Grundlagen des Muskelsystems

Mit dem folgenden Artikel nähern wir uns den Grundlagen des Muskelsystems an

Bei HSN gehen wir einen Schritt weiter und lernen fortgeschrittene Konzepte.

Wenn jemand ein Hypertrophie-Training planen möchte, ist es interessant zu wissen, wie der Muskel Kraft über die Gelenke erzeugt, um die Bewegung auszuführen, die für die Wiederholung einer Übung nötig ist. Dafür müssen wir die Physiologie des Muskels kennen.

Wenn wir sie kennen, wissen wir, wie die Muskelkontraktion entsteht, die der Schlüssel zur Hypertrophie ist.

Makrostruktur des Skelettmuskels

Innerhalb der Makrostruktur ist der Muskel von Bindegewebe umgeben, das Epimysium genannt wird.

Dieses besteht aus Hunderten von Muskelfaszikel, die immer an beiden Enden in einer sogenannten Tendinose enden, die mit dem Knochen durch ein spezielles Bindegewebe verbunden ist, das Periost heißt und alle Knochen bedeckt.

Wie bereits erwähnt, hat der Muskel zwei Pole oder Punkte, die mit den Knochen verbunden sind. Diese werden je nach Lage unterschiedlich bezeichnet:

• An den Extremitäten: proximal, wenn es der dem Rumpf nächstgelegene Punkt ist, und distal
• Am Rumpf: oberer Punkt, der dem Kopf am nächsten ist, und unterer, der den Füßen am nächsten ist.
• Man kann auch die traditionelle Bezeichnung verwenden: Ursprung für den dem Körperzentrum nächstgelegenen Punkt und Ansatz für den weiter entfernten Punkt.

Mikrostruktur des Skelettmuskels

Innerhalb des Epimysiums sind die Muskelfasern in Faserbündeln zusammengefasst.

Diese nennt man Faszikel und sie sind von einer Schicht Bindegewebe umgeben, dem Perimysium. Jede einzelne Faser hat außerdem eine Schicht Bindegewebe, das Endomysium heißt, sowie die Zellmembran, das Sarkolemm.

Wenn man eine Muskelfaser isoliert, sieht man hinter ihrer Membran das Zytoplasma der Muskelzelle, das Sarkoplasma genannt wird. Dieses besteht aus Tausenden von Miofibrillen.

Diese ermöglichen genau das, was wir suchen: die Muskelkontraktion

Miofibrillen

Miofibrillen bestehen hauptsächlich aus zwei Arten von Myofilamenten: dünne Aktinfilamente und dickere Myosinfilamente.

Beide Filamenttypen sind längs angeordnet und bilden die kleinste kontraktile Einheit des Skelettmuskels, das Sarkomer.

M- und Z-Linie

Die Myosinfilamente verankern sich an der sogenannten M-Linie in der Mitte des Sarkomers, während die Aktinfilamente an den Enden des Sarkomers an der Z-Linie befestigt sind. Diese Z-Linien ziehen sich entlang der gesamten Miofibrille.

Jedes Myosinfilament ist von sechs Aktinfilamenten umgeben, und jedes Aktinfilament wiederum von drei Myosinfilamenten. Diese Anordnung der Aktin- und Myosinfilamente verleiht dem Muskel die helldunkle Färbung und das gestreifte Aussehen, das man bei Bodybuildern mit sehr niedrigem Körperfettanteil sieht.

Gleitfilamenttheorie

Wie schon gesagt, handelt es sich im Grunde um ein Gleiten der Aktinfilamente des Sarkomers über die Myosinfilamente.

Querbrücken

Dadurch verschieben sich die Z-Linien, was die Muskelkontraktion bewirkt. Die Verschiebung entsteht durch eine Beugung der Myosin-Querbrücken, aber für die gesamte Verschiebung müssen viele Beugungen entlang des Muskels stattfinden.

Calcium

Ein sehr wichtiger Faktor, der nicht nur für den Knochenaufbau wichtig ist, ist Calcium. Seine Freisetzung erzeugt Spannung im Muskel, die die Kontraktion auslöst.

Im Ruhezustand ist der Calciumspiegel in den Miofibrillen sehr niedrig, was bedeutet, dass nur wenige Querbrücken zwischen Myosin und Aktin gebildet werden.

Damit die Beugung der Myosin-Querbrücken erfolgt, müssen sie sich zuerst an die Aktinfilamente binden.

Für diese Bindung wird Calcium benötigt.

Dieses Calcium wird bei einem Nervenimpuls aus dem sarkoplasmatischen Retikulum freigesetzt und bindet an Troponin (ein Protein entlang des Aktinfilaments). Die Bindung bewirkt eine Veränderung der Tropomyosin (ein weiteres Protein in der Rille des Aktinfilaments), wodurch der Kopf der Myosin-Querbrücke schneller an das Aktinfilament bindet und sich beugt.

ATP

Für die Beugung der Querbrücken wird Energie benötigt, die aus der Hydrolyse von ATP (Adenosintriphosphat) stammt, das in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat umgewandelt wird. Dies wird durch das Enzym Myosin-ATPase ermöglicht.

Es wird ständig ein Molekül ATP benötigt, das das ADP ersetzt, damit sich Aktin vom Myosin-Querbrücken löst und der Kontraktionsprozess weiterläuft, vorausgesetzt, es ist Calcium vorhanden, das an Troponin bindet – daher die Bedeutung von Calcium.

Wenn alle vorherigen Schritte nacheinander und wiederholt entlang der gesamten Muskelfaser ablaufen, verkürzt sich der Muskel sichtbar. Die Verkürzung bleibt bestehen, solange Calcium in der Miofibrille, ATP zum Lösen von Aktin und Myosin sowie Myosin-ATPase für die ATP-Hydrolyse vorhanden sind.

Das Ganze endet, wenn der Muskel nicht mehr stimuliert wird. Dann kehrt das Calcium ins sarkoplasmatische Retikulum zurück, wodurch die Bindung von Aktin und Myosin verhindert wird. Diese Trennung versetzt sie wieder in den dissoziierten Zustand, was die Muskelentspannung des betreffenden Muskels zur Folge hat.

Zusammenfassung der Schritte der Muskelkontraktion

Wir können sie in 5 Phasen erklären:

1. Ruhezustand. Es gibt wenig Calcium und daher wenige Beugungen der Myosin-Querbrücken.
2. Phase der Erregungs-Kopplung. Ein Reiz löst die Freisetzung von Calcium aus, was mehr Beugungen der Myosin-Querbrücken an den Aktinfilamenten bewirkt.
3. Kontraktion. Dissoziation von Aktin und Myosin-Querbrücke durch die Freisetzung von ADP aus der ATP-Hydrolyse, um die Muskelkontraktion zu erzeugen.
4. Wiederaufladephase. Calcium, ATP und Myosin-ATPase sind notwendig.
5. Entspannung. Der Muskel entspannt sich, wenn Myosin und Aktin sich trennen, weil Calcium im sarkoplasmatischen Retikulum gespeichert wird.

Muskeltypen

Man muss wissen, dass nicht alle Muskelfasern gleich sind. Es gibt verschiedene Typen, abhängig von metabolischen und kontraktilen Eigenschaften.

Sie werden hauptsächlich in zwei Gruppen eingeteilt, die wir hier erklären:

Typ-I-Fasern

Das sind langsam kontrahierende Fasern.

Sie verbrauchen viel Sauerstoff und basieren hauptsächlich auf Zellatmung. Deshalb haben sie eine hohe Ermüdungsresistenz, da sie viele Mitochondrien, eine hohe Kapillardichte und eine hohe Aktivität aerober Enzyme besitzen.

Aufgrund der hohen Ausdauer ist ihre Kraft geringer, hauptsächlich wegen der langsamen Kontraktion.

Das sind Fasern, die keinen großen Hypertrophiefaktor haben und nicht stark wachsen.

Typ II

Das sind schnell kontrahierende Fasern.

Sie sind die Fasern, die wirklich die Kraft des Individuums fördern. Sie wachsen am meisten und sind ideal für Übungen wie Sprint, Gewichtheben, Fitness … Das Problem ist, dass sie im Gegensatz zu Typ I sehr schnell ermüden.

Diese Fasern werden in zwei Untertypen unterteilt:

Arten von Muskelaktionen

Es gibt 3 Muskelaktionen, die wir unterscheiden können:

1. konzentrisch (CON),
2. isometrisch (ISO), und
3. exzentrisch (EXC).

Schauen wir uns an, wie jede von ihnen funktioniert:

Konzentrische Muskelaktionen

Hierbei führt der Muskel seine Hauptaktion aus, nämlich sich zu verkürzen.

Das passiert, wenn die Gesamtspannung aller Querbrücken (siehe Teil II) den Widerstand gegen die Verkürzung übersteigt. Diese Aktion bringt die beiden Enden der Knochen, die ein Gelenk bilden, näher zusammen. Konzentrische Aktionen gelten als dynamische Aktionen.

Zum Beispiel beim Bizepscurl überwinden die Querbrücken des Bizeps brachii und der Ellenbogenbeuger den Widerstand, der durch das Gesamtgewicht (Stange, Scheiben, Arm, Unterarm und Hand) verursacht wird.

Isometrische Muskelaktionen

Diese Aktion wird auch als statisch bezeichnet.

Da keine Bewegung stattfindet, erzeugt der Muskel Kraft, aber seine Länge bleibt unverändert (statisch) und der Gelenkwinkel ändert sich nicht. Die Spannung aller Querbrücken entspricht dem Widerstand der Gesamtlast (deshalb bleibt die Position statisch).

Zum Beispiel beim Bizepscurl halten wir die Bewegung in der Mitte an, wobei die Kraft des Bizeps brachii und der Ellenbogenbeuger der Gesamtlast (Stange, Scheiben, Arm, Unterarm und Hand) entspricht.

Exzentrische Muskelaktionen

Hier wird Kraft ausgeübt, während sich der Muskel verlängert.

Wie bei den konzentrischen Aktionen handelt es sich um dynamische Aktionen (mit Bewegung). Sie treten auf, wenn die Kraft der Querbrücken des arbeitenden Muskels geringer ist als der angelegte Widerstand.

Zum Beispiel beim Bizepscurl passiert das bei der kontrollierten Abwärtsphase, wobei die Gesamtquerbrückenkraft die Bewegung verlangsamt, aber nicht stoppt, also kein isometrischer Zustand entsteht.

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