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Muskelgewebe – Aufbau und Arbeit

Marco S., 23.05.2012

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Dieser Artikel soll dir einen Einblick in die Bereiche des Muskelaufbaus und der Muskelarbeit geben. Viele Sportler versuchen ihr Wissen im Gebiet der Ernährung zu erweitern und wissen jedoch viel Grundlegendes über ihre Muskulatur nicht, wobei diese trainiert wird und nicht der Magendarmtrakt. Wachstum und Abbau der Skelettmuskulatur werde ich bewusst nicht in diesem Artikel behandeln.

Für was brauche ich Muskeln?

Das Muskelgewebe unseres Körpers ist hauptsächlich zur Lebenserhaltung gedacht. Eine Einteilung kann in die glatte Muskulatur und die quergestreifte Muskulatur getroffenen werden. Die quergestreifte Muskulatur lässt sich in die Herzmuskulatur und die Skelettmuskulatur disponieren, jedoch wird die Herzmuskulatur manchmal auch als alleinige Muskelart dargestellt. Die Funktion der Hauptmuskelarten liegt in den verschiedenen Körperfunktionen. Die ca. 650 Skelettmuskeln sind für deine motorischen Möglichkeiten verantwortlich.

Energieversorgung der Muskulatur

Eine Versorgung der Muskulatur durch bereitgestellte Energie, ist der Grundstein, um eine Muskelarbeit auszurichten. Ob anaboler oder kataboler Stoffwechsel, der Körper "Muss" mit Nährstoffen versorgt werden, um mit Energie gerüstet zu sein. Die Muskulatur ist der so genannte "Verbrennungsmotor" des Körpers und verbraucht, je nach Intensität und Dauer der Belastung, große Mengen an Nährstoffen. Die Nährstoffe können aus verschiedensten Quellen und Verarbeitungsgraden des Körpers bezogen werden und setzen meist eine Nahrungsaufnahme zur Versorgung unseres Organismus voraus.

Muskelarten

Die glatte Muskulatur

Die glatte Muskulatur ist ein Gewebe, welches sich in verschiedenen Gefäßen und Organen befindet. Die Muskulatur wird als "glatt" bezeichnet, weil die Muskelstruktur keine konkret gleichmäßig angeordneten Filamente besitzt und somit keine Streifen aufweist. Die Muskelzelle wird als spindelförmig bezeichnet. Die Muskelart besitzt zwei Gewebstypen und eine sehr ähnliche Kontraktionsausführung, wie der Skelettmuskel. Die Muskelzelle besitzt einen zentral liegenden Kern. Im Vergleich zur Skelettmuskulatur, ist die Kontraktion des Gewebes langsamer und der Verbrauch von Sauerstoff und Energie ist etwas geringer. Aus diesem Grund ist die Kraftentwicklung ebenfalls nicht sehr groß. Sie eignet sich besonders gut um z.B. Blutgefäße zu regulieren und die Peristaltik (Darmbewegung) durchzuführen, denn in diesen Bereichen wird ein langsamer Tonus (Kontraktionsbewegung) verlangt. Die Relaxation (Erschlaffung) findet durch einen nicht vorhandenen Reiz statt und hängt mit dem Calciumspiegel zusammen. Die glatte Muskulatur besitzt nicht sehr viele Mitochondrien (Kraftwerk der Zelle). Synthese von verschiedenen Proteinen ist ebenfalls eine Fähigkeit, welche die Muskulatur ausführen kann. Eine Regeneration dieses Gewebes findet durch eine Zellteilung statt.

Die quergestreifte Muskulatur

  • Herzmuskulatur
  • Skelettmuskulatur

Die Herzmuskulatur

Der Herzmuskel gehört zur quergestreiften Muskulatur, welche sich durch ihre Anordnung der Filamente ihren Namen macht. Diese Anordnung befindet sich ebenso in der Skelettmuskulatur, jedoch ist die Länge um ein vielfaches kleiner. Ebenso wie die Zelle der glattgestreiften Muskulatur, besitzt diese Zelle einen zentral liegenden Kern und wird als y-förmig bezeichnet. Die "dauerhafte" Kontraktion und Erschlaffung dieser Muskulatur machen diese einzigartig. Die Erregung des Gewebes findet unwillkürlich statt und durch Eigeninitiative. Dieses Gewebe besitzt eine große Anzahl an Mitochondrien und wird, wie die glatte Muskulatur, von dem vegetativen Nervensystem beeinflusst. Die Kraftentwicklung ist im Vergleich zur Skelettmuskulatur und zur glatten Muskulatur mittelstark. Eine Regeneration der Herzmuskulatur findet nicht statt. Einmal ausgebildet, ist eine Regeneration nicht mehr möglich. Die Hauptfunktion der Herzmuskulatur besteht darin, deinen Kreislauf aufrechtzuerhalten und somit sehr viele Prozesse zu steuern. Der Mensch ist ohne seine Herzmuskulatur nicht lebensfähig.

Die Skelettmuskulatur

Ebenso wie die Herzmuskulatur, hat die Skelettmuskulatur eine quergestreifte Anordnung der Filamente und weist daher Streifen auf. Diese Muskelfasern sind die längsten der drei Arten und können bis zu 15 cm lang werden. Die Kerne der Muskelzellen befinden sich am Rand und weisen eine hohe Anzahl auf. Bei der Muskelzelle der Skelettmuskulatur spricht man von einer zylindrischen Zellform. Die Anzahl der Mitochondrien ist im Vergleich zum Herzmuskel gering, kann aber durch gezieltes Training erhöht werden. Die spezifische Kraftentwicklung ist sehr hoch und ebenfalls variabel. Dieses Gewebe besitzt eine Regenerationsmöglichkeit und ist mit den motorischen Endplatten verbunden. Eine Unterscheidung der Muskelfasern findet in "Typ I" und "Typ II" statt, auf welche ich noch eingehen werde. Die Hauptaufgabe besteht darin, den Körper als Bewegungsapparat zu nutzen und die motorische und kraftbezogene Arbeit zu verrichten.

Die Skelettmuskulatur als dein motorisches System

Ich möchte dir, ohne zu sehr ins Detail zu gehen, einen Überblick über den Aufbau deiner Skelettmuskulatur geben.

Wie du schon weist, besitzt der Skelettmuskel eine Querstreifung, diese kommt durch die Anordnung der dickeren Myosinfilamente und der dünneren Actinfilamente zustande. Dies sind die beiden kleinsten Bestandteile des Muskels, welche die kleinste motorische Einheit "Sarkomer" bilden. Viele dieser kleinen Einheiten bilden die sogenannten Myofibrillen, welche wiederum eine Muskelfaser ausfüllt. Jede einzelne Muskelfaser setzt sich somit aus einigen Myofibrillen zusammen, welche parallel gelagert sind. Ein engmaschiges Netz von Kanälchen umgibt die Myofibrillen. Die Kanälchen dienen als Calciumspeicher. Die entstandene Muskelfaser wird wiederum von Motoneuronen, welche eine bestimmte Art der Nervenzelle darstellt umgeben und durch eine neuromuskuläre Endplatte verbunden. Eine Nervenzelle kann mehrere Muskelfasern versorgen. Ein zugehöriges Neuron und die jeweilige Nervenzelle ergeben die motorische Einheit. Ein Bein- oder Armmuskel kann bis zu 2000 Muskelfasern einer motorischen Einheit besitzen. Bei dem Auge hingegen ist eine motorische Einheit schon mit maximal 20 Fasern ausgelastet. Dies erklärt sich durch die präzise Arbeit unseres Auges. Je präziser der Muskel seine Bewegung ausführen muss, desto weniger Fasern laufen auf einer motorischen Einheit zusammen. Nachdem wir jetzt die Muskelfaser etwas genauer kennengelernt haben, gibt es noch eine größere Einheit der Muskulatur. Viele Muskelfasern, welche sich aus den beiden Filamenten zusammensetzen, bilden ein Muskelfaserbündel. Diese Bündel aus Muskelfasern werden von einer Bindegewebshülle umgeben. Ein ganzer Muskel entsteht, wenn mehrere dieser Bündel eine Einheit bilden. Auch um den kompletten Muskel liegt wieder eine Bindegewebshülle, welche jedoch sehr straff ist und von Blutkapillaren durchzogen wird, wodurch die Muskeln versorgt werden. In dieser Hülle kann der Muskel sich bewegen. Die Muskelfasern sind verkürzungsfähig und deshalb für die Muskelkraft verantwortlich. Diese Kraft hängt von der jeweiligen Anzahl der Fasern ab und wächst mit der Dicke oder dem Querschnitt des Muskels. Der Muskel verjüngt sich jeweils zum Ende und ist an beiden Enden an einer Sehne befestigt, welche mit der Knochensubstanz verbunden ist.

Schaust du dir z.B. eine Beinscheibe eines Rindes an, dann kannst du die Muskelfaserbündel gut sehen und ebenso die Einlagerung dieser Bündel in Bindegewebshüllen. Die ganze Muskeleinheit liegt, wie du sehen kannst, auch in der straffen Bindegewebsschicht, in der sich der Muskel bewegen kann.

Kurze Wiederholung des Aufbaus

  • Actin- und Myosinfilamente sind die kleinsten Einheiten des Muskels
  • Actin- und Myosinfilamente bilden die kleinste motorische Einheit
  • Viele dieser zusammengesetzten Filamente ergeben ein Myofibrill
  • Mehrere Myofibrillen ergeben eine Muskelfaser
  • Motoneuronen sind mit der Endplatte der Muskelfaser verbunden
  • Motoneuronen ergeben mit einem Neuron und den zugehörigen Muskelfasern eine motorische Einheit
  • Motorische Einheiten sind je nach präziser Muskelbewegung mit unterschiedlich vielen Muskelfasern besetzt
  • Mehrere Muskelfasern ergeben ein Muskelfaserbündel (Bindegewebshülle weich)
  • Mehrere Muskelfaserbündel ergeben den Muskel (Bindegewebshülle feste)
  • Der Muskel ist beidseitig durch Sehnen in der jeweiligen Knochensubstanz befestigt

Die Unterscheidung von Typ1 und Typ2 Fasern der Skelettmuskulatur

Du hast sicher schon einmal von einer Unterscheidung der Muskelfasern gehört, aber weißt du auch, was es damit auf sich hat?

Der Unterschied ist relativ einfach zu erläutern. Der Skelettmuskel besitzt grundsätzlich zwei verschiedene Fasertypen. Diese nennen sich "Typ I"(ST) und "Typ II" (FTG) Fasern.

Typ I Faser (ST)

Die Abkürzung "ST" steht für "slow-twich" und beschreibt die Eigenschaft dieser Faser. Sie ist langsam zuckend und relativ schlank. Diese Muskelfaser besitzt besonders viel Myoglobin und hat deshalb eine starke Rotfärbung. Durch diese Rotfärbung findet man die Typ I Faser oft auch unter dem Namen "rote Faser". Durch das Myoglobin wird der Sauerstoff im Muskelgewebe eingespeichert. Durch die hohe Kapazität, dieser Speicherung, besitzt sie eine besonders hohe aerobe (sauerstoffbezogene) Energiegewinnung. Dies hat den Nutzen, dass eine besonders gute aerobe Verbrennung der Nährstoffe stattfinden kann. Eine Kohlenhydratverbrennung und besonders eine Fettverbrennung, welche auf viel Sauerstoff angewiesen ist, kann somit optimal ablaufen. Die Muskelfaser Typ I wird auch oft als ausdauernd beschrieben und bietet in der Praxis eine optimale Kapazität für Ausdauerleistungen.

Typ II Faser (FTG)

Die Abkürzung "FTG" steht für "fast-twich-glycolitic" und beschreibt ebenfalls die Faser. Die Typ II Faser ist schnell zuckend und etwas dicker als Typ I. Sie enthält weniger Myoglobin und ist deshalb nur rötlich. Es ist auch oft die Rede von der weißen Faser. Die FTG-Faser verfügt über eine hohe Kapazität für kurzfristige, anaerobe (ohne Sauerstoff) Kraftleistungen, welche zur großteiligen Verbrennung vieler Kohlenhydrate führt. Bewegungsabläufe, wie Schnellkraft und verschiedene Intervallbelastungen, sind typische Abläufe bei dem der Typ II zum Einsatz kommt. Die Typ II Faser wächst, im Gegensatz zu Typ I, wesentlich schneller und effektiver und ist deshalb im Bereich des Kraftsports beliebter.

Die Muskelfaserverteilung in deinem Körper

Wie bei vielen körperbezogenen Substanzen, Bauformen oder sonstigen Körperabteilungen, ist die genetische Veranlagung für vieles ausschlaggebend. Auch bei der Verteilung der Muskelfasern spielt sie eine wichtige Rolle. Die Muskelfaserverteilung von Typ I und Typ II ist in vielen Fällen relativ ausgeglichen. Jedoch kann es auch vorkommen, dass ein Mensch mit 80 Prozent "weißen" oder "roten" Muskelfasern geboren wird. Diese Personen sind im Angesicht ihrer Leistungsfähigkeit in den verschiedenen Bereichen des Sports optimal veranlagt. Ein Kraftathlet, welcher einen Großteil an Typ II Fasern besitzt, wird eine wesentlich bessere Leistung erbringen können, als ein Athlet mit einem Großteil an Typ I Fasern. Im Gegensatz dazu wird der Athlet mit den vielen Typ I Fasern im Ausdauerbereich seine Vorteile ausspielen können. Wenn du also vorhast professionell Sport zu betreiben und erfolgreich in deiner spezifischen Disziplin werden möchtest, wäre eine Muskelbiopsie eine Möglichkeit, die Verteilung der Muskelfasern deines Körpers aufzudecken, um eine mögliche Erfolgslosigkeit zu verhindern. Das heißt natürlich nicht, das rote Fasern nicht auch wachsen können und Kraft entwickeln, jedoch ist der Hypertrophieeffekt geringer.

Stellt sich die Frage was du tun kannst, wenn du eine "in deinen Augen" schlechte Verteilung hast…

Je nach Ziel kannst du die Verteilung beeinflussen. Besitzt du eine hohe Anzahl an Typ II Muskelfasern, welche dir eine hohe Kraft zur Verfügung stellen, kannst du diese in Typ I Fasern umpolen. Jedoch eine Umkehrung, von Typ I Fasern in Typ II, ist nicht möglich. Für den Kraftsport bedeutet dies leider, dass du bei einer übermäßigen Typ I Verteilung im professionellen Bereich Probleme bekommen könntest. Möchtest du jedoch als Kraftsportler in dem Ausdauerbereich wechseln, ist dies auch auf höchst möglichem Niveau möglich. [1]

Das passiert, wenn du deinen Muskel bewegst: "Muskelarbeit"

Der Ablauf einer Muskelbewegung ist ein sehr komplexer Prozess, welcher jedoch in groben Zügen gut zu erklären ist.

Gesteuert durch unser Gehirn entsteht ein Nervenreiz - gehen wir davon aus, dass dieser schon dazu geführt hat, dass Actin und Myosin aktiviert wurden, spielt sich Folgendes bei der mechanischen Arbeit des Muskels ab:

Das Myosinfilament besitzt ein Köpfchen, welches in entspanntem Zustand das Actinfilament nicht berührt. An dieses Myosinköpfchen ist ADP (Adenosindiphosphat) und P (Phosphat) gebunden. Bei ankommen des Nervenimpulses lagert sich das Myosinköpfchen an das Actinfilament an, dabei lösen sich ADP und P vom Köpfchen ab. Das Myosinköpfchen klappt um und das Actinfilament bewegt sich minimal. Das Sarkomer zieht sich somit etwas zusammen. Bei nur einer Kontraktion kann dies 6 – 60-mal pro Sekunde passieren (bei Billionen von Sarkomern). Nach dem Umklappen bindet das Köpfchen sofort wieder ATP, (Adenosintriphosphat) welches sich wieder in ADP und P spaltet und dem Myosinköpfchen so zur Verfügung steht. Dieses ATP entsteht durch Energiebereitstellung, welche zuerst durch den Phosphatrest des Kreatinphospahts genutzt wird und danach aus Quellen der Glykolyse, Glukoseoxidation und Fettoxidation stammt. Das Myosinköpfchen klappt wieder zurück und löst sich vom Actinfilament und die Kontraktion kann von vorne beginnen.

Zusammenfassung

Unsere Muskulatur ist ein komplexer Verbrennungsmotor, auf den wir nicht verzichten können und welcher mit Energie versorgt werden muss. Es gibt glatte und quergestreifte Muskulatur. Die Skelettmuskulatur ist in ständigem Abbau und Aufbau. Der Aufbau unserer Skelettmuskulatur ist je nach Veranlagung und Betätigung unterschiedlich ausgeprägt und von seiner Struktur und der Formung einzigartig. Unser Körper ist auf verschiedenste Muskulatur angewiesen, denn ohne diese könnten wir nicht leben. Dies trifft auf Skelettmuskulatur nur dann zu, wenn diese auch Arbeit vollbringt und genutzt wird. Um Muskelarbeit zu vollbringen und Muskulatur auszubauen, sind Nährstoffe und Energie für den Muskel essentiell.

Quellen

[1] J, Speckmann und W. Wittkowski , Handbuch Anatomie: Bau und Funktion des menschlichen Körpers, Tandem Verlag 2009, S. 156 - 159

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