Herausgegeben von Dr. Gianfranco De Angelis
Es sei „entmutigend zu sehen, wie Instruktoren und Personal Trainer in Fitnessstudios“ empirische „Erklärungen zu verschiedenen Themen geben: Muskelmasse (Hypertrophie), Kraftsteigerung, Ausdauer usw .
Nur wenige haben nur mehr oder weniger fundierte Kenntnisse der makroskopischen Anatomie, als ob es ausreichen würde, zu wissen, wo sich der Bizeps oder die Brust befindet, die histologische Struktur und noch weniger die Biochemie und Physiologie der Muskeln ignorieren des Themas, auch für Laien der biologischen Wissenschaften zugänglich.
Histologische Struktur
Muskelgewebe unterscheidet sich von anderen Geweben (Nerven-, Knochen-, Bindegewebe) aufgrund einer offensichtlichen Eigenschaft: Kontraktilität, dh Muskelgewebe kann sich zusammenziehen oder seine Länge verkürzen. Bevor wir sehen, wie es sich verkürzt und für welche Mechanismen, sprechen wir über seine Struktur. Wir haben drei Arten von Muskelgewebe, die sich sowohl histologisch als auch funktionell unterscheiden: quergestreiftes Skelettmuskelgewebe, glattes Muskelgewebe und Herzmuskelgewebe. Der Hauptunterschied zwischen den ersten und den anderen beiden besteht darin, dass die erste vom Willen bestimmt wird, die anderen beiden jedoch unabhängig vom Willen sind. Die erste sind die Muskeln, die die Knochen bewegen, die Muskeln, die wir mit Langhanteln, Kurzhanteln und Maschinen trainieren. Der zweite Typ wird durch die Muskeln der Eingeweide, wie die Muskeln des Magens, des Darms usw. gegeben, die, wie wir jeden Tag sehen, nicht vom Willen kontrolliert werden Der dritte Typ ist der Herzmuskel: das Herz ist auch aus Muskeln, tatsächlich ist er kontrahierbar, insbesondere ist auch der Herzmuskel quergestreift, also ähnlich dem Skelettmuskel, jedoch ein wichtiger Unterschied, seine rhythmische Kontraktion ist willensunabhängig.
Der quergestreifte Skelettmuskel ist für freiwillige motorische Aktivitäten, also für sportliche Aktivitäten, verantwortlich. Der quergestreifte Muskel besteht aus Zellen, wie alle anderen Strukturen und Systeme des Organismus, die Zelle ist die kleinste Einheit, die zum autonomen Leben fähig ist.Im menschlichen Organismus gibt es Milliarden von Zellen und fast alle haben einen zentralen Teil, der Kern genannt wird. umgeben von einer gallertartigen Substanz namens Zytoplasma. Die Zellen, aus denen der Muskel besteht, werden Muskelfasern genannt: Sie sind längliche Elemente, die längs zur Muskelachse angeordnet und in Bändern gesammelt sind.Die Hauptmerkmale der quergestreiften Muskelfaser sind drei:
- Es ist sehr groß, die Länge kann einige Zentimeter erreichen, der Durchmesser beträgt 10-100 Mikrometer (1 Mikrometer = 1/1000 mm.) Die anderen Zellen des Organismus sind mit einigen Ausnahmen von mikroskopischer Größe.
- Es hat viele Kerne (fast alle Zellen haben nur einen) und wird daher als "polynukleares Syncytium" bezeichnet.
- Es ist quergestreift, das heißt, es weist einen Wechsel von dunklen und hellen Streifen auf. Die Muskelfaser hat längliche Formationen in ihrem Zytoplasma, die längs zur Achse der Faser und daher auch zur Achse des Muskels angeordnet sind, Myofibrillen genannt, wir können sie als längliche Stränge betrachten, die innerhalb der Zelle platziert sind.
Nehmen wir eine Myofibrille und studieren sie: Sie hat dunkle Bänder, die A-Bänder genannt werden, und helle Bänder, die I genannt werden, in der Mitte von Band I c "ist eine dunkle Linie, die Z-Linie genannt wird. Der Raum zwischen einer Z-Linie und der anderen heißt Sarkomer , das das kontraktile Element und die kleinste funktionelle Einheit des Muskels darstellt; in der Praxis verkürzt sich die Faser, weil ihre Sarkomere verkürzt sind.
Sehen wir uns nun an, wie die Myofibrille hergestellt wird, die sogenannte Ultrastruktur des Muskels. Es besteht aus Filamenten, einige große Myosinfilamente, andere dünne Aktinfilamente.Die großen passen mit den dünnen so zusammen, dass das Band A von dem großen Filament gebildet wird (daher ist es dunkler), das Band I es wird stattdessen von dem Teil des dünnen Filaments gebildet, das nicht an dem schweren Filament haftet (da es von dem dünnen Filament gebildet wird, ist es leichter).
Kontraktionsmechanismus
Da wir nun die histologische Struktur und die Ultrastruktur kennen, können wir auf den Kontraktionsmechanismus hinweisen. Bei der Kontraktion fließen die leichten Filamente zwischen den schweren Filamenten, so dass die Bänder I an Länge abnehmen; somit nimmt auch das Sarkomer an Länge ab, dh der Abstand zwischen einem Z-Band und dem anderen: die Kontraktion erfolgt also nicht, weil sich die Filamente verkürzt haben, sondern weil sie die Länge des Sarkomers durch Gleiten verringert haben Länge der Myofibrillen, also Da die Myofibrillen die Faser bilden, nimmt die Länge der Faser ab, folglich verkürzt sich der Muskel, der aus Fasern besteht. Damit diese Filamente fließen, wird offensichtlich Energie benötigt, die von einer Substanz gegeben wird: l " ATP ( Adenosintriphosphat), das die Energiewährung des Organismus darstellt. ATP wird durch die Oxidation von Nahrung gebildet: Die Energie der Nahrung wird an das ATP weitergegeben, das sie dann an die Filamente überträgt, damit sie fließen , das Ca ++ -Ion (Calcium), die Muskelzelle hält große Vorräte davon und stellt es dem Sarkomer zur Verfügung, wenn Kontraktion muss auftreten.
Muskelkontraktion aus makroskopischer Sicht
Wir haben gesehen, dass das kontraktile Element das Sarkomer ist, betrachten wir nun den ganzen Muskel und untersuchen ihn aus physiologischer Sicht, aber makroskopisch. Damit sich ein Muskel zusammenziehen kann, muss ein elektrischer Reiz ankommen: Dieser Reiz kommt vom Motor Nerv, ausgehend vom Rückenmark (wie es natürlich vorkommt), oder er kann von einem resezierten und elektrisch stimulierten motorischen Nerv kommen oder durch direkte elektrische Stimulation des Muskels. an diesem Punkt stimulieren wir es elektrisch; der Muskel wird sich zusammenziehen, dh er wird durch Anheben des Gewichts verkürzt; diese Kontraktion wird isotonische Kontraktion genannt. Wenn wir den Muskel dagegen mit beiden Enden an zwei starre Stützen binden, wird der Muskel bei seiner Stimulation an Spannung zunehmen, ohne sich zu verkürzen: Dies wird als isometrische Kontraktion bezeichnet. In der Praxis ist dies eine isotonische Kontraktion, wenn wir die Langhantel vom Boden nehmen und anheben; Wenn wir es mit einem sehr schweren Gewicht belasten und es beim Versuch, es anzuheben, also während wir die Muskeln maximal anspannen, nicht bewegen, wird dies als isometrische Kontraktion bezeichnet. Bei der isotonischen Kontraktion haben wir mechanische Arbeit geleistet (Arbeit = Kraft x Weg); bei isometrischer Kontraktion ist die mechanische Arbeit Null, denn: Arbeit = Kraft x Weg = 0, Weg = 0, Arbeit = Kraft x 0 = 0
Wenn wir den Muskel mit einer sehr hohen Frequenz stimulieren (dh mit zahlreichen Impulsen pro Sekunde), entwickelt er eine sehr hohe Kraft und bleibt maximal kontrahiert: Der Muskel in diesem Zustand wird als Tetanus bezeichnet, daher bedeutet tetanische Kontraktion maximal und kontinuierliche Kontraktion. Ein Muskel kann nach Belieben wenig oder stark kontrahiert werden; dies ist durch zwei Mechanismen möglich: 1) Wenn ein Muskel nicht ein wenig kontrahiert ist, ziehen sich nur einige Fasern zusammen; zur Erhöhung der Kontraktionsintensität kommen weitere Fasern hinzu 2) Eine Faser kann sich je nach Entladungsfrequenz, dh der Anzahl der elektrischen Impulse, die die Muskeln pro Zeiteinheit erreichen, mit geringerer oder größerer Kraft zusammenziehen. Durch die Modulation dieser beiden Variablen steuert das zentrale Nervensystem, wie stark sich der Muskel zusammenziehen muss. Bei einer starken Kontraktion verkürzen sich fast alle Fasern des Muskels nicht nur, sondern alle werden mit viel Kraft verkürzt: Bei einer schwachen Kontraktion verkürzen sich nur wenige Fasern mit geringerer Kraft.
Kommen wir nun zu einem weiteren wichtigen Aspekt der Muskelphysiologie: dem Muskeltonus. Muskeltonus kann als ein kontinuierlicher Zustand leichter Muskelkontraktion definiert werden, der unabhängig vom Willen auftritt. Welcher Faktor verursacht diesen Kontraktionszustand? Vor der Geburt haben die Muskeln die gleiche Länge wie die Knochen, dann dehnen sich die Knochen bei der Entwicklung mehr als die Muskeln, so dass letztere gedehnt werden. Wenn ein Muskel gedehnt wird, zieht er sich aufgrund eines Wirbelsäulenreflexes (myotatischer Reflex) zusammen, daher bestimmt die kontinuierliche Dehnung, der der Muskel ausgesetzt ist, einen kontinuierlichen leichten, aber anhaltenden Kontraktionszustand. Die Ursache ist ein Reflex und da das Hauptmerkmal der Reflexe die Unwillkürlichkeit ist, wird der Ton nicht vom Willen bestimmt. Tonus ist ein Phänomen auf der Basis eines Nervenreflexes. Wenn ich also den Nerv durchtrenne, der vom Zentralnervensystem zum Muskel führt, wird er schlaff und verliert seinen Tonus vollständig.
Die Kontraktionskraft eines Muskels hängt von seinem Querschnitt ab und beträgt 4-6 kg.cm2. Aber das Prinzip gilt im Prinzip, es gibt kein genaues direktes Proportionalitätsverhältnis: Bei einem Sportler kann ein Muskel, der etwas kleiner ist als der eines anderen Sportlers, stärker sein.Ein Muskel vergrößert sein Volumen, wenn er trainiert wird ist das Prinzip, auf dem die Gewichtsgymnastik beruht); hervorzuheben ist, dass das Volumen jeder Muskelfaser zunimmt, während die Anzahl der Muskelfasern konstant bleibt.Dieses Phänomen wird als Muskelhypertrophie bezeichnet.
Die Biochemie des Muskels
Kommen wir nun zum Problem der Reaktionen, die in den Muskeln auftreten. Wir haben bereits gesagt, dass Energie benötigt wird, damit die Kontraktion stattfindet; die Zelle speichert diese Energie im sogenannten ATP (Adenosintriphosphat), das, wenn es dem Muskel Energie gibt, in ADP (Adenosindiphosphat) + Pi (anorganisches Phosphat) umgewandelt wird: Die Reaktion besteht darin, ein Phosphat zu entfernen. Die Reaktion, die im Muskel stattfindet, ist also ATP → ADP + Pi + Energie. Es gibt jedoch nur wenige ATP-Bestände und es ist notwendig, dieses Element neu zu synthetisieren. Damit sich der Muskel zusammenziehen kann, muss also auch die umgekehrte Reaktion erfolgen (ADP + Pi + Energie > ATP), damit der Muskel immer über ATP verfügt.Die Energie für die ATP-Resynthese wird uns durch die Nahrung zugeführt: Diese gelangen, nachdem sie verdaut und aufgenommen wurden, über das Blut in den Muskel, wo sie ihre Energie abgeben, um genau ATP zu bilden.
Den Energiestoff schlechthin liefern Zucker, insbesondere Glukose. Glukose kann in Gegenwart von Sauerstoff (bei der Aerobiose) abgebaut werden und wird, wie man falsch sagt, "verbrannt"; die freigesetzte Energie wird von ATP aufgenommen, während von der Glukose nur Wasser und Kohlendioxid übrig bleiben. 36 Moleküle ATP werden aus einem Glucosemolekül gewonnen. Glukose kann aber auch in Abwesenheit von Sauerstoff angegriffen werden, wobei sie in Milchsäure umgewandelt wird und nur zwei Moleküle ATP gebildet werden; Milchsäure gelangt dann über das Blut in die Leber, wo sie wieder in Glukose umgewandelt wird.Dieser Zyklus der Milchsäure wird Cori-Zyklus genannt. Was passiert praktisch, wenn sich der Muskel zusammenzieht? Zu Beginn, wenn sich der Muskel zusammenzieht, wird das ATP sofort aufgebraucht, und da die später stattfindenden Herz-Kreislauf- und Atmungsanpassungen nicht stattgefunden haben, ist der Sauerstoff, der den Muskel erreicht, unzureichend, so dass die Glukose in Abwesenheit von abgebaut wird Sauerstoff bildet Milchsäure In einem zweiten Mal können wir zwei Situationen haben: 1) Wenn die Anstrengung leicht fortgesetzt wird, reicht Sauerstoff aus, dann oxidiert die Glukose in Wasser und Kohlendioxid: Milchsäure wird sich nicht ansammeln und das Training kann stundenlang fortgesetzt werden (diese Art von Anstrengung wird daher als aerob bezeichnet; zum Beispiel Cross-Country-Laufen.) 2) Wenn die Anstrengung weiterhin intensiv ist, obwohl viel Sauerstoff in den Muskel gelangt, wird viel Glukose in Abwesenheit von Sauerstoff gespalten; daher viel Milchsäure, die zu Ermüdung führt (wir sprechen von anaerober Anstrengung, zum Beispiel ein schneller Lauf wie 100 Meter) Während der Ruhe wird Milchsäure in Gegenwart von Sauerstoff wieder in Glukose umgewandelt. Am Anfang, auch bei aeroben Anstrengungen, fehlt uns Sauerstoff: Wir sprechen von Sauerstoffschulden, die in Ruhe bezahlt werden; Dieser Sauerstoff wird verwendet, um aus Milchsäure Glukose zu synthetisieren; tatsächlich verbrauchen wir unmittelbar nach der Anstrengung mehr Sauerstoff als normal: Wir zahlen die Schulden ab.“ Wie Sie sehen, haben wir Glukose als Beispiel für Kraftstoff genannt, weil er stellt den wichtigsten Muskel dar, denn auch wenn Fette eine größere Energiemenge haben, werden zu ihrer Oxidation immer eine gewisse Menge an Glyciden und viel mehr Sauerstoff benötigt, ohne dass es zu erheblichen Störungen (Ketose und Azidose) kommt. Proteine können als Treibstoff verwendet werden, da sie jedoch die einzigen sind, die zum Muskeltraining verwendet werden, überwiegt die plastische Funktion in ihnen Lipide haben die Eigenschaft, dass sie bei gleichem Gewicht mehr Energie haben als Zucker und Proteine: Sie sind ideal eingesetzt als So sind die Glycide der Treibstoff, die Proteine die Rohstoffe, die Lipide die Reserven.
Ich habe in diesem Artikel zur Muskelphysiologie versucht, so klar wie möglich zu sein, ohne die wissenschaftliche Strenge zu vernachlässigen: Ich glaube, dass ich ein hervorragendes Ergebnis erzielt habe, wenn ich Fitness-Profis zu einem ernsthafteren Interesse an der Physiologie angeregt habe, denn Ich glaube, dass grundlegende Begriffe der Physiologie und Anatomie ein unverzichtbares kulturelles Erbe sein müssen, um diesen wunderbaren menschlichen Körper irgendwie zu verstehen.
