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Muskelkontraktion und die motorische Einheit

Um eine menschliche Aktivität zu ermöglichen, ist immer eine Muskelaktivität nötig. Die Aktivierung des Muskels erfolgt dabei über Nervenfasern, die eine Erregung an den Muskel weiterleiten und diesen dazu bringen, zu kontrahieren.

Neurone, deren Fortsätze direkt mit Muskelzellen in Verbindung stehen, werden als Motoneuronen bezeichnet. Üblicherweise verzweigen sich die Fortsätze eines solchen Neurons, so dass mehrere Muskelzellen auf einmal mit dem Motoneuron verbunden sind. Die Gesamtheit der beteiligten Muskelzellen mit dem Motoneuron wird als motorische Einheit bezeichnet. Wie viele Muskelzellen an einer solchen Einheit beteiligt sind, ist dabei nicht genau definiert. Im Bereich der Augenmuskulatur sind nur etwa zehn Muskelfasern Teil einer motorischen Einheit, bei der Armmuskulatur hingegen sogar bis zu 2000. Eine Bewegung kann entsprechend feiner und präziser angesteuert werden, je kleiner die motorische Einheit ist.

Liegt ein Aktionspotential in einem Motoneuron vor, so wird es bis zu den beteiligten Muskelfasern weitergeleitet. Die Muskelzelle verkürzt sich in Folge, solange das Potential anliegt. In Folge erschlafft sie wieder. Die Verkürzung der einzelnen Zellen führt zu einer Aktivierung des Muskels und zu seiner Kontraktion. Diese Längenänderungen der Muskeln sind notwendig, um Haltemotorik wie auch Zielmotorik zu ermöglichen.

Bewegungen erfolgen zumeist gegen einen Widerstand. Dies kann ein Gewicht sein, welches wir anheben wollen, oder auch nur das Eigengewicht eines Körperteils, welches wir gegen die Schwerkraft bewegen wollen. Auch das Abbremsen aus dem Laufen oder sogar aus dem Sprung ist eine Bewegung gegen einen Widerstand. Hierzu überträgt der Muskel über seine Kontraktion oder Entspannung Kraft auf den Sehnenapparat und die Knochen.

Aber wie wirkt diese Kontraktion genau?

Im Ruhezustand ist der Muskel entspannt. Wird ein Aktionspotential an die Muskelzelle geleitet, erfolgt eine Ausschüttung von Calciumionen. Somit wird ein elektrisches Signal in ein chemisches umgewandelt. In der Muskelzelle sind die Proteine Aktin und Myosin vorhanden und liegen dort zunächst nebeneinander vor. Das Calcium führt nun dazu, dass die Enzymtätigkeit von Myosin angeregt wird. Hierbei wird ein spezieller Energieträger benötigt: das Adenosintriphosphat, kurz ATP. Diese besonders energiereiche Phosphatverbindung, welche in der Zelle angelagert ist, wird aufgespalten. In Folge binden sich Aktin und Myosin miteinander, wobei sie förmlich ineinander gleiten. Das aufgespaltene ATP liegt nun als ADP und P vor. ADP führt dazu, dass Myosin mechanische Energie freisetzt, man kann sich vorstellen, dass es ein Stück zur Seite kippt. Dabei zieht es das Aktin mit sich, und beide kippen gemeinsam wie eine Art Hebelarm. Diese Kippung führt zu einer Verkürzung der Muskelzelle und somit der Kontraktion. Die folgende Abbildung veranschaulicht diese Aktivierung noch einmal.

Lexikon - Verkürzung der Muskelzelle durch Kippen des Myosinköpfchens

Verkürzung der Muskelzelle durch Kippen des Myosinköpfchens
(Quelle: Huch/Bauer, S. 112)

 

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