OHNE SIE BEWEGT SICH NICHTS

Man unterscheidet zwischen der – willkürlich steuerbaren – quergestreiften Skelettmuskulatur und den glatten Muskelzellen, welche vor allem in den Wänden von Hohlorganen und Blutgefäßen liegen. Bei diesem zweiten Typ stammen die Reize, die ihre Aktivität auslösen, aus dem autonomen Nervensystem. Der Herzmuskel nimmt eine Zwischenstellung ein.

Aus chemischer Energie wird mechanische Arbeit Die quergestreiften Muskeln setzen sich aus vielen parallel angeordneten Muskelfaserbündeln, und diese wiederum aus einer Anzahl von Muskelfasern zusammen, den -zellen. Genauer gesagt, handelt es sich um viele miteinander fusionierte Einzelzellen, um Synzytien. Eine solche Einheit, die aus der Verschmelzung von Vorläuferzellen (Myoblasten) hervorgegangen ist, kann deshalb hunderte Kerne enthalten, die hier eher am Rand gelagert sind. Diese Zellen sind fadenförmige Gebilde, deren Länge je nach Lokalisation variiert; sie kann um die 20 Zentimeter erreichen.

Eine große Zahl kontraktiler Elemente, die so genannten Myofibrillen, liegen in Längsrichtung in ihrem Inneren. Diese langgestreckten Strukturen sind zusammengesetzt aus zwei speziellen Muskelproteinen: den dünnen Filamenten (Aktin) und den dicken Filamenten (Myosin), die regelmäßig parallel ausgerichtet sind.

Ermüdungsfreies Arbeiten
Glatte Muskelzellen arbeiten wesentlich langsamer als die Skelettmuskeln. Dafür verbrauchen sie weniger Energie. Und sie sind in der Lage, über lange Zeit eine Kontraktion aufrechtzuerhalten, wodurch zum Beispiel der nötige Gefäßtonus hergestellt wird. An anderen Stellen können sie
durch abwechselndes Kontrahieren und Erschlaffen für eine fortlaufende Kontraktionswelle (Peristaltik) sorgen, die den Inhalt des betreffenden Hohlorgans (z. B. von Magen oder Darm) vorwärts bewegt.

Die Muskelfaser ist der Länge nach in zahlreiche kleine Abschnitte gegliedert, die Sarkomere. An deren oberer und unterer Begrenzung, den so genannten Z-Linien, setzen die dünnen Filamente an, die sich jeweils bis fast zur Mitte erstrecken. Im mittleren Teil sind zwischen ihnen, wieder parallel, die dicken Myosinfilamente gelagert.

Im Faserverlauf wechseln sich also Abschnitte, die nur dicke Filamente enthalten, mit solchen, die nur dünne Filamente enthalten, ab. Dazwischen liegen immer überlappende Regionen mit beiden Filamenttypen. Durch die unterschiedliche Dichte der Regionen, die sich regelmäßig wiederholen, ergibt sich die namengebende Querstreifung.

Kommt es zur Kontraktion, nähern sich die Zonen, in denen nur dünne Filamente sind, und jene mit nur dicken Filamenten einander an, indem sich die fadenförmigen Strukturen aneinander vorbei schieben, die Überlappungszonen verbreitern sich. Dadurch verkürzen sich die Sarkomere – und damit die Muskelfaser. Verkürzen sich viele Zellen synchron und koordiniert, resultiert die Spannung des ganzen Muskels und damit die beabsichtigte Kraftausübung.

Die Rolle des Kalziums Ausgelöst wird die Aktivität von Muskelzellen durch Nervenimpulse. Für den Kontraktionsprozess und die nachfolgende Entspannung des Muskels wird Energie (in Form von ATP-Molekülen) verbraucht. Außerdem gelingt die aktive Bewegung der Filamente, also die Verkürzung der Muskelfasern, nur in Anwesenheit von Kalziumionen.

Dieses Kalzium stammt aus der Zelle selbst: Es befindet sich im so genannten endoplasmatischen Retikulum. Dieses in allen Zellen enthaltene Gebilde ist ein weit verzweigtes System von Membranen, die schlauchartige Strukturen beziehungsweise Kanäle umschließen und vom Zytoplasma abgrenzen. Unter anderem dient es als Zellspeicher für Kalziumionen.

Nach Erhalt des elektrischen Signals von den Nervenzellen öffnen sich kurzfristig Kalziumkanäle dieser Membranen, und Ca2+ wird in das Plasma der Zelle freigegeben und steht so für den Kontraktionsprozess zur Verfügung. Spezielle Kalziumpumpen befördern die Ionen im Anschluss daran wieder in die Speicher zurück.

Hohlmuskel Herz Der Zellleib der (bis zu 100 Mikrometer langen) Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) ist verzweigt. Die Zellen besitzen wie die Skelettmuskeln ein System von Röhrchen (Tubulisystem), das eine effektive Freisetzung von Ca2+ nach Erregung durch eine Nervenzelle gewährleistet.

Der sich rhythmisch kontrahierende Herzmuskel nimmt eine Sonderstellung ein: er weist ebenfalls Querstreifen auf, kann aber anders als die Skelettmuskeln nicht bewusst aktiviert werden. Vielmehr entstehen elektrische Erregungen spontan und regelmäßig im Organ selbst in spezialisierten Herzmuskelzellen. Von dort werden die Impulse direkt von Zelle zu Zelle weitergeleitet, so dass die Herzmuskulatur synchron und kräftig pumpt.

Dass es hierfür keiner Nervenzellen bedarf, ist ebenfalls eine Besonderheit der Kardiomyozyten: Sie nutzen hierfür Kanälchen (Gap Junctions), welche das Zytoplasma benachbarter Zellen direkt miteinander verbinden. An diesen Stellen können zwischen den Zellen Ionen fließen, sie dienen somit der „elektrischen Kommunikation“.

Glatte Muskelzellen Die spindelförmigen glatten Myozyten haben ihren Namen vom homogenen Aussehen unter dem Mikroskop. Da bei ihnen die Aktin- und Myosinfilamente nicht nach einer strengen Ordnung ausgerichtet sind, sondern mehr oder weniger kreuz und quer durch die Zelle verlaufen, entsteht hier kein regelmäßiges Muster dichter und weniger dichter Regionen. Auch die zahlreichen Verankerungsstrukturen, an denen die kontraktilen Elemente festgemacht sind, – vergleichbar den Z-Linien bei der gestreiften Muskulatur – liegen ungerichtet im Plasma.

Zusätzlich sind die Filamente noch an mehreren Stellen am Zellrand angeheftet. Diese Architektur möglicht eine stärkere Verkürzung als sie mit der Willkürmuskulatur möglich ist. Die glatten Muskelzellen sind spindelförmig und liegen oft in dichten Schichten vor. Ihre Aktivität ist nicht bewusst beeinflussbar, sondern unterliegt der Kontrolle durch das vegetative Nervensystem. Damit ist gesichert, dass (lebens)wichtige Funktionen im erforderlichen Maß stattfinden.

Teil eins der Artikelreihe "Körperzellen" finden SIe hier, Teil 2 hier, und zu Teil 3 kommen Sie hier.

Den Artikel finden Sie auch in Die PTA IN DER APOTHEKE 12/13 ab Seite 122.

Waltraud Paukstadt, Dipl. Biologin