Die Muskulatur

Ca. 650 Muskeln im menschlichen Körper ermöglichen diverse Bewegungen und Haltungen. Bei jeder körperlichen Aktivität sind die Muskeln gefragt. Als Muskulatur wird die Gesamtheit von Muskeln einer bestimmten Körperregion oder des Organismus bezeichnet und dient zur Bewegung aller Körperteile. Die Muskulatur ist von der Masse her das größte Organ im gesamten menschlichen Körper.

1. Aufbau/Anatomie der Muskulatur

Alle Muskeln des menschlichen Körpers bestehen aus der Gesamtheit von Muskelfasern, von denen es zwei Sorten gibt:

• Die phasischen, schnellzuckenden Muskelfasern, FT-Fasern genannt,
• und die tonischen, langsam zuckenden Muskelfasern, als ST-Fasern bezeichnet.

Die Skelettmuskeln sind durch Sehnen am Skelett befestigt.

Es wird zwischen zwei Arten von Muskulaturen unterschieden, zwischen der glatten Muskulatur und der quergestreiften Muskulatur – zu diesen gehören außerdem die 600 Skelettmuskeln. Beide Muskulaturen arbeiten unterschiedlich, denn während die glatte Muskulatur unterbewusst arbeitet, ist die quergestreifte Muskulatur willkürlich kontrollierbar.
Zusätzlich unterscheidet man noch die Herzmuskulatur, die eine besondere Form der quergestreiften Muskulatur, aber auch der glatten Muskulatur aufweist.

Des Weiteren wird zwischen verschiedenen Arten von Muskeln, die sowohl strukturell als auch anatomisch voneinander abweichen, unterschieden. Folgende befinden sich in der menschlichen Muskulatur:

• Es gibt den Ringmuskel, der eine Öffnung umschließt und deren Fasern zirkulär verlaufen (beispielsweise der Mund),
• den Hohlmuskel, der über einen Hohlraum verfügt (z. B. das Herz und der Magen),
• die spindelförmigen Muskeln, die ihrem Namen entsprechend eine Spindelform aufweisen und schnelle und ausladende Bewegungen des Körpers ermöglichen,
• die gefiederten Muskeln, deren Muskelfasern eine gefiederte Form aufweisen; die gefiederten Muskeln sind für kurze, aber kräftige Bewegungen verantwortlich;
• die mehrbäuchigen Muskeln; der Bauch des Muskels ist durch bestimmte Zwischensehnen getrennt (beispielsweise Abschnitte der Bauchmuskulatur werden von Zwischensehnen voneinander getrennt);
• und zuletzt die mehrköpfigen Muskeln, deren Ursprünge an einer bestimmten gemeinsamen Sehne ansetzen, jedoch örtlich voneinander getrennt sind (z. B. der Bizeps sowie der Trizeps im Oberarm).

1.1 Muskelfasern

Die Muskeln des menschlichen Körpers setzen sich alle aus roten und weißen Muskelfasern zusammen, wobei die roten auch als Typ I und die weißen als Typ II bezeichnet werden. Im Bizeps oder der Schultermuskulatur finden sich mehr weiße Muskelfasern; daraus folgt, dass die Muskeln bezüglich der Anzahl von weißen und roten Muskelfasern Unterschiede aufweisen können. Die Farbe kann aufgrund des Gehaltes von sauerstoffbindendem Eiweiß, auch Myoglobin genannt, unterschiedlich sein. Muskelfasern vom Typ I, also rote Muskelfasern, weisen nämlich einen deutlich höheren Myoglobingehalt auf als die Muskelfasern vom Typ II.

Die Namen der ST- und FT-Fasern lassen sich von diesem Schema ableiten: ST steht für Slow Twitched (langsam zuckend), wogegen FT für Fast Twitched (schnell zuckend) steht. Die ST-Fasern sind daraus resultierend Muskelfasern vom Typ I und die FT-Fasern vom Typ II. Im menschlichen Körper befinden sich ca. 50-60% ST-Fasern, 30-40% sind FT-Fasern. Der Gehalt an sauerstoffbindendem Eiweiß in Muskelfasern kann sich durch dauerhaftes Training simpel erhöhen, wogegen die Transformierung vom Typ II zum Typ I deutlich schwieriger ist, da sehr viel Krafttraining dafür erforderlich ist.

ST-Fasern, also Muskelfasern vom Typ I, verfügen generell über einen sehr hohen Myoglobingehalt; daraus resultiert die rote Farbe. Sie beinhalten außerdem deutlich mehr Mitochondrien und Kapillaren als die FT-Fasern, haben dafür aber weniger Phosphate und energiereiche Nährstoffe. Sie verfügen über einen hohen Fettspeicher und viele Kohlenhydrate.
Aufgrund ihrer vielen Mitochondrien und Kapillaren sind die ST-Fasern sehr leistungsfähig und ermüden nicht leicht. Sie sind ideal für Aktivitäten, die dauerhafte Leistung erfordern, beispielsweise bei Halte- oder Stützarbeiten.

FT-Fasern, Muskelfasern vom Typ II, verfügen im Gegensatz zum Typ I über deutlich weniger sauerstoffbindendes Eiweiß, daher auch ihre weiße Farbe; zudem verfügen sie über wenige Mitochondrien und Kapillaren. Obwohl sie nicht viel Myoglobin oder Mitochondrien beinhalten, sind sie dank eines großen Gehaltes an Phosphat, Kohlenhydraten und Glykogen (einer Sorte von Glukose) sehr energiereich.
Daraus resultierend sind Muskelfasern vom Typ II ideal für unerwartete, explosive Bewegungen wie Sprünge oder Sprints; die Muskeln ermüden zwar sehr schnell, verfügen aber über eine hohe Kapazität an Energie.

1.2 Die glatte Muskulatur

Die glatte Muskulatur besteht aus langen, spindelförmigen und wenig verzweigten Zellen, die schichtartig oder in Strängen aufgebaut sind; diese Zellen sind sehr kurz (25 – 200 µm). In der Mitte der Zelle angeordnet befindet sich ein länglicher Kern, das Zellplasma. Dieses beinhaltet die sogenannte Muskelfibrille, auch Myofibrille, welche eine Art Zellorganelle ist, die für die Kontraktion bzw. aktive Verkürzung des Muskels verantwortlich ist. Am Ende der Zelle befinden sich die restlichen Zellorganellen: die Ribosmomen, die Mitochondrien und das raue Endoplasmatische Retikulum, verkürzt auch RER genannt.

Der glatten Muskulatur fehlt die Querstreifung, über die die quergestreifte Muskulatur verfügt, daher ist keiner der Skelettmuskeln ein Teil der glatten Muskulatur, zumal die Muskelzellen der glatten Muskulatur deutlich schmäler sind.
Außerdem ist die glatte Muskulatur nicht willkürlich kontrollierbar, das heißt, dass Menschen nicht in der Lage sind, den Magen oder sonstige glatte Muskulaturen bewusst zu kontrollieren.

Die Muskelzellen sind beim Zusammenziehen beziehungsweise bei der Kontraktion einer glatten Muskulatur ständig in Arbeit und können sich im Gegensatz zu den Muskelzellen der Skelettmuskulatur nicht völlig entspannen. Sie sind stets leicht angespannt, da der Prozess der Kontraktion willkürlich und sehr langsam verläuft und durch plötzliche Impulse ausgelöst wird. Die Art der konstanten Spannung, in der sich die Zellen befinden, nennt man auch Ruhetonus.

Die glatte Muskulatur befindet sich hauptsächlich bei Hohlorganen und kontraktilem Gewebe wie beispielsweise beim Darm, den Blutgefäßen, den Geschlechtsorganen, den Atem- und den Harnwegen. Obwohl das Herz durchaus ein Hohlorgan ist, ist die Muskulatur quergestreift. Es gehört jedoch nicht zur quergestreiften Muskulatur, da die Muskelzellen unregelmäßig angeordnet sind.
Kontraktiles Gewebe bezeichnet ein Gewebe, das in der Lage ist, sich zusammenzuziehen, also Gewebe, bei dem die Kontraktion stattfindet.

1.3 Die quergestreifte Muskulatur

Aufgrund ihrer ungewöhnlich langen Muskelzellen von bis zu 15 cm werden die Bauteile der quergestreiften Muskulatur als Muskelfasern bezeichnet. Eine einzelne Muskelfaser verfügt über bis zu 40 Muskelzellen, die sich am Rand der Zelle befinden und in der die Muskelfibrillen regelmäßig angeordnet sind. Während die glatte Muskulatur eine spindelförmige Zellenform aufweist, haben die Zellen der quergestreiften Muskulatur die Form eines Zylinders.

Ihrem Namen entsprechend geht die abwechselnde Farbe der Elemente der quergestreiften von den Muskelfibrillen aus – unter dem Lichtmikroskop weisen diese ein Muster von „hellen“ und „dunklen“ Elementen auf, die für die Querstreifen verantwortlich sind. Diese Elemente sind Aktin und Myosin; sie sind Gruppen von Filamentproteinen. Zusammen bilden sie die kontraktile Gesamtheit des Muskels.

Die quergestreifte Muskulatur bildet das gesamte System der Skelettmuskulatur und umfasst somit 600 Muskeln. Diese Muskeln sind durch Sehnen fest mit dem Körper verbunden.
Ein Skelettmuskel ist die Gesamtheit von Tausenden von Muskelfasern, die von außen mit einem Bindegewebe umhüllt sind, das auch Muskelfaszie genannt wird. Jede einzelne dieser Muskelfasern wird zusätzlich von den Faserschichten, auch genannt Septen, die sich zwischen zwei Muskeln befinden, umhüllt. Sie sorgen dafür, dass aus den einzelnen Muskelfasern Bündel werden. Bei Muskelaktivität arbeiten alle Muskelfaserbündel zusammen und setzen ihre Kraft ein.

Die Kontraktion der quergestreiften Muskulatur verläuft sehr viel unterschiedlicher als die der glatten Muskulatur. Da alle Skelettmuskeln im Normalfall willkürlich kontrollierbar sind, wird die Kontraktion sehr schnell durch Impulse, ausgehend vom Zentralnervensystem, ausgelöst.

1.4 Die Herzmuskulatur

Die Herzmuskulatur ist eine besondere Muskelart. Einerseits ist das Herz ein Hohlorgan, was es zu einer klassischen glatten Muskulatur macht. Andererseits verfügt das Herz über jene Elemente, die Querstreifen verursachen, und besitzt somit auch Eigenschaften der quergestreiften Muskulatur.

Die Zellkerne der Herzmuskulatur sind mittig gelegen und die Zellorganellen befinden sich am Ende des Zellkerns – Eigenschaften, die auch eine glatte Muskulatur besitzt. Zudem ist die Herzmuskulatur nicht willkürlich kontrollierbar. Die Muskelzellen sind außerdem unregelmäßig angeordnet.

Einzelne Muskelzellen werden nicht wie bei der quergestreiften Muskulatur von Muskelfaszien oder Septen miteinander verbunden, denn die Muskelzellen werden durch sogenannte Glanzstreifen zusammengehalten. Des Weiteren sind die Glanzstreifen für die Weiterleitung von Erregungen verantwortlich.

Die Kontraktion findet ähnlich wie bei der glatten Muskulatur rhythmisch und kontinuierlich statt. Sie wird nicht aktiv kontrolliert und erfolgt unwillkürlich, außerdem wird sie vom vegetativen Nervensystem beeinflusst.

1.5 Der Ringmuskel

Der Ringmuskel, oftmals als Schließmuskel bezeichnet, weist einen zirkulären Faserverlauf auf und ist bei jenen Organen zu finden, bei denen eine Öffnung erforderlich ist, beispielsweise beim Mund, dem Auge oder dem After.

Aufgrund des Aufbaus des Zellkerns und der Muskelzellen gehören die meisten Ringmuskeln zur glatten Muskulatur, auch weil sie nicht willkürlich kontrollierbar sind. Muskeln wie der Mund oder das Auge sind jedoch willkürlich kontrollierbar und somit quergestreifte Muskulaturen.

1.6 Der Hohlmuskel

Ein Hohlmuskel ist eine Muskelform, die über einen inwendigen Hohlraum verfügt, wie beispielsweise der Magen, der Darm und das Herz. Das Herz ist verantwortlich dafür, Blut durch den Körper zu pumpen, sodass dieser dauerhaft mit Sauerstoff und wichtigen Nährstoffen versorgt wird und unbrauchbare Stoffe abtransportiert werden können.
Der Darm übernimmt die Aufgabe, Stoffe zu verdauen und Energie bereitzustellen, sorgt für die Abwehr des Immunsystems und für die Ausscheidung sowie Entgiftung.
Der Magen nimmt Nahrung und Nährstoffe auf, um sie dann an den Dünndarm zu leiten, in dem die Nahrung weiterverdaut wird.

Die Tätigkeit des Magens und des Darms beruhen alle auf der glatten Muskulatur, die dafür sorgt, dass die Muskeln dauerhaft aktiv sind.

1.6 Spindelförmige Muskeln

Die spindelförmigen Muskeln befinden sich in den Regionen des Körpers, in denen ausholende und schnelle Bewegungen erforderlich sind. Die schnelle Reaktion und die Fähigkeit der Muskeln, dabei aktiv zu werden, resultiert daraus, dass sie in der Lage sind, sich sehr stark zu verkürzen. Ihrem Namen entsprechend besitzen sie eine spindelartige Form, die ihnen das Verkürzen erleichtert. Der Muskelquerschnitt von ringförmigen Muskeln ist jedoch etwas klein, daher verfügen sie über eine geringe Kraft, um die Kontraktion auszuführen (z. B. bei der Speiseröhre oder dem Herz).

1.7 Gefiederte Muskeln

Die Ursprungssehne verläuft bei gefiederten Muskeln nicht parallel, sondern schräg angesetzt. Der Name des Muskels kommt vom federähnlichen Aufbau und Aussehen. Im menschlichen Körper gibt es drei Arten von gefiederten Muskeln:

• Der einfach gefiederten Muskel, auch als Musculus unipennatus bezeichnet (z. B. der vordere Schienbeinmuskel),
• der zweifach gefiederte Muskel, sogenannter Musculus bipennatus (z. B. der innere Oberschenkelmuskel),
• und der mehrfach gefiederte Muskel, auch Musculus multipennatus genannt (beispielsweise der Deltamuskel).

Muskelarten, die nicht sonderlich oft auftreten, sind die mehrbäuchigen sowie mehrköpfigen Muskeln. Mehrköpfige Muskeln setzen in einer gemeinsamen Ursprungssehne an, örtlich sind sie jedoch voneinander getrennt.
Mehrbäuchige Muskeln haben ebenso einen gemeinsamen Sehnenansatz, aber der Muskelbauch ist durch eine Zwischensehne getrennt; Teile der Bauchregion werden ebenso durch diese Zwischensehne voneinander getrennt.

2. Die Kontraktion

Wie bereits grob erläutert, ist die Kontraktion ein Vorgang, in dem sich ein Muskel aktiv zusammenzieht beziehungsweise verkürzt. Diese wird durch Reize verursacht (unabhängig davon, ob es innere oder äußere Reize sind), die durch Nervenimpulse ausgelöst werden und den Vorgang der Kontraktion fördern. Bei diesem Prozess erzeugen die Muskeln mechanische Kräfte. Bei den Skelettmuskeln erleichtern die Sehnen die Weiterleitung der Kraft, da sie die Energie auf die Knochen übertragen.

Die Filamentproteine Aktin und Myosin rufen die Kräfte, die während der Kontraktion entstehen, hervor. Dieser Aktin-Myosin-Komplex wandelt chemische Energie in mechanische Energie um, was im Muskelgewebe stattfindet. Diese Proteine gleiten während des Vorgangs ineinander, sodass sich der Muskel verkürzt.
Das Myosin ist von beiden Proteinen das dickere, daher auch dickes Filament genannt. Es schiebt sich am dünneren Filament vorbei, was zur Kontraktion führt.

Der Muskel ist dank der Verbindungen mit Sehnen in der Lage, Gliedmaßen und innere Körperregionen bei der Kontraktion zu bewegen, sodass es dem Menschen möglich ist, sich aktiv, aber unbewusst, zu bewegen.
Das Gegenteil der Kontraktion wird Relaxation genannt, ein Vorgang, bei dem sich der Muskel verlängert.

Es gibt fünf Formen der Kontraktion, die abhängig von der Länge und Spannung des Muskels während des Vorgangs sind:

• Die auxotonische Kontraktion – diese tritt am meisten im Körper auf,
• die isotonische Kontraktion, auch als gleichgespannt bezeichnet,
• die isometrische Kontraktion, die für „gleichen Maßes“ steht,
• die Unterstützungskontraktion,
• und zuletzt die Anschlagskontraktion.

2.1 Die auxotonische Kontraktion

Die auxotonische Kontraktion beschreibt die dauerhafte Veränderung der Spannung und Länge des Muskels während des gesamten Vorgangs der Verkürzung. Die Kraft dieser Kontraktion ändert sich abhängig von der körperlichen Aktivität. Die auxotonische Muskelverkürzung tritt im Alltag und besonders bei sportlichen Aktivitäten auf, weil sich die Spannung und Länge des Muskels ständig ändern muss.

2.2 Die isometrische Kontraktion

Bei der isometrischen Kontraktion ändert sich zwar die Kraft des Muskels, die Länge bleibt jedoch immer gleich. Dem Namen entsprechend handelt es sich um eine Kontraktion „gleichen Maßes“, da iso „gleich“ bedeutet und metrisch für die Länge steht.
Die kontraktilen Elemente wirken sich auf das Skelett aus, als Versuch, etwas Kraftentwicklung auf das Skelett zu ermöglichen; trotzdem findet keine sonderliche Verkürzung im Muskel statt.

Die isometrische Kontraktion wird ausgelöst, wenn der Mensch versucht, etwas körperlich besonders Anstrengendes auszuführen wie beispielsweise beim Heben einer sehr schweren Hantel.

2.3 Die isotonische Kontraktion

Die Länge des Muskels während einer isotonischen Kontraktion ändert sich ständig, die Kraft beziehungsweise Spannung bleibt jedoch gleich, daher auch isotonisch (iso = gleich, Tonus = Spannung). Diese Art von Kontraktion findet im Alltag sehr selten statt, beispielsweise wenn ein Gegenstand – unabhängig vom Gewicht – langsam angehoben wird.

2.4 Die Unterstützungskontraktion

Die Unterstützungskontraktion ist eine Form der isometrischen, aber auch der auxotonischen Kontraktion: Erst erfolgt die isometrische Kontraktion, bei der die Kraft des Muskels bei gleicher Länge steigt, daraufhin findet die auxotonische Kontraktion statt, in der sich der Muskel auxotonisch verkürzt, etwa beim Gewichtheben.

2.5 Die Anschlagskontraktion

Die Anschlagskontraktion ist ebenfalls eine Mischform von zwei Kontraktionsformen, der isotonischen oder auxotonischen und der isometrischen Muskelverkürzung. Zuerst erfolgt eine isotonische oder auxotonische Kontraktion, woraufhin der Muskel durch einen Anschlag beziehungsweise eine Arretierung fixiert wird. Zuletzt erhöht sich die Spannung des Muskels durch die isometrische Kontraktion. Beispiele für die Anschlagskontraktion sind eine Ohrfeige, Boxen am Boxsack oder Kaubewegungen.

Zuletzt lassen sich diese Kontraktionsformen durch folgende Eigenschaften charakterisieren:

• Isokinetisch („gleich schnell“, denn iso = gleich, kinetisch = die Bewegung betreffend), bei der ein Widerstand mit gleichbleibender Geschwindigkeit überwunden wird,
• konzentrisch, wenn der Muskel den Widerstand überwindet, dabei aber kürzer wird, woraufhin sich die Muskelspannung ändert,
• und exzentrisch – hier wird der Muskel verlängert, da der Widerstand stärker ist als die Muskelspannung, wie etwa im vorderen Oberschenkelmuskel beim Bergabgehen.