Aufbau von Muskel und Muskelfaser


Als Muskulatur bezeichnet man ein Organsystem, welches die Gesamtheit der Muskeln eines Lebewesens umfasst. Wird der Begriff in Zusammenhang mit anderen Körperteilen verwendet (wie z.B. in den Bezeichnungen Bauchmuskulatur oder Armmuskulatur), so bezieht sich diese Aussage auf die Muskelgruppen des jeweiligen Körperbereichs und ihre Wechselwirkungen.

Die Muskulatur des Menschen macht beim Mann etwa 40 Prozent seines Körpergewichts aus und umfasst über 600 willkürliche Muskeln. Ein einzelner Muskel ist ein kontraktiles Organ, das durch die Abfolge von Anspannung (Kontraktion) und Entspannung innere oder äußere Strukturen des Körpers bewegen kann.
 

Zeichnung von Bernardino Genga

Willkürliche und unwillkürliche Muskeln

Die willkürlichen Muskeln (Skelettmuskeln) sind ausführende Organe, die auf einen vom Nervensystem kommenden Reiz reagieren und eine bestimmte Bewegung ausführen. Sie können willkürlich angespannt werden und sich anschließend wieder entspannen.1)
 
Zusätzlich unterscheidet man tiefliegende, nur mit Knochen verbundene Muskeln und solche, die auf einer Seite an der Haut ansetzen, wie z.B. Gesichtsmuskel, die die Gesichtshaut bewegen und damit die Mimik verändern.

Die unwillkürlichen Muskeln (glatte Muskeln) sind Teil der Eingeweidestruktur. Sie ermöglichen die von unserem Willen unabhängigen, automatischen Bewegungen der Organe, wie z.B. die Reglulierung des Blutkreislaufs durch Einwirkung auf die arteriellen Gefäße oder die Fortbewegung der Nahrung im Verdauungstrakt. Die Kontraktionen der unwillkürlichen Muskeln erfolgen langsamer als die der Skelettmuskulatur, sind aber von längerer Dauer.

Die dritte Art von Muskelgewebe kombiniert die Merkmale der quergestreiften und glatten Muskulatur und befindet sich ausschließlich in der Herzwand (weist die Querstreifung von Skelettmuskeln auf, ist allerdings unwillkürlich gesteuert). Die Herzwand bildet das Myokard, das schnell und wiederholt, aber unwillkürlich kontrahiert.
 

Quergestreifte und glatte Muskelfasern

Die (quer-)gestreiften Muskelfasern bilden die Struktur der willkürlichen Muskulatur. Sie bestehen aus Zellen mit mehr als einem Zellkern. Mikroskopisch lassen sich an den Muskelfasern abwechselnd helle und dunkle Streifen erkennen, die durch Fäden (Filamente) zweier verschiedener Proteine (Aktin und Myosin) gebildet werden.

Die glatten Muskelfasern bestehen aus Zellen mit nur einem Zellkern, sind reich an Sarkoplasma (entspricht dem Zytoplasma der normalen Zelle), enthalten aber nur wenige kontraktile Elemente. Die glatten Muskelfaserzellen sind miteinander verbunden und ermöglichen so die Weiterleitung nervaler Reize.
 
Die glatten Muskeln bilden die Wände der Eingeweideorgane wie Magen und Darm. Hier erfolgen langsame und unwillkürliche Kontraktionen, die minutenlang andauern können, ohne Erschöpfung hervorzurufen, weil sie einen geringen Sauerstoffverbrauch haben.2)

  
Der grundlegende Aufbau einer (menschlichen) Zelle

Die Muskelzelle ist in ihrem Aufbau prinzipiell gleich wie andere Körperzellen, weist aber auf Grund ihrer spezifischen Funktionen auch Unterschiede auf.

Umgeben ist die Zelle von einer Zellmembran, die dem Sarkolemm der Muskelzelle entspricht. Sie weist eine selektive Permeabilität (Durchlässigkeit) für organische Substanzen und Elektrolyte auf sowie die Fähigkeit zur Assoziation mit anderen Zellen. Die mit dem aktiven Transport gekoppelten Vorgänge, wie die Natrium-Kalium-Pumpe, sind hier lokalisiert.
Das Zytoplasma, das dem Sarkoplasma der Muskelzelle entspricht, ist eine elektrolyt- und proteinhaltige Flüssigkeit. Hier wird anaerob Energie gewonnen (Glykolyse), Glykogen.3) synthetisiert und auch wieder abgebaut sowie Fettsäuren synthetisiert. Im Zytoplasma befinden sich auch die Energiespeicher der Zelle, wie z.B. Glykogenschollen und Fetttröpfchen.
Das endoplasmatische Retikulum, das dem sarkoplasmatischen Retikulum der Muskelzelle entspricht, erstreckt sich von der Zellmembran ausgehend über das gesamte Zytoplasma. Es stellt ein intrazelluläres Transportsystem dar und ist teilweise von Ribosomen (kugelförmige Partikel) besetzt. Endoplasmatisches Retikulum und Ribosomen bilden den Ort der Proteinsynthese.
In der Muskelzelle ist das sarkoplastische Retikulum bei der Erregungsübertragung von der Oberfläche zum kontraktilen Fibullenapparat von großer Bedeutung.

Zelle - schematische Darstellung

Der Zellkern enthält das genetische Material und besitzt die Fähigkeit zur identischen Verdoppelung. Er gibt das Muster für die Eiweissynthese vor. Zusammen mit den Ribosomen ermöglicht er durch die Vermehrung der Eiweisstrukturen (Eiweißsynthese) besipielsweise das Größenwachstum (Hypertrophie) der Muskelzellen bei Wachstum und Training.

Die Mitochondrien sind die "Kraftwerke" der Zellen. In ihnen findet die oxydative Verbrennung der energiereichen Substrate statt, die oxydative Phosphorylierung und Energiegewinnung. Auch die Enzyme des Zitratzyklus und der Atmungskette befinden sich in den Mitochondrien.
 

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[1] Willkürliche Muskeln können aber auch als Reflex auf einen Reiz unwillkürlich reagieren
[2] Anatomisch werden die verschiedenen Muskeln auch gruppiert in Ringmuskel, Hohlmuskel, spindelförmige Muskeln, federförmige Muskeln, mehrbäuchige Muskeln und mehrköpfige Muskeln.
In Hinblick auf die Zusammenarbeit unterteilt man Muskeln in zusammenwirkende und gegenspielende. Agonisten und Antagonisten (Gegenspieler) haben eine zueinander entgegengesetzte Wirkung. Synergisten wiederum haben eine gleiche oder ähnliche Wirkung wie die Agonisten (unterstützen deren Arbeit) und arbeiten deshalb bei vielen Bewegungsabläufen zusammen.
[3] Glykogen ist die intrazelluläre Speicherform von Glukose (Zucker).

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