«Sporttheoretische Grundlagen FS14» | 02: Aspekte der Sportbiologie

Der Bewegungsapparat verrichtet die Arbeit. Er besteht aus aktiven Strukturen (Muskulatur) und passiven Strukturen (Knochen, Sehnen und Bänder).

Der Stoffwechsel liefert die Energie. Wenn sich Muskelfasern kontrahieren, wird chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt.

Bei der Steuerung führt das Nervensystem Regie. Es besteht aus dem zentralen Nervensystem ZNS (Gehirn und Rückenmark) und einem peripheren Teil, den afferenten (d.h. zum ZNS hinführenden) und den efferenten (vom ZNS wegführenden) Nervenfasern. Es steuert und kontrolliert alle Bewegungen. Die Muskeln mit ihren Sehnen und die Gelenke mit ihren Bändern sind mit Sensoren ausgerüstet. Diese informieren das Zentrale Nervensystem ständig über die Länge der Muskeln, den Zustand der Sehnen und die Stellung der Knochenverbindungen. Die Nerven, die Muskeln und die Bewegungssensoren bilden eine Funktionsgemeinschaft, das neuromuskuläre System.

Jeder menschliche Skelettmuskel wird von einer Bindegewebshülle begrenzt. Sie schützt den Muskel und gibt ihm seine Form. Der Muskel besteht aus zahlreichen Muskelfaserbündeln, diese enthalten die Muskelfaserzellen.

Die Kontraktionsarbeit wird innerhalb dieser Muskelfaserzellen von den Myofibrillen erbracht. Diese verlaufen parallel zur Längsachse der Muskelfaser. Sie bestehen aus einer Kette von winzigen Sarkomeren.

Die Sarkomere sind die kontraktilen (fähig, sich zusammen zu ziehen) Einheiten der Myofibrillen. Sie werden von den Z-Scheiben (Z) begrenzt. Zwischen zwei Z-Scheiben kann man die kontraktilen Proteine, die Myofilamente, erkennen. Es sind die Aktin- und Myosinfilamente. Die Kraftwirkung kommt durch die molekulare Wechselwirkung zwischen diesen Filamenten zustande. In einer aktiven Muskulatur schieben sich diese zwischeneinander, so dass sich die Sarkomere verkürzen.

Die dünnen Myofilamente sind die Aktinfilamente. Sie sind in den Z-Scheiben verankert. Ein Aktinfilament besteht aus Molekülen, welche wie Perlen einer verdrehten Perlenkette angeordnet sind. In der Mitte der Sarkomere, zwischen den Aktinfilamenten, liegen die dicken Myosinfilamente. Jedes Myosinfilament besteht aus einem Bündel von Proteinfäden und trägt etwa 500 Myosinköpfe.

Die Aktin- und Myosinfilamente sind parallel angeordnet. Sechs Aktinfilamente umgeben ein Myosinfilament von der einen Seite und sechs andere von der anderen Seite. Die Aktin- und Myosinfilamente überlappen sich im Ruhezustand, sodass die Myosinköpfe mit den Aktinfilamenten interagieren können. Bei der Muskelkontraktion wird das Myosinfilament biochemisch angeregt, hakt sich bei der Perlenkette der Aktinfilamente ein und zieht diese heran. Dadurch verkürzen sich die Sarkomere teleskopartig. Soll sich der Muskel wieder entspannen, erhalten die Myosinköpfchen das Signal, sich von den Aktinfilamenten zu lösen. Diese gleiten passiv zwischen den Myosinfilamenten in die Ruhelage zurück.

Die Myosinköpfe benötigen für ihre Arbeit chemische Energie in Form von ATP. Sie sind die Träger des ATP-spaltenden Enzyms, der Myosin-ATPase. Dieses Enzym wird durch die Berührung mit dem Aktinfilament aktiviert, sodass es vom ATP eine Phosphatgruppe abtrennen kann.

Je mehr Myosinköpfe aktiv sind, desto mehr ATP wird umgesetzt und desto grösser ist die Leistung, welche von der Myofibrille erbracht wird.