Muskelgewebe

Muskelgewebe: Quergestreifte & glatte Muskulatur

Dein Körper besteht aus ca. 650-700 Muskeln. Je nach Konstitution machen sie einen Großteil deines Körpergewichtes aus. Mittels Anspannung (Kontraktion) und Entspannung (Relaxation) ermöglichen sie dir alle denkbaren Arten und Formen von Bewegung. So kannst du z.B. dank der insgesamt 50 Gesichtsmuskeln jede vorstellbare Grimasse ziehen, während dein Herz in aller Seelenruhe dein Blut durch deinen Körper pumpt. Je nach spezieller Anforderung, ist ein Muskel aus verschiedenem Gewebe zusammengesetzt. Welche Arten von Muskelgewebe es gibt, wie diese aufgebaut sind und welche Funktionen sie übernehmen, erfährst du in diesem Artikel.

Was ist das Muskelgewebe?

Sehr grob lässt sich „Gewebe“ als ein Zusammenschluss von Zellen beschreiben, welche gleichartig aufgebaut sind und einer spezifische Funktion in menschlichen Organismus nachkommen. Traditionell unterscheidet man anhand von Aufbau und Funktion daher vier Gewebearten: das Muskelgewebe, das Binde- und Stützgewebe, das Epithelgewebe und das Nervengewebe. 

Grundsätzlich sind die Zellen des Muskelgewebes wie fast alle andere Zellen im menschlichen Körper aufgebaut. Zwei Dinge unterscheiden sie jedoch:

  1. Zellaufbau: Während andere Zelltypen oft nur unter dem Mikroskop zu erkennen und nur wenige Mikrometer groß sind, kann eine Muskelzelle eine Länge von bis zu 20cm erreichen. Aufgrund dieser Längen-Dimension wird sie auch als „Muskelfaser“ bezeichnet.
  2. Zellfunktion: Aufgrund der zahlreich vorhandenen Eiweißstrukturen (Myofibrillen) im Zellplasma ist die Muskelzelle in der Lage sich aktiv zu verkürzen (Kontraktion), Kraft aufzubauen und Bewegung zu ermöglichen. Die Erregung wird hierbei, ähnlich wie bei Nervenzellen, durch chemische oder elektrische Impulse ausgelöst. Diese Kontraktion ermöglicht dir eine Vielzahl an willkürlichen und unwillkürlichen Bewegungen. Bei der Kontraktion der Muskelzellen, wird Energie verbraucht, welche in Form von Wärme im menschlichen Organismus freigesetzt wird. Somit spielt das Muskelgewebe eine wichtige Rolle bei der Wärmeregulation. Dieses Phänomen nutzt dein Körper gezielt aus. Fällt deine Körpertemperatur zum Beispiel aufgrund von Kälte ab, beginnst du irgendwann automatisch zu zittern. Dein Organismus tut hierbei nichts anderes als verschiedene Muskelgruppen zu rekrutieren, um durch den Energieverbrauch Wärme freizusetzten.

Die quergestreifte Muskulatur

Anhand ihrer speziellen Funktion lässt sich die quergestreifte Muskulatur noch einmal in 

  • ein Skelettmuskelgewebe und 
  • in das Herzmuskelgewebe unterteilen. 

In den folgenden Ausführungen wird vorrangig auf das Gewebe der Skelettmuskulatur eingegangen. Sie gehört mit 40-50% des Gesamtkörpergewichtes zu dem am stärksten ausgebildeten Organen im menschlichen Organismus. Das Skelettmuskelgewebe findet sich in der Muskulatur des aktiven Bewegungsapparates wieder und wird in der Regel vom willkürlichen, animalischem Nervensystem versorgt. Das bedeutet, dass alle Vorgänge bewusst durch deinen eigenen Willen steuerbar sind.

Aufbau der quergestreiften Muskulatur

Stell dir den M. biceps brachii (ugs. Bizeps, Zweiköpfiger Oberarmmuskel) vor. Er besteht aus zwei Köpfen (Caput longum & breve) und verläuft vom Schulterblatt (Scapula) bis hin zur Speiche (Radius). Den Muskel umgibt eine bindegewebige Hülle (Muskelfaszie), welche ihn als Einheit abgrenzt und die Verschieblichkeit zwischen den Muskeln gewährleistet. Nimmt man den Muskel genauer unter die Lupe, besteht er aus diversen Muskelfaserbündeln, welche wiederrum aus Muskelzellen (Myocyten) bestehen. Wie bereits zu Beginn erwähnt, werden diese aufgrund ihrer Länge als „Muskelfasern“ bezeichnet. Ähnlich wie bei anderen Zellen, findet man Zellbestandteile wie: 

  • den Nucleus bzw. die Nuclei (Zellkern/e)
  • das Sarkoplasma vgl. Cytoplasma (Plasma der Zellen),
  • das Sarkolemm vgl. Cytolemm (Zellmembran),
  • das Sarkoplasmatische Retikulum, kurz: SR vgl. Endoplasmatische Retikulum, kurz: ER (Zellorganell zur Weiterleitung des Nervenimpulses) und
  • die Sarkosomen vgl. Mitochondrien („Kraftwerke der Zellen“)

Folgende Zellstrukturen machen die Muskelfasern jedoch u.a. besonders: 

  1. Zellkerne: Eine Muskelfaser der quergestreiften Muskulatur besitzt hunderte am Rand der Zelle gelegene Zellkerne (Nuclei). 
  2. Zelllänge: Als Fasern ziehen sie häufig durch die gesamte Länge eines Muskels und gehen schließlich in die bindegewebige Sehnen über, welche den Muskel am Knochen befestigen.
  3. Muskelspindeln: Die Muskelspindeln beschreiben spezialisierte Muskelfasern, welche als intramuskuläres Sinnesorgan fungieren. Anhand spezifischer Sensoren erfassen sie den Dehnungszustand und somit die Länge eines Muskels und senden diese Informationen direkt an das Rückenmark. 
  4. Membrankanälchen: Die Zellmembranen der Muskelfasern stülpen sich in regelmäßigen Abständen in das Zellinnere (Transversale Tubuli, kurz: T-System). Somit entstehen Röhren- bzw. Schlauchsysteme, über welche sich der Extrazellularraum in der Muskelfaser ausbreiten kann und Aktionspotentiale sich rasant in der gesamten Zelle übertragen. Auch das Sarkoplasmatische Retikulum bildet ein eigenes Röhrensystem (Longitudinale Tubuli, kurz: L-System) über welches die zur Kontraktion benötigten Calcium-Ionen schnell freigesetzt werden können.
  5. Kontraktile (sich verkürzende) Myofibrillen: In den Muskelfasern liegen Myofibrillen, welche aufgrund ihrer Bauweise die Grundlage von Muskelbewegungen bilden. Sie sind wiederum aus hunderten kleinen Baueinheiten, den Sarkomeren, zusammengesetzt. Ein Sarkomer ist die kleinste funktionelle Einheit der Muskulatur und setzt sich aus fadenförmigen Proteinmolekülen (Myofilamente u.a. Aktin, Myosin und Titin) zusammen, welche von sogenannten Z-Streifen unterteilt werden. Die strikte Anordnung der Aktin- und Myosinfilamente erzeugen unter dem Lichtmikroskop eine gleichmäßige Hell-Dunkel-Färbung und verleihen dem Muskelgewebe seine quergestreiftes Aussehen. Sie tragen dazu bei, dass sich ein Muskel unter Energieaufwand aktiv zusammenziehen (Kontraktion) und passiv entspannen (Relaxation) kann. Hierbei wird chemische Energie (Adenosintriphosphat, kurz: ATP) in mechanische Energie und Wärme umgewandelt (vgl. Filamentgleittheorie von Andrew F. Huxley und Hugh E. Huxley).

Muskelfasertypen der quergestreiften Muskulatur

Anhand seiner Kontraktionsgeschwindigkeit und -dauer kann man grob zwei Typen von Muskelfasern in der quergestreiften Muskulatur auffinden. Man unterscheidet:

  1. Langsam zuckende, rote Muskelfasern, auch: Slow Twitch (kurz: ST) bzw. Typ I von
  2. Schnell zuckenden, weißen Muskelfasern, auch: Fast Twitch (kurz FT) bzw. Typ II.

Welche Fasern in deinem Organismus häufiger vorkommen, hängt vor allem von genetischen und individuellen Faktoren ab. Man geht jedoch insgesamt davon aus, dass der Anteil von ST-Fasern im menschlichen Organismus überwiegt. Slow Twitch Fasern verfügen über viel Myoglobin (rote Fasern) und besitzen somit einen höheren Sauerstoffspeicher. Sie beziehen ihre Energie aerob und kontrahieren langsam aber ausdauernd. Sie sind für alle Aktivitäten von Vorteil, welche eine geringe Leistung aber eine lange Dauer fordern (z.B. Haltearbeit). Fast Twitch Fasern werden nach ihrem Energieverbrauch (aerob, glykolytisch) noch einmal in drei Unterkategorien eingeteilt:

  • Fast Twitch Oxidative (kurz: FTO) bzw. Typ IIa
  • Intermediärfasern bzw Typ IIc oder IIx
  • Fast Twitch Glycolytic (kurz: FTG) bzw. Typ IIb

Insgesamt besitzen FT-Fasern weniger Myoglobin (weiße Fasern). Sie kontrahieren zwar schneller, aber kürzerer als ST-Fasern. Je nach Energieverbrauch ermüden sie langsam (FTO, Typ IIa) oder schnell (FTG, Typ IIb). Sie sind für alle Aktivitäten nützlich, welche eine hohe Leistung, aber eine geringer Dauer fordern (z.B. Kraftentwicklung).

Die glatte Muskulatur

Die glatte Muskulatur kommt vor allem dort vor, wo sie nicht ermüden darf. Sicher denkst du sofort an das Herz. Aber nein. Auch wenn eine Ermüdung der Herzmuskulatur langfristig den sicheren Tod bedeutet, zählt man sie aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Funktion zur quergestreiften Muskulatur. Denn die glatte Muskulatur arbeitet vergleichsweise langsam, dafür jedoch sehr ausdauern. Beträgt die Kontraktionsgeschwindigkeit der quergestreiften Muskelzellen nur wenige Millisekunden, kann die Kontraktion der glatten Muskelzellen bis zu einer Sekunde dauern. Vergleichsbar ungünstig für die Herzmuskulatur, oder? So kleidet die glatte Muskulatur vor allem Eingeweide aus. Als Ausdauerathlet findet man sie vorrangig:

  • in den Wänden der Hohlorgane u.a. Magen-Darm-Trakt (vgl. Peristaltik), Geschlechtsorgane
  • in Gefäßwänden u.a. Blutgefäße (vgl. Vasomotorik)
  • in den tiefen Atemwegen,
  • im Auge u.a. Pupillenmuskel und
  • in Haaren und Drüsen.

Aufbau der glatten Muskulatur

Die Muskelzellen der glatten Muskulatur können eine Länge von 20 bis zu 800 Mikrometern erreichen und sind in der Regel in Schichten, Bündeln oder Gittersystemen angeordnet. Sie sind voneinander durch Basalmembranen getrennt und stehen außerhalb der Zelle über Eiweißsysteme (extrazelluläre Proteinsysteme) miteinander in Verbindung. Einige Muskelfasern weisen sogar kleinste Sehnen (Retikulinfasern) auf, welche direkt an das Bindegewebe ansetzen.

Die Fasern der glatten Muskulatur sind spindelförmig oder zylindrisch aufgebaut und in der Mitte mit drei bis acht Mikrometern am breitesten. Anders als die quergestreifte Muskulatur, besitzen diese Muskelfasern jeweils nur einen längsovalen Zellkern, welcher zentral in der Zellmitte liegt. Alle anderen Zellorganellen wie u.a. die Sarkosomen (vgl. Mitochondrien) und das Sarkoplasmatische Retikulum, kurz: SR (vgl. Endoplasmatische Retikulum, kurz: ER) gleichen sich jedoch.

Arten der glatten Muskulatur

Aufgrund ihrer Funktion, lässt sich das Gewebe der glatten Muskulatur in zwei Arten einteilen:

  1. Der Single-Unit-Typ ist die herkömmliche Art der glatten Muskulatur. Die Muskelzellen stehen u.a. über kleine Kanälchen (Gap Junctions) in der Zellmembran miteinander in Verbindung. Wird ein Aktionspotential ausgelöst, rekrutiert dieses ein Netz von benachbarten Muskelzellen, welche dann autorhythmisch als Einheit fungieren. Auffindbar ist diese Art des glatten Muskelgewebes u.a. in Hohlorganen des Magen-Darm-Trakts oder der Geschlechtsorgane.
  2. Glatte Muskelzellen des Multi-Unit-Typ sind eher Einzelkämpfer. Sie besitzen wenige Verbindungspunkte mit den umliegenden Zellen und werden einzeln rekrutiert. Zu finden sind sie u.a. in den Gefäßwänden großer Arterien, in der Lunge und im Auge.

Erregungsweiterleitung der glatten Muskulatur Die funktionelle Ordnung der kontraktilen Myofilamente im Sarkoplasma (Cytoplasma, Zellplasma) sind noch nicht ausreichend geklärt. Bekannt ist, dass Aktin und Myosin weniger streng angeordnet sind. Unter dem Lichtmikroskop lässt sich so keine einheitliche Struktur erkennen, weswegen dieses Muskelgewebe als „glatt“ bezeichnet wird. Ähnlich wie bei der quergestreiften Muskulatur, sind die Myofilamente (u.a. Aktin und Myosin) über sogenannte Hilfsproteine wie u.a. Desmin und Alpha-Actinin miteinander vernetzt und im Sarkolemm (Cytomembran, Zellmembran) verankert (vgl. Cytoskelett, Zellskelett). 

Die Muskelfasern der glatten Muskulatur werden durch das vegetative Nervensystem 

  • Sympathikus: „Flucht oder Kampf“, Neurotransmitter: Noradrenalin und 
  • Parasympathikus: „Ruhe und Entspannung“, Neurotransmitter: Acetylcholin

und das enterische Nervensystem (Darmnervensystem) gesteuert. Eine Anspannung (Kontraktion) der Muskelzellen wird über den Einstrom von Calcium-Ionen in das Zellplasma (Cytoplasma) ausgelöst und verläuft ähnlich wie die Kontraktion quergestreifter Muskelfasern (vgl. „Filamentgleittheorie“). Durch die unregelmäßige Anordnung der Myofilamente entsteht eine spiralförmige Längenverkürzung der glatten Muskulatur.

Bei Anspannung (Kontraktion) drehen sich die Muskelzellen in eine Spirale, bei Entspannung (Relaxation) kehren sie in ihre Ruheposition zurück. Durch diese Verschraubung können sich die Muskelzellen der glatten Muskulatur nicht nur viel stärker verkürzen, sondern auch stärker dehnen als quergestreifte Muskelfasern. Anders als in der Herz- bzw. Skelettmuskulatur kann die Kontraktion sehr langsam von statten gehen (u.a. gleichmäßige Kontraktionswellen im Darm) oder länger anhalten (Dauerkontraktion von u.a. Schließmuskeln).

Literaturverzeichnis

Amboss (2019). Muskelgewebe. Abgerufen am 22.11.2019 von  https://www.amboss.com/de/wissen/Muskelgewebe/.

Faller, A.; Schünke, M. (2012). Der Körper des Menschen. Einführung in Bau und Funktion, 16., überarbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag KG. Stuttgart. 

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Pschyrembel Online (2019). Glatte Muskulatur. Abgerufen am 22.11.2019 von https://www.pschyrembel.de/Skelettmuskel/K0ELH

Pschyrembel Online (2019). Skelettmuskel. Abgerufen am 22.11.2019 von https://www.pschyrembel.de/Skelettmuskel/K0ELH

Zervos-Kopp, J. (2009). Ergotherapie Prüfungswissen. Anatomie, Biologie und Physiologie, 2. Auflage. Georg Thieme Verlag. Stuttgart.

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