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  • Unsere gesamte Skelettmuskulatur setzt sich aus vielen einzelnen Muskel bzw. Muskelgruppen zusammen.
  • Ein einzelner Skelettmuskel setzt sich wiederum aus vielen mehr oder weniger dicken Bündeln (Faszikeln) zusammen (siehe Abb.1).
  • Diese Bündel bestehen aus vielen einzelnen Muskelfasern (oft auch Muskelfaserzelle oder Myozyt genannt).
  • Eine einzelne Muskelfaser besteht aus vielen einzelnen Myofibrillen (oft auch Muskelzelle oder einfach Zelle genannt).
  • Die Myofibrillen bestehen aus vielen in einer Reihe miteinander verbundenen Sarkomeren, welche durch die Z-Banden (Z-Linien) miteinander verbunden werden.
  • Hauptbestandteile der Sarkomere ist ein Komplex aus Aktin/Myosin/Titin.

Die funktionellen Bestandteile eines Skelettmuskels von groß nach klein lauten:  Knochen – Muskel – Muskelfaserbündel (Faszikel) – Muskelfaser – Myofibrille – Sarkomer – Aktin/Myosin. (modifiziert nach Huxley, 1969)

Abb. 1: Gesamtansicht eines Muskels mit Muskelfaserbündeln.

Abb. 1: Gesamtansicht eines Muskels mit Muskelfaserbündeln (Faszikeln).

Muskelfaserbündel mit Muskelfasern

In der folgenden Abbildung (Abb.2) sind die einzelnen Muskelfaserbündel einer Skelettmuskulatur mit den darin enthaltenen Muskelfasern sowie die Umhüllung des Muskels mit der Muskelhaut, der sogenannten Faszie zu erkennen.

Abb. 2: Schnittansicht eines Muskels mit Muskelfaserbündeln (Faszikeln) , Muskelfasern und Myofibrillen.

Abb. 2: Schnittansicht eines Muskels mit Muskelfaserbündeln (Faszikeln) , Muskelfasern und Myofibrillen.

Muskelfaser mit Myofibrillen und Sarkomeren

Eine einzelne Muskelfaser unserer Skelettmuskulatur setzt sich aus vielen einzelnen Myofibrillen (siehe Abb.3) zusammen. Die Myofibrillen können – je nach Literatur – eine Länge von 15 cm bis zu 15 cm bei einem Durchmesser von ca. 0,01 mm erreichen. In der Muskelfaser befinden sich auch die Mitochondrien, welche Energie für die Muskelarbeit liefern (nicht abgebildet).

Unter dem Mikroskop ist die streifenförmige Aufteilung der Sarkomere quer zur Muskulatur sehr gut zu erkennen. Daher auch der Name “quergestreifte Muskulatur”.[/vc_column_text][vc_column_text]

Abb. 3: Muskelfaser mit Myofibrillen.

Abb. 3: Detailansicht einer Muskelfaser mit den darin befindlichen Myofibrillen.

Das Sarkomer im Detail

Eine Myofibrille unserer Skelettmuskulatur bestehen aus vielen einzelnen Sarkomeren (siehe Abb.4). Die Sarkomere bestehen in der Hauptsache aus drei einzelnen Strukturen. Das Aktinfilament und das Myosinfilament, welche sich ineinander verschieben können (= Filamentgleiten) und so eine Kontraktion (Anspannung) des Muskels bewirken.

Abb. 4: Einzelnes Sarkomer im Detail mit Aktin, Myosin und Titin.

Abb. 4: Einzelnes Sarkomer im Detail mit Aktin, Myosin und Titin.

Hinzu kommt das von den Molekularbiologen Maruyama und Wang Ende der achziger Jahre erstmals beschriebene Titin, welches eine wesentliche Rolle für die Stabilität und Elastizität des Muskels spielt. So sorgt das Titin als molekulare Feder u. a. für die Ruhespannung der Muskulatur.

Einfach gesagt darf das Titin als Antagonist (= Gegenspieler) zum Aktin verstanden werden. Im Ruhezustand und bei einer Dehnung des Muskels übt das Titin einen Zug auf die Z-Bande aus. Bei einer Kontraktion hingegen ist es das Aktin, welches an der Z-Bande zieht.

Aktin und Myosin

Auch Aktin und Myosin bestehen noch aus verschiedenen Teilen. So entspringen aus dem Myosinfilament die verdrillten schweren Myosinketten welche in die leichten Myosinketten münden an deren Enden sich dann das Myosinköpchen befindet.

Das Aktin wiederum setzt sich aus einzelnen (monomeren) G-Aktinen (G = globulär) zusammen. Hinzu kommt das Tropomyosin mit dem daran befindlichen Troponinkomplex. Im Ruhezustand besetzt Troponin die Bindungsstelle zwischen Aktin und Myosin. Wie das funktioniert beschreibe ich in meinem Beitrag Die Muskelfaser – Ablauf eines Kontraktionszyklus.

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Abbildung(en) lizenziert unter  Creative Commons Lizenzvertrag Creative Commons Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International. Beruht auf dem Werk von Bernd Stumpp unter http://www.bernd-stumpp.de/skelettmuskulatur-aufbau/.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 9. Jun 2018 @ 21:39 überarbeitet.

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Es sind nicht die menschlichen Skelettmuskeln, welche schnell oder langsam sind. Vielmehr besteht jeder Skelettmuskel (physikalisch wie chemisch) aus verschiedenen Muskelfasertypen. Als Erster beschrieb schon Ranvier (1873) die Unterschiede der Fasern in der Skelettmuskulatur. Er unterschied zwischen den “roten, tonischen” und den “weißen, phasischen” Muskelfasern sowie deren kontraktilen Eigenschaften.

Nach und nach ergaben sich durch weitere Forschungen immer weitere Differenzierungsmöglichkeiten der Muskelfasertypen, wodurch sich eine Fülle neuer Erkenntnisse erschloss.

Die Eigenschaften der einzelnen Muskelfasertypen

Auf der Grundlage heutiger, moderner Messverfahren werden im menschlichen Skelettmuskel zwei Muskelfasertypen unterschieden: Typ I und Typ II, wobei sich die Typ II Fasern nochmals in Typ IIa und Typ IIx (früher IIb) unterteilen.

Typ I Muskelfasern

  • Langsame Muskelfasern, sogenannte “slow twitch fibres” ST-Fasern
  • tonisch
  • Langsame kleine motorische Einheiten, kontrahieren und erschlaffen relativ langsam (ca. 80 ms).
  • langsames und permanentes Arbeitstempo
  • Primär Haltungskontrolle
  • Viele Mitochondrien und Kapillaren sowie viel Myoglobin, dadurch die “rote Farbe”
  • Können bei Bedarf schnell und ausgiebig die Fettverbrennung zur Energielieferung heranziehen
  • Kaum ermüdbar
  • Gute Regeneration

Typ IIa und IIx Muskelfasern

  • Schnelle Muskelfasern, sogenannte FT-Fasern oder Typ-II-Fasern
  • phasisch
  • Schnelle große motorische Einheiten, sie kontrahieren in relativ kurzer Zeit (ca. 30 ms), hohes Arbeitstempo, nach Bedarf.
  • Primär ballistische Bewegungen der Extremitäten
  • Wenig Mitochondrien, wenig Myoglobin, dadurch die “weiße Farbe”
  • Schnell ermüdbar
  • Schlechte Regeneration

Typ IIa Muskelfasern

  • Kraftentwicklung (wie viel Spannung in welcher Zeit) höher als Typ I
  • etwa 3- bis 5-mal schneller als Typ-I Fasern

Typ IIx Muskelfasern

  • Kraftentwicklung (wie viel Spannung in welcher Zeit) bedeutend höher als Typ I und höher als Typ IIa
  • Etwa 10-mal schneller als Typ-I Fasern

Für Anteil der einzelnen Muskelfasertypen in der menschlichen Skelettmuskulatur spielt die genetische Komponente eine große Rolle. Grundsätzlich besitzen alle Skelettmuskeln alle Muskelfasertypen. Jedoch mit großer individueller Gewichtung. Eine 50:50-Verteilung der Typ-I-Fasern und Typ-II-Fasern stellt hierbei die Normalität dar (Saltin und Gollnick, 1983).

Die Gewichtung der Muskelfaserzusammensetzung wird bei Sportlern der verschiedenen Disziplinen deutlich: Während Ausdauertrainierte zum Teil hochdominant über Typ-I Fasern verfügen, sind es bei Sprintern und Schnellkraftsportlern die Typ-II Fasern.

[1]Eriksson operierte 1990 einen Skilangstreckenläufer und kontrollierte dabei in einer Abfolge von Muskelbiopsien die Muskelfaserzusammensetzung des Oberschenkels.

  • Am Tag der Operation wies der Muskel 80 % Typ-I Fasern auf.
  • Einen Monat nach der zwangsläufigen Ruhigstellung 57 %.
  • Nach sechs Monaten Training wieder 84 %.

Darum ist die Frage der trainingsbedingten Umwandlung von einem Muskelfasertyp in einen anderen von erheblicher praktischer Bedeutung. In weiteren Untersuchungen (Bouchard 1994) wurde festgestellt, dass offenbar nur 20 % der Muskelfaserzusammensetzung durch Training zu verändern ist.

Die Hauptbedeutung des Trainings liegt jedoch auf der gezielten Vergrößerung des Querschnitts und damit der Oberfläche des Muskels, nicht in einer Umwandlung von schnellen in langsame Muskelfasern oder umgekehrt.

Kontraktionsarten der Skelettmuskelfasern

Durch einen Reiz von einem Nerv wird an einem Muskel ein sogenanntes Aktionspotenzial (AP) ausgelöst. Das AP breitet sich über die Muskelfaser bis in das T-System aus. Die Abstufung der Muskelkraft geschieht durch eine unterschiedliche Rekrutierung (= Anzahl der erregten motorischen Einheiten) der Muskulatur und der Änderung der Aktionspotenzialfrequenzen.

Ein einzelner Reiz von einem Nerv führt immer zu einer maximalen Ca ++ Freisetzung und damit zu einer maximalen Einzelzuckung der Skelettmuskelfaser (Alles-oder-Nichts-Regel). Eine weitere Verkürzung wird nur dann erreicht, wenn während dieser Einzelzuckung ein zweiter Reiz eintrifft. Durch die Summation solcher Reize entsteht das Filamentgleiten und dadurch eine Spannungszunahme bzw. Bewegung in der Skelettmuskelfaser.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 10. Jun 2018 @ 14:38 überarbeitet.

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