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So arbeitet die Muskulatur

Muskelaufbau | Feinstruktur des Muskels

Muskel (Trizeps, Bizeps)
. Alle unsere Bewegungen gründen auf Muskeln bzw. auf das Zusammenspiel von Nervensystem und Muskulatur. Egal, ob wir nur einen Mausklick oder einen 100m-Lauf machen.
Die ca. 600 Skelettmuskeln unseres Körpers machen etwa 45 Prozent unseres Körpergewichts aus.
 
Muskeln ziehen sich auf Befehl zusammen und entspannen dann wieder.
Jeder Muskel beziehungsweise jede Muskelgruppe hat - "festgeschweißt" durch Sehnen - zwei oder mehrere Ansatzpunkte an den zu bewegenden Knochen. Wenn wir zum Beispiel den Unterarm anwinkeln, zieht sich unser großer Bizepsmuskel zusammen. An seinen Enden läuft er in Sehnen aus, die auf der einen Seite am Schulter-, auf der anderen Seite am Unterarmknochen ansetzen. Kontrahiert sich der Muskel, so bewegen sich diese Ansatzpunkte aufeinander zu:
Das dazwischen liegende Gelenk wird gebeugt. Gleichzeitig muss der entgegengesetzt arbeitende Streckmuskel - der Trizeps - entspannt werden. (Agonist - Antagonist)
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Was wir von außen sehen, besteht aus einer Vielzahl von Untereinheiten. Der Muskel setzt sich zunächst aus einer großen Anzahl von Faserbündeln zusammen. 
 
Video - so funktioniert ein Muskel


Muskelfaser (Muskelzelle)
 
 

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Muskelfaser und Sarkomer

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Legt man sie  unter ein Mikroskop, so erkennt man, dass die Faserbündel aus weiteren Untereinheiten bestehen - den eigentlichen Muskelzellen.

Die Muskelfasern bestehen aus einer Vielzahl sogenannter (Myo-)Fibrillen.
Das Geheimnis der Muskelbewegung steckt vor allem in diesen Myofibrillen. Sie bestehen aus winzigen aneinander gereihten Kammern, den Sarkomeren. Wenn sich der Muskel kontrahiert, agieren darin hauptsächlich zwei Sorten fadenförmiger Proteine, Myosin und Aktin. Bei ihnen handelt es sich um lange, dünne Fäden, die aus zwei verschiedenen Eiweißen bestehen - Aktin und Myosin. Das Aktin bildet in regelmäßigen Abständen feste Anheftungsscheiben, von denen dünne Fäden ausgehen. Zwischen diesen Fäden liegen die Myosinmoleküle. Ihre Enden überlappen sich mit den Enden der Aktinfäden.
 

Was passiert nun, wenn die Nerven den Befehl zur Muskelkontraktion geben?
Im Bindegewebe verlaufen die für die Versorgung des Muskels zuständigen Nerven und Blutgefäße. Die Nerven kontrollieren die Bewegungen; indem sie die Befehle von Gehirn und Rückenmark an die Muskulatur weiterleiten. Die Muskelzellen (meist mehrere) stehen in Kontakt mit einer Nervenendigung (Synapse) und reagieren auf ihr elektrochemisches Signal mit dem Zusammenziehen. Wenn wir komplizierte Bewegungsabläufe ausführen, muss auf diese Weise die Arbeit von vielen Millionen Muskelzellen koordiniert werden.
Die Myosinmoleküle greifen wie kleine Widerhaken in die Aktinfäden und ziehen sie aufeinander zu. Dadurch schieben sich die beiden Eiweiße ineinander wie Teile einer Teleskopantenne. Effekt: Die Muskelfaser verkürzt sich und wird dicker. Die Verdickung der einzelnen Fasern summiert sich.


Doch natürlich benötigen die Muskelfasern auch "Treibstoff" - denn Bewegung kostet bekanntlich Energie. Für den Energienachschub sind die Blutgefäße zuständig. Der Treibstoff besteht aus Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen. Zahllose kleine Äderchen (Kapillaren) durchziehen die Bindegewebshüllen der Muskelfasern, umspinnen sie mit einem dichten Versorgungsnetz. Aneinandergereiht würden die winzigen Blutgefäße der menschlichen Muskulatur mehr als zweimal um die Erde reichen.

Die vom Blut gelieferten Nährstoffe enthalten zwar Energie, aber diese Energie ist chemisch gebunden und steht den Zellen nicht direkt zur Verfügung. Ebenso wie das Benzin in einem Motor müssen auch die Nährstoffe zuerst verbrannt werden, um Bewegung zu erzeugen. Das geschieht in speziellen Zellorganen (Mitochondrien), die in jeder Muskelzelle vorhanden sind. Wegen ihrer Funktion als Energieversorger werden die Mitochondrien auch als "Kraftwerke" der Zellen bezeichnet.


Die bei der Verbrennung der Nährstoffe gewonnene Energie wird zunächst in einem besonderen Molekül, dem  Adenosintriphosphat (ATP), gespeichert. Das ATP wandert dann von den Zellkraftwerken zu den Myofibrillen, den kleinsten Einheiten des Muskels also, in denen die Bewegung erzeugt wird. Dort gibt das ATP die gespeicherte Energie in dem Moment ab, in dem sich der Muskel zusammenzieht: Körperliches Training erhöht die Zahl der Myofibrillen und damit Dicke und Kraft des Muskels. Auch die Mitochondrien - Zellkraftwerke - lassen sich durch Training vermehren und verbessern so die Energieversorgung.

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