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| IMC Wiki | Skelettmuskel

Skelettmuskel

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Etwa 400 Skelettmuskeln sind durch Sehnen mit dem Skelett verbunden. Muskelzellen sind mehrkernige Riesenzellen. Mehrere Zellen werden jeweils von einer Nervenfaser innerviert (motorische Einheit).
Morphologie: Gemeinsam sind den Skelettmuskeln sehr lange (bis 40 cm ), vielkernige Zellen (Muskelfasern). Motorische Nerven steuern die Funktion. Sie verzweigen sich in der Muskulatur und innervieren jeweils eine Gruppe von Muskelzellen (motorische Einheit). Die elektrische Erregung wird an der motorischen Endplatte übertragen.

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An den motorischen Endplatten, das ist der Ort der Signalübertragung der motorischen Nerven, wird der Reiz für die Muskelkontraktion (Verkürzung) übertragen.

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Die Muskeltätigkeit, durch das motorische Nervensystem ausgelöst, wird durch sensorische Rezeptoren (das sind Einrichtungen, welche den Funktionszustand eines Muskels registrieren und dem Zentralnervensystem melden) kontrolliert. Die wichtigsten Rezeptoren sind Muskelspindeln. Muskelspindeln, das sind Dehnungsrezeptoren, die den Muskeltonus über spinale Streckreflexe koordinieren (nach Wheater, Burkitt, Daniels). Belastungen (Training) der Muskulatur führen zur Hypertrophie, Entlastungen (z. B. Ruhigstellung im Gipsverband) zur Atrophie.

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Skelettmuskeln sind aus Funktionseinheiten aufgebaut. Sie enthalten gelöste Proteine (Myoglobin u. a.) und Strukturproteine (70 %). 50 % der letzteren sind kontraktile Proteine. Die Muskelfaserenden sind mit den Sehnenfasern (Kollagenfasern) fest verankert. Die Muskelkontraktion ist das Ergebnis eines Ineinandergleitens von Myosin- und Aktinfilamenten. Die Gesamtkontraktion ist die Summe der Einzelkontraktionen der Myofibrillen.
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Biochemische Reaktionen

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Für die Muskelkontraktion ist die Synchronisation mit der Mobilisation von Energie Voraussetzung. Die Bewegung der Muskelzelle ruft einen Anstieg der Kalziumkonzentration (Ca2+) im Myoplasma hervor. Ca2+ aktiviert Troponin, das wichtigste Protein für die Reputation der Muskelkontraktion (Skelettmuskel), welche es auslöst. Gleichzeitig löst Ca2+ die Bereitstellung von Glukose aus. Die zur Muskelarbeit benötigte Energie resultiert aus der Spaltung von ATP in ADP, katalysiert durch ATPasen. Nach der ATP-Spaltung gleiten die Myosin- und Aktinfilamente wieder zurück in die Ausgangsposition. Nach Beendigung der Kontraktion wird ATP resynthetisiert. Es wird dann bei der Erschlaffung zur Trennung des Actomyosins in Actin und Myosin gebraucht. Die Energie für die Resynthese des ATP kommt aus dem Creatinphosphat.

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Motorische Einheiten (Motorisches Neuron plus Kollektiv von Muskelfasern) leisten pro Einzelkontraktion identische Kräfte. Die Stimulierungsfrequenz und Zahl der innervierten motorischen Einheiten bestimmen die Muskelkraft. Mechanische Energie plus Wärmeproduktion entsprechen der umgesetzten chemischen Energie.
Creatinphosphat + ADP → Creatin + ATP
Creatinphosphat wird seinerseits durch die Energiegewinnung aus der Glykolyse synthetisiert.
Glycogen → Glucose-6-Phosphat → Pyruvat + E
Lactat

Myoglobin speichert Sauerstoff und erleichtert dessen Transport.
Unter O2-Mangel häuft sich Laktat (Milchsäure) an, die Energieversorgung verschlechtert sich, die Muskelkraft lässt nach, schließlich entstehen Schmerzen.
Muskelzellen werden von motorischen Nerven versorgt (s. u.). Muskelzellen gehorchen dem Alles oder Nichts-Gesetz. Erst wenn die elektrische Erregung eine definierte Reizschwelle überschritten hat, erfolgt die Kontraktion.
Schnelle Reizfolgen (20 Hz oder mehr) führen zum Tetanus (Dauerkontraktion).
Eine Muskelkontraktur ist Folge einer Dauerdepolarisierung ohne Aktionspotentiale, z. B. durch Coffein in toxischen Dosen.
Motorische Einheiten (Motorisches Neuron plus Kollektiv von Muskelfasern) leisten pro Einzelkontraktion identische Kräfte. Die Stimulierungsfrequenz und Zahl der innervierten motorischen Einheiten bestimmen die Muskelkraft.
Mechanische Energie plus Wärmeproduktion entsprechen der umgesetzten chemischen Energie.
Ein Mol ATP liefert 48 kJ Energie. Davon werden 40-50 % in chemische Energie umgewandelt, 50-60 % gehen als Wärme verloren. Da ein Teil der chemischen Energie für die ATP-Resynthese und Membranpumpen investiert wird, resultieren lediglich 20-30 % Nutzeffekt für die Muskelarbeit.
Mit dem Absinken der Energievorräte des Muskels steigen die Glykolyse, die Umsetzungen im Citratzyklus und der Atmungskette mit dem Ergebnis der ATP-Synthese.
s. Zellstoffwechsel

Weiterführende Artikel

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