Muskelkontraktion

Medizinische Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher (Facharzt für Innere Medizin) am 16. November 2014
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Die Muskelkontraktion bezeichnet die mechanische Arbeitsphase eines Muskels, hervorgerufen durch einen Nervenimpuls. Während der Arbeitsphase verkürzt und verdickt sich ein Muskel. Durch das Zusammenziehen (Kontraktion) und Erschlaffen (Dehnen) des Muskels kommen Bewegungen im Verbund mit Knochen und Sehnen zustande. Das Zusammenspiel der Muskeln ermöglicht lebensnotwendige Atmungsbewegungen, Körperhaltung, räumliche Fortbewegungen und komplizierte Bewegungsabfolgen (z.B. im Sport). Jeder kann eine Muskelkontraktion beim Beugen und Strecken seines Bizepses selbst beobachten.

Inhaltsverzeichnis

Warum kontrahieren Muskeln?

Muskeln sind Teil des Organsystems. Die Muskelfasern bewirken durch ihre Verkürzung die Kontraktion der Muskeln. Diese Fasern können aber auch erschlaffen. Diese gegenläufige Arbeit ist allerdings die Grundlage jeder Bewegung. Muskeln garantieren aber auch die ständig im gleichen Takt ablaufende Tätigkeit des Herzens und der Atmungsorgane.

Im Zusammenspiel mit dem Skelett ist der Muskel verantwortlich für die Körperhaltung sowie sämtliche Bewegungen und Tätigkeiten. Eine Bewegung wird stets durch Muskelpaare hervorgerufen, die einander entgegenwirken, wie z.B. das Beugen und Strecken des Armes beim Hanteltraining.

Diese Muskelkontraktion kann jeder bei sich selbst gut beobachten. Beim Anwinkeln des Unterarms kann man seinen Armbeuger am Oberarm (Bizeps) sehr gut ertasten. Durch gezieltes Anspannen des Bizepses haben sich die Muskelfasern zusammengezogen - das Ergebnis: der gesamte Muskel wird dicker, kürzer und härter. Damit ist der Mensch in der Lage seine Kraft gezielt für verschiedenste Tätigkeiten einzusetzen und so mechanisch auf seine Umwelt einzuwirken (z.B. Fortbewegung, Sport, Mimik, Gestik, Klavierspielen, Laufen, Malen, Sprechen).

Wie funktioniert die Muskelkontraktion?

Die kleinsten funktionellen Einheiten des Muskels sind die Sarkomere. Sie bestehen aus den Myofilamenten Aktin und Myosin. Die räumliche Anordnung der Myofilamente ermöglicht die eigentliche Muskelkontraktion. Ein Sarkomer ist etwa 2,5µm lang und wird von zwei Z- Streifen nach beiden Seiten begrenzt, an denen die Actinfilamente fest verankert sind. In der Mitte liegen die dickeren Myosinfilamente, die sich mit den Actinfilamenten überlappen und über die Myosinköpfchen mit ihnen eine Verbindung eingehen können.

Bei einer Muskelkontraktion verkürzen sich die Sarkomere um bis zu 40 % ihrer eigentlichen Ausgangslänge. Durch die additive Wirkung mehrerer tausend hintereinander liegender Sarkomere kommt es zu einer enormen Verkürzung des gesamten Muskels. Der kontrahierende Muskel wird kurz und dick.

Voraussetzungen

Voraussetzung für eine Muskelkontraktion ist eine Nervenzelle und die von ihr innervierten Muskelfasern (motorische Einheit). Erreicht ein elektrischer Impuls über eine motorische Endplatte (Bereich der Informationsübertragung von Nervenzelle auf Muskelfaser) die Muskelfaser, so kommt es in ihr zur Bildung eines Endplattenpotentials (chemische Reaktion in Muskelfaser). Aufgrund dessen werden im Inneren der Faser Calcium-Ionen freigesetzt, die die chemischen Reaktionen für die Kontraktion des Muskels einleiten.

Unter dieser Voraussetzung lagern sich Myosinköpfchen an die Actinfilamente an. Daraufhin kommt es zur Bewegung des Muskels, da unter Energieverbrauch die Myosinköpfchen umklappen und somit die Actin- und Myosinfilamente ineinander verschoben werden. An die Myosinköpfchen lagern sich ATP- Moleküle an. Das ATP (Adenosintriphosphat) ist der Universalenergiespeicher und Universalenergiespender lebender Organismen. Eine ständige ATP-Regeneration erfolgt aus energiereichen Verbindungen (Phosphogene und Glykogen - Speicherform in Leber und Muskelzelle).

Nach der Anlagerung kommt es zu einer hydrolytischen Spaltung des ATP in ADP + P. Dabei wird sehr viel Energie freigesetzt, die gebraucht wird, um die Myosinköpfchen wieder von den Actinfilamenten zu lösen. Der Muskel geht daraufhin in seine ursprüngliche entspannte Lage zurück. Im ruhenden entspannten Muskel haben die Myosinköpfchen keinen Kontakt zu den Actinfilamenten.

Beim Fehlen von ATP bleiben die beiden Myofilamente (Actin- und Myosinfilamente) fest verbunden. Der Muskel wird starr und hart (Muskelkrampf oder Totenstarre).

Muskelkrampf

Der Muskelkrampf ist eine plötzliche und unwillkürliche Verspannung des Muskels. Der Muskel wird hart und kann erhebliche Schmerzen hervorrufen. Zu einem Muskelkrampf kann es nach längerer, starker Muskelanspannung kommen (meist bei Untrainierten oder unzureichender Aufwärmphase). Ursache ist ein starker ATP- Verbrauch in den Muskelzellen. Es kommt zu einem ATP- Mangel bzw. ATP- Defizit. Es fehlt demzufolge die notwendige Energie zum Lösen des Myosinköpfchens vom Actinfilament. Diese beiden Strukturen bleiben fest verbunden und der Muskel wird starr und fest. Zur Vorbeugung bei intensiven körperlichen Belastungen, sollte der Organismus regelmäßig mit energiereichen Nahrungsmitteln, entsprechend der Bewegungsintensität und des Bewegungsumfangs, versorgt werden.

Kontraktionsarten des Muskels

Je nach Arbeitsweise, lassen sich verschiedene Kontraktionsarten der Muskulatur unterscheiden. Es gibt die isometrische (statisch-haltend), die konzentrische (überwindend) und die exzentrische (nachgebend) Muskelarbeit.

Isometrisch

Die isometrische bzw. statisch-haltenden Muskelarbeit bezeichnet die Kraftanstrengung bzw. Spannung im Muskel, bei der sich der Muskel nur ganz wenig oder gar nicht verkürzt. Die Länge des Muskels bleibt gleich. Ein Beispiel dafür ist das Verharren in einer bestimmten Muskelspannung, ohne einen Weg zurückzulegen. (z.B. Stütz am Barren, Liegestütz, die Hantel in der Hand halten bei ausgestrecktem Arm).

Konzentrisch

Die konzentrische (überwindend) Muskelarbeit bezeichnet die Kraftanstrengung bzw. Spannung im Muskel beim Überwinden eines Widerstandes. Dabei verkürzen sich die Muskelfasern bzw. der gesamte Muskel. Ein Beispiel dafür ist das Anwinkeln des Unterarmes beim Hanteltraining (Bizeps Curls).

Exzentrisch

Die isometrische bzw. statisch-haltenden Muskelarbeit bezeichnet die Kraftanstrengung bzw. Spannung im Muskel, beim Überwinden oder Abbremsen eines Widerstandes, der größer ist, als die Spannung im Muskel selbst. Ein Beispiel dafür ist das Hinunterführen der Hantelstange beim Bankdrücken. Die Muskelspannung (Kraft) verhindert das Herabfallen des Gewichtes.

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