Muskeln: Bizeps, Trizeps & Co. : Wie ist ein Muskel aufgebaut?

Veröffentlicht von: Till von Bracht (17. November 2014)

Der Mensch besitzt über 400 verschiedene Skelettmuskeln, die vor allem drei Aufgaben haben:

  1. den Körper zu stabilisieren,
  2. einzelne Körperteile zu bewegen und
  3. den Körper zu wärmen.

Um die Funktionen der Muskeln besser verstehen zu können, sind grundsätzliche Kenntnisse über die Anatomie der Muskeln hilfreich.

Jeder Skelettmuskel besteht aus vielen parallel angeordneten Muskelfasern. Die Muskelfasern können eine Länge von mehreren Zentimetern erreichen, sind aber je nach Trainingszustand nur 9 bis 100 Mikrometer dick (1 Mikrometer = ein Tausendstel Millimeter).

Zwischen den einzelnen Muskelfasern befinden sich kleinste Blutgefäße (sog. Kapillaren) sowie Nervenfasern und Bindegewebe. Das Bindegewebe – fachsprachlich Endomysium genannt – fasst die einzelnen Muskelfasern zu mehreren Bündeln zusammen. Ein Muskelfaserbündel setzt sich aus etwa 10 bis 20 parallel angeordneten Muskelfasern zusammen.

Anatomische Darstellung eines Skelettmuskels. © Jupiterimages/iStockphoto

Jeder Skelettmuskel besteht aus vielen parallel angeordneten Muskelfasern, die zu mehreren Muskelfaserbündeln zusammengefasst werden.

Die nebeneinanderliegenden Muskelfaserbündel werden ebenfalls durch Bindegewebe, dem sogenannten Perimysium, voneinander getrennt.

Rund 10 bis 40 Muskelfaserbündel zusammen formen einen Skelettmuskel, der von einer weiteren bindegewebigen Hülle, dem sogenannten Epimysium, bedeckt wird. Das Epimysium wiederum ist von einer sehnenartigen Muskelhaut aus straffem Bindegewebe umhüllt, die man Faszie nennt. An den Enden des Muskels vereinigt sich die Faszie mit der Muskelsehne.

Betrachtet man die einzelnen Muskelfasern etwas genauer, kann man unter einem Mikroskop erkennen, dass jede Muskelfaser aus winzigen Komponenten aufgebaut ist – dies sind die sogenannten Myofibrillen (griech. myos = Muskel, lat. fibrille = kleine Faser).

Innerhalb der Myofibrillen findet man zahlreiche, nebeneinander angeordnete Sarkomere, die durch Zwischenscheiben (sog. Z-Scheiben) miteinander verbunden sind. Ein einzelnes Sarkomer ist sozusagen ein sehr kleines Teilstück einer Myofibrille.

Sarkomer

Das Sarkomer ist die kleinste funktionelle Einheit der Muskulatur – es misst in Ruhe gerade einmal 2 bis 2,5 Mikrometer (dies entspricht 0,002 bis 0,0025 Millimeter). Das bedeutet: In einer Muskelfaser mit einer Länge von 10 Zentimetern liegen in einer einzigen Myofibrille etwa 40.000 Sarkomere längs in Reihe.

Da eine Muskelfaser aus sehr vielen Myofibrillen besteht, – und ein Skelettmuskel wiederum aus sehr vielen Muskelfasern – enthalten Muskeln teilweise mehrere hundert Millionen Sarkomere.

Das Bild zeigt eine Illustration eines Sarkomers. © Flickr

Jedes Sarkomer besteht aus mehreren Aktin- und Myosinfilamenten und wird von den Z-Scheiben begrenzt. (Quelle: Flickr Servier Medical Art, CC BY 2.0)

Jedes Sarkomer enthält mehrere fadenförmige Eiweißketten, sogenannte Filamente. Hauptsächlich besteht ein Sarkomer dabei aus dünnen Aktin- sowie etwas dickeren Myosinfilamenten. Die Myosinfilamente befinden sich in der Mitte des Sarkomers. Die dünnen Aktinfilamente sind an den Enden des Sarkomers an den Z-Scheiben befestigt und ragen in die Mitte hinein.

Das Besondere: Aktin und Myosin sind so angeordnet, dass sie unter Energieverbrauch ineinander gleiten können. Beide Filamente ändern dabei nicht ihre Länge – nur der Abstand zwischen den beiden Z-Scheiben eines Sarkomers verringert sich.

Dieses Ineinandergleiten von Aktin und Myosin ist der Grund dafür, dass sich Sarkomere verkürzen können. Durch die Verkürzung vieler einzelner Sarkomere hintereinander kommt es schließlich zu einer sichtbaren Muskelkontraktion.

Muskelfaser

Viele Sarkomere hintereinander bilden eine Myofibrille, viele parallel angeordnete Myofibrillen bilden eine Muskelfaser. Doch Muskelfaser ist nicht gleich Muskelfaser.

Prinzipiell lassen sich zwei Haupttypen von Muskelfasern unterscheiden:

  • langsame Muskelfasern, sogenannte ST-Fasern beziehungsweise Typ-I-Fasern (slow twitch = langsamzuckend) und
  • schnelle Muskelfasern, auch als FT-Fasern oder Typ-II-Fasern (fast twitch = schnellzuckend) bekannt.

Die ST-Fasern kontrahieren verhältnismäßig langsam, dafür sind sie sehr ausdauernd. Der Grund: ST-Fasern enthalten viel Myoglobin (ein Muskelprotein, das den Sauerstoff aus dem Blut aufnimmt und an die Muskeln abgibt) und sind reich an Mitochondrien (die "Kraftwerke der Zelle", die das für die Muskelkontraktion nötige energiereiche Molekül Adenosintriphosphat (ATP) bilden). Dadurch gewinnen sie ihre Energie vor allem unter Verbrauch von Sauerstoff (aerobe Energiegewinnung). Insbesondere die Muskeln, die bei der Halte- oder Stützarbeit beteiligt sind, haben einen sehr hohen Anteil von langsam zuckenden Muskelfasern.

Die FT-Fasern hingegen können große Kräfte erzeugen und relativ schnell kontrahieren – dafür haben sie ein geringeres Ausdauervermögen. Im Gegensatz zu den ST-Fasern greifen die FT-Fasern vor allem auf die anaerobe Energiegewinnung (ohne Sauerstoff) zurück, da die Mitochondrien die FT-Fasern nicht schnell genug mit Energie versorgen können.

Eigenschaften der verschiedenen Muskelfasern

  Langsame Muskelfasern (ST-Fasern) Schnelle Muskelfasern (FT-Fasern)
Synonyme • Typ-I-Fasern
• rote Muskelfasern
• Typ-II-Fasern
• weiße Muskelfasern
Funktion Halte- und Stützfunktion Schnellkraft
Zellbestandteile • viele Mitochondrien
• viel Myoglobin
• wenige Mitochondrien
• wenig Myoglobin
Stoffwechsel aerob anaerob (glykolytisch)
Arbeitsweise • langsame Kontraktion
• geringe Ermüdung
• schnelle Kontraktion
• schnellere Ermüdung

In allen Muskeln kommen sowohl ST-Fasern als auch FT-Fasern vor. Wie viele Muskelfasern eines bestimmten Typs genau vorliegen, ist von Muskel zu Muskel und von Mensch zu Mensch sehr verschieden.

Das genaue Verhältnis von ST- zu FT-Fasern ist weitgehend genetisch vorgegeben und im überwiegenden Teil der Bevölkerung ungefähr gleich groß.

In Ausnahmefällen kann sich diese Verteilung allerdings in eine Richtung verschieben: So kann zum Beispiel ein "geborener Sprinter" schon bei der Geburt einen FT-Faser-Anteil von bis zu 80 Prozent besitzen, talentierte Marathonläufer hingegen zeichnen sich durch einen höheren Anteil langsam zuckender Muskelfasern aus.

Durch Training lässt sich die Verteilung der Muskelfasern nur bedingt verändern: Regelmäßiges Ausdauertraining führt auf Dauer dazu, dass sich die schnellzuckenden FT-Fasern in ST-Fasern "umwandeln" – eine Umwandlung von langsamen Muskelfasern in schnelle Muskelfasern ist jedoch unmöglich.

Muskelspindel

In jedem Muskel befinden sich neben zu Bündeln zusammengefassten Muskelfasern, Blutgefäßen und Bindegewebe unter anderem auch sogenannte Muskelspindeln.

Bei den Muskelspindeln handelt es sich um kleine Bindegewebskapseln in Form einer Spindel, die zwischen den einzelnen Muskelfasern eines Muskels liegen. Muskelspindeln erstrecken sich jedoch nicht über die gesamte Länge des Muskels, sondern sind an ihren Enden mit den benachbarten Muskelfasern verbunden.

Im Inneren der Muskelspindeln befinden sich einige wenige dünne Muskelfasern – fachsprachlich "intrafusale" Fasern genannt. Von außen winden sich Nervenenden spiralförmig um die Muskelspindeln.

Ein Illustration einer Muskelspindel. © Jupiterimages/Dorling Kindersley RF

Muskelspindeln liegen zwischen den einzelnen Fasern eines Muskels.

Die Muskelspindeln messen kontinuierlich die

  • Länge des Muskels,
  • Veränderungen der Länge und
  • die Geschwindigkeit dieser Veränderungen.

Man könnte eine Muskelspindel daher als eine Art "Längenkontrollsystem" des Muskels bezeichnen.

Wird ein Muskel gedehnt, so dehnen sich auch die darin liegenden Muskelspindeln. Diese Dehnung führt zu einer Reaktion der Nervenfasern, die die Muskelspindeln umfassen – genauer gesagt leiten die Nerven diese Informationen über das Rückenmark an das Gehirn weiter.

Registriert die Muskelspindel eine plötzliche Dehnung eines Muskels, führen die im Rückenmark eintreffenden Signale der Muskelspindel dazu, dass sich der komplette Muskel reflektorisch zusammenzieht. Dies schützt den Muskel vor Überdehnung und Verletzungen.

Ein Beispiel: Der Schwerpunkt des Kopfes liegt leicht vor dem Kopfgelenk. Der Kopf neigt also prinzipiell dazu, nach vorne zu kippen – durch eine ständige Spannung in den Nackenmuskeln wird er jedoch aufrecht gehalten.

Schläft man im Sitzen ein, so entspannen sich die Nackenmuskeln und der Kopf kippt nach vorn. Dadurch werden die Muskelspindeln in den Nackenmuskeln gedehnt. Dies führt dazu, dass sich die Nackenmuskeln reflektorisch zusammenziehen und man den Kopf unbewusst wieder aufrichtet.

Muskelspindeln sind über den gesamten Muskel verstreut. Wie viele Muskelspindeln sich in einem Muskel befinden, ist sehr unterschiedlich – die genaue Anzahl kann zwischen 40 und 500 Muskelspindeln pro Muskel variieren.

Muskeln, die an sehr feinen Bewegungen beteiligt sind (z.B. die Muskeln des Auges oder die Fingermuskeln), besitzen viele Muskelspindeln. Die Muskulatur des Rumpfes hingegen weist nur eine geringe Anzahl an Muskelspindeln auf.