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Muskelfaser

Synonyme: Myocytus striatus, quergestreifte Muskelzelle, Skelettmuskelzelle
Englisch: muscle fiber

1 Definition

Unter einer Muskelfaser versteht man eine Untereinheit des Muskels, welche nach den Muskelfaserbündeln folgt.

2 Aufbau

Die Muskelfaser, die auch als quergestreifte Muskelzelle bezeichnet wird, ist keine Einzelzelle, sondern ein sogenanntes Syncytium. Aus den Myoblasten entsteht teils durch Vereinigung, teils durch Längenwachstum und Zellkernteilung ein fadenförmiges Gebilde mit oft hunderten Zellkernen - auf 1 mm können dabei bis zu 40 Zellkerne kommen. Die Muskelfaser an sich kann zwischen 1 mm und 15 cm lang sein, der Durchmesser beträgt zwischen 10 und maximal 200 µm.

In der Muskelfaser sind dichtgepackte Myofibrillen eingelagert, die von folgenden Bausteinen begleitet sind:

Die Muskelfaser besteht zu 75% aus Wasser, zu 20% aus Proteinen, zu 5% aus Fetten, Glykogen, stickstoffhaltigen Substanzen und Ionen (Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium, Chlor). Bei den Proteinen lassen sich Strukturproteine (70%) und gelöste Proteine (30%) unterscheiden. Die Strukturproteine enthalten 50% kontraktile Proteine (Aktin und Myosin) und 20% des sogenannten Stroma, das aus Salzlösungen, ungelösten Proteinresten und Grundsubstanzen besteht.

3 Einteilung

Nach Struktur und Funktion lassen sich schnellzuckende und langsamzuckende Fasertypen unterscheiden. Man spricht auch von sogenannten phasischen und tonischen Muskelfasern, wobei die phasischen (schnellzuckenden) Muskelfasern schwach rosa gefärbt sind, da sie wenig Myoglobin enthalten. Zudem haben sie ein stärker ausgebildetes sarkoplasmatisches Retikulum, welches eine sehr schnelle Freisetzung und Wiederaufnahme von Ca2+ ermöglicht. Tonische Fasern, deren Spannungsentwicklung deutlich kleiner ist als die der schnellen Fasern, sind rotbraun gefärbt, da sie viel Myoglobin enthalten. Sie finden sich beispielsweise im Zwerchfell, in den Muskelspindeln und in den Augenmuskeln.

4 Muskelfasertypen

Im Skelettmuskel finden sich drei Haupttypen an Fasern: sehr schnelle Typ IIx-Fasern, schnelle Typ IIa-Fasern und langsame Typ I-Fasern.

4.1 Typ I

Typ I sind die langsamsten Fasern und beginnen ihre Kontraktion ca. 100 ms nach Eintreffen des Aktionspotenzials. Sie arbeiten glykolytisch und können bei anhaltender Arbeit auch Fettsäuren verwerten. Aufgrund des rein oxidativen Stoffwechsels sind diese Muskeln stark kapillarisiert, myoglobin- und mitochondrienreich. Das Myoglobin verleiht ihnen ein tiefrotes Aussehen.

4.2 Typ IIa

Typ IIa-Fasern kontrahieren auch schnell (ca. 50 ms) und können viel Kraft zu erzeugen. Sie sind oxidativ und arbeiten glykolytisch (je nach Bedarf laktazid oder aerob). Deshalb enthalten sie sowohl Myoglobin (hellrote Farbe) als auch Mitochondrien. Sie ermüden langsamer als Typ IIb und können typischerweise maximal ca. 30 Minuten arbeiten.

4.3 Typ IIx

Typ IIx-Fasern kontrahieren am schnellsten (ca. 25 ms) und kraftvollsten. Die wichtigsten Quellen der Energiegewinnung sind das ATP-CP System und die anaerobe laktazide Glykolyse. Aufgrund ihres Stoffwechsels enthalten diese Faser wenig Myoglobin (daher weisse Farbe) und sehr wenige Mitochondrien. Fasern dieses Types können ihre Aktivität nur für ca. 60 Sekunden aufrechterhalten.

4.4 Verteilung

Grundsätzlich ist die Verteilung der Fasertypen genetisch vorgegeben. Die Zusammensetzung wird auch durch die Funktion des Muskels beeinflusst, so besteht z.B. ein Rumpfmuskel vor allem aus Typ I-Fasern, während Muskeln in den Armen typischerweise mehr Typ IIx- und Typ IIa-Fasern aufweisen.

4.5 Trainingseinflüsse

  • Krafttraining führt zum Querschnittswachstum von Typ IIx und Typ IIa. Gewisse Quellen gehen sogar von einer Umdifferenzierung von Typ IIa- in Typ IIx-Fasern aus, dies ist aber noch nicht genügend überprüft worden. Typ I-Fasern wachsen nicht wesentlich durch Krafttraining, können aber dadurch trotzdem zu höherem Kraftoutput stimuliert werden.
  • Ausdauertraining führt in allen drei Fasertypen zur gleichen Veränderung (allerdings in unterschiedlichem Masse), nämlich zur Ausbildung von mehr Mitochondrien, einer höheren Myoglobinkonzentration und einer verbesserten Kapillarisierung. Typ I- und Typ IIa-Fasern durchgehen diese Umstellung "bereitwilliger" als Typ IIx-Fasern. Einige Quellen gehen auch von einem Umbau von Typ IIx in Typ IIa aus.

4.6 Bemerkungen

Nach Myosinisoformen können nicht nur drei, sondern sieben Muskelfasertypen unterschieden werden. Die Charakteristika der anderen vier, nicht erwähnten Fasern, bewegen sich zwischen den oben genannten. Sortiert nach Kontraktionstempo (von langsam nach schnell) sind sie:

  • Typ I
  • Typ Ic
  • Typ IIc
  • Typ IIac
  • Typ IIa
  • Typ IIax
  • Typ IIx

5 Funktion

Die Muskelfaser ist an der Muskelkontraktion beteiligt, da sie sich unter Verkürzung vieler Sarkomere zusammenzieht. Weitere Einzelheiten sind im Artikel "Gleitfilamenttheorie" beschrieben.

6 Pathophysiologie

Wird eine Muskelfaser stark und plötzlich gedehnt, kommt es infolge dessen zu einem sogenannten "Muskelfaserriss". Dieser lässt sich meist als eine Art "Stockschlag", "Peitschenhieb" oder "Messerstich" wahrnehmen. Häufig sind solche Muskelfasern betroffen, die sich am Sehnenübergang befinden. Der Muskelfaserriss tritt oft in der Wadenmuskulatur auf und lässt sich als Eindellung tasten, welche mit einem Bluterguss einhergeht. Im sportlichen Rahmen kann man einen Muskelfaserriss durch Aufwärmen vorbeugen. Die Therapie besteht in erster Linie aus Kühlen, einem Druckverband und Hochlagern, jedoch keiner Massage. Eine stärkere bzw. sportliche Belastung kann nach ca. 5–6 Wochen wieder aufgenommen werden.

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Fachgebiete: Histologie, Physiologie

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