Bau und Funktion der menschlichen Muskeln
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Sek 1/2 Anatomie Muskelfunktion •• n. A. -
Inhalte
Alle unsere Bewegungen gründen auf Muskeln bzw. auf das Zusammenspiel von Nervensystem und Muskulatur. Egal, ob wir nur einen Mausklick oder einen 100 m - Lauf machen. Aber:
Wie ist ein Muskel aufgebaut?
Wie arbeitet ein Muskel?
Welche Funktionen übernehmen Sehnen und der Skelettapparat bei der Bewegung?
Anatomische Richtungs- und Lagebezeichnungen
Die Lage- und Richtungsbezeichnungen des Körpers dienen in der Anatomie zur Beschreibung der Position, der Lage und des Verlaufs einzelner Strukturen. Zum Teil sind diese Termini auch Bestandteil anatomischer Namen. Während sich die standard- sprachlichen Lagebezeichnungen wie „oben“ oder „unten“ je nach Körperposition ändern können, sind die anatomischen Lagebezeichnungen eindeutig, denn sie sind relativ zum Körper und damit unabhängig von seiner Position.
Der Mensch ist ein „Zwei-Seitentier", was bedeutet, dass sich sein Körper in zwei spiegelbildliche Hälften teilen lässt. Die Ebene an der der Körper gespiegelt wird, nennt man Medianebene oder mittlere (!) Sagittalebene.
Neben der Sagittalebene gibt es zwei weitere Ebenen: die Transversalebene und die Frontalebene - entsprechend erfolgt auch die Benennung der Richtungen:
transversal: rechts ↔ links longitudinal: oben ↔ unten sagittal (lat. sagitta ‚Pfeil‘):
vorne ↔ hinten
Reichen diese Bezeichnungen zur Definition nicht aus, so ist oft der Rückgriff auf die anatomische Grundposition nötig.
Definition menschliche Grundposition: Aufrechter Stand, die Augen geradeaus, die Hände supiniert (Handflächen nach vorne als wollte man einen Teller Suppe halten); die Füße stehen parallel.
Bezeichnung Wortstamm Richtung
anterior ante = vor nach vorne gerichtet
posterior post = nach nach hinten gerichtet lateral latus = Seite zur Seite gerichtet medial medium = Mitte zur Mitte gerichtet
dorsal dorsum = Rücken am Rücken (rückenseits) gelegen ventral venter = Bauch am Bauch (bauchseits) gelegen cranial / kranial cranium = Schäde zum Schädel hin gerichtet
caudal / caudal cauda = Schwanz zum Schwanz hin (bei schwanzlosen Tieren ist das das Steißbein)
proximal proximus = nächster zum Körperzentrum hin gerichtet (z.B. Schulter) distal distare = entfernt sein vom Körperzentrum entfernt (z.B. Finger) profund profundus = tief in tieferen Geweben
superfizial superficialis = oberflächlich nahe der Oberfläche eines Körperteils gelegen.
Bau des Menschlichen Skeletts
Ein ausgewachsener Mensch verfügt über ca. 206 Knochen. Die Hälfte davon befindet sich in den Händen und Füßen. Die Knochen verleihen dem Körper seine Stabilität, bieten gleichzeitig Schutz und bilden ein Gerüst für all unsere Organe.
Die Wirbelsäule ist die Hauptachse des Skeletts. Der Brustkorb wird von insgesamt 12 Rippenpaaren gebildet.
Diese setzen an der Wirbelsäule an und krümmen sich bogenförmig nach vorne. Dort sind sie elastisch mit dem Brustbein verbunden. Nur die unteren beiden Rippenpaare haben keine Verbindung zum Brustbein. Der Brustkorb schützt Herz und Lungen. Beim Atmen werden die Rippen auf und ab bewegt, sodass sich der Brustkorb ausdehnt und wieder verkleinert.
Das Becken besteht aus den Hüftknochen und dem Kreuzbein.
Dieser liegt zwischen den Lendenwirbeln und dem Steißbein und
bildet mit den Hüftknochen einen schalenförmigen Knochenring, den Beckengürtel. In ihm liegen geschützt die Bauchorgane. Das Becken verbindet außerdem die Beine mit dem Rumpf.
Am Schultergürtel, der aus den beiden Schulterblättern und den Schlüsselbeinen besteht, sind die Arme am Rumpf befestigt. Da die Arme aus vielen unterschiedlichen Knochen aufgebaut sind sind sie sehr beweglich.
Das Beinskelett ist ähnlich dem Armskelett aufgebaut. Die Fußknochen bilden jedoch ein Gewölbe, welches den Körper vor zu großen Belastungen schützt (Sprünge, Fallen). Die Wirbelsäule hält den Körper aufrecht und ermöglicht verschiedene Bewegungen, wie Beugungen und Drehungen. Sie ist aus 34 Knochen, den Wirbeln, aufgebaut. Diese sind über Gelenke und kräftige Bänder miteinander verbunden.
Jeder Wirbel besteht aus einem Wirbelkörper und einem Wirbelbogen mit einem Dornfortsatz und zwei Querfortsätzen. Diese dienen Bändern und Muskeln als Ansatzstellen. In der Mitte eines Wirbels findet sich ein Wirbelloch. Die übereinander liegenden Wirbel bilden mit ihren Wirbellöchern einen Kanal, in dem das empfindliche Rückenmark liegt. Zwei benachbarte Wirbel lassen auf jeder Seite ein Zwischenwirbelloch frei, durch welches Nerven vom Rückenmark abzweigen und etwa in die Beine oder Arme ziehen.
Zwischen den Wirbeln befinden sich elastische Knorpelscheiben, Bandscheiben genannt. Sie wirken wie Stoßdämpfer und fangen Stöße federnd auf. Gleichzeitig verhindern sie, dass die Wirbel bei Bewegungen aneinander reiben. Die Wirbelsäule lässt sich in den Hals-, Brust- und Lendenbereich unterteilen. Die oberen sieben Halswirbelknochen tragen den Kopf und machen die große Beweglichkeit von Hals und Kopf möglich.
Die 12 Brustwirbel sind Ansatzstellen für die Rippen. Die fünf Lendenwirbel tragen den größten Teil des Körpergewichts. Sie sind besonders groß und erlauben die besondere Beweglichkeit der Wirbelsäule im Lendenbereich. Das keilförmige Kreuzbein und das schwanzförmige Steißbein bestehen aus mehreren miteinander verschmolzenen Wirbeln.
Da diese Bereiche der Wirbelsäule relativ steif sind, unterstützen sie, dass der Körper das Gleichgewicht halten kann. Von vorne oder hinten gesehen ist eine Wirbelsäule
scheinbar nahezu gerade. Betrachtet man sie jedoch von der Seite, wird erkennbar, dass sie mehrere leichte Krümmungen hat. Sie ist doppelt-S-förmig. Während sie im Brustbereich nach hinten gekrümmt ist, sind der Hals-und Lendenbereich nach vorne gebogen. Diese Krümmungen federn Stöße ab und fangen Erschütterungen auf.
Gelenke verbinden Knochen
Die meisten Knochen des menschlichen Skeletts sind durch Gelenke beweglich miteinander verbunden. Von den beiden Knochen, die zu einem Gelenk gehören, besitzt einer ein rundes, verdicktes Ende.
Dieses wird Gelenkkopf genannt und passt genau in die endständige Vertiefung des anderen Knochens, die Gelenkpfanne.
Gelenkkopf und Gelenkpfanne sind an den Kontaktflächen vom glatten Gelenkknorpel überzogen. Zwischen ihnen befindet sich der Gelenkspalt, der mit Gelenkschmiere ausgefüllt ist. Gelenkknorpel und
Gelenkschmiere verhindern, dass die Knochen bei sie sich bei Bewegungen verschieben. Viele Gelenke, etwa das Kniegelenk, werden zusätzlich noch durch feste Gelenkbänder von außen und innen stabilisiert.
Je nach Bewegung, die ein Gelenk ermöglicht, unterscheidet man verschiedene Gelenktypen. Zum Beispiel kann der Oberarm in der Schulter in alle Richtungen bewegt werden. Ermöglicht wird diese hohe Beweglichkeit durch den besonderen Bau des Schultergelenks. Der Gelenkkopf des Oberarms hat die Form einer Kugel und lässt sich in der kugelig ausgehöhlten Gelenkpfanne der Schulter kreisend bewegen. Dieser Gelenktyp wird daher Kugelgelenk genannt.
Den Unterarm dagegen kann man im Ellenbogen nur nach oben und unten bewegen. Sein Gelenkkopf ist wie eine Walze geformt und wird in einer rinnenartigen Gelenkpfanne des Unterarms bewegt. Wie das Scharnier einer Tür ermöglicht dieses
Scharniergelenk nur Bewegungen in eine Richtung. Kugel-und Scharniergelenke sind häufig vorkommende Gelenktypen.
Muskeln bewegen Gelenke
Über 600 Muskeln ermöglichen in Zusammenarbeit mit den Knochen, dass Menschen die unterschiedlichsten Bewegungen ausführen können. Diese Skelettmuskeln haben in der Regel die Form einer Spindel und sind aus vielen Muskelfaserbündeln zusammengesetzt. Jedes Muskelfaserbündel wiederum besteht aus vielen Muskelfasern. Eine feste Haut, die Muskelhaut, umschließt den Muskel und geht an seinen Enden in straffe Sehnen über. Diese erstrecken sich über ein Gelenk hinweg und verbinden den Muskel mit den zugehörigen Knochen. Alle Muskeln arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Sie ziehen sich zusammen und verkürzen sich dabei.
Definition Muskelspannung: Durch einen Reiz verkürzt sich der Muskel. Dabei bewegen sich der proximale (zentrumsnah / Gelenks-nah gelegener) Muskelursprung und der distale (weiter vom Gelenk entfernte) Muskelansatz aufeinander zu. Muskeln können sich aktiv nur zusammenziehen, aber nicht selbstständig verlängern.
Bestimmte Muskeln arbeiten bei den verschiedenen Bewegungen eng zusammen. Zum Beispiel: Für das Anwinkeln und Strecken des Unterarms die Muskeln des Oberarms zuständig. Der vordere Oberarmmuskel, der Bizeps, ist über Sehnen mit der Speiche des Unterarms und mit dem Schulterblatt verbunden. Zieht sich der Bizeps zusammen und verkürzt sich bewegen sich Unterarm und Oberarm aufeinander zu, der Arm wird gebeugt.
Um die Beugung des Arms rückgängig zu machen, muss ein anderer Muskel aktiv werden. Der hintere Oberarmmuskel, der Trizeps, ist mit Schulterblatt und Elle verbunden. Zieht er sich zusammen, werden die Unterarmknochen in die entgegengesetzte Richtung bewegt und der Arm streckt sich.
Der Bizeps ist ein Beugemuskel oder Beuger; der Trizeps ist ein Streckmuskel oder Strecker. Wenn sich der Trizeps zusammenzieht und den Arm streckt, wird dabei gleichzeitig der Bizeps gedehnt. Umgekehrt bewirkt das Zusammenziehen des Bizeps und die Beugung des Arms eine Streckung des Trizeps.
Definition Gegenspieler: Beuger und Strecker arbeiten nach dem Gegenspielerprinzip (Agonist / Antagonist).
Beuger und Strecker wirken also in entgegengesetzter Weise zusammen. Deshalb nennt man sie Gegenspieler. Nach diesem Gegenspielerprinzip arbeiten viele Muskeln des Körpers zusammen.
Sehnen als Kraftüberträger
Sehen sind weiß glänzende, faserige Verbindungen zwischen Muskeln und Knochen.
Sie bestehen aus Bindegewebe und bewirken die Kraftübertragung des Muskels auf den Knochen. Ohne Sehnen wäre sozusagen keine Bewegung möglich. In den Sehnen liegen auch Blutgefäße und Nerven, die in den Muskel übergehen.
Sehnenscheiden und Schleimbeutel vermindern mögliche Reibungsstellen unter Bewegungseinwirkung. Sie beugen somit Schäden an Sehnen vor. Bestimmte Sehnen werden von einer Sehnenscheide (Vagina tendinis) wie einer Gleitröhre umschlossen.
Diese ist mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt, so dass eine Sehne in einem derartigen Hohlraum gleiten kann. Sehnenscheiden finden sich im Körper vor allem an Händen und Füßen, da hier der Reibungswiderstand unter Bewegung sehr hoch ist.
Besonders erwähnenswert ist auch das Golgi-Sehnenorgan: Es befindet sich am Übergang zwischen Muskel und Sehne und ist zusammen mit den Muskelspindeln für die Propriozeption der Muskulatur zuständig (von lateinisch proprius ‚eigen‘ und recipere ‚aufnehmen‘). Propiozeption bezeichnet die Wahrnehmung des eigenen Körpers nach dessen Lage im Raum. Es handelt sich dabei um eine Eigenempfindung.
Golgi-Organ / Golgi-Sehnenreflex: ... leitet dem Zentralnervensystem Informationen über den Spannungszustand der jeweiligen Muskeln zu. Ziel dieses Reflexes ist es, die Spannung des Muskels in einem optimalen Bereich zu halten. In Extremsituationen schützt er den Muskel vor Überlastung.
Quergestreifte /
Bewegungsmuskulatur
Die für den Bewegungsapparat zuständige quergestreifte Muskulatur hat einen besonderen Aufbau, der mit dem Gehirn in Verbindung steht. Am Anfang jeder Bewegung steht ein Nervenreiz, der vom Gehirn über das Rückenmark an die Muskulatur weitergeleitet wird. Im Anschluss kommt es zu einer Reaktionskaskade, die letztendlich zur Anspannung des Muskels (Muskelkontraktion) führt. Ein Skelettmuskel besteht aus einem
Zusammenschluss mehrerer
Muskelfaserbündel und ist in einem Sack aus Bindegewebe eingebettet (Faszie). Über Sehnen ist der Muskel am Knochen befestigt.
Quergestreifte / Bewegungsmuskulatur: Das kleinste im Muskel vorhandene Segment - die einzelne Muskelfaser oder Muskelspindel - besteht aus verschiedenen Proteinbausteinen: Aktin, Myosin und Titin. Aktin-Fasern erscheinen unter dem Mikroskop hell, Myosin-Fasern sind dicker und dunkler - ein Muskel der
Bewegungsmuskulatur erscheint daher unter dem Mikroskop „quergestreift“.
Jedes Muskelfaserbündel lässt sich also in einzelne Muskelfasern / -spindeln zerlegen, die parallel in diesem Bündel angeordnet sind. Die einzelnen Muskelspindeln wiederum bestehen aus Myosin-, Aktin- und Titinfilamenten (Filament = Fäden). Diese Fäden sind die kleinsten an der Muskelkontraktion beteiligten Strukturen und sind in Segmenten (Sarkomeren) überlappend angeordnet.
Die Myosin-Köpfchen (grün) stehen im entspannten Zustand nahezu in 90° Stellung und sehen aus, wie die Paddel eine Rudermannschaft. Und ähnlich einem Rudervorgang erfolgt die Muskelkontraktion.
Schematischer Aufbau eines Sarkomers im entspannten Zustand
Mit Hilfe einer chemischen Reaktion klappen diese dann auf 45° um (sog.
»Kraftschlag«) und verankern sich dem Aktin. Ganz so, als würde eine Rudermannschaft die Paddel ins Wasser stechen und einen Ruderschlag ausführen.
Schematischer Aufbau eines Sarkomers im angespannten Zustand
Dabei verändern sich die Längen der Aktin- oder Myosinfilamente nicht. Sie gleiten lediglich ineinander, wodurch sich die Z-Scheiben einander annähern und sich das Sarkomer verkürzt. Sobald sich der Muskel jedoch wieder entspannt, werden die Verbindungen gelöst und die Sarkomere nehmen ihre Ausgangslänge wieder ein.
Je nach Kraft- (Spannungs-) bzw. Längenänderung des Muskels lassen sich mehrere Arten der Kontraktion unterscheiden:
Aus diesen Kontraktionen lassen sich komplexere Kontraktionen zusammensetzen.
Sie werden im alltäglichen Leben am häufigsten benutzt:
die Unterstützungszuckung: erst isometrische, dann isotonische Kontraktion.
Beispiel: Anheben eines Gewichtes vom Boden und anschließendes Anwinkeln des Unterarms.
die Anschlagszuckung: erst isotonische, dann isometrische Kontraktion. Beispiel:
Kaubewegung, Ohrfeige.
isokinetisch („gleich schnell“): Der Widerstand wird mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit überwunden.
konzentrisch: der Muskel überwindet den Widerstand und wird dadurch kürzer (positiv-dynamisch, überwindend). Die intramuskuläre Spannung ändert sich, und die Muskeln verkürzen sich —> Treppenlaufen / Po
exzentrisch: ob gewollt oder nicht, der Widerstand ist größer als die Spannung im Muskel, dadurch wird der Muskel gedehnt —> Treppenlaufen / Knie
Reflexe
Muskelspindeln schützen Muskeln auch vor Überdehnung. Bei plötzlicher Dehnung des Muskels lösen sie den so genannten Dehnungsreflex aus, wodurch sich der Muskel wieder zusammenzieht.
Muskeldehnreflex: Eine Kontraktion eines Muskels erfolgt dabei infolge der schnellen Dehnung desselben.
Beispiel: Kniesehnen- / Patellrsehnenreflex
Ein Schlag kontrahiert zunächst den Oberschenkelmuskel (Unterschenkel schnell dadurch nach vorne) und entspannt /dehnt ihn sobald der Schlag vorbei ist.
Die Reflexe der Muskelspindeln haben eine einfache Verschaltung: auf einen Reiz folgt der Reflex durch zusammenziehen des Muskels. Rezeptoren der Haut (Schmerz- / Thermo- / Mechano-Rezeptoren) lösen häufig deutlich kompliziertere Reaktionen aus.
Ein typisches Beispiel ist der sogenannte Beugereflex, der im Bereich der unteren Extremität durch das Treten auf eine Reißzwecke ausgelöst werden kann.
Dehnung von Muskeln
Es kommt ausnahmslos bei jeder Bewegung zu einer Dehnung; sie wird nur nicht als solche empfunden, da der beanspruchte Muskel derlei Bewegungen von klein auf gewohnt ist und daher nicht außergewöhnlich belastet wird. Dehnung wird erst empfunden, wenn die Bewegung über das Natürliche/das Gewohnte hinausgeht.
Erfährt der Muskel einen Dehnreiz, werden die kontraktilen Komponenten der Aktin- und Myosinfilamente auseinandergezogen. Die elastischen Strukturen der Muskelfaszie setzen der Dehnung einen gewissen Widerstand entgegen und schützen so vor einer Überdehnung. Die elastischen Titinfilamente sorgen dafür, dass Aktin und Myosin nicht zu weit auseinandergleiten und bringen nach der Dehnung das Sarkomer wieder in seine ursprüngliche Ruhelänge.
Muskelzittern bei Dehnung: Beim Dehnen reagiert der Muskelbauch häufig mit Zittern. Laut Literatur sollte es nach 45-60 sec. wieder nachlassen. Dieses Zittern ist KEINE Überlastungsreaktion des Muskels, sondern quasi sein hauseigenes ABS.
Registriert die Muskelspindel einen starken Dehnreiz, so reagiert der Muskelbauch mit selbstständigem An- und Entspannen, um ein Reißen der Spindel zu verhindern.
Dieser Reflex kann umgangen werden, indem man die Dehnung kurz reduziert und erneut die Haltung einnimmt.
Die Effekte des Dehnens in Sport und Therapie werden heute kontrovers diskutiert.
Seit Studien den Verdacht aufstellten, dass Dehnen das Verletzungsrisiko erhöht, hinterfragte man den Einfluss auf die sportliche Leistungsfähigkeit und auf die Tauglichkeit zur Verletzungsprophylaxe. Zeitgleich entwickelte sich der Trend der Faszienmobilisation, die mit speziellen Dehnübungen, federnden und schwingenden Bewegungen die Elastizität des Bindegewebes erhalten soll.
Die fünf gebräuchlichsten Dehnmethoden nach Klee sind:
Dynamisches Stretching (federnde Bewegungen)
Statisches Stretching (Position kontrolliert einnehmen und halten) Methoden der Propriozeptiven Neuromuskulären Faszilitation (PNF):
AC-Stretching - Gegenspieler (Antagonist) wird bei Dehnung angespannt CR-Stretching - Zielmuskel (Agonist) wird vor Dehnung angespannt CR-AC-Stretching - Zielmuskel wird vor AC-Stretching angespannt
Es können niemals Agonist und Antagonist (Zielmuskel und Gegenspieler) gleichzeitig angespannt werden. Diese Eigenschaft macht sich die Physiotherapie zu Nutze, indem durch bestimmte Anspannungen eines Muskels sein Gegenspieler gedehnt und entspannt werden soll.
Reziproke Hemmung: … bezeichnet einen Vorgang, bei dem zwei, sich eigentlich ausschließende Reaktionen zeitgleich ablaufen. Dabei hemmen sie sich gegenseitig und es kann sich letztlich nur die stärkere durchsetzen.
Quellen
www.gesundheit.gv.at/
www.conatex.com/mediathek www.wikipedia.de
www.medizin-kompakt.de
www.akademie-sport-gesundheit.de www.vpt.de
www.schullv.de
www.fitnesswarrior.de
Biologie heute, Hessen 1, Schroedel Verlag, 2014
Latash ML: Receptors. In: Latash ML (Hrsg.): Neurophysiological basis of movement (2nd ed.). Champain, Human Kinetics, 2008
Pearson K & Gordon J: Spinal reflexes. In: Kandel ER, Schwartz JH & Jessell T (Hrsg.):
Principles of neural science (4th ed.). New York, McGraw-Hill, 2000 Bilder:
Biologie heute, Hessen 1, Schroedel Verlag, 2014 www.pexels.com/Leon Martinez
