Name:
Julia, 2016-11
Tommaso, 2016-11
Dennis, 2018-12
Sarah, 2020-10
Gianluca, 2020-10

 

Definition:

Ein Muskel (lat. musculus- 'Mäuschen' – mausähnliches Aussehen unter der Haut) ist ein kontraktiles Organ, welches durch die Abfolge von An- und Entspannungen (Anspannung: "Kontraktion") innere und äußere Strukturen des Organismus bewegen kann. Diese Bewegung ist sowohl die Grundlage der aktiven Fortbewegung eines Individuums, als auch vieler innerer Körperfunktionen.

Eigenschaften und Allgemeines:

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% Enerigie, bei Höchstleistungen bis zu 90% der Gesamtenergie.
Jeder Muskel kann nur kontrahieren (d.h. sich zusammenziehen) und deswegen hat fast jeder Muskel zur Entspannung einen weiteren Muskel als "Gegenspieler" (Agonist und Antagonist).

 

Muskeltypen:

Im menschlichen Körper gibt es 3 Arten von Muskeltypen:

  1. Die Herzmuskulatur
  2. die quergestreifte Muskulatur (auch Skelettmuskulatur genannt)
  3. glatte Muskulatur

 

1. Die Herzmuskulatur / Herzmuskel:

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. Die Herzmuskulatur ist ausdauernd und mittelschnell.

Schweineherz - präpariert

Das Schweineherz ist dem menschlichen im Aufbau, Gewebe und der Funktion fast identisch 

Schweineherz, geöffnet

Lateral aufgeschnittenes Schweineherz. Die starken Muskelpartien der linken Herzkammer sind gut erkennbar

 

2. Die quergestreifte Muskulatur:

Die quergestreifte Muskulatur wird auch Skelettmuskulatur genannt. Als quergestreifte Muskulatur im menschlichem Körper werden die äußeren, sichtbaren und beeinflussbaren Muskeln bezeichnet, wie z.B. der Bizeps, der Trizeps, die Muskeln im Gesicht, etc.
Die Querstreifung der Muskulatur ist jedoch nur unter dem Mikroskop sichtbar. 

In der quergestreiften Muskulatur gibt es sowohl Muskeln mit viel ST- uund 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. haben viele FT-Fasern, Marathonläufer hingegen haben viele ST-Fasern.

 

3. Die glatte Muskulatur:      

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. Sie können also nicht bewusst gesteuert oder beeinflusst werden.
Die glatte Muskulatur ist ausdauernd und langsam.

 

Die Muskelfasertypen:

In allen Muskeltypen, gibt es verschiedene Muskelfasertypen. Diese sind rote Muskelfasern, weiße Muskelfasern und der Intermediärtyp: 

a) Die roten Muskelfasern:

Sie sind langsame und ermüdungsresistente Fasern, welche ST-Fasern genannt werden. 


b) Die weißen Muskelfasern:

Sie sind sehr schnell arbeitende, jedoch auch schnell ermüdende Fasern. Diese werden auch FT-Fasern genannt.

 

c) Der Intermediärtyp:

Sie sind schnelle und relativ ermüdungsresistente Fasern

 

Muskelaufbau:

Muskelfaserbündel  Sarkomer und Z-Scheibe - Gleitfilamenttheorie 
Muskelfaserbündel  Sarkomer und Z-Scheibe

 

Ein Muskel besteht aus vielen Muskelfaserbündeln, welche wiederum aus vielen Muskelfasern (Muskelzelle) besteht. Eine Muskelfaser ist eine lang gestreckte vielkernige Zelle, wobei die Zellkerne meist dicht unter der Zellmembran der Muskelzelle liegt. Diese Muskelfaser setzt sich aus vielen Myofibrillen zusammen (dies sind lange, parallel angeordnete Eiweißketten).
Die Myofibrille setzt sich ihrerseits aus Sarkomeren zusammen, die verantwortlich für die Muskelkontraktion sind (Siehe unten: Theorie der gleitenden Filamente). Jedes Sarkomer besitzt zwei Arten von Eiweißfäden, welche im Mikroskop als dünne und dicke Eiweißfäden erkennbar sind. Sie sind Aktin- und Myosinfilamente, welche jeweils mit Z-Scheiben verbunden sind (Z-Scheiben trennen einzelne Sarkomere voneinander).

 

Quelle Bild:  Creative Commons Attribution 2.5 Generic by Wikicommonsuser: Marc Schmid & Marlus Gancher; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bauplan_der_Skelettmuskulatur.svg

 

Theorie der gleitenden Filamente - Gleitfilamenttheorie:

Die Muskelzelle wird durch einen Nervenimpuls gereizt und löst damit in den einzelnen Sarkomeren aus, dass die dicken Eiweißfilamente (Myosin) die dünnen Eiweißfilamente (Aktin) in die Mitte des Sarkomers ziehen.

Folglich werden die einzelnen Sarkomere und somit die Myofibrille, damit auch die Muskelfaser und schließlich das ganze Muskelfaserbündel verkürzt und es kommt zur Kontraktion des Muskels.

 

Kontraktion des Muskels:

Die Kontraktion beschreibt den Vorgang, bei dem sich ein Muskel verkürzt, beziehungsweise seine Spannung erhöht. Dieses Geschehen ist aktiv, also wird Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) verbraucht. Die Dehnung des Muskels geschieht wiederum passiv.

Gleiche Muskelpaare, bei denen ein Muskel kontrahiert und der Gegenspieler entspannt wird, nennt man Synergisten. 
Bei den Skelettmuskeln wirken die Kräfte über die Sehnen auf die jeweiligen Knochen.

 

Zum inneren Aufbau des Muskels siehe: Muskelaufbau

Muskelkontraktion und ATP

Der chemische Antrieb der Muskeln sind die Myofibrillen, ihre Arbeitseinheit sind die Sarkomere. In ihnen wird ATP unter Wärmeverlust zu mechanischer Arbeit der Kontraktion umgewandelt. Die Myosin- und Aktinfilamente eines Sarkomers gleiten bei der Kontraktion ineinander. Dieses Filamentgleiten ist verantwortlich für die Muskelverkürzung (Kontraktion).

Muskelkontraktion

Trizeps angespannt, Bizeps entspannt

 

Muskelkontraktion

Trizeps entspannt, Bizeps angespannt

 

Der Ruhezustand (oben) und der angespannte Zustand (unten)

Muskel: Z-Scheiben, Kontraktion

Muskel: Z-Scheiben, Kontraktion

 

- Dünne Aktinfilamente sind parallel zu dicken Myosinfilamenten, welche durch das Protein Titan in Lage gehalten werden.
- Wenn das Aktionspotential (AP) an der neuromuskulären Synapse (motorische Endplatte) eintritt, gleiten kurz darauf die Aktin- und Myosinfilamente aneinander vorbei.  
 => Verkürzung der Sakromere, gesamte Muskelfaser kontrahiert

 

Endplattenpotential

Kurz EPP: elektronisch ausbreitendes Potential an der postsynaptischen Membran der Muskelzelle. Es bildet einen Teil der Elektromechanischen Kopplung. Ist vergleichbar mit dem Postsynaptischen Potential (PSP).

 

Motorische Endplatte

Spezifische Synapse: befindet sich zwischen einem Motoneuron und einer Muskelfaser. Ein Motoneuron ist eine Nervenzelle, die Muskelzellen innervieren (aktivieren). Die Synapse funktioniert genauso wie normale Synapsen zwischen Nervenzellen mit dem Neurotransmitter Acetylcholin.

 

Kontraktion im Detail:

Elektromechanische Kopplung:

Das AP führt zur Transmitterfreisetzung und folglich zur Depolarisation der postsynapstischen Membran (EPP (= Endplattenpotential an der mototischen Endplatte). Diese bewirkt ein Muskelaktionspotential an der Membran der Muskelzelle. Das Muskelaktionspotential gelangt durch die T-Tubuli zu Sakroplasmatischen Reticuli. Dort werden durch die Spannungsänderung Calciumionenkanäle geöffnet, wodurch Calciumionen ins Zellplasma strömen. Dadurch erhöht sich die Calciumionenkonzentration im Inneren der Zelle.
=> Bindungsstellen am Aktinfilament werden freigelegt. (Geschieht dadurch, dass sich Calciumionen an Troponinmolekülen anlagern, wodurch Tropomyosin seine molekulare Struktur verändert und Bindungsstellen für Myosinköpfe freilegt).
Noch im entspannten Zustand werden Myosinköpfe in 90°-Stellung gebracht. Dazu ist die Spaltung von ATP zu ADP und P notwendig.
=> Aktivierte Myosinköpfe lagern sich an freigelegten Stellen am Aktinfilament an und bilden somit Querbrücken.

Verkürzung der Sakromere: Gleitfilamenttheorie

Myosinköpfe knicken um 45° um und verschieben dadurch das Aktinfilament um 10 Nanometer
=> Filamente gleiten aneinander vorbei => Sakromere verkürzen sich => Kontraktion des Muskels
Unter ATP-Verbrauch lösen sich Myosinköpfe wieder vom Aktinfilament, richten sich auf und sind bereit für den nächsten Zyklus

 

Muskelkontraktion - Gleitfilamenttheorie

Muskelkontraktion - Gleitfilamenttheorie

 

Kontraktionsarten der Muskeln

- Isotonisch: Muskelverkürzung, Spannung bleibt unverändert (z.B. beim Heben).

- Isotonisch: Muskelspannung, Muskellänge bleibt unverändert (z.B. beim Halten).

- Auxotonisch: Kraft und Länge verändern sich.

 

Herzschrittmacher

  • Wird eingesetzt, wenn das Herz zu langsam schlägt (Bradykardie).
  • Bringt das Herz wieder in normalen Rhythmus. Dazu sendet das Gerät elektronische Impulse über eine oder mehrere Elektroden ins Herz (Einkammer-Schrittmacher und Zweikammer-Schrittmachern). Mit jedem Impuls zieht sich das Herz zusammen.
  • Können außerdem erkennen, ob sich der Patient körperlich anstrengt => Herz muss schneller schlagen.
  • Können EKG-Kurve aufzeichnen und speichern.

 

Wechselwirkung zwischen den Filamenten

Muskelkontraktion - Filament-Gleittheorie 
Muskelkontraktion - Filament-Gleittheorie

 

1) - die Molekülköpfe mit ATP des Myosins sind nicht an das Aktin gebunden (erschlaffter Zustand)

    - Muskel wird durch Gegenspieler gedehnt

2) - ATP wird hydrolysiert und zu ADP und Phosphat gespalten

    - ATP und Phosphat bleiben am Myosinköpfen gebunden

    - Myosinköpfe in einem energiereichen Zustand

3) - unter Einfluss von Calcium-Ionen entsteht eine Querbrückenbindung


4) - es wird ADP und Phosphat freigesetzt 

    - ein Durchlauf der Muskelkontraktion ist beendet

 

Vor dem nächsten Zyklus werden die Querbrücken durch neues ATP am Myosin gelöst. Solange die Konzentration an Calcium-Ionen und ATP werden von jedem der 350 Myosinköpfe etwa 5 Querbrücken pro Sekunde gebildet.

  

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