Die Muskulatur — Eine meisterhafte Konstruktion

LEBEN ist Bewegung. Beispielsweise hebt und senkt sich unser Brustkorb bei jedem Atemzug, und unser Herz schlägt rhythmisch, wodurch es uns am Leben erhält. Wie kommen diese Bewegungen zustande? Durch Muskeln!

Muskeln sind ein festes, elastisches Gewebe, durch das die Körperteile funktionsfähig werden und Gedanken oder Gefühle ausdrücken können. Ganz gleich, ob man lächelt, lacht, weint, spricht, geht, läuft, arbeitet, spielt, liest oder ißt — Muskeln spielen dabei immer eine Rolle. Es gibt wohl kaum eine Tätigkeit, an der nicht irgendein Muskel beteiligt ist.

Unser Körper hat etwa 650 Muskeln. Die kleinsten sind an den kleinen Gehörknöchelchen angebracht. Die größten sind die Gesäßmuskeln zur Bewegung der Beine. Die Muskeln machen beim Mann etwa die Hälfte des Körpergewichts aus und bei der Frau etwa ein Drittel; sie sind zum Arbeiten konzipiert. Man betrachtet sie als „biologische Maschinen“, und wie Gerald H. Pollack, Professor für Biotechnik, bemerkte, „setzen sie jeden Tag mehr Energie in Bewegung um als alle vom Menschen hergestellten Maschinen zusammengenommen, das Auto eingeschlossen“.

Selbst wenn wir ruhen, bleiben die Muskeln in Bereitschaft — einsatzbereit. In jedem Muskel sind immer einige Fasern zusammengezogen. Ohne diese leichte Kontraktion würde der Kiefer herunterhängen, und die inneren Organe hätten nur wenig Halt. Selbst beim Stehen oder Sitzen verändern sich die Muskeln geringfügig, um uns zu helfen, die Körperhaltung beizubehalten, oder uns davor zu bewahren, vom Stuhl zu fallen.

Die Muskelarten

Im menschlichen Körper gibt es drei Arten von Muskeln. Jede erfüllt eine andere Aufgabe. Da ist zunächst die Herzmuskulatur, deren Aufgabe im Pumpen besteht. Der Herzmuskel ist die Hälfte seines Lebens im Ruhezustand, denn auf jedes Zusammenziehen muß ein Erschlaffen folgen.

Eine weitere Muskelart ist die glatte Muskulatur. Die meisten der inneren Organe, ebenso die Blutgefäße, sind von glatten Muskeln umschlossen. Wie beim Herzmuskel, dessen Tätigkeit unwillkürlich ist, werden auch die glatten Muskeln nicht bewußt gesteuert. Sie erfüllen so wichtige Aufgaben wie die Beförderung von Flüssigkeiten durch die Nieren und zur Blase sowie den Nahrungstransport durch den Verdauungstrakt, die Regulierung des Blutflusses durch die Gefäße, das Formen der Augenlinse und das Erweitern der Pupillen in Abhängigkeit vom einfallenden Licht.

Der Großteil unserer 650 Muskeln gehört zur Skelettmuskulatur. Sie führt unsere willkürlichen Bewegungen aus. Wir lernen von Geburt an, diese Muskeln zu steuern. Ein kleines Kind beispielsweise lernt, Arme und Beine so zu bewegen, daß es laufen und das Gleichgewicht halten kann. Da die einzige Funktionsweise der Muskeln die Kontraktion ist, arbeiten Skelettmuskeln paarweise. Wird der eine Muskel angespannt, erschlafft der andere. Ohne dieses koordinierte Spiel müßten wir jedesmal, wenn wir uns am Kopf kratzten, den Arm hinterher von der Schwerkraft herunterziehen lassen. Statt dessen zieht sich der Trizeps, der Gegenspieler des Bizeps, zusammen, so daß wir den Arm schnell wieder nach unten strecken können.

Muskeln sind unterschiedlich groß und verschieden geformt. Manche, zum Beispiel die Sehnenmuskeln der Beine, sind schmal und langgestreckt; andere sind massig und dick, wie die Gesäßmuskeln. Alle sind dafür ausgelegt, daß wir uns bewegen können. Der Brustkorb wäre unbeweglich, würden nicht Muskeln die Zwischenräume der Rippen ausfüllen. Die Brustwand kann sich dadurch wie ein Akkordeon bewegen, was uns beim Atmen hilft. Die Bauchmuskeln sind, ähnlich wie die Schichten im Sperrholz, schichtweise in verschiedenen Winkeln angeordnet und halten die Bauchorgane an ihrem Platz.

Zusammenspiel von Muskeln und Sehnen

Die Muskeln, die an den Knochen ziehen, sind über Sehnen — das sind zähe, weiße, strangartige Gewebe — daran befestigt. Die Sehnen reichen weit in die Muskeln hinein und sind mit dem Bindegewebe verbunden, das die Muskelfaser umhüllt. Das Bindegewebe ermöglicht die Übertragung des Muskelzuges über die Sehnen auf die Knochen, so daß diese bewegt werden. Die kräftigste Sehne, die Achillessehne, ist an einem der stärksten Muskeln unseres Körpers befestigt, an der Wade. Die Wadenmuskeln übernehmen die Aufgabe eines Stoßdämpfers. Beim Gehen, Laufen oder Springen halten sie Belastungen von mehr als einer Tonne aus.

Die Vielseitigkeit unserer Hand ist ein weiteres Beispiel für das koordinierte Spiel von Muskeln und Sehnen. Zwanzig Muskelpaare, die am Unterarm sitzen, laufen in langgestreckte Sehnen aus, die, unter einem faserigen Querband verlaufend, an den mit vielen Gelenken versehenen Knochen der Hand und der Finger befestigt sind. Diese sowie 20 weitere Muskeln, die im Handteller und in den Fingern liegen, verleihen der Hand die erstaunliche Geschicklichkeit, die nötig ist, um sowohl die empfindlichen Einzelteile des Laufwerks einer zierlichen Uhr zusammenzusetzen als auch einen Axtstiel zu ergreifen, um Holz zu hacken.

Über 30 Gesichtsmuskeln

Mehr als jeder andere Körperteil spiegelt das Gesicht die Persönlichkeit wider. Um dem Gesicht überaus vielfältige Ausdrucksmöglichkeiten zu verleihen, hat unser Schöpfer dort einen Schwerpunkt gesetzt — es verfügt insgesamt über mehr als 30 Muskeln. Allein zum Lächeln benötigen wir 14 (!) Muskeln.

Einige Gesichtsmuskeln sind kraftvoll, wie zum Beispiel die Muskeln, die mit dem Kiefer verbunden sind. Beim Kauen können sie eine Druckkraft von 75 Kilogramm ausüben. Andere Gesichtsmuskeln sind zart, aber zäh, zum Beispiel die Muskeln, die die Augenlider steuern, wenn wir blinzeln und dadurch die Augen mit Flüssigkeit benetzen. Dabei werden Staub und Bakterien fortgeschwemmt, und das über 20 000mal am Tag.

Erstaunlich konstruiert

Jeder Muskel ist so konstruiert, daß er sich geschmeidig zusammenzieht. Skelettmuskeln müssen ihre Kontraktionen abstimmen, damit beim Aufheben einer Feder nicht genausoviel Kraft freigesetzt wird wie beim Hochheben eines 10-Kilo-Gewichts. Wie wird das bewerkstelligt? Wir wollen sehen.

Jeder Muskel setzt sich aus einzelnen Zellen zusammen. Da Muskelzellen länglich sind, bezeichnet man sie auch als Fasern. Manche Fasern sind heller, andere dunkler. Die helleren sind schnell kontrahierende Fasern. Diese treten in Aktion, wenn wir kurze Energieschübe benötigen, wie beim Aufheben einer schweren Last oder bei einem Sprint über 100 Meter. Schnell kontrahierende Fasern sind kraftvoll; ihre Energiequelle ist das Glykogen, ein Zucker. Sie ermüden allerdings rasch und können sogar, bedingt durch eine Milchsäureansammlung, schmerzen oder sich verkrampfen.

Die dunkleren Muskelfasern sind langsam kontrahierende Fasern; sie werden vom aeroben Stoffwechsel angetrieben. Da die langsam kontrahierenden Fasern mit mehr Blut versorgt werden und über größere aerobe Energie verfügen als die schnell kontrahierenden, sind sie „die Stränge der Ausdauer“.

Eine andere Art Muskelfaser ist ein klein wenig dunkler als die blasse, schnell kontrahierende Faser. Sie ist ihr ähnlich, ermüdet aber nicht so leicht. Da diese Art sowohl Zucker als auch Sauerstoff gut verwertet, kommt sie wahrscheinlich immer dann zum Einsatz, wenn wir lange und hart arbeiten.

Bei jedem Menschen sind die genannten Faserarten zu unterschiedlichen Anteilen in den verschiedenen Muskeln verteilt. Langstreckenläufer beispielsweise können im Durchschnitt 80 Prozent „langsame“ Fasern in ihrer Beinmuskulatur haben, Sprinter hingegen durchschnittlich mehr als 75 Prozent des „schnellen“ Gewebes.

Durch Nerven aktiviert

Alle Muskelfasern werden durch Nerven aktiviert. Nervenimpulse bewirken, daß sich die Muskeln kontrahieren, also sich zusammenziehen. Doch ziehen sich nicht alle Muskelfasern in einem bestimmten Muskel gleichzeitig zusammen. Statt dessen sind sie in „motorische Einheiten“ aufgeteilt. In einer motorischen Einheit ist ein einzelner Nerv mit vielen Fasern verbunden und steuert sie.

Einige motorische Einheiten, wie die in der Beinmuskulatur, setzen sich aus mehr als 2 000 Fasern zusammen, die von einem einzigen Nerv gesteuert werden. Die motorischen Einheiten im Auge hingegen bestehen aus nur 3 Fasern. Ein Muskel mit einem größeren Anteil an Einheiten, die aus einer kleineren Gruppe von Fasern bestehen, ermöglicht differenzierte, fein abgestimmte Bewegungen, wie beim Einfädeln einer Nadel oder beim Klavierspielen.

Beim Aufheben einer Feder kontrahieren sich nur einige motorische Einheiten. Beim Hochheben eines schweren Gegenstands rufen besondere Sensoren in den Muskelfasern blitzschnell vom Gehirn den Einsatz von mehr motorischen Einheiten ab, wodurch mehr Kraft zum Hochheben vorhanden ist. Beim gemächlichen Spazierengehen werden nur einige motorische Einheiten aktiviert, wohingegen beim schnellen Laufen viele weitere erregt sind, und das mit höherer Frequenz.

Unsere Herzmuskulatur unterscheidet sich dadurch von der Skelettmuskulatur, daß sich alle Muskelfasern gleichzeitig zusammenziehen beziehungsweise erschlaffen. Wenn eine Zelle in der Herzmuskulatur erregt wird, wird die Meldung an alle Zellen weitergeleitet; sie werden alle gleichzeitig erregt, was dazu führt, daß die gesamte Muskulatur sich erst zusammenzieht und danach erschlafft, und das etwa 72mal in der Minute.

Die glatten Muskeln funktionieren in etwa wie der Herzmuskel — wenn die Kontraktion beginnt, zieht sich das gesamte Organ zusammen. Doch glatte Muskeln können länger als der Herzmuskel angespannt bleiben, ohne zu ermüden. Die glatten Muskeln machen nur selten auf sich aufmerksam, es sei denn bei gelegentlichen hungerbedingten Schmerzen oder bei kraftvollen Geburtskontraktionen.

Die Muskeln in Form halten

„Bewegung hilft dem gesamten Körper, innen und außen. ... Regelmäßig trainierte Muskeln funktionieren in jeder Beziehung besser“, heißt es in dem Buch Muscles: The Magic of Motion. Bewegungstraining sorgt für einen guten Muskeltonus, der bewirkt, daß die inneren Organe besser unterstützt werden und die Muskeln nicht so leicht ermüden.

Zwei Arten von Bewegungstraining sind für die Muskeln nützlich. Anaerobe Übungen, bei denen man jeden Tag für kurze Zeit Gewichte hebt, stärken die Muskeln. Kräftigere Muskeln speichern nicht nur mehr Zucker und Fettsäuren, sondern können diese auch effizienter verbrennen, was den Muskeln hilft, sich gegen Ermüdung zu sperren.

Aerobe Bewegungsarten wie Jogging, Schwimmen, Radfahren oder flottes Gehen fördern allgemein die körperliche Leistungsfähigkeit. Diese Art von Ausdauersport sorgt für eine bessere Durchblutung der Muskeln und für eine Zunahme der Mitochondrien, die ATP erzeugen, den Energieträger, der für das Zusammenziehen der Muskeln nötig ist. Besonders dem Herzen kommt diese Art der Bewegung zugute; sie kann sogar dazu beitragen, einem Herzanfall vorzubeugen.

Die Muskeln vor einem anstrengenden Training gut zu dehnen beugt einer Zerrung oder anderen Schäden vor. Solche Aufwärmübungen erhöhen die Temperatur in den Muskeln; die Durchblutung wird gefördert, was wiederum die Enzyme unterstützt, mehr Energie zu erzeugen, wodurch sich die Muskeln besser kontrahieren. Sich mit den gleichen Übungen wie beim Aufwärmen zum Schluß wieder abzukühlen beugt Schmerzen und Steifheit vor, denn dabei werden die erzeugten Milchsäuren abgebaut.

Es sollte allerdings darauf hingewiesen werden, daß man der Skelettmuskulatur durch zu anstrengende Übungen schaden kann, vor allem wenn man untrainiert ist. Außerdem können Muskelfasern reißen, wenn durch wiederholte lang andauernde Kontraktionen zuviel Zug auf die Muskeln ausgeübt wird, was passieren mag, wenn man eine schwere Last langsam absetzt oder einen Berg hinunterläuft. Selbst ein kleiner Riß, der die Folge einer Zerrung ist, kann schmerzhafte Muskelkrämpfe und Entzündungen verursachen.

Vernachlässigen wir unsere Muskeln nicht. Verschaffen wir ihnen die nötige Bewegung und die nötige Ruhe, damit die Muskulatur — dieser körpereigene, beste aller Motoren — uns nach wie vor wie eine gut konstruierte Maschine dienen kann.

[Herausgestellter Text auf Seite 20]

Unser Körper hat etwa 650 Muskeln. Die größten Muskeln sind die Gesäßmuskeln zur Bewegung der Beine.

[Kasten auf Seite 24]

Muskeln und Ernährung

Ein entscheidender Faktor für die Gesunderhaltung der Muskeln ist eine gute Ernährung. Kalziumreiche Lebensmittel wie Milchprodukte und kaliumreiche Nahrungsmittel wie Bananen sowie Zitrusfrüchte, Trockenobst, tiefgelbes Gemüse, Nüsse und Samen helfen bei der Steuerung der Muskelkontraktionen. Vollkornbrot und Getreide liefern Eisen und Vitamine des B-Komplexes, besonders B₁, das entscheidend ist für die Umwandlung von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten in den Brennstoff, den die Muskeln benötigen. Viel Wasser zu trinken hilft nicht nur, den Elektrolythaushalt auszugleichen, sondern schwemmt auch Milchsäure und andere Stoffwechselprodukte fort, die die Muskelfunktion beeinträchtigen können.

[Kasten/Diagramm auf Seite 22, 23]

DAS WUNDER DER MUSKELKONTRAKTION

Die Arbeit der Muskeln erscheint einem vielleicht simpel. Doch der Mechanismus der Kontraktion ist ehrfurchtgebietend. Professor Gerald H. Pollack sagt: „Ehrfurchtsvoll bestaune ich nun die ästhetische Gestaltung in der Natur. Die Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie wird derart geschickt erreicht — man ist geradezu versucht zu sagen, derart intelligent —, daß man einfach ins Staunen gerät.“

Sehen wir uns den komplizierten Vorgang der Muskelkontraktion einmal unter einem Elektronenmikroskop an und bringen dabei mehr über diese meisterhafte Konstruktion unseres Schöpfers in Erfahrung.

Jede Muskelzelle oder Muskelfaser besteht aus einem Bündel kleinerer Fasern, Myofibrillen genannt, die parallel angeordnet sind. Jede Myofibrille besteht aus Tausenden von dünneren Myofilamenten. Einige Myofilamente sind dicker, andere dünner. Die dickeren enthalten Myosin, die dünneren Aktin — beides Proteine, die der Muskelzelle helfen, sich zusammenzuziehen.

Auf der Oberfläche jeder Muskelfaser befindet sich eine Vertiefung. Die von der Wirbelsäule ausgehende Nervenfaser endet in dieser Vertiefung, in die sie genau hineinpaßt. Unsere Muskeln setzen sich in Bewegung, sobald das Gehirn den Befehl erteilt und die Meldung über Millionen von Nervenzellen des zentralen Nervensystems die Nervenendigung erreicht. Wird eine Nervenendigung stimuliert, platzen über 100 winzige Bläschen und geben eine chemische Substanz frei, die den Nervenimpuls verstärkt, sobald er auf die Membran der Muskelzelle trifft. Das löst eine Aufeinanderfolge elektrischer Aktionen aus, wodurch die gesamte Muskelzelle erregt und die Zellmembran veranlaßt wird, elektrisch geladene Kalziumionen freizusetzen, die dann den mechanischen Vorgang des Zusammenziehens aktivieren.

Die Kalziumionen verteilen sich nun über ein Netzwerk feiner Kanäle in der ganzen Muskelfaser und kommen mit verschiedenen Proteinen in Kontakt. Auf irgendeine Weise wirkt das Kalzium auf diese Proteine ein, so daß die geschützten Stellen des Proteins entlang der dünnen Aktinfilamenthülle freigelegt werden.

Gleichzeitig treten runde Kopfteilpaare in Aktion, die von den dickeren Myosinfilamenten ausgehen und mit einer energiereichen Verbindung, dem ATP, versehen sind. Ein Kopfteil des Myosinfilamentköpfchens klinkt sich in eine der freigelegten Stellen am Aktinfilament ein, wodurch sich eine Querbrücke bildet. Der andere Kopfteil spaltet das ATP und setzt genügend Energie frei, damit die Querbrücke das Aktinfilament zum Myosinfilament heranziehen oder es darüberschieben kann. Wie eine Mannschaft, die Zug um Zug ein Seil heranzieht, lassen die Myosinköpfchen los und fassen ein Stückchen weiter wieder an der Aktinhülle an, wobei sie die ganze Zeit das Aktinfilament zur Mitte des Myosinfilaments treiben. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Kontraktion vollendet ist. Die gesamte Kettenreaktion findet in wenigen Tausendstelsekunden statt!

Ist die Kontraktion vollendet, kehrt das Kalzium wieder an seinen Ausgangspunkt in der Membran der Muskelzelle zurück; die freigelegten Stellen entlang der Aktinfilamenthülle werden wieder zugedeckt; und die Muskelfaser entspannt sich bis zur nächsten Stimulation. Ja, ‘wir sind auf furchteinflößende Weise wunderbar gemacht’! (Psalm 139:14).

[Diagramm]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Muskeln sind eigentlich Schichten aus gebündelten Fasern

Dicke und dünne Myofilamente (stark vergrößert)

Myofibrille

Bündel von Myofibrillen

Muskelfaser

Muskel

[Bild auf Seite 21]

(2fach vergrößert)

Die kleinsten Muskeln sind an den kleinen Gehörknöchelchen angebracht

[Bild auf Seite 21]

Allein zum Lächeln benötigen wir 14 (!) Muskeln

[Bild auf Seite 21]

Muskeln bewirken, daß wir über 20 000mal am Tag blinzeln

[Bild auf Seite 24]

Etwa 72mal in der Minute zieht sich die Herzmuskulatur zusammen und erschlafft, das sind 2,6-Milliarden-mal im Laufe eines Lebens von 70 Jahren

[Bild auf Seite 24]

Anaerobe Bewegungsübungen

[Bildnachweis auf Seite 20]

Man, p. 20; eye, p. 21; heart, p. 24: The Complete Encyclopedia of Illustration/ J. G. Heck