Physiologie (Subject) / Muskelphysiologie (Lesson)

Muskelphysiologie

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• 1. Muskelphysiologie - 3 Formen von Muskelgewebe Man unterscheidet 3 Formen von Muskelgewebe, die sich in Aufbau, Funktion und nervaler Innervation unterscheiden: quer gestreifte Muskulatur Herzmuskulatur (stellt eine Sonderform der quergestreiften Muskulatur dar) glatte Muskulatur  
• 2. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Formen Formen:   Skelettmuskulatur Herzmuskulatur  
• 3. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Funktion Funktion: Bewegungs-, Stütz- und Haltefunktion
• 4. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Innervation Innervation: Segmental über motorische Fasern der Spinalnerven. Beginn des Motoneuron: Vorderhornzellen RM Bei Hirnnerven: In Hirnnervenkernen (Hirnstamm)
• 5. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Motorische Einheit Motorische Einheit = Motoneuron + innervierte Muskelfasern Erregungsübertragung über neuromuskuläre Endplatte.    
• 6. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Aufbau Muskelfaser Aufbau Muskelfaser: Muskelfaser → Myofibrillen (parallel zur Längsachse der Faser)→ Myofilamenten (Aktin + Myosin)
• 7. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Aktinfilament Aktinfilament (dünn): Besteht aus 3 Proteinen: Aktin:  2 spiralförmig verdriltte Ketten aus kugelförmigen Untereinheiten. Bindungsstelle für Myosin, Tropomyosin, Troponin und Benachbarte Aktinmoleküle Tropomyosin: Fadenförmig Verlauf: In Windungen von Aktinmolekül Bedeckt in Ruhe Myosin-Bindungsstellen des Aktins → hemmt Verbindung zwischen Aktin + Myosin Troponin: Besteht aus 3 kugelförmigen Untereinheiten (T, I, C) Bindet in regelmäßigen Abständen an Tropomyosin + Aktin WICHTIG! Nur gestreifte Muskulatur hat Troponin (glatte Muskulatur = Caldesmon)
• 8. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Myosinfilament Myosinfilament (dick): Heavy Chain:  Myosinkopf (Bindungsstelle für Aktin, ATP + ATPase-Aktivität) Myosinhals Querverbindungen zu benachbarten Aktinmolekülen Light Chain Myosinschaft Durch Anlagerung an andere Myosinschäfte → eigentliche Myosinflament  
• 9. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Sarkomer Sarkomer = Bereich zwischen 2 Z-Scheiben   Kleinste funktionelle Einheit einer Muskelzelle Z-Scheiben: Aktinfilamente sind in der  Mitte an Z-Scheiben fixiert Benachbarte Aktinfilamente teilen sich die Z-Scheiben  
• 10. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Sarkoplasmatisches Retikulum Sarkoplasmatische Retilkulum = ER der quergestreiften Muskulatur Aufbau:   längs zur Muskelfaserrichtung umgibt mehrere Myofibrillen vollständig keine Verbindung zum EZR terminale Zisternen: Endbläschen des longitudinalen Systems Funktion: Kalziumspeicher der Muskelzelle Wesentlich höhere Kalzium-Konzentration als im IZR → wird mit Kalziumpumpe erreicht Freisetzung des Kalzium nach Beginn des AP → Muskelkontraktion  
• 11.Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Transversale System Transversale System = Einstülpungen der Zellmembran = T-Tubuli Aufbau:   verläuft quer zur Muskelfaserrichtung Verbindung zum EZR Skelettmuskel → 2 T-Tubuli pro Sarkomer Herzmuskel  → 1 T-Tubuli pro Sarkomer Funktion: Schnelle Ausbreitung der Aktionspotentiale über die gesamte Muskulatur  
• 12. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelkontraktion - Kontraktionsaktivierung Kontraktionsaktivierung:  Skelettmuskulatur:  Erregung über Motoneuron des somatischen Nervensystems Herzmuskulatur:  Autonom gesteuert durch Sinusknoten → Herz kann sich selbst erregen. Vegetatives NS kann "Herzaktivität" beeinflußen.   
• 13.Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelkontraktion - Elektromechanische Kopplung Elektromechanische Kopplung = Kopplung zwischen elektrischer Erregung (AP) und mechanischer Muskelaktion (Kontraktion). Ablauf: Ausbreitung der Erregung über transversales System → Übergang der Erregung von transversalen System auf longitudinales System an Schnittstellen → Kalziumfreisetzung aus SR → Änderung der Kalziumkonzentration IZR → Kontraktion  Aktives Zurückpumpen von Kalzium in longitudinales System über Kalziumpumpe → Muskel entspannt sich  
• 14. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelkontraktion - Kontraktionsmechanismus Kontraktionsmechanismus: Erregung bewirkt Kalziumfreisetzung in IZR → Kalzium verbindet sich mit Troponin C → Tropomyosin ändert seine Lage im Aktinmolekül → Bindungstelle für Myosin wird frei → Aktin verbindet sich mit Myosinkopf → Kippbewegung des Myosinkopfes Winkel ändert sich von 90°auf 50°→ Aktin- und Myosinfilamente gleiten aneinander vorbei → Aktin aktiviert mit Co-Faktor Mg die ATPase des Myosinkopfes → ATPase spaltet ATP in ADP + P → ADP löst sich von Myosin-Aktin-Verbindung → Myosinkopf kippt auf 45 ° (Rigorstellung) = eigentliche Kontraktion. Lösung des Aktin-Myosin-Komplexes über neue ATP-Anbindung am Myosinkopf = Weichmacherfunktion des ATP → Myosinkopf  knickt wieder in Ausgangslage von 90° zurück (Um Ruhestellung zu erreichen, muss Kalzium wieder vollständig in SR zurückgepumt werden - durch Kalziumpumpe -) Kraftentwicklung durch hydrolytische Spaltung von ATP Sarkomere durchlaufen Kontraktionszyklus nicht gleichzeitig → gleitende Bewegung (nicht ruckartig)
• 15. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelkontraktion - Klinik Klinik: Totenstarre (Aktin-Myosin.Komplex bleibt in Kontraktionsstellung) da ATP fehlt (wird im Falle des Todes nicht mehr nachgebildet) um Komplex aufzubrechen (Weichemacherfunktion des ATP).  Totenstarre wird erst mit Verwesungsprozess = Zersetzung von Eiweiß aufgelöst
• 16. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Phasen der Muskelkontraktion Phasen der Muskelkontraktion: Latenzzeit (= verborgen, noch keine Anzeichen): Kontraktionszeit: Erschlaffungszeit:  
• 20. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Formen der Muskelkontraktion   Formen der Muskelkontraktionen: Einzelzuckung Tetanische Kontraktion  - unvollständige Tetanus - vollständige Tetanus  
• 24. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Kontraktionsformen Kontraktionsformen Isometrische Kontraktion: Spannung erhöht Muskellänge konstant Isotone Kontraktion: Spannung  konstant Muskellänge erhöht  
• 26. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Typen der Skelettmuskulatur - Weiße Muskelfasern Weiße Muskelfasern (schnell): Vorkommen: v.a. Extremitäten Eigenschaften: hohe ATPase-Aktivität → schnelle Kontraktion (+ schnelle Ermüdung wegen hohen Energieverbrauch) → schnelle Bewegungen enthalten wenig Myoglobin(= Sauerstoff-Speicher im Muskel), geringe Kapillarversorgung aber hoher Glykogengehalt, da wenige Mitochondrien  wenig Mitochondrien → Energiegewinnung v.a über anerobe Glykolyse → schnelle Ermüdbarkeit  hohe Enzymaktivität (z.B. LDH = Laktatdehydrogenase) Innervation: über Motoneurone mit großem Zellkörper
• 27. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Typen der Skelettmuskulatur - Rote Muskelfasern Rote Muskelfasern (langsam): Vorkommen: v.a in Muskelgruppen die Haltearbeit leisten müssen. z.B. Rumpfmuskulatur Eigenschaften: eher langsame Kontraktion + langsame Ermüdung→ Haltearbeit enthalten viel Myoglobin, gute Kapillarversorgung viele Mitochondrien → Energiegewinn v.a über aerobe Glykolyse Innervation: über Motoneurone mit kleinen Zellkörpern
• 28. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Trophik der Skelettmuskulatur Trophik der Skelettmuskulatur Atrophie = Anpassungreaktionen die aufgrund einer Leistungsminderung entstehen. Konstante Faseranzahl, Abnahme des Querschnitts = Zellvolumenabnahme → Leistungsminderung des Muskels Bsp.: nicht ausreichende Belastung z.B. Ruhigstellung in Gips (= Inaktivitätsatrophie) Hypertrophie = Anpassungreaktion die aufgrund einer Leistungssteigerung entsteht. Konstante Faserzahl, Zunahme des Querschnitts = Zellvolumenzunahme → Leistungsteigerung des Muskels Bsp. Zunahme der körperlichen Arbeit. z.B. Training, proteinreiche Ernährung Hyperplasie = Anpassungreaktion die aufgrund einer Leistungssteigerung entsteht Zunahme der Faseranzahl = Zellzahlzunahme, geringe Zunahme des Querschnitts (sehr selten beim Menschen)
• 29. Muskelphysiologie - glatte Muskulatur - Vorkommen Vorkommen: Hohlorgane des Abdomen (z.B. Darm, Gallengänge, Magen etc.) Bronchialsystem Organe des kleinen Beckens (Blase, Uterus, Urethra etc.) Blutgefäßwände
• 30. Muskelphysiologie - glatte Muskulatur - Feinbau der Muskelfasern Feinbau der Muskelfasern: Glatte Muskulatur verfügt über keine klare räumliche Anordnung (im Gegensatz zu quergestreifter Muskulatur) Kontraktile Proteine (Myosin + Aktin) vorhanden, aber keine Sarkomere (und damit keine Querverbindungen) und keine motorische Endplatten.  
• 31. Muskelphysiologie - glatte Muskulatur - Feinbau der Muskelfasern - Muskelzelle Muskelzelle: spindelförmig Aktinfilamente: über dense bodies (=Verdichtungszone) verbunden (nicht über Z-Scheiben) Myosinfilamente: Aktin- und Myosinfilamente nicht regelmäßig (im Gegensatz zu quergestreifter Muskulatur) Desmosomen: verbinden Zellen untereinander SR: weniger stark ausgebildet Calmodulin: bindet Kalzium ( entspricht Troponin in quergestreifter Muskulatur)  
• 32. Muskelphysiologie - glatte Muskulatur - Feinbau der Muskelfasern - Muskeltypen Muskeltypen Single-Unit Muskeltyp   Vorkommen: Darm, Gallengang, Blutgefäße, Ureter, Uterus Erregung: autonome Schrittmacherzellen im Muskelsynzitium (= Muskelkolonie) → Weiterleitung von Zelle zu Zelle über gap-junctions (Elektrische Kopplung der Zellen). Steuerung: durch Hormone z.B. Uterus reagiert auf Einfluß von Östrogenen Tonuserhöhung durch Dehnung des Muskels    Multi-Unit Muskeltyp   Vorkommen: Brocnchien, Iris, große Blutgefäße, Ductus deferens Erregung: durch vegetative Nerven. Nur vom ZNS gesteuert. Steuerung: durch Nervenversorgung (Transmitter -siehe Neurophysiologie). Synapsen haben sehr engen Kontakt zueinander.  
• 33. Muskelphysiologie - glatte Muskulatur -Muskelkontraktion - Kontraktionsmechanismus Kontraktionsmechanismus: Unterschiede zur quergestreiften Muskulatur: wenig SR, wenig T-Tubuli Kalzium hauptsächlich über Diffusion aus EZR in IZR (nicht aus SR) → wesentlich langsamere Kontraktion → wesentlich geringerer Energieverbrauch Kalzium bindet an das Protein Calmodulin (nicht an Troponin C) (Strukturen generell weniger ausgeprägt) Kontraktionsablauf: Vergleichbar mit quergestreifter Muskulatur.
• 17. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Phasen der Muskelkontraktion - Latenzzeit Latenzzeit (= verborgen → noch keine Anzeichen): Beginn des Kalzium- Einstroms Vorbereitung auf Kontraktion  ca. 2- 5 ms    
• 18. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Phasen der Muskelkontraktion - Kontraktionszeit Kontraktionszeit: Beginn der Kontraktion zwischen 10 - 120 ms (abhängig von der Art des Muskels)    
• 19.Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Phasen der Muskelkontraktion - Erschlaffungszeit Erschlaffungszeit: Zeit in der Kalzium wieder in SR gepumpt wird. ca. 5 x so lang wie Kontraktionszeit    
• 21.Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Formen der Muskelkontraktion - Einzelzuckung Einzelzuckung:  Kontraktion wird nur von 1 AP ausgelöst.  Nur 1 AP = zu kurz um komplizierten Mechanismus des Filamentgleitens zu ermöglichen  → max. Antwort bei Kontraktion, aber nicht max. Verkürzung der Muskelfaser Summierung der Einzelzuckungen (= Superposition):  Erst durch schnelle aufeinanderfolgende AP (die sich z. Teil überlagern) → weitere Kontraktionen → Steigerung der Kontraktionskraft    
• 22. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Formen der Muskelkontraktionen - Tetanische Kontraktion Tetanische Kontraktion: Summierung der Einzelzuckungen durch: Viele AP über längeren Zeitraum in gleichen Abstand → Kalzium-Konzentration IZR bleibt hoch, da Kalzium-Pumpe Kalzium nicht schnell genug ins SR zurückpumpen kann. Unvollständiger Tetanus: Einzelne Kontraktion folgen sehr schnell, verschmelzen aber nicht ganz zu einer "großen" Kontraktion → können noch als Einzelzuckungen wahrgenommen werden. → Erschlaffungszeit verkürzt  → Erholungsphase  Vollständiger Tetanus: Kalziumkonzentration durch viele Erregungen sehr hoch → Erschlaffung der Muskulatur tritt nicht mehr ein → Einzelkontraktionen verschmelzen zu einer einzigen Kontraktion  → Keine Erschlaffungszeit → keine Erhohlung Durch Tetanus wird Kontraktionskraft wesentlich erhöht.  Mittels Frequenz der AP kann somit Muskelkraft variiert werden. 
• 23. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Formen der Muskelkontraktion - Klinik - Kontraktur Kontraktur = Dauerkontraktion Wird nicht durch AP, sondern durch pathologische Einflüße ausgelöst.  z.B. Kalium-Konzentration IZR zu hoch. Zu Kontrakturen kann es nach Schlaganfällen (→Bettlägrigkeit) oder anderen Schädigungen des motorischen Cortex (Polytrauma) kommen.  
• 22a. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Muskelmechanik - Formen der Muskelkontraktionen - Tetanische Kontraktion - EXKURS DOCCHECKFLEXIKON Tetanische Kontraktion =  die andauernde Verkürzung einer Muskelzelle bzw. eines Muskelgewebes durch rasch aufeinanderfolgende AP bzw. eine Dauerdepolarisation an der motorischen Endplatte.  Man unterscheidet den unvollständigen vom vollständigen Tetanus.
• 25. Muskelphysiologie - Quer gestreifte Muskulatur - Typen der Skelettmuskulatur Typen der Skelettmuskulatur: Man unterscheidet: weiße, schnelle Muskelfasern und rote, langsame Muskelfasern. Die Schnelligkeit der Kontraktion wird durch Aktivität der ATPase am Myosin bestimmt: hohe Aktivität → schnelle Kontraktion niedrige Aktivität → langsame Kontraktion

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