Wissenswerte Grundlagen

Wissenswertes zur Muskulatur: Aufbau und Funktion im Sport

Wissenswertes zur Muskulatur: Aufbau und Funktion im Sport
Florian Kolditz
Geschrieben von Florian Kolditz

Wissenswertes zur Muskulatur, deren Aufbau und Funktion im Sport, darum soll es in diesem leicht augedehnten Artikel gehen. Warum gibt es überhaupt unterschiedliche Muskelarten? Wie viele Muskeln haben wir? Wie arbeitet die Muskulatur eigentlich und was passiert genau beim Muskelaufbau? Auf diese und viele weitere Fragen haben wir passende und spannende Antworten!

Die Muskulatur

Der Muskel ist ein kontraktiles Organ das durch seine Verkürzung(Kontraktion) und nachfolgender Erschlaffung(Relaxation) u.a. für Bewegung sorgt. Die Aufgaben unserer Muskulatur sind zum einen die Bewegung des Körpers, nicht zuletzt über Gelenke, das Stützen und der Schutz von passiven Strukturen und die aufrechte Haltung durch den Erhalt einer gewissen Muskelgrundspannung(Tonus). Der Mensch besitzt im Normalfall 656 Muskeln, eine Varietät stellt allerdings ein Muskel des hinteren Unterschenkels dar: der m.plantaris, der ohnehin nur eine untergeordnete Funktionalität besitzt, ist nicht bei jedem Menschen vorhanden.

In der Pathologie und allgemeinen Medizin findet sich für ‚Muskel‘ häufig der griechische Begriff ‚Myo‘ = > siehe bspw. Myogelose(=Verspannungspunkte). Die Anatomie beruft sich teilweise auf das Griechische wenn es um den direkten Aufbau geht, als Beispiel: Myofibrille(=kontraktiele Elemente der Muskelzelle). Geht es um die Bezeichnung der einzelnen Muskeln trifft man auf das lateinische Wort ‚musculus‘ = > siehe z.B. Musculus pectoralis Major(der große Brustmuskel). Die Muskulatur kann in 3 Arten eingeteilt werden: die glatte, quergestreifte(Skelettmuskulatur) und die Herzmuskulatur.

1.1 Aufbau

Die Skelettmuskulatur setzt sich aus zylindrisch geformten Einzelfasern zusammen die wiederum Myofibrillen beinhalten in welchen sich u.a. die kontraktilen Elemente Actin und Myosin befinden. Diese Einzelfasern bilden zusammen eine Muskelfaser welche von einer Bindegewebsschicht umhüllt in Muskelfaserbündeln organsiert sind. Diese Faserbündel werden letztendlich zu Muskelfasersträngen zusammengesetzt, aus welchen ein Muskel besteht. Äußerlich wird der Muskel von einer „Schutzhülle“ aus straffem Bindegewebe, der Muskelfaszie auch als sog. Muskelhaut bezeichnet, umgeben. Als Ansatz des Muskels wird der rumpfferne(distale) meist beweglichere Ansatzpunkt des Muskels am Knochen durch Sehnen bezeichnet, der Urspung ist die rumpfnahe(proximale) Befestigungsstelle am eher unbeweglichen Skeletteil. An diesen Befestigungsstellen überträgt die Muskulatur den nötigen Zug auf den jeweligen Kochen oder über ein Gelenk um u.a. Bewegungen möglich zu machen oder zu stabilisieren.(siehe Abb. 1)

Abb. 1


Muskelzelle

Muskelzellen sind langgestreckt und faserartig, sie besitzen feine Fasern im inneren(Myofibrillen) die sich zusammenziehen = > kontrahieren können. In den Myofibrillen ordnen sich die kontraktilen Filamente Aktin und Myosin an die auch als Strukturproteine bezeichnet werden. Durch die Kontraktion der Myofibrillen verkürzt sich die Muskelzelle, diese werden durch Impulse des Nervensystems(Innervation) ausgelöst(später dazu mehr). Die in der Muskelzelle befindlichen Zellkerne der Skelettmuskulatur speichern in ihrer DNS zusätzlich Information über Reizgrößen, Atrophien/Sarkopenien und Hypertrophie /Hyperplasie, dies ist einer der Gründe warum es pro Zelle mehrere gibt als im Vergleich zur glatten bzw. Herzmuskulatur welche pro Zelle nur 1 Zellkern besitzen.

Eine Skelettmuskelzelle besitzt unter den Zellorganellen entsprechend seiner Funktion auch eine erhöhte Anzahl an Mitochondrien die zur Energieversorgung mit Hilfe von ATP zuständig sind. Das Sarkoplasmatische Retikulum bildet als umgebendes Netz einen Calciuminionenspeicher, Einstülpungen der Zellmembran sog. Transversal Tubuli versorgen tiefer liegende Organellen wie Mitochondrien oder das Sarkoplasmatische Retikulum mit Informationen.

1.2 Muskelarten

Die Muskulatur lässt sich in 3 Arten einteilen:

glatte Muskulatur
(kontraktiles Gewebe)

-Muskelwände des Magen-Darm Traktes
-Uro-Genitaltrakt
-Bronchien
-Gefäße
-Augen
-Haarbälge

quergestreifte Muskulatur
(Skelettmuskulatur)

-komplettes Skeletmuskelsystem
-Augen
-Zunge
-Beckenboden
-Kehlkopf
-Schlundmuskulatur
-Zwerchfell

Herzmuskulatur
(Myokard)

-Sonderform der quergestreiften Muskulatur am Herzen

1.2.1 glatte Muskulatur

Zellaufbau: Die glatte Muskulatur baut sich in länglichen spindelförmigen wenig verzweigten Zellen auf die in Strängen bzw. schichtartig angeordnet sind. Sie sind relativ kurz(25-200µm) und besitzen einen länglichen Kern der in der Zelle etwas mittig angeordnet ist. Im Zellplasma befindliche Myofibrillen unterliegen keiner strengen Anordnung zudem gibt es in ihnen mehr Aktin als Myosin-Filamente, die Zellorganellen(Mitochondrien, RER(raues Endoplasmatisches Retikulum), Ribosomen) der glatten Muskulatur befinden sich am Ende der Zelle.

Kontraktion: Eine Kontraktion verläuft hier langsam und unwillkürlich, sie wird durch Impulse odes vegetativen Nervensystems ausgelöst oder unterliegt lokalen Faktoren(Dehnung z.B. der Blasenumgebenden Muskulatur, O²-Konzentration des Blutes, Blutdruck…). Die Muskelzellen stehen auch in Ruhe unter leichter Spannung, im Gegensatz zur Skelettmuskulatur können sie sich nicht völlig entspannen, man spricht hier von einem ‚Ruhetonus‘.

1.2.2 quergestreifte Muskulatur

Zellaufbau: Die Muskelzellen der Skelettmuskulatur werden nicht zuletzt durch ihre extreme Länge von durchschnittlich 15cm auch als Muskelfaser bezeichnet welche wiederum bis zu 40 randständige Zellkerne enthält. Eine Verkürzung um bis zu 50% ist möglich, weiterhin sind die Myofibrillen regelmäßig angeordnet und ihre Elemente(Aktin/Myosin) die auf gleicher Höhe liegen sind ‚hell‘ – ‚dunkel‘ gefärbt, dadurch bekam die quergestreifte Muskulatur ihren typischen Namen.

Kontraktion: schnell und willkürlich durch Impulse des ZNS ausgelöst.

1.2.3 Herzmuskulatur

Zellaufbau:
Sie besitzen einen ähnlichen Aufbau wie den der Skelettmuskulatur, aber auch Gemeinsamkeiten mit der glatten Muskulatur, z.B. die am Ende gelegenen Zellorganellen, jedoch mit nur einem mittig gelegenen Zellkern. Die einzelnen Muskelzellen sind über sog. Glanzstreifen(disci intercalati/intercalares) verbunden welche u.a. für die Erregungsweiterleitung notwendig sind.

Kontraktion: findet unwillkürlich, kontinuierlich und rhythmisch 60-80x pro Minute statt und wird vom vegetativen Nervensystem beeinflusst:

Sympathikus ▲ (leistungserhöhender, anregender Teil des Nervensystems(ENS))
Parasympathikus ▼(leistungsmindernder, dämpfender Teil des ENS)

= > Zusammenfassung:

Abb. 2 Zusammenfassung: Eigenschaften der Muskelarten

1.2.4 strukturelle und anatomische Einteilung
Es gibt noch eine weitere Möglichkeit den Muskel über sein Verhältnis zum sehnigen Anteil bzw. der zugeordneten Aufgabe und nicht zuletzt seiner Makrostruktur zu unterteilen.

a) spindelförmiger Muskel(z.B.: M. biceps brachii)
= > Muskelbauch verjüngt sich nach beiden Seiten – Übergang Sehnen
Ein spindelförmiger Muskel hat einen großen Bewegungsweg und kann sich demnach stark verkürzen, da der physiologische Muskelquerschnitt jedoch relativ klein ist, besitzen diese Muskeln auch eine eher geringe Kontraktionskraft. Spindelförmige Muskeln sind überall dort zu finden wo ausladende und schnelle Bewegungen notwendig sind.

b) gefiederter Muskel(z.B.: M. peroneus longus)
= > Ansatz an einer mittelständigen Sehne // doppelseitiger Ansatz an einer mittelständigen Sehne
Gefiederte Muskeln besitzen sehr viele kontraktile Muskelfasern die entweder einseitig, oder doppelseitig an einer gemeinsamen Sehne ansetzen. Sie besitzen einen kleineren Bewegungsweg, was zwar kleinere Bewegungen möglich macht, welche jedoch kräftiger ausführbar sind. Demnach sind sie kräftiger als spindelförmige Muskeln und haben einen größeren physiologischen Muskelquerschnitt.

c) mehrbäuchiger Muskel(z.B.: M. rectus abdominis)

Mehrbäuchige Muskeln besitzen einen einheitlichen Ursprung, der Muskelbauch ist durch Zwischensehnen getrennt = > Bsp.: Bauchmuskulatur bei der die verschiedenen Kompartimente(Teilbereiche) durch die ‚intersectiones tendinae‘ sog. Zwischensehnen getrennt werden. Diese sind für das charakteristische Aussehen des 4, 6, 8 oder sogar 10-Pack verantwortlich und in ihrer Anzahl variabel.

d) mehrköpfige Muskeln(z.B. M. biceps/triceps…)
Mehrköpfige Muskeln haben mehrere Ursprünge die in einer gemeinsamen Sehne ansetzen, diese Ursprünge sind örtlich voneinander getrennt. Bsp.: M. biceps brachii, caput longum(langer Kopf) entspringt am Schultergelenk, der kurze ‚caput breve‘ hat seinen Ursprung am humerus(OA-Knochen).

weitere Unterarten ohne Einteilung:

  • einfach spindelförmiger Muskel
  • einseitig gefiederter Muskel
  • doppelseitig gefiederter Muskel
  • zweiköpfiger Muskel(z.B. Bizeps)
  • dreiteiliger Muskel(z.B. M.Deltoideus)
  • vielfach gezackter Muskel(z.B. M.Serratus anterior)
  • mehrschwänziger Muskel

Abb. 3. Muskelarten: links spindelförmig, mitte einfach gefiedert, rechts zweifach gefiederter Muskel

1.3 Muskelfaserarten

Jeder Muskel setzt sich aus roten(Typ I) und weißen(Typ II)Fasern zusammen. Wie hoch der jeweilige Anteil an einem der beiden Fasertypen ist, hängt u.a. von der genetischen Determinierung und der Funktion der Muskulatur ab. Halte- und Stützmuskulatur, wie z.B. Bauch- oder Rückenstrecker weisen oftmals einen höheren Gehalt an langsam kontrahierenden Muskelfasern auf. Weiße oder schnell kontrahierende Fasern finden sich zum Beispiel in hohem Maße im Armbeuger (M.Biceps brachii)oder der Schultermuskulatur(M.Deltoideus). Die Farbe der Muskulatur ergibt sich aus ihrer Sauerstoffsättigung = > rote (Typ I) Fasern besitzen einen höheren Myoglobingehalt (Myoglobin = sauerstoffbindendes Muskeleiweiß) welcher für die rote Färbung verantwortlich ist. Jedoch ist die Farbe nur eine Einteilungsmöglichkeit. Es wird angenommen [1], das sich die Skelettmuskulatur wie folgt unterteilt:

  • 50-60% ST-Fasern (Slow Twiched = > Typ I)
  • 40-50% FT-Fasern (Fast Twiched = > Typ II)

Durch ein intensives Ausdauertraining ist es bislang möglich einige schnellzuckende Typ II Fasern in für Ausdauerleistungen primär benötigte Typ I Fasern zu transformieren, dies umgekehrt durch Krafttraining zu erreichen ist um einiges schwerer und nur bedingt möglich [1], jedoch auch wieder vom Faktor der Veranlagung abhängig. Je nach Funktion, besitzen verschiedene Muskeln auch einen unterschiedlichen Anteil an Fasertypen, dies ist von ihrer Hauptfunktion abhängig [2].

Fasertypen der quergestreiften Muskulatur nach ihren biochemischen Eigenschaften

Schnelle – weiße – Zuckungsfasern

(FT – Typ II)
-wenig Myoglobin
-weniger Mitochondrien
-mehr energiereiche Phosphate und Glykogen
-hoher Enzymgehalt für Glykolyse
(selektiver Einflussfaktor: Training)

= > demnach eine hohe anaerobe Kapazität
– > jedoch eine schnelle Ermüdbarkeit

geeignet für explosive Bewegungen(Sprung, Sprint)

langsame – rote – Zuckungsfasern
(ST – Typ I)
-mehr Myoglobin
-mehr Mitochondrien
-weniger energiereiche Phosphate und Glykogen
-hoher Enzymgehalt für den aeroben Metabolismus
(selektiver Einflussfaktor: Training)

= > demnach eine hohe aerobe Kapazität
– > widerstandsfähig gegen Ermüdung

geeignet für Dauerleistungen(Halte- und Stützarbeit, Ausdauerbereich)

Eigenschaften

Abb. 4: Eigenschaften der Fasertypen (klicken für vollständige Größe)

Die Kontraktion

Eine Kontraktion ist nichts weiter als das willkürliche oder auch unwillkürliche zusammenziehen/verkürzen eines Muskels, ausgelöst durch exogene(äußere) aber auch endogene(innere) Reize, die durch einen oder mehrere Nervenimpulse übertragen werden und eine selbige Verkürzung provozieren. Erregt ein Alpha-Motoneuron die zu seiner motorischen Einheit zugehörigen Muskelzellen eine Kontraktion einzuleiten, werden über die Transversalen Tubuli die bis in das zellinnere reichen Informationen bis zum Sarkoplasmatischen Retikulum weitergeleitet welche aus íhren intrazellulären Calciumspeichern größere Mengen an Calciumionen freisetzen, die sich in den Myofibrillen an den Troponinkugeln und Tropomyosinfäden so anlagern das sie „Blockaden“ an den Einraststellen der Aktinmoleküle frei machen und so die gewünschte Brückenbildung ermöglichen = > der Muskel verkürzt sich da die Myosinfilamente nun in die Aktinfilamente gleiten. Diesen Mechanismus kann man sich als eine wiederholte „Ruderschlagbewegung“ der Myosinköpfchen vorstellen, welche durch das wiederholte schlagen die Aktinfilamente in Richtung Mitte des Myosinfilaments ziehen. So entsteht das „Gleiten“ in der Gleitfilamenttheorie. (Siehe Abb. 5.)

                            Abb. 5. (Quelle:  ubicampus.mh-hannover.de)

Zusammenfassung:

exo- oder endogene Erregung = > Aktionspotential motorischer Nerv = > in motorischer Endplatte = > lokale Depolarisation = > weitere Aktionspotential = > Ausschüttung von Calcium = > Bindung an Troponin = > Tropomyosinfäden verlagern sich = > Querbrückenbildung Actin + Myosin

2.1 Kontraktionsformen

Berücksichtigend auf die Länge und den Spannungszustand des Muskels während einer Kontraktion lassen sich diese in 5 hauptsächliche Unterformen einteilen:

1. Auxotonische Kontraktion
Auch als „normale“ Muskelarbeit bezeichnet, so beinhaltet diese sowohl eine Änderung des Spannungszustandes als auch der Länge des Muskels über die volle Kontraktion bzw. Bewegung. Die meisten sportlichen Bewegungen resultieren demnach auf auxotonischen Kontraktionen da sich durch die ständig ändernden exogenen Krafteinwirkungen und Hebelverhältnisse, Länge und Spannung des Muskels kontinuierlich ändern müssen. Die hierbei ermittelte Kraft ist i.d.R. geringer als bei isometrischen Kontraktionen [4].

2. Isotonische Kontraktion
Bei einer Isotonischen Kontraktion bleibt die Spannung wie im Namen ersichtlich gleich( Iso = gleich, Tonus = Spannung), die Länge jedoch ändert sich. Im Alltag kommt diese Art der Bewegung eher selten vor.

3. Isometrische Kontraktion
Sichtbar findet hier keine Verkürzung bzw. Längenänderung des Muskels statt(Iso = gleich, metrisch = Länge), im Gegensatz hierzu ändert sich jedoch die Kraftentwicklung bzw. der Spannungs- Auf und Abbau. Wie erwähnt findet keine merkliche Verkürzung im Muskel statt, jedoch ziehen sich die kontraktilen Elemente leicht zusammen um eine gewisse Kraftentwicklung auf das Skelett möglich zu machen. Beispiel: „Der Versuch, eine unüberwindliche Last zu bewegen, resultiert in einer isometrischen Kontraktion. Beispiel: versuchen, eine 2000kg-Hantel anzuheben.“

4. Unterstützungskontraktion
Ist eine Mischform aus isometrischer Kraftentwicklung und auxotonischer Kontraktion bei der ein Muskel zunächst ein Gewicht/Widerstand selbst tragen muss um ihn dann zu bewegen = > sich auxotonisch zu verkürzen. Beispiel: Gewichtheben.

5. Anschlagskontraktion
Auch eine Mischform bei der zunächst durch eine Bewegung eines Gewichtes am Muskel eine auxotonische Kontraktion stattfindet bei der das Gewicht nachfolgend arretiert wird und nur noch eine isomietrische Kontraktionsform stattfinden könnte bzw. zum tragen kommt.

Boxen oder Fussball sind Sportarten bei denen eine solche Kontraktionsform zu finden ist. Beispiel: (danke an MarmorStein für diese Idee) Rudolph das Rentier steht auf dem Dach und hat ein Seil den Kamin hinunter geworfen, an dem sich nun der Weihnachtsmann festhält. Rudolph zieht nun den Weihnachtsmann hoch (wir gehen davon aus, dass er das nach den Gesetzmäßigkeiten der isotonischen Kontraktion tut), bis der Weihnachtsmann am für seine Leibesfülle viel zu engen oberen Teil des Kamins angekommen ist, und mit einem hörbaren „flupp“ feststeckt (das ist der Anschlag). Jetzt kann der arme Rudolph ziehen was er will (wie wir oben gelesen haben nunmehr isometrisch), weiter geht’s nicht.

Maßgebend für eine Bewegung werden zusätzlich noch 2 weitere Formen, eher Phasen einer Bewegung unterschieden:

konzentrisch
(positiv dynamisch)
Auch als „positive“ Phase einer Bewegung beschriebene Kontraktionsform, bei der sich der Muskel verkürzt und auch seine Spannung verändert. Ansatz und Ursprung der betreffenden Muskulatur nähern sich an. Ein Beispiel für die konzentrische Arbeitsweise wäre das hochdrücken der Langhantel beim Bankdrücken.

exzentrisch
(negativ dynamisch)
Auch hier ändern sich Spannung und Länge des Muskels, auch wird diese Art der Kontraktion als „negative“ Phase einer Bewegung bezeichnet bei der ein Muskel gedehnt wird und hingegen der Schwerkraft abbremsend wirkt. Die Spannung hierbei ist jedoch geringer als bei konzentrischen oder isometrischen Kontraktionen. Wird der Muskel also trotz Spannungsentwicklung wieder länger, spricht man von einer exzentrischen Kontraktion. Beispiel: Bergab laufen, hierbei verrichtet z.B. die Wadenmuskulatur exzentrische Arbeit. Aber auch das herablassen der Hantel bei Curls ist eine exzentrische Arbeitsweise, um dem Beispiel der konzentrischen Definition treu zu bleiben.

Unter praktischen Gesichtspunkten ist es sinnvoller die verschiedenen Kontraktionsformen zusammenzufassen, als selektiv feststellen zu wollen um welche Form es sich im einzelnen handelt, da bei jeder Sportart nahezu alle dieser Formen zu finden sind und eher fliessend ineinander übergehen.

Kontraktionskraft
Unabhängig von Muskelfaserart können beim Tetanus ca. 19-21 N/cm2 Kraft entwickelt werden [4]. Die Belastbarkeit der Sehnen liegt bei etwa 40-60 N/mm2 [2].

2.2 Nerv-Muskel-Zusammenspiel (Muskelinnervation)

Bekannterweise ist einzig die quergestreifte Muskulatur verantwortlich für jegliche Bewegungen des Skeletts, erfährt der Körper exogene also äußerliche Reize so werden diese zunächst von unseren Sinnesrezeptoren aufgenommen und über Nervenbahnen zum ZNS(zentrales Nervensystem) weitergeleitet. Nach der Verarbeitung dieser Reize werden die nötigen Informationen nun über efferente(= > motorische) Nervenbahnen zum betreffenden Erfolgsorgan weitergeleitet, was in diesem Fall der Muskel ist. Jedoch kann eine Bewegung auch vom Gehirn direkt eingeleitet werden, die Zwischenstation ‚Sinnesrezeptoren‘ würde in diesem Fall wegfallen.

2.2.1 motorische Einheit / motorische Endplatte
Die motorische Einheit setzt sich aus meheren Muskelzellen zusammen, die an eine motorische Vorderhornzelle des Rückenmarks gekoppelt ist und von dieser ihre Anweisungen zur Spannungsentwicklung bekommt. Wie viele Muskelzellen von einem Alpha-Motoneuron kontrolliert werden, hängt stark davon ab für welche Bewegungen er ausgelegt ist. So besitzt der m.latissimus dorsi mehrere tausend Muskelzellen die einer motorischen Einheit zugeteilt werden. Im Gegensatz hierzu, kontrolliert eine m.E. eines Muskels der Fingerstrecker nur etwa 10-15 einzelne Muskelzellen [2] da hier wesentlich feinere Bewegungungen ausgeführt werden müssen. Alle Muskelzellen einer m.E. gehören stets zum gleichen Fasertyp.

Die motorische Endplatte fungiert als Überträger von einer Nervenfaser zur Muskelfaser, sie ist sozugen eine Verbindungsstelle(Synapse) über welche der Überträgerstoff(Transmitter) Acetylcholin ausgeschwemmt wird und somit das nötige Aktionspotential zur Ca+ Ausschüttung bereitstellt.

2.2.2 Alles-oder nichts-Gesetz
Besagt das ein Aktionspotential einer Muskelzelle nur dann ausgelöst wird, wenn der Nervenimpuls die Durchlässigkeit der motorischen Endplatte so beeinflussen kann, dass das Endplattenpotential einen gewissen Schwellenwert erreicht/unterschreitet. Zu schwache, unterschwellige Reizen bewirken immer nichts. Steigt das Potential jedoch über den festgelegten Wert, reagiert der Muskel immer mit einer nahezu zeitgleichen Spannungsentwicklung all seiner Sarkomere. Auch bezieht sich dieses Gesetz auf die motorischen Nervenzellen: erreicht eine das erforderliche Potential, so folgen alle anderen.

2.3 Koordination

Grundsätzlich ist Koordination die Fähigkeit des Körpers bestimmte Bewegungen so zu steuern bzw. zu regeln, wie sie die erforderliche Tätigkeit erfordert. Nichts anderes als das perfekt abgestimmte Zusammenspiel zwischen Synergisten und Antagonisten verschiedener Muskeln bzw. Muskelgruppen ist Koordination, jedoch ist dies hierbei nur ein sehr allgemeiner Oberbegriff der in sehr vielen Bereichen Anwendung findet. Denn kann man unter diesem Oberbegriff zunächst viele Fähigkeiten unterscheiden:

  • Differenzierung
  • Orientierung
  • Rhythmik
  • Reaktion
  • Antizipationsfähigkeit (vorraussehendes reagieren, geschult durch Erfahrung und Beobachtung)
  • Geschicklichkeit
  • Gleichgewicht

Unterschieden wird die muskuläre Koordination jedoch in 2 Bereiche, die intermuskuläre und intramuskuläre Koordination:

intermuskuläre Koordination
Intermuskuläre Koordination ist die Fähigkeit des Körpers ein möglichst ökonomisches Zusammenspiel zwischen ausführender(Agonist) und gegenhaltender(Antagonist) Muskulatur zu gewährleisten. Strecke ich z.b. mein Bein mithilfe meiner Extensoren gegen einen Widerstand(z.b. Beinstreckmaschine) so werden die Flexoren des Beines, die Gegenspieler auf der Rückseite gedehnt. Je besser meine intermuskuläre Koordination ausgeprägt ist, umso weniger Bremswirkung bringen sie der Bewegung entgegen und umso besser die Ökonomie der Bewegung. Durch ein Krafttraining kann ich diese Fähigkeit schulen und das Zusammenwirken verschiedener Muskeln bei einem gezielten Bewegungsablauf verbessern.

intramuskuläre Koordination
Die intramuskuläre Koordination bezeichnet die synchrone Aktivierung einzelner motorischer Einheiten eines Muskels. Je untrainierter der Proband, umso weniger Muskelfasern kann er über seine motorischen Einheiten für eine bestimmte Bewegung rekrutieren. Normales eher unspezifisches Training bewirkt schon eine rasche Zunahme der gleichzeitig angesprochenen m.E., jedoch hierbei auch nur bis zu einem gewissen Maß das abhängig von der Art des Training und nicht zuletzt der genetischen Determinierung gemacht wird. Der untrainierte Mensch kann i.d.R. 50-60% seiner Muskelfasern ansprechen, Profisportler 85-90%.

Unter normalen Bedingungen alle Fasern anzusprechen ist nicht möglich da dies zu Verletzungen führen könnte, es ist also nicht zuletzt ein gewisser Schutzmechanimus. In lebensbedrohlichen Situationen kann sich der Körper allerdings seiner autonom geschützten Reserven bedienen und diesen Schutz „ausschalten“.

Muskelwachstum – Wie kommt es zum Muskelaufbau?

Da sich dieser Artikelteil nur mit der Anatomie ales solches befasst, werde ich einen etwas größeren Gedankensprung wagen und direkt dort einsteigen, wo ein positiver Reiz eine Reaktion auslöst. Ohne genau zu deklarieren wie dieser Reiz auszusehen hat.

Vorab hat sich gewiss jeder einmal die Frage gestellt wann die Effekte des Krafttrainings eintreten, oftmals hört man hierzu pauschale Aussagen wie „der Muskel wächst in der Erholungszeit“. Diese sind nicht falsch und reichen i.d.R. aus, um den Wissbegierigen zu beruhigen. Bezogen auf die Trainingsplanung kann man allerdings auch eine genaue Zahl festhalten, in der die Effekte eines Trainings Wirkung zeigen und der Reiz als Gesamtes ausgekostet wird.

Eine gute Nachricht für Athleten, die ihr Training in einem 4- 6-wöchigen Mesozyklus anlegen, denn genau so lange dauert der übliche Umbauprozess der Muskulatur, genannt ‚Protein-Turnover‘. Dieser wird mit 30 Tagen beziffert, nach denen die Effekte des Trainings zum tragen kommen[5,6].

Aber: Was genau „reizt“ den Muskel und wie genau hat dieser Reiz auszusehen? In den letzten 50 Jahren wurden hierzu so viele Theorien, Meinungen und Ergebnisse veröffentlicht, dass eine objektive Pauschale (oder wenigstens eine Grundlage) im Dickicht der Empiriker und Theoretiker schwer fällt und selten publiziert wird. Da das Training allein schon von vielen Faktoren abhängt, knüpft sich auch der Reiz und dessen „Effektivität“ an diese Faktoren auf die ich nachfolgend näher eingehen würde:

Intensität
Die Intensität kann desweiteren an 5 Punkten Beurteilung finden:

Größe des Widerstandes (in Kg)
Wiederholungszahl (daraus folgend = > Kraftart)
Anzahl der Wiederholungen mit max. Widerstand
Anzahl der Serien (siehe Trainingsdichte)
Länge der Pausen (siehe Trainingsdauer)

  • Trainingsumfang
  • Trainingsdauer
  • Trainingshäufigkeit
  • Trainingsdichte

Aus diesen Faktoren folgt das Gesamtpaket, das oft als Trainingsbelastung bezeichnet wird und sich hinsichtlich seiner Größe wie folgt einteilen lässt:

Zitat:
von „Krafttraining Praxis und Wissenschaft“ Vladimir M. Zatsiorsky 2. Auflage S.16
= > stimulierend – die Größe der Trainingsbelastung liegt über dem neutralen Niveau und positive Anpassungen werden eingeleitet

Zitat:
von „Krafttraining Praxis und Wissenschaft“ Vladimir M. Zatsiorsky 2. Auflage S.16

= > stabilisierend – die Belastungsgröße entspricht der neutralen Zone, in der das erreichte Niveau der körperlichen Leistungsfäigkeit aufrecht erhalten werden kann

= > abtrainierend – die Größe der Belastung führt zu einer Verringerung der Leistungswerte und/oder der funktionalen Möglichkeiten

Exzentrisch vs. Konzentrisch
Pauschal gesagt ist bekannt, dass die exzentrische Phase im Prinzip ausschlaggebend für das Wachstum ist und auf selbige vermehrt acht gegeben werden sollte. Allerdings wurde ebenfalls in mehreren Versuchen herausgefunden, dass ein gezieltes Training mit der exzentrischen Phase u.a.
die IGF-I Serum Konzentration[7] um bis zu 62% steigern kann (Zeitraum 48h). Warum genau exzentrisches Training im Gegensatz zum konzentrischen Aspekt die Hypertrophie so stark provoziert ist zurzeit noch unklar, es wird davon ausgegangen, dass die starke Sarkolemm- und Cytoskelettschädigung neben einer höheren Rupturrate(bez. Myofibrillen) im Vergleich zu konz. Schädigungen dafür verantwortlich ist. Nachteil eines rein exzentrischen Trainings ist jedoch die schnellere Akkomodation des Muskels, was zu deutsch bedeutet: er passt sich in dem Maße an, dass weitere exzentrische Belastungen kaum bis keine Mikrotraumata verursachen[8].

3.1 Hypertrophie

Hypertrophie (hyper = viel/erhöht; trophe = Nahrung) ist die allgemeine Bezeichnung für ein Gewebswachstum welches pathologisch oder physiologisch stattfinden kann.

Zitat:
Hyper|trophie (…); sog. einfache Hypertrophie; Vergrößerung von Geweben od. Organen durch Zunahme des Zellvolumens bei gleichbleibender Zellzahl; Aus: [1a], S.868

Die Gewebestruktur lagert hierbei vermehrt Protein ein um seine Größe zu erhöhen, die Zellanzahl bleibt bei diesem Vorgang allerdings auf einem konstanten Niveau. Gründe hierfür können beispielsweise erhöhte funktionelle Belastungen z.B. aus dem Bereich Bodybuilding, oder auch hormonelle Faktoren  sein. Muskelhypertrophie bei einem untrainierten Menschen bewegt sich im Prinzip nur auf der Basis des einlagerns von Protein durch die im Zellinneren schon vorhandenen Kerne. Diese Tatsache spricht auch dem Anfänger die Eigenschaft zu, zunächst rapide zu „wachsen“. Haben die Kerne ihre vorhandene Kapazität erreicht muss sich die Muskelzelle der sog. Satelittenzellen bedienen die außerhalb der eigentlichen Zelle liegen. Werden nun Mikrotraumata im Bereich des Sarkolemns ausgelöst, kommt es mitunter durch den Entzündungsprozess zur Einschleusung neuer Nuclei, die wiederrum für die Proteinsynthese verantwortlich sind und Eiweiß als Baumaterial einlagern können und somit die Hypertrophie beschreiben.

Trifft nun ein mechanischer Reiz, die sog. Mechanotransduktion auf unseren target muscle so wird eine Kette von Reaktionen in Gang gesetzt. Allen voran der MAP(mitogen-activated protein)-Kinase-Weg. Zwei Wege werden beschrieben [11]: der metabolische, in welchem u.a. auch die oxidative Kapazität forciert wird und zum anderen der mechanische Weg, der die Proteinsyntheserate erhöht und letztendlich zur HT führt. Die weiter oben erwähnten Satellitenzellen sind durch den Load in der Lage, mit vorhandenen Zellen zu fusionieren und diese mit nochmals mehr DNA anzureichern was die Kapazität zur Einlagerung von Protein vergrößert, jedoch ist die Voraussetzung hierfür die Mikrotraumatisierung.

Hyperplasie

Hyperplasie(hyper = viel/erhöht; plassein = erstellen/bilden) ist die Vergrößerung einer Gewebestruktur durch Zellteilung.

Zitat:
Hyper|plasie (…); sog. numerische Hypertrophie; Vergrößerung eines Gewebes od. Organs durch Zunahme der Zellzahl bei unveränderter Zellgröße; Aus: [1a], S.861

Wie auch bei der Hypertrophie kann dieses Wachstum pathologisch wie auch physiologisch stattfinden, bezogen auf die Muskulatur um die es hier ja gehen sollte ist der Vorgang der physiologischen
Muskelhyperplasie durch Mechanotransduktion relativ umstritten. Die meisten Physiologiebücher geben i.d.R. recht wenig Auskunft, wenn, dann eher kurz und knapp und meist werden Tierversuche voran gestellt, welche Hyperplasie nachweisen konnten. Im Buch Sportbiologie von Jürgen Weineck heisst es z.B.:

Zitat:
von Sportbiologie J. Weineck 9. Auflage S.276
In einer Vielzahl von Tierversuchen konnte konnte gezeigt werden, dass starke Trainingsreize – seien es starke Dehnreize oder hohe Kraftbelastungen – zu einer Zunahme der Zahl der Muskelfasern führt.(…)

Hauptkritikpunkt der Muskel-Hyperplasie ist die Tatsache das eine rein physiologische Hyperplasie durch mitotische Teilung abläuft, der Muskelfaser ein solcher Mechanismus allerdings nicht gegeben ist.

3.2 Sarkopenie

Sarkopenie(griech.: sarx = Fleisch, penia = Armut) bezeichnet den Verlust an Muskulatur im Alter und ist demnach mit der Atrophie vergleichbar. Man geht davon aus, dass die Masse der Skelettmuskulatur schon nach dem zweiten Lebensjahrzehnt abnimmt [9], gesetz dem Fall, man betreibt weder regelmäßig Sport, noch körperlich fordernde Arbeiten. Hauptursache für Sarkopenie ist die verminderte Reizaufnahme und somit auch Weiterleitung, die Synapsenanzahl verringert sich und weitere Faktoren des physiologischen Alterns kommen hinzu: veränderter Hormonhaushalt (Abnahme an geschlechtsspezifischen und allg. Wachstumshormonen), verminderte Nahrungsaufnahme = > schlechtere Nährstoffversorgung, Mangel an körperlicher Belastung [10]

Kann man den Muskelschwund aufhalten? Ja, durch moderate sportliche Aktivität. Als besonders geeignet zeigt sich ein dem Alter entsprechendes Krafttraining in Verbindung mit einer passend abgestimmten Sporternährung, welche eiweißreiche Lebensmittel bevorzugt. Im hohen Alter auch als Therapiezweck eingesetzt, wird die Gabe anaboler Steriode, beim Mann z.B. Testosteron. Dies kann zumindest den Alterungsprozess im inneren insofern eindämmen, das eine Erhaltung der Funktionalität, Kraft und Beweglichkeit gewährleistet wird.

 

Quellen/Literatur

[1] Beschreibende und funktionelle Anatomie des Menschen, Kurt Tittel, Urban und Fischer Verlag 14. Auflage
[1a] Pschyrembel Klinisches Wörterbuch. (2007). 261.A. Walter de Gruyter: Berlin – New York
[2] Markworth, P. (2007). Sportmedizin. Physiologische Grundlagen. 21.A. Rowohlt Taschenbuch Verlag: Reinbek bei Hamburg
[3] Horst de Marées, (2003), Sportphysiologie, 9.Auflage, Sportverlag Strauß
[4] Deetjen P., Speckmann E.J., Hescheler J. (2005). Physiologie. 4.A. Elsevier Urban und Fischer: München – Jena
[5] Bates PC, Millward DJ. Myofibrillar protein turnover. Biochem J 1983;214:587–592.
[6] Termin A, Pette D. Changes in myosin heavy-chain isoform synthesis of chronically stimulated rat fast-twitch muscle. EurJ Biochem 1992;204:569–573.
[7] 280:383-390, 2001. Am J Physiol Endocrinol Metab Hunter, Ashley Goodman, Charles L. McLafferty, Jr. and Randall J. Urban Marcas M. Bamman, James R. Shipp, Jie Jiang, Barbara A. Gower, Gary R.,
Mechanical load increases muscle IGF-I and androgen receptor mRNA concentrations in humans
[8] T.C. Chen, Taipei Physical Education College, and S.S. Hsieh, FACSM,. The effects of a seven-day repeated eccentric training on recovery from muscle damage. Med. Sci. Sports Exrc. 31(5 Supp) pp. S71, 1999
[9] Joszi AC, Campbell WW, Joseph L, et al.1999. Changes in power with resistance training in older and younger men and women. J Gerontol Med Sci 54A:M591-M596
[10] Baumgartner RM, Koehler KM, Gallagher D, et al. 1998. Epidemiology of sarcopenia among the elderly in New Mexico. Am J Epidemiol 147:755-763.
[11] MacDougall JD, Ward GR, Sale DG, Sutton JR. (1977) Biochemical adaptation of human skeletal muscle to heavy resistance training and immobilization. J Appl Physiol. 43(4): 700-703.
– Bildverzeichnis: http://www.bartleby.com/107/

mit besonderem Dank an MarmorStein

Über den Autor

Florian Kolditz

Florian Kolditz

Florian Kolditz ist Physiotherapeut und Lehrer für Fitness. 2005 gründete er unter dem Nicknamen "de-fortis" Muscle-Corps. Seit 6 Jahren ist er als Trainer und Berater im Gesundheitsbereich tätig.

Florian ist seit über 10 Jahren im Krafttraining aktiv und schrieb bereits über 100 Artikel für Muscle-Corps.

Close