Die Muskeln

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In den Intrazellulär- und Extrazellulärräumen sind Flüssigkeiten, die Ionen enthalten. In der Zelle befindet sich viel Kalium, dafür wenig Calcium und Natrium, außerhalb der Zelle verhält es sich genau umgekehrt, wenig Kalium und viel Calcium, Natrium. Anionen sind daher innerhalb der Zelle häufig vorhanden, außerhalb weniger. Dadurch ist innen elektrisch negative Ladung (mehr Anionen) und eine Spannung von -80 mV, außen elektrisch positive Ladung (mehr Kationen) und eine Spannung von 20 mV.

Daher herrschen Konzentrationsunterschiede. Ionen haben das Bestreben, einen Ausgleich zu schaffen und per Diffusion zu wandern. Diese Wanderung jedoch ist abhängig von der Permeabilität der Membran. So kann Kalium leicht aus der Zelle heraus; da die Kanäle der Membran zu klein sind, können Calcium und Natrium nicht in die Zelle hinein (Ruhemembranpotential).

Dann reizt ein Nervenimpuls das Sarkolemm und macht es ganz kurz (1 ms) für Natrium und Calcium durchlässig; Folge: Depolisation (Umkehrung der Ladungen). Das Einwandern von Natrium und Calcium ist für die Verkürzung des Sarkolemms notwendig.

In der Muskelzelle ist das Enzym Adenotriphosphatase (= ATPase) vorhanden, darauf wirken die eingewanderten Ionen ein und aktivieren dieses. Daraufhin wirkt das ATPase auf das Adenotriphosphat (ATP), eine energiereiche Bindung, indem es vom ATP ein Phosphatmolekül abspaltet und macht es so zu Adenodiphosphat (ADP). So wird Energie frei, um die Actin-Myosin-Fäden weich und beweglich zu machen. Die Folge ist, daß sich Myosin und Actin zusammenschieben und der Muskel kontrahiert.

Die Ionenpumpe ist ein aktiver Vorgang, bei dem Energie in Form von Glucose und Sauerstoff verbraucht wird. Bei dieser Ionenpumpe wird Kalium in die Zelle hineingepumpt und Natrium und Calcium heraus. Wenn der kritische Wert von -50 mV (Schwellenpotential) erreicht oder sogar überschritten wird, sind soviel Ionen eingewandert, daß sich die Muskelzelle kontrahieren kann, man spricht jetzt vom Aktionspotential. Die Muskelzelle reagiert nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip, bei unterschwelligen Reizen reagiert sie nicht, bei überschwelligen Reizen kontrahiert sich die Zelle mit der ihr zur Verfügung stehenden Kraft. Die bei einem Aktionspotential einströmenden Ionen haben Wirkung auf ein in der Zelle vorhandenes Enzym, ATPase; dieses Enzym auf das ATP und spaltet ein Phosphat ab und es entsteht ADP und ein einzelnes Phosphat. Die dadurch freigewordene Energie bewirkt, daß die Aktin- und Myosinfäden beweglich gemacht werden, sich die Aktinfäden in die Myosinfäden schieben können und sich das Sarkomer verkürzen kann.

ATP-Regeneration

Unter Energieverbrauch (Sauerstoff und Glucose) wird das Phosphatmolekül mit dem ADP verbunden und somit ATP bildet. Da Sauerstoff verbraucht wird, ist dies eine aerobe ATP-Regeneration, dabei entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukte.

Diese Art der ATP-Regeneration geschieht relativ langsam und ist für langanhaltende Minimalleistung gedacht.

Für kurzfristige Höchstleistung steht in der Muskelzelle eine weitere energiereiche Verbindung zur Verfügung (Kreatininphosphat). Diese ist in der Lage, sofort, schnell und ohne Sauerstoff sein Phosphat abzugeben und an das ADP anzubauen, sodaß jetzt genügend ATP zur Verfügung steht. Es entsteht Milchsäure, die die Muskulatur übersäuert, der pH-Wert sinkt. Diese Milchsäure muß nun unter großem Sauerstoffverbrauch in der Leber abgebaut werden, damit sich der pH-Wert wieder normalisiert. den dazu benötigten Sauerstoff atmet man nach getaner Arbeit ein. Man spricht von Sauerstoffschuld, die 15 bis 20 Liter betragen kann. Ein weiteres Handycap kann sein, daß Kreatininphosphat nur begrenzt zur Verfügung steht, für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden.

Bei einem Skelettmuskel unterscheidet man den Muskelbauch, der spindelförmiges, plattes oder auch gefiedertes Aussehen hat und den Ursprung und Ansatz. An diesen Ursprungs- bzw. Ansatzstellen ist der Muskel mit einer Sehne, genannt Tendo, mit dem Knochen stark verwachsen. Bei diesen Ursprungs- oder Ansatzstellen ist die Verwachsung so intensiv, daß bei starkem Zug eher die Sehne als die Ansatzstelle reißt. Jeder Muskel verläuft über ein Gelenk, woraus eine Gelenksbewegung resultiert. Dort, wo der Muskel über Knochenvorsprünge verläuft, befinden sich Schleimbeutel (Bursa), die als Druckpolster dienen. Bei den Muskeln, die lange Sehnen besonders im Hand- und Unterarmbereich aufweisen, liegen diese geschützt in einer mit Flüssigkeit gefüllten Sehnenscheide (Tendo vaginae). Als Ursprung bezeichnen wir immer den rumpfnahen, proximalen Fixationsort, als Ansatz immer den rumpffernen, distalen, zu bewegenden Ort. Ein Muskel zieht sich immer in Richtung Ursprung zusammen. Eine Bewegung wird meistens als Zusammenspiel von mehreren Muskeln bewirkt (diese sind Synergisten). Da ein Muskel ausschließlich in der Lage ist, zu kontrahieren, ist es erforderlich, daß eine Gruppe von Muskeln die kontrahierten Muskeln in ihre Ausgangslage zurückzubringen, diese sind die Gegenspieler (Antagonisten).

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