeln Faszie/Faszie. (Tiefen-)Faszien sind eine plastikartige Art von Bindegewebe, das für strukturelle Integrität im gesamten Körper sorgt, indem es Dinge an Ort und Stelle hält und außerdem dafür sorgt, dass Muskeln übereinander gleiten können.

Man nennt sie Faszie, die den gesamten Muskel zusammenhält Epimysium (im Bild rechts „2. Bindegewebsmembran“). Auch im Muskel werden die Faserbündel selbst durch Faszien, sogenannte Faszien, zusammengehalten Perimysium .

Schließlich wird auch jede einzelne Muskelfaser von Faszien umhüllt, genannt Endomysium. Alle verschiedenen Fasienschichten kommen am Anfang und am Ende des Muskels zusammen und bilden die Anhänge.

Die Muskelfaser unter dem Mikroskop, Muskelfaser = Muskelzelle

1. Myofibrille
2. Blutgefäß
3. Kern der Muskelfaser
4. die gesamte Muskelfaser

Wir haben nun gesehen, dass ein (Skelett-)Muskel, genau wie die Seile einer Hängebrücke, aus mehreren Bündeln besteht und dass diese Bündel aus Fasern bestehen. Wenn man eine solche Faser durchschneiden würde, würde man erkennen, dass sie ebenfalls aus mehreren „Kabeln“ besteht. Bevor wir weitermachen, ist es wichtig zu wissen dass eine Muskelfaser eine Zelle ist ist der kleinste Baustein des Körpers.

Wer in Biologie nicht weiter als in der Schule ist, sieht dann runde, durchsichtige Blasen mit einem Kern darin. Allerdings können Zellen viele verschiedene Formen annehmen und eine unterschiedliche Anzahl von Kernen und anderen Inhalten enthalten.

Eine Muskelfaser wird normalerweise nicht als Zelle bezeichnet, da sie mehrere Zellkerne enthält und durch die Fusion mehrerer Zellen entsteht. Da wir jedoch über Prozesse auf zellulärer Ebene sprechen, werde ich der Klarheit halber häufig von einer Muskelzelle (Myozyt) sprechen.

Eine Muskelzelle ist eine röhrenförmige Zelle, die bis zu 30 Zentimeter lang werden kann, da sie sich über die gesamte Länge eines Muskels erstrecken kann, also etwa so dick wie ein Haar. Die Zelle eines Skelettmuskels entsteht aus der Verschmelzung mehrerer Zellen (Myoblasten) und enthält daher mehrere Zellkerne. Die große Anzahl an Kernen pro Muskelzelle sorgt unter anderem dafür, dass die Zelle mehr Zytoplasma behalten kann, um ihre Größe zu erhöhen. Je mehr Zellkerne, desto größer kann der Muskel werden (siehe auch „Muskelgedächtnis"). Die „Hülle“ der Muskelzelle wird durch das Plasma/die Zellmembran gebildet, was im Fall von Muskelzellen der Fall ist Sarkolemma heißt.

Als Plasma der Zelle (für Zellen allgemein: Zytoplasma) bezeichnet man einen Muskel Sarkoplasma. Der Blutgefäße sorgen für die Versorgung mit Sauerstoff, Feuchtigkeit und Nährstoffen sowie den Abtransport von Schlackenstoffen. Daneben befindet sich die Muskelzelle Mitochondrien (Singular: Mitochondrium). Dies ist das Kraftwerk der Muskelzelle. Eine wichtige Funktion der Mitochondrien ist die Herstellung ATP (siehe Kasten), Adenosintriphosphat.

ATP ist der Hauptenergielieferant, der die Muskelkontraktion ermöglicht. Damit sind wir beim wichtigsten Teil der Muskelzelle: Der Myofibrillen die dazu führen, dass sich ein Muskel anspannt. Ich werde zunächst ausführlich auf die Myofibrillen eingehen und dann kurz auf die Funktion der T-Tubuli und des sarkoplasmatischen Rektulums zurückkommen.

Myofibrillen, Sarkomere und Filamente: Die Spanner des Muskels

Den größten Raum in der Zelle nehmen die Myofibrillen ein, die letztlich für die Kontraktion, die Kontraktion der Muskeln, sorgen. Myofibrillen können als lange Fäden mit einer Dicke von 1/100 eines Haares gesehen werden, die durch die gesamte Länge der Muskelfaser/-zelle verlaufen. Diese Fäden bestehen aus Ketten zweier unterschiedlicher Proteine, Myosin und Aktin. Im Bild rechts sehen Sie vereinfacht, wie diese funktionieren. Bevor ich darauf eingehe, wie das funktioniert, erkläre ich es zunächst Myosin und Aktin. Myosin In der Mitte sehen Sie das zylinderförmige Myosinfilament.

Filament steht für „Faden“ oder „Faser“ und bei Muskeln für „Eiweißfaden“. Ein Myosinfilament ist ein Polymer (Molekül, das aus mehreren gleichen Einheiten besteht), das aus Myosineinheiten mit einem Kopf und einem Schwanz besteht. Diese sind an den Schwänzen ineinander verschlungen, so dass die Köpfe an beiden Außenseiten abstehen.

Aktin Auf der Außenseite sieht man Aktin. Aktin ist ebenfalls ein Polymer. Dieses wird aus zwei Aktinmonomeren (Monomer ist eine einzelne chemische Verbindung) zu einer Doppelkette gebildet.

Ein Myosinfilament und die umgebenden Aktinfilamente bilden zusammen eins Sarkomer, die aktive Einheit eines Muskels. Ein Muskel besteht daher aus Bündeln, die haardicke Muskelfasern enthalten, die wiederum Dutzende Myofibrillen enthalten, die alle aus mehreren Sarkomerketten bestehen.

Im entspannten Zustand sind Myosin und Aktin nicht gebunden

Eine Muskelkontraktion erfolgt, weil zahlreiche Myosinfilamente entlang der gesamten Länge einer Muskelzelle Aktinfilamente ergreifen und sie weiter in Richtung der Mitte des Myosinfilaments ziehen. Ergreifen und Loslassen ist ein komplexer Prozess. Ein Aktinfilament hat an verschiedenen Stellen Platz, der es den Köpfen der Myosinfilamente ermöglicht, sich zu binden (zu greifen). Das ist eine starke Verbindung, auch Strenge genannt.

Allerdings werden die verbindungsfähigen Stellen in entspannter Lage durch das Protein blockiert Tropomyosin. Dieses Protein Tropomyosin ist selbst an a gebunden Troponin-Komplex. Dabei handelt es sich um eine Zusammensetzung der regulatorischen Proteine Troponin C, Troponin I und Troponin T.

Bindung von Myosin und Aktin durch Calciumionen

Wenn Sie eine Bewegung ausführen möchten, sorgt ein Reiz eines motorischen Nervs (= ein Nerv, der das Zentralnervensystem mit der Muskulatur verbindet) dafür, dass in der Synapse (= dem Raum, in dem die Übertragung zwischen zwei Nervenzellen stattfindet) der Neurotransmitter (= Signalstoff) Acetylcholin ausgeschüttet wird.

Der Acetylcholin bindet an Rezeptoren am Sarkolemm (der Muskelzellmembran/„Hülle“, die die Muskelzelle umgibt). Ohne zu tief auf die Polarität des Sarkolemms einzugehen (schließlich ist es kompliziert genug), führt dies zu einer Depolarisierung des Sarkolemms, was zur Freisetzung von Kalziumionen (Ca2+) führt. Diese Calciumionen binden an den Troponinkomplex, der an das Tropomyosin gebunden ist, das die Myosinbindungsstelle blockiert.

Dabei ziehen die Kalziumionen den Troponinkomplex aus der Position, wodurch auch das gebundene Tropomyosin zur Seite gezogen wird, wodurch die Bindungsstelle für Myosin frei wird und das Myosin Halt erhält. Das sarkoplasmatische Rektulum und die T-Tubuli sorgen für eine schnelle Ausbreitung des Aktionssignals durch (T-Tubuli) und über (sarkoplasmatisches Rektulum) die Zelle.

Bindung, Freisetzung und erneute Bindung durch ATP

Die oben beschriebene Bindung von Myosin an Aktin erfolgt nicht einmal, sondern mehrmals pro Kontraktion. Die Köpfe der Myosinfilamente greifen, lassen los, greifen erneut und ziehen so das Aktinfilament immer weiter in Richtung Mitte. Dafür ist viel Energie nötig und diese Energie wird aus ATP gewonnen, das, wie oben erläutert, in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle, hergestellt wird.

Wenn das Myosin an Aktin gebunden ist, verbindet sich der Myosinkopf mit ATP und Magnesium. Dadurch wird die Verbindung zum Aktinfilament unterbrochen, wodurch sich die Köpfe lösen und weiter nach außen drehen. Das Myosin bindet außerdem vollständig an ATP. Anschließend hydrolysiert das Enzym ATPase das ATP mit Hilfe von Magnesium (spaltet sich durch Wasseraufnahme) und zerlegt es in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat. Dadurch wird Energie freigesetzt, die genutzt werden kann, um den Kopf (der nun nicht mehr an das gespaltene ATP bindet) wieder an das Aktinfilament zu binden, dann aber etwas weiter. Dadurch wird das Aktin weiter nach innen gezogen.

ATP ist auch notwendig, um die Kalziumionen nach erfolgter Wirkung zurückzupumpen, sodass die Bindungsstellen wieder von Tropomyosin bedeckt werden. Im Bild unten können Sie sehen, wie dieser Prozess funktioniert, mit einer Erklärung der verschiedenen Schritte.

Der Bedarf an Magnesium

Daher wird Magnesium zur Entspannung des Muskels benötigt. Magnesium spielt auch eine Rolle bei der Produktion von ATP. Ein Magnesiummangel kann daher zu Krämpfen, Muskelschmerzen und sinkender Energie führen.

Unterschiede in der Anzahl der Filamente pro Person und der Prüfstärke.

Die Kraft pro Sarkomer ist (bei gleichen Bedingungen wie verfügbarem ATP) eigentlich für alle gleich. Allerdings variiert die Gesamtzahl der Filamente, die in einer Myofibrille nebeneinander liegen, von Person zu Person. Beispielsweise haben Männer dickere Muskeln als Frauen, weil sie unter anderem aufgrund eines höheren Testosteronspiegels mehr Filamente nebeneinander in einer Myofibrille haben, wodurch diese dicker wird. Ein Sarkomer nutzt als motorische Einheit die gesamte verfügbare Kraft auf einmal. Sie können einem Sarkomer also keine Halbgas geben.

Das Ausmaß der Kraftanwendung hängt von der Anzahl der motorischen Einheiten und davon ab, welche davon verwendet werden. Der Körper nutzt daher nicht alle Sarkomere, sondern nur die notwendigen. Mehr Filamente = dickere Myofibrille = dickere Muskelfaser = dickeres Muskelbündel = dickerer Muskel. Selbst wenn Sie sich entspannen, sind einige Sarkomere angespannt. Wie am Anfang dieses Artikels erwähnt, besteht eine seiner Funktionen darin, den Knochenbeutel Ihres Körpers in Form zu halten. Diese minimale Spannung, um alles an der richtigen Stelle zu halten, nennt man Ton.

Energiequellen der Muskeln

Wir haben jetzt gesehen, dass ATP benötigt wird, um sich durch die Aufnahme und Freisetzung von Aktin zusammenzuziehen und zu entspannen. Was passiert nun, wenn kein ATP mehr vorhanden ist? Die Myosinköpfe können sich nicht mehr an ATP binden und bleiben daher an Aktin gebunden, wodurch der Muskel unter Spannung bleibt. Genau das passiert bei Leichen. Die sogenannte Totenstarre (Rigor mortis) wird durch Kalziumionen verursacht, die aus dem sarkoplasmatischen Retikulum austreten und so die Bindung von Myosin an Aktin ermöglichen. Da jedoch kein ATP mehr hergestellt wird, können sich die Köpfe nicht mehr trennen. Außerdem können die Calciumionen ohne ATP nicht mehr zurückgepumpt werden.

Neben einem Magnesiummangel können Muskelkrämpfe auch mit einem ATP-Mangel zusammenhängen, wenn beispielsweise zu wenig Kohlenhydrate, Proteine und/oder gegessen wurden. Diese Nährstoffe können im Körper als Energiequelle gespeichert werden (als Glykogen, Glycerin bzw. Aminosäuren). Beim Abbau dieser Stoffe durch Sauerstoff entsteht Energie, die als ATP gespeichert wird.

Drei Energiesysteme

Die Menge an ATP im Körper ist sehr begrenzt und muss daher kontinuierlich produziert werden. Der Körper verfügt über drei Systeme, um diese Energie zu erzeugen. Wichtig hierbei ist, ob der Körper mehr Sauerstoff aufnimmt, als er aktuell verbraucht. Die maximale Menge an Sauerstoff, die Sie aufnehmen, wird oft gemessen und als VO2 max ausgedrückt.

Anaerobes alaktisches Energiesystem/Phosphatsystem

-Wie?: Anaerob bedeutet ohne Verwendung von Sauerstoff. Sie verbrauchen mehr Sauerstoff als Sie aufnehmen. Alaktisch bedeutet ohne Bildung von Milchsäure. -Geeignet für: Sehr intensive, kurze Anstrengung (10 - 20 Sekunden) -Beispiel: 100-Meter-Sprint, Krafttraining mit viel Gewicht und wenigen Wiederholungen -Verwendet: Kreatinphosphat + ADP -Produziert: ATP -Besonderheiten: Ihr Körper verbraucht mehr Sauerstoff als er aufnimmt. Dies stellt kein Problem dar, solange die Dauer der Aktivität auf etwa 10 Sekunden begrenzt ist. Dauert es länger, lässt die Kraft nach und der Körper schaltet auf folgendes Energiesystem um:

Anaerobes Milchenergiesystem

-Wie?: Ohne Sauerstoff, aber mit Bildung von Milchsäure durch unvollständige Verbrennung von Glukose (Zucker) -Geeignet für: Starke Anstrengung für 20 Sekunden bis ca. 2 Minuten, zum Beispiel der 400-Meter-Lauf. -Verwendung: Glukose -> Brenztraubensäure -> Milchsäure - Produziert: ATP & Milchsäure - Zusatzinformation: Milchsäure verursacht eine „Übersäuerung“, die zu Krämpfen führen kann und in der Leber abgebaut werden muss.

Aerobes Energiesystem

-Wie?: Verwendet Sauerstoff -Geeignet für: Leichtere Anstrengungen von längerer Dauer -Verwendet: (Vollständige Verbrennung von) Glukose, Fetten und Proteinen (je nach Dauer, Intensität und verfügbaren Nährstoffen) durch Sauerstoff -Erzeugt: CO2 + Wasser + ATP -Eigenschaften: Kohlenhydrate sind eine effizientere Energiequelle als Fette, da Fette für ihre Verbrennung mehr Sauerstoff verbrauchen. Allerdings ist die Kohlenhydratversorgung oft deutlich eingeschränkter als die Fettversorgung. Im aeroben System könnte man grundsätzlich unbegrenzt weiterlaufen, solange einem von Zeit zu Zeit jemand ein Sandwich oder eine andere Form von Kohlenhydraten gibt. Der einzige Grund, warum dies nicht möglich ist, ist das Schlafbedürfnis (dessen Zweck die Wissenschaft noch nicht genau kennt). Für die Funktion des Energiesystems ist es wichtig zu wissen, welche Nährstoffe Ihr Körper wann, in welchen Mengen und zu welchem Zweck benötigt.

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