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Medizin

Vorlesung 4: Muskel-Bau-Funktion

MW
von Monalou W.

Muskulatur

  • Mrelief bildende Muskulatur: Muskeln die sichtbar sind und unterhalb dünner Haut liegen

  • tief liegende Muskulatur: nicht sichtbar, liegen unterhalb des Relief Muskels

Kinetischen Ketten:

  • Zusammenhang verschiedener Glieder

  • Knochen-Sehne-Muskel-Sehne-Knochen = kinetische Kette

  • Kraft erzeugende Muskulatur wird über Sehnen übertragen auf das Gelenk und bewegt den Knochen

    z.B. Agonist (Strecker) und Antagonist (Beuger) bilden Kette

Muskelgewebe:

  • hat die Fähigkeit zur Kontraktion

  • Drei Arten:

    1. glatte Muskulatur: Z.B. Magen, Blutgefäße oder Blase

      • Aufbau:

        • spindeldörmige Struktur mit zentralen Kern

        • Unregelmäßige myofibrillen die schräg verlaufen

      • Funktion:

        • Kontraktion nicht willentlich beeinflussbar

        • Vegetative Nervensystem steuert Kontraktionen

        • Langsame Sekunden dauernde Kontraktionen, die dehnende Kräfte halten oder verändern

    2. Quergestreifte Muskulatur: Herz-&Skelettmuskulatur

      • myofibrillen mit aktin und myosinfilamenten

      • Regelmäßige Anordnung von myofibrillen

      • Herzmuskel:

        Aufbau:

        • Abwechselnd helle und dunkle Streifen

        • zentrale Zellkerne

        • Glanzstreifen verbunden benachbarte Herzmuskeln

        Funktion:

        • Rhythmische Kontraktion, nicht willentlich

        • Erregung wird vom Herzen selber erzeugt

      • Skelettmuskulatur:

        • Querstreifung

        • Lange zylindrische Einzelzellen ( Fasern)

        • Viele periphere Zellkerne

        • Willentliche Kontraktion beeinflusst vom ZNS

Skelettmuskulatur

Typen:

  • spindelförmig

  • Parallelförmig

  • Gefiedert

  • Breit/Platt

  • Mehrköpfig/ mehrbäuchig (M.bizeps Brachii)

Hilfseinrichtungen der Muskulatur

Sehnen (Tendines)

  • Verbindung Muskel und Knochen

  • Übertragung der Kontraktionskraft auf Knochen

  • Aufbau: faserreiches kollagenes Bindegewebe mit parallelen Fasern die im bündle zusammenlaufen

  • Befestigung am Muskel: tiefe Einstülpungen zwischen den Muskelfaser

  • Befestigung Knochen: gebündelt an dem Knochen befestigt

  • Zugfestigkeit: sehr hoch nimmt erst mit dem Alter ab

  1. Vagina tendinis = Sehnenscheide

    • mit Synovia gefüllte Hülle um Sehne

      • Synovia = Flüssigkeit die Gelenkknorpel versorgt

    • Funktion: Schutz, reduziert Reibungen

    • Vorkommen: Stellen wo Sehne mit erhöhter Spannung über Gelenk läuft (z.b. Fingergelenke )

    • Tendivaginopathien = Veränderung Sehnenscheide

      • pathie= Endung für Krankheiten

      • itis= Endung für Entzündungen

  1. Bursa = Schleimbeutel

    • Säcken gefüllt mit Flüssigkeit

    • Vorkommen: Stellen im Bewegungsapparat mit erhöhtem mechanischen Druck

    • Funktion: Reibung & Druck zwischen Sehne, Muskel, Knochen und Haut reduzieren

    • Bursitis= Schleimbeutelentzündung; häufig an der Schulter

  1. Sesambein:

    • kleiner Knochen, eingelagert in Sehne

    • Funktion: zusätzlicher Abstand zum Knochen, größerer Hebel für Sehne, Kraftaufwand zum bewegen des Knochen geringer

    • verhindert Schädigung der Sehne durch Druckbelastung

  1. Muskelfaszien = bindegewebige Muskelhülle

    • Muskelfaser umhüllt von Endomysium Schicht

    • Perimysium fasst Muskelfaserbündel zusammen

    • Epimysium umhüllt ganzen Muskel

    • Bindegewebe aus Kollagen

    • Muskelfaserriss = einzelne Bündel gerissen

      • intramuskuläre Blutung: Blutung im Muskel, hoher druck, keine Sauerstoffversorgung

      • Intermuskuläre Blutung: Blutung im Muskel und muskelhülle, weniger Druck

Faszien Modell

Faszie=

  • Band / Bündel

  • Begriff für Weichteil-Komponente im Bindegewebe

  • Durchdringen ganzen Körper wie verbindendes Spannungsnetzwerk

  • Bestandteile:

    • Kollagenen faserige Bindegewebe

    • Gelenk und organkapseön flächigen festen Bindegewebeschichten

    • Sehnenplatten

    • Muskelsepten

    • Bänder und Sehnen

    • Retinacula (Fesseeln)

Funktion: Netzwerk

  • Sorgt dafür dass Teile des Körpers zu einem ganzen werden (strukturelle Integrität des Körpers wird erhalten)

  • Wirkt wie elastischer Stoßsdämpfer, schützt und unterstützen Körper

  • Wesentlich für hämodynamischen (Blutfluss) & biomechanischen Prozesse

  • Matrix für interzelluläre Kommunitkation

  • Abwehr gegen Krankheitserreger & Infektionen

  • Grundlage für Heilungsprozesse

Faszien Fitness:

  • Ziel: energetische und leistungsstarke Wohlspannung, elastisch, reißfeste faszien

  • Vorteil: Schmerzhafte Reibungen bleiben aus, garantiere Belastbarkeit von Sehnen & Bändern, Schutz der Muskulatur vor Verletzungen, in Form halten

  • Alterssteifigkeit: verfilzte Kollagenfasernutzung, Einschränkung der Beweglichkeit (wir sind so alt wie unser Bindegewebe)

Therapie:

  • Black Roll: lösen kleine Faszien, erreichen nicht alle Faszien und myofibrillen, wenig Belege für positive Effekte

  • Lösen von Faszien durch langsame dynamische Übungen 1-2 die Woche

  • Massage

Muskelgewebe-Typen

3 Arten

Feinbau der Muskulatur

Querschnitt:

Einzelne Muskelbündel/ Zellen sichtbar

Längsschnitt!

Aneinanderreihung erkennbar

Sakromer

=kleinste funktionelle Einheit

Weitere Zellbestandteile

Endoplasmatisches Retikulum:

  • Kanalsystem flächiger Holhlräume, umschlossen vom Membran

  • Funktion: Translationen, Proteinfaltung, Proteinqualitätskontrolle, posttranslationale Modifikationen von Proteinen und Transporte von Transmembranproteinen

  • Intrazellulärer Calcium-Speicher, Schlüsselrolle: Mediator (Vermittler) der Kontraktion

Mitochondrien:

  • umgeben von Doppelmembran

  • Organelle mit Erbsubstanz

  • Kommt in fast allen Zellen der Eukaryoten (Zelle mit Zellkern)

  • Energiekraftwerke bilden ATP

Myoglobin:

  • Muskelprotein, kugelförmig

  • Sauerstoffbindend: kann Sauerstoff aufnehmen und abgeben

  • Funktion: verantwortlich für intramuskulären Sauerstofftransport

  • Übernimmt Sauerstoff vom Hämoglobin und gibt ihn am Ort der physiologischen Verbrennungsorozesse ab

  • gibt dem Fleisch seine rote Farbe

  • Rot wenn Sauerstoff drin ist

Glycogen:

  • vielfach Zucker (Polysaccharid)

  • Kurz-/mittelfristig Speicherung & Bereitstellung des energieträgers Glucose

  • Muskel nutzt Glykogenvorrat selbst

  • Leber & Niere dienen als Speicher und geben Glykogen ab

Lipide:

  • Energetische Speicher für die Energiegewinnung aus fetten

Gefäßversorgung:

  • Muskelfaserbündel & Muskelfasern werden durch Kapillargefäße mit Blut versorgt

  • Gefäße gelangen über Gefäß-Nerven-Strang in den Muskel

Patella -Luxation

Ursache:

  • angeborene Fehlausbildung der Kniescheibe/ des Gleitlagers

  • Kniescheibe gleitet nicht zentral sondern zu weit außen (lateral)

  • Zunehmende Beugung führt zur Verrenkungen

  • Drehbewegung fördern nichts

Hilfseinrichtungen:

Gleitfilament Theorie

Theorie zur Beschreibung des kontrahierenden Muskels

  • sakromer zieht sich bei der Kontraktion zusammen

  • Z-Scheiben kommen näher aneinander, Aktin- und Mysionfilamente schieben sich zusammen (Queerbrückenzyklus)

  • Rückkehr in Ruhe Position geschieht strukturiert und nicht kreuz und quer

  • Titan spielt wichtige Rolle bei der Rückkehr

Aufbau Filamente:

Aktin: Einzelfäden die sich helikal (spiralförmig) anlagern

Myosin:

Querbrückenzyklus:

  • Verbindung zwischen Myosinköpfchen und Aktinfikament

  • Ablauf:

    • Ruhezustand: Aktinfilament mit Tropomysinfäden umschlungen, die die Bindungsstelle blockieren; Myosin verbunden mit ATP

    • Nervenimpulse an motorischer Neuplatzierung führt zur Ausschüttung von Calcium

    • Calcium aktiviert Enzymtätigkeit des Myosinköpfchenn-> Spaltung ATP zu ADP; Calcium bindet an Troponin C, Fäden verändern sich, Bindungsstelle wird frei

    • Myosinköpfchen und Aktinfilament verbunden sich, Köpchen klappt um- > Entstehung von mechanischer Energie

    • Ende durch ATP Bindung

    Erregungsübertragung an nachstehende Zelle:

  • Öffnung von Calcium Kanälen an der präsynaptischen Membran durch Aktionspotential

  • Synaptische Bläschen (gefüllt mit Transmittern) bewegen sich ans Ende der Synapse und verschmilzt mit Membran

  • Transmitter gelangt in den synaptischen Spalt und bindet sich an Ionenkanäle die sich öffnen und das Potential in die nachstehende synapse weitergeben

    elektromechanische Kopplung = Umwandlung eines Aktionspotentials in Muskelkontraktion

  • 7 Schritte:

    1. Aktionspotential verläuft entlang des Sakrolems (Muskelfaser)

    2. Gelangt in Transversale Tubuli

    3. Veränderung der Membrandurchlässigkeit des sakroplasmatischen Retikulums

    4. Ausschüttung Calcium aus SR

    5. Bindung Calcium am Troponin C und Myosinstekken werden frei

    6. Kontraktion zwischen Aktien und Myosin (Querbeückenzyklus)

    7. Wiederaufnahme von Calcium im SR unter Energieaufwand

Rolle von Magnesium:

  • wichtiger Co Faktor beim abknicken des Myosinköpfchens

    • stabilisiert das ATP

  • Reduziert die Freisetzung vom Calcium

    • kein Calcium Überfluss

    • Zu wenig Magnesium führt zu Dauerstimulation (Muskelkrämofe entstehen)

Rolle Calcium:

  • Niedrige Konzentration= Blockade Tropomyosinfäden

  • Anstieg Calcium= Anlagern Troponin führt zur Verschiebung der Fäden und dem frei werden der Bindungsstelle

  • Spaltung von ATP durch Calcium ums Magnesium

  • Abbau von Muskelglykogen zu Glukose-> Resynthese ATP

Rolle ATP

  • Kontraktion nur durch ATP möglich

  • Querbrücken benötigen ATP

  • Starre bei fehlenden ATP

  • Erschlaffung des Muskels wenn genügend ATP da ist

Muskelkraft und Muskelvordehnung

  • starke Verlängerung des Muskels durch geringe Kräfte

  • Zunehmende Muskeldehnung (Vordehnung) -> Einsatz größerer Kräfte

  • Modell:

    • Sehnen, Bindegewebe und Muskelhülle= elastische Eigenschaften d.h. geringe Verformung bei einwirkenden Kräften, da sie Widerstand leisten

    • Kontraktile Myofibrillen = plastische Eigenschaften d.h. setzten keinen wiedersagend entgegen und sind verlängert nach Krafteinsatz

  • Plastischen Eigenschaften bestimmen Dehnbarkeit-> starke Dehnung führt zu Einsatz von elastischen Strukturen zum Schutz

  • Ruhedehnungskurve: nicht linear

    • Ausgangslänge 60-160% der Ruhelänge

    • Isometrische Maximalkontraktion = auslösen maximale Ruhelänge

    • Kleinere oder größere Ausgangslängen führt zur Kraftabnahme

Kontraktionsformen

Isometrische Kontraktion:

  • Länge des Muskels bleibt gleich, Änderung der Muskelspannung

  • Statische Haltearbeit

  • Beispiel: Kreuzhang Ringe

  • Fehlende Verkürzung der Muskulatur = keine Arbeit

  • Schnelle Ermüdung

Isotonische Kontraktion:

  • Änderung der Muskellänge, gleichbleibende Muskelspannung

  • Z.b. Pulses

Exzentrische Kontraktion:

  • vergrößerte Muskellänge mit einhergehende Vergrößerung der Sakromerlänge

Konzentrische:

  • Verkleinerung der Muskellänge mit einhergehenden Verkleinerung der Sakromerlänge

Auxotonische Kontraktion:

  • Änderung der Muskelspannung und der -Länge gleichzeitig

  • Dynamische Arbeit

  • Verschiedene Formen:

    • azyklisch: Spring, Stoß, Wurf

    • Zyklisch: laufen, schwimmen, rudern

    • Dynamisch Positiv: konzentrisch

    • Dynamisch negativ: exzentrisch

    • Isokinetisch: Konstante Winkelgeschwindigkeit

Unterstützungskontraktion:

  • erst isometrisch, dann isotonisch;

Anschlagskontraktion

  • erst isotonisch/auxotonisch und dann isometrisch

Muskelkater

Theorie:

  • erst nach 24h

Ursachen:

  • festen Strukturen werden teilweise aufgelöst (Sakromer)

  • Mikrorisse auf molekularer Ebene im Sakromer besonders im Bereich der Z-Scheiben

  • Ab- und Umbauvorgänge finden statt und Flüssigkeit strömt ins Gewebe ein (Gewebeschwellungen)

  • Reperaturvorgänge führen zu schmerzen

  • Muskelkater kommt vor allem bei exzentrischen Bewegungen vor, da sich dort die Länge des Muskels vergrößert und am meisten Druck und Spannung auf dem Muskel liegt

Behandlung:

  • Wärme

  • Aktive Pausen

  • Dosiertes Dehnen

  • Keine Massage &nicht weiter trainieren weil schlimmer

Präventive Maßnahmen:

  • Aufwärmen

  • Langsames Steigern von Belastung

  • Gute Techniken- von Koordinationsschulung

Muskelfasertypen

  1. Fast twitch fatigable (schnelle tetanische fasern) FF

    • dunkelrote Färbung

    • Schnell zuckend d.h. Schnelle Freisetzung von Energie (ATP) bei langsamer ATP-Nachlieferung

    • Schnell ermüdend

  2. Fast twitch fatigue-resistent ( Schnellle ermüdungsresistente faser)

    • hellerer rote Färbung

    • Rasche Energiefreisetzung bei rasche ATP-Nachlieferung aus Zitronenzyklus

    • Ermüdungsresidenter als FF fasern

  3. Slow twitch fatigue-resistent

    • schwache Färbung eher weiß

    • Langsame Energiefreisetzung aus ATP mit schneller Nachlieferung

    • Sehr ermüdungsresistenz

Supperpositiom und tetanische Muskelkontraktion

Alles-oder-Nichts-Prinzip:

Aktionspotential ensteht nur wenn Reiz einen bestimmten Schwellenwert übersteigt und es zur Kontraktion kommt

  • überschwellige Reize sind bereits maximale Reize also Kontraktionskraft wird nicht verstärkt durch stärkeren Reiz

Tetanische Kontraktion:

  • andauernde Verkürzung einer Muskelzelle/-Gewebe durch rasch aufeinander folgende Aktionspotentiale bzw. Dauerdepolarisation der motorischen Endplatte

Superposition:

Einzelnes Aktionspotential zu kurz, größtmögliche Verkürzung nur möglich wenn weitere Reize folgen -> Summation von Einzelzuckung

  • Abstand zwischen den Zuckungen kleiner als 1ms zweite Zuckung unwirksam

  • Zweiter Reiz kann erst nach repolarisation ausgelöst werden

Tetanus:

= Dauerverkürzung des Muskels-> Kontraktionskraft erhöht sich auf das 4-10fache

  • Langsam zuckend über 20 Hz, Schnell zuckend 50-120Hz

  • Rekrutierung und Frequenzierung wichtig für Kontraktionsformen

Muscle Unit (motorische Einheit)

Aufbau:

  • Zellkörper/Soma: Zellkerne, endoplasmatische Retikulum, Golgi-Apparat, viele Mitochondrien

  • Dendriten: kurze Fortsätze, die Informationen von Nervenzellen oder Sinneszellen empfangen

  • Axon: Verknüpft ZNS mit Peripherie, umgeben von Myelinhülle (bestimmt Nervenleitgeschwindigkeit) und Ranvierische Schnürringe (Saltatorische Informationsübertragung= Übertragung von Informationen von Ring zu Ring)

  • motorische Einheit = Muskelfaser(n) die von einer Nervenzelle (Motoneuronen) innerviert werden

  • Mehrere Muskelfaser können von einer Zelle rekrutiert werden (5- mehr als 1000)

  • Alle fassen einer motorischen Einheit sind entweder:

    • rot oder weiß

    • In gemischten Muskel über den Muskel verteilt

Anpassung Muskelfasern:

  • gewisses Training führt zur Anpassung und Verbesserung der Muskelfasern

  • Experiment zeigt, dass Sprintertypen akzeptable Ausdauerleistungen bringen können wahrend Ausdauertypen kaum akzeptable Sprintleistungen aufweisen

  • Art des Trainings besonders wichtig

  • Umwandlungen von dem einem zum anderen erweisen sich als schwierig

Muskelkraft

  • wichtigster Faktor, der in allen Hauptbeanspruchungsformen als Basis gilt

Arten von Kraft:

  • Maximalkraft: willkürliche Kraft gegenüber eines Widerstandes

  • Absolutkraft: maximale elektrische Reizung der zugehörigen Nerven (kann nur durch elektronische Stimulationen erzeugt werden, nicht willentlich; 30-40% hoher als Maximalkraft)

  • Kraftdefizit: Differenz Absolutkraft-Maximalkraft; abhängig von Psyche und von Muskultaur (Arme oder Beine usw.)

  • Schnellkraft: möglichst großen Kraftstoß (Impuls) in vorgegebener Zeit zu produzieren -> z.B. Kugelstoßen

    • Formel: F• t= m•a•t= m•v

  • Explosivkraft: größte Kraftzunahme pro Zeiteinheit; steilster Anstieg in Kraft-Zeit-Kurve

  • Startkraft: nach 30ms aktualisierter Kraftwert

  • Kraftausdauer: aufrechterhalten der Kraftwerte über bestimmten Zeitraum

Muskelkraft: Rekrutierung und Frequenzierung

Rekrutierung:

  • Ziel: Ermüdung so gering wie möglich halten

  • Kleine motorische Einheiten werden zuerst rekrutiert

  • je nach Kraftanstieg kommen immer mehr dazu

  • Zuerst werden langsame Fasern aktiviert, dann schnelle

Frequenzierung:

  • Aktionspotentiale haben gleiche Stärke, Länge und Dauer

  • Darausfolgende Kontraktionen geschehen unterschiedlich:

    • einzelne motorische Einheiten arbeiten synchrone

    • Gesamtheit aller motorischen Einheiten arbeiten asynchron

  • Muskelkontraktion abhängig von Aktionspotentialen

Zusammenhänge:

F-l-r:

  • Kraftentfaltung abhängig von Arbeitslänge der Sakromere

  • Maximum der Kraftentwicklung besteht bei Ruhelänge (Plateau Region) Sakromerlänge ca. 2,0 Nanometer

F-v-l:

  • konzentrische Kraft abhängig von Verkürzungsgeschwindigkeit des Muskels

Krafttrainingsformen:

Statisches isometrisches Training: Muskelanspannung gegen unüberwindliche Hindernisse

Dynamisch / auxotonisches Training: Bewegung gegen höhere Lastwiderstände (konzentrisch/exzentrisch)

Exzentrisches Training: supramaximale Lasten mit Muskelverlängerung

Isokinetisch: konstanter Kraftaufwand bei konstanter Bewegungsgeschwindigkeit

Isometrisch: Muskelspannung halten führt zur verringerten Durchblutung-> je mehr Kraft angewendet wird der Maximalkraft, desto kleiner werden Muskelgefäße

Messung Muskelkraft

Kraft = Masse• Beschleunigung

F(n)= m (kg)• a(m/s^2)

Rotationen= Drehmomente

Drehmoment (N•m)= Kraft (N)• Hebelarm (m)

Pressdruck

= ausatmen während der Belastung und kleine Atempausen zwischen zwei Belastungen vor allem für ältere

  • Stabilisation der Muskulatur im Brust und Wirbelsäulen Bereich

  • Hoher Blutdruck

Erregungsübertragung Nerv Muskel

Ruhepotential:

  • -70mV

  • Natrium-Kalium Pumpe erhält Ruhepotential

  • Innere der Nervenzelle negativ geladen, außen positiv

  • Pumpe tauscht 3 Natrium Ionen (positiv) gegen 2 Kalium Ionen (positiv)

  • Anzahl an positiven Ionen im Zellkernen geringer als Anionen

Aktionspotential

  • Schwellenwert -50mV alles oder nichts Prinzip

  • Depolarisation der Zelle auf +30mV

Erregungsübertragung findet bei motorischer Endplatte statt:

Aufbau:

  • präsynaptischer Teil: Verzweigung von marklos gewordenen nervenendigungen zur Sohlenplatte

  • Sohlenplatte senkt sich mit feinen Ausstülpungen in Muskelfasermembran -> große Kontaktfläche

  • Sohlenplatte-> Vesikel gefüllt mit Acetylcholin

Erregungsübertragung:

  • Aktionspotential erreicht über marklosen Endungen Sohlenplatte

  • Öffnung von Ca+ Kanälen in präsynaptischen Membran führt zum Anstieg von Calcium

  • Folge des Anstiegs: Exozytose (Abtransport) der Vesikel in der Zone & weitere Vesikel docken in der Zone an

  • Acetylcholin gelangt in den synaptischen Spalt und bindet an den Rezeptoren von Ionenkanalen, die kurzzeitig sich öffnen und Natriumionen strömen ein und führen zur Depolarisation des Ruhepotentials (-70-80mV) -> Endplattenpotential

  • Schwellenwert -50mV löst Aktionspotential aus, dass sich über Muskelzellmembran in Transversale Tubuli ausbreitet

  • Weitergabe des Potentials führt zur Öffnung von Kanälen und Calcium wird freigesetzt

  • Anstieg von Calcium führt zur Muskelkontraktion

  • Acetylcholin wird gespalten durch Enzym und Bindungsstellen kehren zurück in Ruhepotential

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Monalou W.

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