Was beeinflusst die Stärke einer Skelettmuskelkontraktion?

Damit sich der menschliche Körper bewegen kann, müssen sich die Skelettmuskeln zusammenziehen. Jeder Muskel im Körper besteht aus Muskelfasern, die in Gruppen, sogenannten motorischen Einheiten, organisiert sind. Diese motorischen Einheiten empfangen Signale vom Gehirn, wenn Bewegung gewünscht wird. Die Fähigkeit, die von den Skelettmuskeln erzeugte Kraft zu variieren, ist für eine reibungslose und koordinierte Ausführung der gemusterten Bewegung wesentlich. Im menschlichen Körper gibt es verschiedene Mechanismen, um die zur effizienten Durchführung dieser Aufgaben erforderliche Stärke effizient zu bestimmen.

Mann mit großen Muskeln im Fitnessstudio (Bild: DAJ / amana images / Getty Images)

Rekrutierung von Motoreinheiten und Zündfrequenz

Eine motorische Einheit ist die Funktionseinheit des neuromuskulären Systems. Die Menge an Muskelfasern, die von einer motorischen Einheit innerviert wird, variiert von weniger als 10 Fasern für kleine Muskeln bis zu mehr als 100 Muskeln für größere Muskeln. Bei der Stimulation ziehen sich alle Fasern zusammen, die durch die stimulierte motorische Einheit innerviert werden. Um die Stärke zu erhöhen, werden mehr Motoreinheiten zur Kontraktion angeworben oder die Frequenz des zu kontrahierenden Signals wird erhöht.

Kontraktionsgeschwindigkeit

Die Fähigkeit des Muskels, Kraft zu erzeugen, wird zum Teil durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich ein Muskel zusammenzieht. Bei konzentrischen Muskelkontraktionen oder bei Verkürzung eines Muskels nimmt die Krafterzeugungsfähigkeit des Muskels mit zunehmender Kontraktionsgeschwindigkeit hyperbolisch ab. Bei exzentrischen oder Muskelverlängerungen wird die Kraft erzeugende Fähigkeit des Muskels mit höherer Geschwindigkeit erhöht.

Muskellänge

Muskelfasern bestehen aus dicken und dünnen Filamenten, die in Sarkomeren oder der kleinsten kontraktilen Muskeleinheit angeordnet sind. Die Länge eines Muskels beeinflusst seine Krafterzeugungsfähigkeit aufgrund der entsprechenden Überlappung von dicken und dünnen Filamenten bei unterschiedlichen Längen. Wenn eine Muskelfaser zur Kontraktion angeregt wird und dieser Muskel eine optimale Länge hat, was durch die größtmögliche Überlappung von dicken und dünnen Filamenten angezeigt wird, wird maximale Stärke erzeugt. Wenn ein Muskel zu kurz oder zu lang ist, wird aufgrund der fehlenden Überlappung der Filamente und der Verfügbarkeit der Bindungsstelle weniger als die optimale Kraft erzeugt.

Muskelfasertyp

Nicht alle Muskelfasern sind gleich. Skelettmuskelfasern lassen sich in eine von zwei Kategorien einteilen, die auf dem alpha-motorischen Neuron basieren, das sie innerviert: Typ I Muskelfasern oder langsam zuckende Fasern und Typ II-Fasern oder schnell zuckende Fasern. Motoreinheiten, die Typ II-Fasern enthalten, sind typischerweise größer als Motoreinheiten, die Typ I-Fasern enthalten. Dieser Unterschied in der Größe der Motoreinheit bedeutet, dass sich bei der Stimulation einer einzelnen Motoreinheit des Typs II mehr Muskelfasern zusammenziehen als wenn eine Motoreinheit des Typs I stimuliert wird. Da in Typ II-Motoreinheiten mehr Fasern zur Kontraktion angeregt werden, wird durch Typ II-Fasern mehr Kraft erzeugt.