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Wie kontrahiert ein Muskel?

Eine Kontraktion ist die Verkürzung eines Muskels. Der eigentliche Vorgang, der die Kontraktion ermöglicht, findet zwischen den Aktin- und Myosinfilamenten statt. Mit Hilfe der Gleitfilamenttheorie wird das Verschieben der Filamente näher beschrieben.

Gleitfilamenttheorie

Bei einer Kontraktion des Muskels gleiten die Myosin- und Aktinfilamente aneinander vorbei. Dabei ändert sich die Eigenlänge der Filamente nicht. Während einer Muskelkontraktion werden die Aktinfilamente in die Myosinzwischenräume gezogen.

Dadurch verkürzt sich das Sarkomer. Der A-Abschnitt ändert seine Länge nicht, jedoch die H- und I-Abschnitte werden schmaler .

Verkürzt sich das Sarkomer auf ca. 60% der Ruhelänge, treffen die Aktinfilamente in der Mitte des A-Abschnittes aufeinander und die Myosinfilamente stoßen gegen die Z-Scheiben. Wird der Muskel gedehnt, so werden die Aktinfilamente aus den A-Abschnitten herausgezogen und die Filamentenüberlappung nimmt ab. Somit wird das Sarkomer länger.

Jetzt stellt sich aber die Frage, wie die Filamente ineinander gleiten und welcher Vorgang dies ermöglicht. Der Querbrücken-Zyklus gibt modellhaft eine Erklärung für die Verschiebung der Filamente.

Der Querbrückenzyklus

In diesem Modell wird der Vorgang des Hineingleitens der Aktinfilamente in die Myosinzwischenräume mit Hilfe der Brückenbildung erläutert. Der Querbrückenzyklus kann in fünf verschiedene Phasen eingeteilt werden, die in der folgenden Animation näher erläutert werden.

  
Fig: Kontraktionszyklus


Der Kontraktionszyklus dauert 10-100 ms und kann immer wieder von neuem beginnen, solange eine relativ hohe Konzentration von ATP vorhanden ist.
Eine einzelne Querbrücke verkürzt das Sarkomer um etwa 1% der Sarkomerlänge. Dabei werden die Aktinfilamente in der rechten und linken Sarkomerhälfte zur Mitte gezogen.

Durch zyklische Wiederholung dieses Vorganges werden größere Verkürzungen ermöglicht. Je nach Muskelart treten die Köpfchen bis zu mehr als 50mal/s in Aktion. Da die Sarkomere in den Myofibrillen in Reihe liegen, addieren sich die kleinen Längenänderungen des Sarkomers zu einer sichtbaren Kontraktion des Muskels. Die Voraussetzung zur Kontraktion bildet die elektrische Erregung, die über die motorische Endplatte auf die Muskelzellmembran übertragen wird. Die darauf erfolgende Freisetzung von Ca++ löst die Kontraktion aus.

 

   Projektträger Bundesministerium für Bildung  und Forschung    Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

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