Skelettmuskulatur, Physiologie

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Die Verkürzung des Muskels resultiert aus dem Ineinandergleiten der Eiweißstoffe Aktin und Myosin. Die Energie wird von ATP geliefert. Die Kraft hängt von der Zahl der Muskelfasern ab. Muskeln sind elastisch, dehnbar. Dehnt man den Muskel, so nimmt die Muskelkraft zu (Kurve a rechts = Ruhedehnungskurve). Die Muskelkraft nach vorheriger Dehnung zeigt die obere Kurve b. Demnach führt die Vordehnung des Muskels in einem begrenzten Bereich zu einem Kräftezuwachs. Dies wissen alle Leistungssportler und ihre Trainer. Führt die Muskelspannung zu einer Bewegung (z. B. Anheben eines Gewichtes), nennt man dies eine auxotonische Kontraktion, erfolgt keine Bewegung (z. B. Gewicht zu groß): isometrische Kontraktion. Bei natürlicher Betätigung der Muskulatur, z. B. Heben eines Gewichtes, erfolgt immer erst eine isometrische Kontraktion bis zum Erreichen der dem Gewicht des Gegenstandes entsprechenden Kraft, sodann kontrahiert sich der Muskel unter konstantem Zug des Gegenstandes isotonisch.

Muskelarbeit = Kraft mal Weg (Gewicht des Gegenstandes mal Hubhöhe). Unter Einbezug der Geschwindigkeit erhält man die Leistung.

Wie bei jedem Energiegewinn geht beim Umsatz der Muskulatur Energie als Wärme (initiale Wärme) verloren. Der Energiereingewinn liegt zwischen 40 und 50 % für die reine Kontraktion. Bei natürlichen Bewegungsabläufen werden indessen zusätzliche Energien für die Erholungsphase, Ionenpumpen und vor allem die Regeneration von ATP aus ADP verbraucht, so dass letztendlich ein Nutzeffekt von nur 20-30 % verbleibt. Der Energiestoffwechsel wird detailliert im Kapitel (Kompartimente des Energiesystems) erörtert. Ermüdung beruht auf Anhäufung von noch nicht regenerierten oder ausgeschiedenen Stoffwechselprodukten.

Das Spiel des lokomotorischen Systems wird durch motorische Zentren des Zentralnervensystems in Art und Umfang unter Einbezug der Körperhaltung kontrolliert. Reize aus der Umwelt lösen zweckgerichtete Bewegungen aus: Reflexe. Sie laufen über das Rückenmark ab. Diese sind angeboren oder erworben. Daneben existieren von äußeren Reizen unabhängige automatische, vom ZNS gesteuerte Bewegungsabläufe. Sie sind programmgesteuert (z. B. die Atmung ist angeboren, das Schwimmen ist erworben). Die Motorik kann einem bestimmten Bewegungsablauf (Zielmotorik) oder der Stellung im Raum (Stützmotorik) dienen.

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Die zentralen Schaltstellen des ZNS sind in einer hierarchischen Ordnung von kortikalen Arealen bis hin zum Rückenmark angeordnet. Wichtigste Rezeptoren befinden sich in der Muskulatur (Muskelspindeln) und Sehnen und geben Auskunft über Dehnung, wobei die Muskelspindeln in erster Linie die Länge, die Sehnenorgane die Spannung registrieren. Auf diese Weise bestehen zwischen dem motorischen und sensorischen Nervensystem enge Verknüpfungen. Sie bestehen auf allen Ebenen des Nervensystems, beginnend bei Verschaltungen im Rückenmark bis hin zu den kortikalen Assoziationszentren. Sensomotorik bildet einen Zusammenschluss von sensiblen Impulsen aus der Umwelt und des Körperinneren mit dem System der Bewegung, des Handelns, des Reagierens. Es ist für das Überleben in der Natur von ganz entscheidender Bedeutung. Schwere sensorische oder motorische Läsionen können nicht überstanden werden.

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Die Pyramidenbahn enthält die absteigenden motorischen Nervenbahnen. Sie beginnt an den sensomotorischen Kortexarealen und endet im Rückenmark. Die Pyramidenbahn wird begleitet von Bahnen, die über die subkortikalen Zentren ebenfalls zum Rückenmark geleitet werden (vgl. Nervengewebe und Senso-motorisches und moto-sensorisches Kooperations- und Kontrollsystem). Die Hauptaufgaben der motorischen Hirnareale sind spezialisiert:

Motorische Zentren im Hirnstamm:	Stützmotorik
Kleinhirn:	Motorische Koordination, laufende Bewegungen Erlernen motorischer Abläufe, z. B. Seiltanz
Basalganglien:	Umsetzung des Handlungsentwurfes
Motorische Rindenfelder (Primär):	Auslösung von Muskelkontraktionen.

Reflexe sind automatische Reaktionen auf eine Energieeinwirkung, z. B. plötzlich helles Licht löst die Verengung der Pupillen und Schließen der Augen aus. Spinale Reflexe sind die zwischen der Rumpf- und Gliedmaßenmuskulatur und den vom Rückenmark ausgehenden oder dort ankommenden Nerven (s. Nervengewebe).

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Die an einem Reflex beteiligten sensorischen, neuronalen und effektorischen Stationen werden als Reflexbogen bezeichnet. Neben den monosynaptischen sind überwiegend polysynaptische Reflexe (Fremdreflexe) angelegt. Ihre Sensoren liegen oft weit ab vom Erfolgsorgan (Nießreflex: juckende Nasenschleimhaut - Reflexbogen - Atemmuskulatur) und können Reize summieren.

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Der motorische Homunculus gibt einen Eindruck, wie stark die einzelnen Körperteile im Zentrum der Hirnrinde vertreten sind. Die Hände, der Mund und die Zunge sind entsprechend ihrer vielfältigen Funktionen (Handwerk, Sprechen, Mimik, Essen) stark vertreten, das heißt, für diese Körperteile stehen (relativ) die meisten Hirnzellen zur Verfügung.