Lerntext Skelettmuskeln und Gesundheit

Roland Heynkes, 27.11.2016

Gliederung

zum Text der Aufbau eines Skelettmuskels
zum Text die Funktionsweise von Skelettmuskeln
zum Text die Bedeutung von Sport für unsere Gesundheit
zum Text verschiedene Formen von Sport-Verletzungen
zum Text

der Aufbau eines Skelettmuskels nach oben

Muskeln sind Bündel aus Bündeln aus Bündeln.

die Strukturen eines Skelettmuskels
MuskelAufbau Englisch - Deutsch
OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0

Die folgenden Schemata zeigen innerhalb einer Muskelfaser die zur Kontraktion fähige Myofibrille als Kette aus Sarkomeren.

die Strukturen einer Muskelfaser
Muskelfaser Englisch - Deutsch
OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0

die Funktionsweise von Skelettmuskeln nach oben

Die kleinste funktionelle Einheit einer Muskelfibrille ist das Sarkomer. Wenn das sarkoplasmatische Retikulum Calcium-Ionen ausschüttet, binden die Calcium-Ionen an das Protein Troponin. Dieses verschiebt daraufhin das Protein Tropomyosin, welches normalerweise die Myosin-Bindungsstellen auf den Actin-Fibrillen verdecken. Nun können sich mit Hilfe von ATP-Molekülen die aus den Myosin-Protein-Bündeln heraus ragenden Köpfchen an die Myosin-Bindungsstellen auf den Actin-Fibrillen binden. Danach verbiegen sich die "Hälse" der Myosin-Köpfchen und ziehen ihre Myosin-Bündel hinter sich her an den Actin-Fibrillen entlang. Ein Youtube-Video zeigt das.

die Muskelfaserkontraktion
Muskelfaserkontraktion Englisch - Deutsch
OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0

Das folgende Schema soll zeigen, warum Actin- und Myosin-Fibrillen aneinander vorbei gleiten. Man sieht, dass sich die Hensen-Zone verkleinert, weil die Myosin-Köpfchen an den Actin-Fibrillen ziehen.

die ziehenden Myosin-Köpfe
Filament-Gleiten Englisch - Deutsch
  • M = M-Linie oder M-Scheibe = Verankerung der Myosin-Filamente
  • Z = Z-Gitter (früher Z-Scheibe) = Verankerung der Actin-Filamente
  • H = H-Zone, Hensen-Zone oder H-Bande
OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0

Das folgende Schema soll zeigen, wie ATP diese Bewegung antreibt.

die Umwandlung chemische Energier in kinetische Energie
Myosinkopfbewegungszyklus Englisch - Deutsch
OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0

Die Bedeutung von Sport für unsere Gesundheit nach oben

Immer mehr wissenschaftliche Untersuchungen zeigen immer deutlicher, wie wichtig sportliche Aktivitäten für unsere Gesundheit sind. Skelettmuskeln dienen nicht nur der Bewegung, sondern sie stabilisieren unser Skelett, schützen unsere Gelenke, halten unsere Knochen stark und gesund, reduzieren speziell das gefährliche Bauchfett und verhindern Zivilisationskrankheiten wie Diabetes, stimulieren unser Immunsystem sowie die Vermehrung von Nervenzellen, halten unsere Blutgefäße gesund und lassen neue wachsen. Muskelarbeit schützt sogar unsere Zellen vor schädlichen Umwelteinflüssen. Wie ist das möglich? Wie können sie soviele positive Effekte im ganzen Körper haben?

Wenn Skelettmuskeln durch harte Arbeit oder gezieltes Muskel-Training an ihre Leistungsgrenzen gebracht werden, dann stimuliert das nicht nur Muskel-Wachstum und eine bessere nervliche Ansteuerung der Skelettmuskeln, sondern die ermüdeten Skelettmuskeln geben auch ein breites Spektrum unterschiedlicher Botenstoffe ins umliegende Gewebe und ins Blut ab. Man nennt diese Botenstoffe Myokine und unsere Blutgefäße bringen sie zu jeder Zelle im Organismus. Myokine aktivieren beispielsweise die Killerzellen, die uns vor Krebs und Virus-Infektionen schützen. Sie fördern den Schutz (Antioxidantien) und die Reparatur (Reparatur-Enzyme) der DNA in unseren Zellen. Sie regen die Vermehrung von Stammzellen an, deren Tochterzellen zu neuen Nervenzellen, Herzmuskelzellen und wahrscheinlich noch vielen weiteren wichtigen Zelltypen differenzieren. Manche Myokine ersetzen das Insulin, andere schützen unseren Körper vor schädlichen Entzündungen. Bei Männern stimulieren Myokine die Produktion von Testosteron, das seinerseits bei älteren Männern statt Fettpolstern mehr Skelettmuskeln wachsen lässt.

Skelettmuskeln schützen unsere Gelenke schon durch leichte Bewegung, weil dadurch die Gelenkschmiere von der Gelenkkapsel in den Gelenkspalt zu den Knorpelzellen gebracht wird, die nur so mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden können. Sind die Skelettmuskeln ausreichend stark, dann ziehen sie mit Hilfe der Sehnen Gelenkköpfe fest in ihre Gelenkpfannen, sodass die Knorpel beider Seiten immer nur durch eine dünne Schicht von Gelenkschmiere von einander getrennt sind. Wird dann ein Gelenk plötzlich stark belastet, dann werden die Knorpelschichten nur sanft gegeneinander gedrückt und es kommt nicht zu einem schädlichen Aufprall und Verschleiß. Die Stabilisierung der Gelenke durch Skelettmuskeln macht auch Bänderrisse und Verletzungen der Gelenkkapsel viel unwahrscheinlicher.

schematisch vereinfachte Zeichnung eines Gelenks
Gelenk
1 = Knochenmark, 2 = Knochenrinde, 3 = Knochenhaut, 4 = Sehne, 5 = Knochenbälkchen,
6 = Knorpel, 7 = Gelenkschmiere, 8 = Gelenkkapsel, 9 = Band, 10 = Muskel, 11 = Faszie
Die Zeichnung lässt sich durch Anklicken vergrößern. Mit meiner Zeichnung versuche ich, den grundsätzlichen Aufbau eines ganz einfachen Gelenks leicht erkennbar zu machen. Unsere Schulter-, Ellbogen-, Knie- oder Sprunggelenke sind sehr viel komplizierter aufgebaut und würden Anfänger nur unnötig verwirren.

Zu schwache Skelettmuskeln und Bewegungsmangel sind auch die Hauptursachen für Rücken und Schulterschmerzen, Plattfüße und kaputte Knie. Osteoporose kann zwar auch durch einseitige Ernährung und zu wenig Sonne auf der Haut oder in seltenen Fällen genetisch bedingt sein, aber meistens ist sie eine Folge zu schwacher Skelettmuskeln und zu wenig körperlicher Anstrenung.

Lymphknoten und große Lymphgefäße des Menschen
Gelenk
Blausen Medical Communications, CC BY 3.0

Unsere Venen und Lymphgefäße funktionieren nur und bleiben nur gesund, wenn in ihren Umgebungen Skelettmuskeln arbeiten.

Transport der Lymphe in einem Lymphgefäß
Lymphtransport

Wenn sie arbeiten, halten uns Skelettmuskeln warm. Aber selbst wenn sie nicht arbeiten, tragen sie erheblich zu unserem Energie-Grundumsatz bei und sorgen so dafür, dass insbesonder ältere Menschen erheblich mehr essen können, ohne zu verfetten.

Für all diese positiven Wirkungen trainierter Skelettmuskeln brauchen wir weder riesige Muskelberge noch übermäßigen Zeitaufwand. Man sollte nur jede sich bietende Gelegenheit nutzen, statt des Autos das Fahrrad und statt Aufzügen und Rolltreppen die Treppen zu benutzen. Man sollte nicht zu lange stillsitzen und häufig die Haltung ändern. Und anstatt immer nur würdevoll zu schreiten, sollte man häufiger rennen. Denn dafür ist der menschliche Körper gemacht und das braucht er, um Herz und Lunge zu trainieren. Dafür werden wir auch belohnt durch die Ausschüttung von Botenstoffen, die glücklich machen, Depressionen vertreiben, Schmerzen lindern, Stress abbauen und die Konzentration fördern.

Zusätzlich zu Alltagsbewegung und Ausdauersport braucht der menschliche Organismus aber auch regelmäßig die ganz große Kraftanstrengung, die unsere Skelettmuskeln für wenige Minuten belastet, bis sie nicht mehr können. Etwa alle 2-3 Tage sollten Menschen ohne entsprechende berufliche oder sportliche Belastung vor dem Duschen beispielsweise ihre Schultermuskulatur durch Liegestützen, Klimmzüge und mit Gummibändern trainieren, die nach oben gedrückt bzw. nach hinten gezogen werden. Langes Sitzen sollte man durch einige Minuten im Skiabfahrtsitz unterbrechen. Längeres Stehen kann man durch minimales Anheben der Ferse für ein Training der Fußmuskulatur und Entleeren der Lymphgefäße in den Waden nutzen. Beim Fernsehen kann man ohne Zeitverlust lange auf der Stelle laufen.

Die dritte wichtige Komponente des Gesundheitstrainings sind Koordinations-Übungen. Man sollte sein Gleichgewichtssinn, Skelettmuskel-Sensoren, Reflexe und die Feinmotorik trainieren, um Unfällen und Verletzungen vorzubeugen. Dazu kann man im Bus stehen, öfter auch einem anstatt auf zwei Beinen stehen und dabei auch schon mal die Augen schließen. Natürlich kann man dazu auch Rüttelplatten oder einfach aufgeblasene Balancierkissen benutzen. Spielerischer lassen sich dazu auch viele Sportarten nutzen, die einen häufig aus dem Gleichgewicht bringen.

Zusammenfassung in Stichpunkten
  1. Leichte Bewegung bringt frische Gelenkschmiere mit Nährstoffen und Sauerstoff in den Gelenkspalt und ernährt so die Knorpelzellen.
  2. Wenn sich Skelettmuskeln anspannen, pressen sie Lymphgefäße und Venen zusammen. Dadurch werden die Lymphe transportiert und der Blutrückfluss durch die Venen unterstützt.
  3. Krafttraining verbessert die nervliche Ansteuerung der Skelettmuskeln.
  4. Starke Skelettmuskeln ziehen Gelenkköpfe fest in ihre Gelenkpfannen und verhindern damit Verschleiß und Verletzungen wie Bänderrisse.
  5. Starke Skelettmuskeln vermeiden Haltungsschäden, Rücken und Schulterschmerzen sowie Plattfüße.
  6. Große Skelettmuskeln steigern den Grundumsatz und halten warm.
  7. Sport belastet Knochen, Knorpel und Sehnen und macht sie dadurch stärker.
  8. Sport fördert die Produktion von Antioxydantien.
  9. Sport aktiviert die Ausschüttung von Botenstoffen, die glücklich machen, Depressionen vertreiben, Schmerzen lindern, Stress abbauen und die Konzentration fördern.
  10. Hart arbeitende Skelettmuskeln produzieren Myokine.
  11. Myokine stimulieren das Immunsystem, lassen neue Adern und Nervenzellen wachsen.
  12. Myokine aktivieren die DNA-Reparatur in den Zellen.
  13. Myokine stimulieren die Produktion von Testosteron und Wachstumshormonen.
  14. Myokine ersetzen Insulin, schützen vor Diabetes Typ 2 und bauen Fettpolster ab.
  15. Koordinations-Training schützt vor Unfällen.

verschiedene Formen von Sport-Verletzungen nach oben

Die auch Quetschung genannte Prellung entsteht durch eine äußere Gewalteinwirkung wie einen Schlag, Tritt oder Sturz. Durch die Quetschung des Gewebes werden kleine Blutgefäße verletzt und es kommt zu einem Bluterguss (Das Blut ergißt sich in das Gewebe).

Eine Muskelzerrung entsteht durch die Überdehnung eines Muskels.

Bei einem Muskelfaserriss reißen nur wenige Muskelfasern, während beim Muskelriss der ganze Muskel durchreißt.

Bänderdehnung nennt man die starke Überdehnung von Gelenkbändern. Meistens passiert das, wenn durch eine plötzliche Überbelastung der Gelenkkopf aus der Gelenkpfanne springt.

Wird bei einer Bänderdehnung auch die Gelenkkapsel verletzt, spricht man von einer Verstauchung.

Kehrt bei einer Verstauchung der Gelenkkopf nicht in die Gelenkpfanne zurück, dann spricht man von einer Ausrenkung.

Zu einem Bänderriss kommt es, wenn wenn eines oder mehrere Bänder so stark gedehnt werden, dass sie reißen. (Ärzte sprechen von einem knöchernen Bänderriss, wenn bei der Überdehnung nicht das Band selbst reißt, sondern das Stück Knochen, mit dem das Band verwachsen ist.)

Wie Sport die Alterung von Muskeln verlangsamt nach oben

Die Informationen dieses Kapitels fand ich in dem Artikel: "Gillian Butler-Browne, Vincent Mouly, Anne Bigot and Capucine Trollet - How Muscles Age, and How Exercise Can Slow It - The Scientist 2018 Sep 1".

buchunabhängige Lerntexte

meine Biologieseite

Kommentare und Kritik von Fachleuten, Lernenden und deren Eltern sind jederzeit willkommen.

Roland Heynkes, CC BY-SA-4.0

nach oben