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Skelettmuskeln, Herzmuskeln und glatte Muskeln |
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Muskeln können sich nicht strecken |
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der Aufbau eines Skelettmuskels |
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die Funktionsweise von Skelettmuskeln |
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die Bedeutung von Sport für unsere Gesundheit |
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verschiedene Formen von Sport-Verletzungen |
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Aufwärmen und Dehnen |
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Muskelkater |
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Wie Sport die Alterung von Muskeln verlangsamt |
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Skelettmuskeln, Herzmuskeln und glatte Muskeln
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Im menschlichen Körper unterscheidet man zwischen Skelettmuskeln, Herzmuskeln und glatten Muskeln.
Die meisten Skelettmuskeln können wir bewusst, schnell und kräftig bewegen. Wir können sie trainieren, aber sie ermüden relativ schnell, bekommen Krämpfe und Muskelkater. In Skelettmuskeln arbeiten lange, quergestreifte Muskelzellen. Sie ziehen sich zusammen und werden dabei dicker. Deshalb können wir fühlen, wie sich angespannte Muskeln verkürzen und dabei dicker werden. Herzmuskeln und die glatten Muskeln in Speiseröhre, Magen, Darm, Harnblase, Haut und Blutgefäßen ermüden nicht, bekommen nie Muskelkater und auch keine Krämpfe. Aber wir können sie nicht bewusst bewegen. Sie arbeiten automatisch bzw. werden vom Unterbewusstsein gesteuert. Herzmuskeln können trotzdem schnell arbeiten, während sich unsere glatten Muskeln nur langsam bewegen. Die Muskelzellen in den glatten Muskeln sind viel kürzer und in Herzmuskeln bilden sie Netzwerke. |
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| www.scientificanimations.com, CC BY-SA 4.0 |
Muskeln können sich nicht strecken
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Muskeln können sich anspannen und entspannen. Aber sie können sich nicht aktiv strecken. Wenn sie gedehnt werden müssen, dann bedarf es dazu einer äußeren Kraft wie der Schwerkraft oder der Kraft anderer Muskeln. Deshalb kann ein Gelenk von einem Muskel nur in eine Richtung bewegt werden. Darum bedarf es mindestens zweier Muskeln als Gegenspieler, damit ein Scharniergelenk gebeugt und gestreckt werden kann. Man nennt sie Beuger und Strecker. Das bekannteste Beispiel für solche ein Gegenspielerpaar sind der Bizeps als Beuger und der Trizeps als Strecker des Ellbogen-Gelenks. Allerdings zeigt meine folgende Zeichnung, dass unser Ellbogen nicht nur vom Bizeps gebeugt wird. Gegenspieler des Trizeps sind gemeinsam der Bizeps, der Oberarmmuskel und der Oberarmspeichenmuskel.
| schematisch vereinfachte Zeichnung der Ellbogen-Beuger |
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der Aufbau eines Skelettmuskels
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Muskeln sind Bündel aus Bündeln aus Bündeln.
| die Strukturen eines Skelettmuskels | |
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Englisch - Deutsch Endomysium heißt international das eine einzelne Muskelfaser umhüllende Bindegewebe. Epimysium heißt international das lockere Bindegewebe, welches jeden Muskel umhüllt und bei Skelettmuskeln in die Sehnen übergeht. Muscle fascicle = Muskel-Faszikel = Muskelfaserbündel Muscle fiber = Muskelfaser genannte Muskelzelle Myofibrille oder Muskel-Fibrille nennt man die aus Hunderten hintereinandergeschalteten Sarkomeren bestehenden Fibrillen, die sich in Muskelzellen zusammenziehen. Perimysium heißt international das Gruppen von Muskelfasern zu Muskelfaserbündeln zusammenfassende Bindegewebe, welches heute von Faszien-Forschenden wie auch das Epimysium, das Endomysium und die Sehnen zu den Faszien gezählt wird. Sarcolemma = Sarkolemm oder Zellmembran einer Muskelzelle Satellitenzelle heißt ein Myoblast, also eine Vorläuferzelle oder eine determinierte Muskel-Stammzelle. Skeletal muscle = Skelettmuskel |
| OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0 (siehe: Citation/Attribution am Ende des Kapitels) (Die Beschriftung dieses Schemas in Wikimedia und Wikipedia ist leider falsch und irreführend.) | |
Die folgenden Schemata zeigen innerhalb einer Muskelfaser die zur Kontraktion fähige Myofibrille als Kette aus Sarkomeren.
| die Strukturen einer Muskelfaser | |
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Englisch - Deutsch
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| OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0 (siehe: Citation/Attribution am Ende des Kapitels) | |
die Funktionsweise von Skelettmuskeln
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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 Aktin-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 Aktin-Fibrillen binden. Danach verbiegen sich die "Hälse" der Myosin-Köpfchen und ziehen ihre Myosin-Bündel hinter sich her an den Aktin-Fibrillen entlang.
| die Muskelfaserkontraktion | |
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Englisch - Deutsch
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| OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0 (siehe: Citation/Attribution am Ende des Kapitels) | |
Das folgende Schema soll zeigen, warum Aktin- und Myosin-Fibrillen aneinander vorbei gleiten. Man sieht, dass sich die Hensen-Zone verkleinert, weil die Myosin-Köpfchen an den Aktin-Fibrillen ziehen.
| die ziehenden Myosin-Köpfe | |
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Englisch - Deutsch
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| 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 | |
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Englisch - Deutsch |
| OpenStax College - Anatomy & Physiology, CC BY 4.0 | |
Die Bedeutung von Sport für unsere Gesundheit
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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 |
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Mit meinen Zeichnungen 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.
| schematisch vereinfachte Zeichnung eines Gelenks |
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| 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. Gelenks leicht erkennbar zu machen. |
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 |
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| 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 |
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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
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verschiedene Formen von Sport-Verletzungen
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| Sportverletzungen | |
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| Prellung | 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). |
| Muskelzerrung | Eine Muskelzerrung entsteht durch die Überdehnung eines Muskels. |
| Muskelfaserriss |
Bei einem Muskelfaserriss reißen nur wenige Muskelfasern, während beim Muskelriss der ganze Muskel durchreißt. |
| Bänderdehnung | Bänderdehnung nennt man die starke Überdehnung von Gelenkbändern. Meistens passiert das, wenn durch eine plötzliche Überbelastung der Gelenkkopf aus der Gelenkpfanne springt. |
| Verstauchung | Wird bei einer Bänderdehnung auch die Gelenkkapsel verletzt, spricht man von einer Verstauchung. |
| Ausrenkung | Kehrt bei einer Verstauchung der Gelenkkopf nicht in die Gelenkpfanne zurück, dann spricht man von einer Ausrenkung. |
| Bänderriss | 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.) |
Aufwärmen und Dehnen
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Viele Trainer empfehlen Aufwärmen und Dehnen vor sportlichen Wettkämpfen.
Tatächlich ist man ohne vorheriges Dehnen weniger beweglich. Andererseits kann übertriebenes Dehnen aber auch die Verletzungsgefahr erhöhen. Man kann auf vorheriges Dehnen verzichten, wenn man beim Sport langsam und vorsichtig beginnt. Wer seinen Körper vor sportlichen Wettkämpfen aufwärmt, erreicht schneller seine maximale Leistungsfähigkeit. Wird allerdings der Körper zu warm, dann drosselt er seine Leistung, um nicht zu überhitzen. Viele Spitzensportler kühlen sich deshalb vor Wettkämpfen in Eisbädern oder Kühlkammern ab. Normale Amateursportler brauchen beides nicht. Man sollte nur immer vorsichtig beginnen und auch die sportliche Belastung nicht übertreiben.
Schlecht für Muskeln, Sehnen und allgemein unsere Gesundheit ist aber auch zu wenig Sport. Wer zwischen zwei harten Trainingseinheiten mehr als 4 Tage pausiert, riskiert einen Muskelkater. Wer dann trotz der Schmerzen weiter Sport treibt, riskiert ernsthafte Muskel-Verletzungen.
Muskelkater
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Muskelkater kommt von Muskel-Katarrh und bedeutet Muskel-Entzündung. Es handelt sich also nicht um eine Übersäuerung eines Muskels. Darum entstehen Muskelkater eher beim Krafttraining als beim Ausdauertraining. Vermeiden lässt sich der Muskelkater sehr zuverlässig durch eine vorsichtige Steigerung des Krafttrainings und die Vermeidung längerer Trainingspausen. Vor dem Training steigern Dehnübungen die Beweglichkeit, beugen aber nicht dem Muskelkater vor. Günstiger in dieser Hinsicht ist ein Aufwärmtraining. Nach hartem Training hilft eine Steigerung der Durchblutung durch Wärme oder leichte Massagen. Hat es einen doch einmal erwischt, sollte man dem betroffenen Muskel eine Woche Ruhe gönnen, weil der Muskelkater durch eine Verletzung von Muskelfasern verursacht wird. Es scheint noch nicht ganz klar zu sein, ob feine Risse in den Zellmembranen der Muskelfasern die Ursache sind, oder ob Aktin-Moleküle aus ihren Verankerungen gerissen werden. Jedenfalls dringt Wasser in die verletzten Muskelfasern ein und schwemmt Entzündungsstoffe aus, die dann an benachbarten Nervenzellen den Schmerz-Reiz verursachen.
Wie Sport die Alterung von Muskeln verlangsamt
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Wie Sport die Alterung von Muskeln verlangsamt, erklärt der 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".
Sport verlangsamt nicht nur die Alterung von Muskeln, sondern sportliche Menschen altern insgesamt langsamer.
Kommentare und Kritik von Fachleuten, Lernenden und deren Eltern sind jederzeit willkommen.
Roland Heynkes, CC BY-SA-4.0
