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Kreative Zerstörung
Selbstversuch im Hamburger Stadtpark. Ich bürste den Staub mehrerer Jahre von meinen Jogging-Schuhen und trabe los. 6,3 Kilometer, Puls 170: Ich kann die Beine kaum mehr heben, mein Gewicht wirkt wie verdoppelt. Nach 7,6 Kilometern bleibt die Luft weg. Ansonsten scheint mein Körper intakt zu sein - bis auf ein leichtes Zerren außen an den Oberschenkeln. Das böse Erwachen folgt am nächsten Morgen: ein diffuser Druck in den Hüftgelenken, ein peinigendes Ziehen in den steifen, geschwollenen Oberschenkelmuskeln. Ich humpele in die Küche, hole mir einen Kaffee und rufe Professor Klaus-Michael Braumann vom Institut für Sport- und Bewegungsmedizin der Universität Hamburg an. "Mikro-Läsionen", bringt der Sportmediziner den Muskelkater auf den Fachbegriff: "In Ihren Muskelfasern sind durch die Überlastung winzige Verletzungen entstanden. Sie werden in ein paar Tagen völlig verheilt sein."
Kreative Zerstörung
Im Fitness-Studio, erfahre ich, lässt solch "kreative Zerstörung" den Bizeps systematisch wachsen. Aber auch wenig trainierte Menschen sind wahre Muskelpakete: Bei Männern machen die ungefähr 640 Muskeln rund 40 Prozent der Körpermasse aus, bei manchen Bodybuildern sogar mehr als 50 Prozent. Der Bedarf ist auch immens: Jede Bewegung des Körpers - jede innerliche und jede äußerliche - wird durch Muskelarbeit ausgelöst.
Zwei Arten Muskulatur
Mediziner unterscheiden zwei große Gruppen von Muskeln: die glatte und die quergestreifte Muskulatur - so genannt, weil sie unter dem Mikroskop ein gleichmäßiges Muster aus hellen und dunklen Streifen aufweist. Glatte Muskulatur findet sich etwa im Magen-Darm-Trakt und in anderen Hohlorganen wie Gallenblase, Harnblase und Gebärmutter. Sie geht meist sehr langsam zu Werke (so bei der Peristaltik, dem Transport des Darminhalts, siehe Seite 60), kann sehr lange angespannt bleiben, ohne zu ermüden (wie der Schließmuskel am Rektum) - und arbeitet, ohne dass wir darüber nachdenken.
Was der Bizeps bewirkt
Zur quergestreiften Muskulatur zählen die Skelettmuskeln, diejenigen, die über Sehnen mit den Knochen verbunden sind. Quergestreift ist auch die Herzmuskulatur. Doch während das Herz ebenfalls gleichsam "automatisch" unser Blut pumpt, werden die Skelettmuskeln, mit denen wir Arme, Beine und Finger, aber auch Gesichts- (Mimik) und Kehlkopfmuskeln (Sprechen) bewegen, durch unseren Willen gesteuert. Soll sich der Unterarm beugen, spannen wir den berühmten Bizeps im Oberarm an. Er ist über Sehnen an den Knochen in Unterarm und Schulter befestigt, und durch das Anspannen verkürzt sich der Bizeps, was den Unterarm nach oben zieht. Zum Strecken des Unterarms müssen wir jedoch einen anderen Muskel an der Rückseite des Oberarms - den Trizeps - anspannen.
Muskeln haben Gegenspieler
Denn Muskeln entfalten ihre Kraft ausschließlich durch Verkürzung - nicht etwa dadurch, dass sie sich entspannen. Daher wird der Trizeps benötigt, damit der Unterarm wieder gestreckt wird. Der Muskel, der jeweils eine Bewegung auslöst, gilt als Spieler (Agonist), der andere - dann inaktive - als Gegenspieler (Antagonist). Wie andere Skelettmuskeln besteht der Bizeps aus einer Muskel-Faszie genannten Außenhaut aus derbem Bindegewebe, welches die Muskelfaserbündel umschließt. Die Muskelfasern, oder quergestreifte Muskelzellen, zählen mit bis zu 15 Zentimeter Länge zu den größten Zellen im menschlichen Körper. (Die dickste glatte Muskelzelle - in der Gebärmutter am Ende der Schwangerschaft - ist etwa einen halben Millimeter stark, die dünnsten sind um rund ein Fünfzigstel feiner.)
Organische Teleskop-Antennen
Jede Skelettmuskelfaser enthält Hunderte von Myofibrillen. Diese nur rund ein Tausendstelmillimeter dünnen Fäden sind die eigentlichen Motoren der Muskelkontraktion: Sie bestehen aus einer Kette kontraktiler Elemente - den Sarkomeren. Diese länglichen Strukturen können sich auf ähnliche Weise verkürzen wie eine zusammenschiebbare Teleskop-Antenne.
Wo die Energie herkommt
Um Arbeit zu verrichten, benötigen die Muskeln Energie. Ihr Kraftstoff ist das ATP (Adenosintriphosphat), das von den Mitochondrien - den "Kraftwerken" der Zellen - aus den Abbauprodukten von Kohlenhydraten, Fettsäuren und anderen Substanzen erzeugt wird. ATP ist stets in den Muskelzellen vorhanden und wird dann benötigt, wenn die Nerven das Signal zur Muskelkontraktion geben. Für die ATP-Herstellung brauchen die Mitochondrien Sauerstoff. Der wird vom Blut angeliefert, das durch die zahlreichen Äderchen in den Bindegewebshüllen der Muskelfasern fließt. Bei schwerer körperlicher Arbeit benötigen Muskeln aber bis zu 500-mal mehr Sauerstoff als im Ruhezustand; dabei erhöht sich die Durchblutung auf das 20fache.
Muskelkraft im roten Bereich
Reicht bei kurzfristiger extremer Belastung der Sauerstoff dennoch nicht aus, können Muskeln auf sauerstofffreien (anaeroben) Stoffwechsel umschalten. Dabei wird in den Zellen vorhandener Traubenzucker über mehrere Zwischenstufen abgebaut und mithilfe der dabei freigesetzten Energie ATP aufgebaut. Als Abbauprodukt entsteht Milchsäure (Laktat), die den Muskel buchstäblich versauern und schnell ermüden lässt.
Die Übersäuerung
Das war der Moment, als mir plötzlich im Stadtpark nach einem kurzen Zwischensprint die Beine schwer wurden. Bis Ende der 1970er Jahre hielten Forscher solche Laktat-Übersäuerung für die Ursache des Muskelkaters - eine These, die, so der Sportmediziner Braumann, "auch heute noch durch manche Fachbücher geistert." Dabei hat der dänische Sportphysiologe Erling Asmussen bereits 1956 den Gegenbeweis geliefert.
Bergab wandern gibt Muskelkater
Er ließ Probanden bis zur Erschöpfung auf einen Hocker steigen - jeweils mit einem Bein zuerst - und dann anschließend mit dem anderen Bein herabsteigen. Beim Absteigen war das auf dem Hocker verbliebene Bein jeweils lediglich mit der "Haltespannung" belastet. Dennoch klagten die Testpersonen am nächsten Tag vor allem über Muskelkater im passiv belasteten Bein. Heute wissen Sportmediziner, dass besonders Bremsbewegungen - etwa beim Bergabsteigen - Muskelkater verursachen. Denn bei solch "negativer Muskelarbeit" werden die Kräfte auf weniger Muskelfasern verteilt als bei aktiver Muskelarbeit, beim Bergaufsteigen etwa. Das belastet und strapaziert die einzelne Faser stärker.
Muskelfasern werden durch Muskelkater stärkerAls Folge der Überlastung reißen an einigen Stellen die Aktin-Fäden von den Z-Scheiben der Sarkomere ab, und in den Muskeln entstehen jene Mikro-Läsionen. Bei der Regeneration vergrößern sich die Z-Scheiben und bilden vermehrt neue Aktin-Fäden. Dadurch werden die Muskelfasern dicker und kräftiger - und in der Summe auch der ganze Muskel. Wenn wir beim Bergsteigen und anderen körperlichen Strapazen ins Schwitzen geraten, heizt uns ebenfalls ATP ein. Denn die während der Muskelbewegung aus dem ATP gewonnene Energie wird nur zu einem kleinen Teil in mechanische Arbeit umgewandelt. So wie ein Automotor weitaus mehr Abwärme als Bewegungsenergie erzeugt, erhitzt die nicht durch Bewegung verbrauchte ATP-Energie unseren Körper - und uns bricht dann der Schweiß aus.
Befehle aus dem Gehirn
Doch wie wird das alles ausgelöst und gesteuert? Zur Aktivierung der Skelettmuskeln kommen die Befehle dazu als elektrische Signale aus Gehirn und Rückenmark. Von dort gelangen sie über Nervenleitungen zu den motorischen Endplatten der Muskeln, den "Eingangspforten" für diese Signale. Sobald der Befehlsimpuls die Muskelfaser erreicht, werden in ihr Kalzium-Ionen freigesetzt. Diese sorgen nun dafür, dass der Prozess beginnt, durch den sich das Sarkomer verkürzt. Durch Kontraktion Tausender "Fasermotoren" zieht sich schließlich der gesamte Muskel zusammen.
Zwei Typen von Muskelfasern
In den Muskeln finden sich zwei Typen von Muskelfasern, die unterschiedlich schnell "zucken". Die Verteilung der beiden Fasertypen in den Muskeln hängt von deren typischer Aufgabe ab und ist, da genetisch bedingt, von Mensch zu Mensch unter-schiedlich. So findet sich etwa in den Beinen guter Sprinter ein deutlich höherer Anteil an schnellen Fasern. Muskeln mit hohem Anteil daran werden auch "weiße Muskeln" genannt, weil sie weniger von dem rot färbenden Stoff Myoglobin enthalten als die langsameren "roten Muskeln".
Komplizierter Rekord
Menschliche Muskeln können enorme Kräfte entfalten. Der iranische Gewichtheber Hossein Rezazedah etwa, Sieger bei den Olympischen Spielen von Sydney im Jahre 2000, stemmte 472,5 Kilogramm - ein heute noch gültiger Weltrekord. "Wie viel Kraft die einzelnen Muskeln dabei aufbringen, ist nicht einfach zu beziffern", sagt Professor Braumann. Möglich sind solche Kraftakte durch ein kompliziertes Zusammenspiel von Muskulatur und Skelettsystem.
Muskeln und Skelett stützen sich gegenseitig
Die Belastungen, die dann auf den Wirbelkörpern im Rücken lasten, sind bis zu zehnmal höher als das, was die Knochen allein tragen könnten. Ohne ihre starke Muskulatur würden diesen Kraftsportlern daher die Knochen brechen. Stützend wirkt vor allem die derbe, feste Muskel-Faszie, die sich beim Anspannen der Muskeln stark verhärtet. Allein die Vorstellung von brechenden Wirbelknochen lässt die Schmerzen in meinen Oberschenkeln erneut aufflammen. Trotzdem laufe ich weiter im Park - und bekomme nach ein paar Tagen kaum noch Muskelkater. Überhaupt scheinen mir meine Beine bereits sichtlich gekräftigt zu sein. Doch bei unserem nächsten Gespräch hängt Braumann meinen Stolz ein bisschen tiefer: "Das ist sicher Einbildung - ganz so schnell wachsen Muskeln denn doch nicht. Sonst brauchten sich Bodybuilder ja nicht jahrelang in Fitness-Studios abzustrampeln."
Buchtipp
Die Abbildungen dieses Artikels stammen aus Prometheus, Allgemeine Anatomie und Bewegungssystem, 550 Seiten, 1694 Abbildungen, erschienen im Thieme-Verlag 2004.Mehr Infos im Internet: www.thieme.de/prometheus
