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Der menschliche Körper hat drei Arten von Muskeln – Skelettmuskulatur, glatte Muskulatur und Herzmuskulatur. Skelettmuskulatur ist die Art, an die die Menschen normalerweise denken – der Muskel, den wir benutzen, um uns zu bewegen und unsere Umwelt zu beeinflussen, wie die Muskeln in unseren Armen, Beinen, im Rücken und im Bauch. Skelettmuskulaturbewegung ist willentlich, wie das Treten eines Balls. Herzmuskulatur findet sich nur im Herzen und bildet den Großteil der Herzwand. Herzmuskulatur ähnelt der Skelettmuskulatur sehr, aber ihre Bewegung ist unwillentlich. Glatte Muskulatur ist strukturell anders als Herz- und Skelettmuskulatur. Sie findet sich an vielen Stellen im Körper, wie im Verdauungstrakt, in den Atemwegen, Blutgefäßen, Fortpflanzungsorganen und um die Haarfollikel herum. Ihre Bewegung ist unwillentlich.
Muskeln erfüllen viele Funktionen. Menschen benutzen Skelettmuskulatur bewusst, um ihren Körper und andere Gegenstände zu bewegen, und unbewusst, um die Körperhaltung aufrechtzuerhalten. Skelettmuskulatur unterstützt den Blutfluss und produziert Wärme, um die Körpertemperatur zu erhalten. Herzmuskulatur lässt das Herz schlagen. Glatte Muskulatur bewegt Nahrung durch den Verdauungstrakt, hilft, den Blut- und Lymphfluss im Körper zu regulieren, und bewegt Eizellen durch die Eileiter. Schließmuskeln, die aus glatter Muskulatur bestehen, können Substanzen an Ort und Stelle halten und sie zur gewünschten Zeit und in der gewünschten Rate freigeben, wie Urin in der Harnblase und Galle in der Gallenblase. Glatte Muskulatur in der Gebärmutter produziert die Wehen der Geburt, und glatte Muskulatur im Verdauungstrakt produziert etwas Wärme, um die Körpertemperatur zu regulieren.
Alle Arten von Muskeln haben drei Merkmale – elektrische Erregbarkeit, Kontraktilität, Elastizität und Dehnbarkeit. Elektrische Erregbarkeit ist die Fähigkeit des Muskels, elektrische Signale zu erzeugen, die ihn zur Kontraktion bringen. Kontraktilität ist die Fähigkeit des Muskels, sich selbst zu verkürzen, wie wenn sich der Bizeps während Bizeps-Curls zusammenzieht. Dehnbarkeit ist die Fähigkeit eines Muskels, sich ohne Schäden zu dehnen. Eine Person, die Dehnübungen richtig ausführt, kann die Skelettmuskulatur erheblich verlängern, ohne sie zu beschädigen, und die Gebärmutter dehnt sich während der Schwangerschaft auf das vielefache ihrer normalen Größe, ohne der glatten Muskulatur zu schaden. Die glatte Muskulatur im Magen kann sich nach einer Mahlzeit stark dehnen, ohne zu platzen.
Elastizität ist die Fähigkeit des Muskels, nach dem Zusammenziehen oder Dehnen in seine normale Länge zurückzukehren. Der Bizeps kehrt nach dem Zusammenziehen während eines Curls in die normale Länge zurück, die Herzwand kehrt nach dem Zusammenziehen während eines Herzschlags in die normale Größe zurück, und die Gebärmutter kehrt sechs Wochen nach der Geburt in die normale Größe zurück.
Muskelzellen, die Fasern genannt werden, sind die Hauptbestandteile von Muskeln. Der Durchmesser von Skelettmuskelfasern reicht von 1/2.500 Zoll bis 1/250 Zoll, und die durchschnittliche Länge einer reifen Skelettmuskelfaser beträgt etwa 4 Zoll, wobei die längsten Fasern etwa einen Fuß lang erreichen. Fasern sind die Teile des Muskels, die sich ausdehnen und zusammenziehen.
Jede Skelettmuskelfaser ist von einer Hülle aus Bindegewebe umgeben, die Endomysium genannt wird. Skelettmuskelfasern sind in Bündeln von 10 bis 100 Fasern angeordnet, die Faszikel genannt werden, und die Hülle aus Bindegewebe, die jeden Faszikel umgibt, wird Perimysium genannt. Der gesamte Muskel ist mit Bindegewebe bedeckt, das Epimysium genannt wird. Sehnen verbinden die meisten Skelettmuskeln mit Knochen.
Wenn Skelettmuskulatur durch regelmäßige Bewegung wie Widerstandstraining „aufbaut“, werden die Fasern im Muskel dicker – dieser Prozess wird Hypertrophie genannt. Testosteron löst die Hypertrophie von Muskelfasern aus, weshalb Männer im Allgemeinen größere Skelettmuskeln haben als Frauen. Der Missbrauch von anabolen Steroiden verursacht ebenfalls Hypertrophie von Skelettmuskelfasern, verursacht aber auch unerwünschte und potenziell gefährliche Nebenwirkungen.
Jede Faser in einem Skelett- oder Herzmuskel besteht aus einer Zellmembran oder Sarcolemma. Das Sarcolemma hat viele kleine tunnelartige Strukturen, die T-Tubuli genannt werden und es elektrischen Signalen ermöglichen, in die Zelle einzudringen und sie zu aktivieren. Jede Muskelzelle ist mit Zytoplasma gefüllt, das in Muskelzellen „Sarkoplasma“ genannt wird. Innerhalb des Sarkoplasmas von Skelettmuskelfasern befinden sich hundert oder mehr Kerne, die die DNA der Zelle enthalten; Mitochondrien, die Energie für Muskelkontraktionen produzieren; und Myofibrillen, die fadenförmige Strukturen sind, die sich über die gesamte Länge der Faser erstrecken und die Faser zusammenziehen lassen. Die Konzentration von Myofibrillen erzeugt dunkle Bänder in Skelett- und Herzmuskulatur, die unter einem Mikroskop gesehen werden können. Die abwechselnden dunklen und hellen Bänder in Herz- und Skelettmuskulatur sind der Grund, warum diese Arten von Muskeln „gestreift“ genannt werden. Glatte Muskulatur weist diese Bänder nicht auf und wird daher als „nicht gestreifte“ Muskulatur klassifiziert. Jede Myofibrille ist von einem Netzwerk flüssigkeitsgefüllter Säckchen umgeben, das Sarkoplasmatisches Retikulum genannt wird. Diese Säckchen speichern Kalziumionen, die, wenn sie freigesetzt werden, die Myofibrille zusammenziehen lassen. Das Sarkoplasma enthält auch eine große Menge Glykogen, ein Molekül aus vielen Glukosemolekülen. Glykogen ist die wichtigste Brennstoffquelle, die die Mitochondrien verwenden, um Energie für den Muskel zu erzeugen. Myoglobin ist ein Protein, das nur in Muskelzellen vorkommt, und es gibt den Sauerstoff frei, den die Mitochondrien benötigen, um Glykogen zu metabolisieren. Jede Myofibrille enthält dicke und dünne Filamente, die in Fächern namens Sarkomeren angeordnet sind. Bereiche von dichtem Material, sogenannte Z-Scheiben, trennen jedes Sarkomer.
Herzmuskulatur ist der Skelettmuskulatur sehr ähnlich. Die Unterschiede sind, dass während die Skelettmuskulatur über Sehnen mit Knochen verbunden ist, die Herzmuskulatur die Wände des Herzens bildet. Herzmuskelfasern haben nur einen Kern und sind verzweigt, während Skelettmuskelfasern viele Kerne haben und nicht verzweigt sind. Herzmuskelfasern sind im Durchmesser kleiner und haben weniger Sarkoplasmatisches Retikulum als Skelettmuskelfasern. Sie ziehen sich langsamer zusammen als Skelettmuskelfasern. Herzmuskelkontraktionen sind unwillkürlich, während Skelettmuskelkontraktionen meist willkürlich sind. Herzmuskelfasern sind auch autorhythmisch, was bedeutet, dass sie eine Art natürlichen Schrittmacher haben, der sie rhythmisch zusammenziehen lässt und das Herz in einem regelmäßigen Muster schlagen lässt.
Glattmuskulatur besteht ebenfalls aus Fasern. Die Fasern in der Glattmuskulatur haben einen Kern und sind in der Mitte dicker und an den Enden dünner. Glattmuskelfasern enthalten dicke und dünne Filamente, aber sie sind nicht in Sarkomeren angeordnet wie bei Skelett- und Herzmuskulatur – das Fehlen von Sarkomeren bedeutet, dass glatte Muskulatur nicht gestreift ist. Glattmuskelfasern enthalten auch Zwischenfilamente, die Skelett- und Herzmuskelfasern fehlen. Sie haben keine T-Tubuli und nur eine geringe Menge Sarkoplasmatisches Retikulum. Glattmuskelfasern haben kleine Taschen, die Caveolae genannt werden, die Kalziumionen für Kontraktionen speichern können. Die dünnen Filamente in der Faser verbinden sich mit „dichten Körpern“, die den Z-Scheiben in Skelett- und Herzmuskulatur ähnlich sind. Glattmuskelkontraktionen sind unwillkürlich und autorhythmisch, wie Herzmuskelkontraktionen. Glattmuskelkontraktionen sind langsamer als Herz- oder Skelettmuskelkontraktionen.
Die Merkmale und Funktionen von Skelett-, Herz- und glatter Muskulatur ermöglichen es den Muskeln, unterschiedlich zu funktionieren. Ein großer Unterschied zwischen gestreifter Muskulatur (Herz- und Skelettmuskulatur) und nicht gestreifter (glatter) Muskulatur ist, dass nicht gestreifte Muskulatur sich sehr stark dehnen kann, ohne beschädigt zu werden, und dennoch mit voller Kraft zusammenziehen kann. Skelett- und Herzmuskulatur hat einen kleinen Bereich an Länge, aus dem sie sich gut zusammenziehen kann, und wird reißen, wenn sie sehr weit gedehnt wird. Die geringere Flexibilität von Skelett- und Herzmuskeln ermöglicht es uns, unsere Haltung gut zu bewahren, und erlaubt dem Herzen, seine richtige Größe zu behalten, während die höhere Flexibilität von glatten Muskeln es den Blutgefäßen und dem Verdauungstrakt ermöglicht, sich ohne zu reißen zu dehnen, und es der Gebärmutter erlaubt, sehr starke Kontraktionen zu erzeugen, selbst wenn sie auf das vielefache ihrer Größe gedehnt ist, um ein vollreifes Baby aufzunehmen. Die Anordnung von Skelett- und Herzmuskelfasern ermöglicht es ihnen, sich schneller zusammenzuziehen, wie bei schnellen Gliedmaßenbewegungen oder schnellen Herzschlägen, während Geschwindigkeit für glatte Muskulatur nicht notwendig ist.
Die Struktur und Funktion der verschiedenen Muskelfasern beeinflussen unser Leben und unsere Gesundheit. Hypertrophie oder „Aufbauen“, das gestreifte Muskulatur leisten kann, ist uns bei Skelettmuskeln allen bekannt. Menschen mit höherem Testosteronspiegel oder die regelmäßig Widerstandstraining betreiben, haben größere Muskeln. Allerdings verursacht erhöhter Widerstand gegen das Herz durch hohen Blutdruck Hypertrophie im Herzmuskel – dieser Zustand wird als vergrößertes Herz bezeichnet und ist sehr gefährlich. Auch erklärt die Tatsache, dass gestreifte Muskulatur nicht stark zusammenziehen kann, wenn sie über ihre optimale Länge hinaus gedehnt wird, warum Menschen mit dilatativer Kardiomyopathie, einer „Aussackung“ der Herzkammern, Herzversagen erleiden können.
Sportler, die verstehen, wie ihre Skelettmuskulatur funktioniert, haben einen Vorteil, wenn sie ihren Trainingsplan erstellen. Langsame oxidierende (SO) Skelettmuskelfasern sind dünn im Durchmesser, enthalten eine große Menge Myoglobin und Kapillaren und produzieren langsam Energie. Sie ziehen sich langsamer zusammen als andere Skelettmuskelfasern. Sie sind jedoch sehr ermüdungsresistent, daher sind sie ideal für Ausdaueraktivitäten wie Marathons. Schnelle oxidativ-glykolytische (FOG) Fasern haben einen größeren Durchmesser als SO-Fasern. Sie enthalten große Mengen Myoglobin und viele Kapillaren und enthalten auch große Mengen Glykogen, was es ihnen ermöglicht, sich schneller zusammenzuziehen als SO-Fasern. Sie sind ideal für Aktivitäten wie Gehen und Sprinten. Schnelle glykolytische (FG) Fasern haben den größten Durchmesser unter den Skelettmuskelfasern. Sie haben niedrigen Myoglobin und wenige Kapillaren, ermüden daher schnell. Sie haben jedoch sehr hohe Glykogenspiegel. Diese Eigenschaft, zusammen mit ihrem großen Durchmesser, macht FG-Fasern in der Lage, sich sehr schnell und kraftvoll zusammenzuziehen, was sie ideal für Bodybuilder macht. Skelettmuskelfasern passen sich unseren Aktivitäten an, indem sie SO-, FOG- oder FG-Fasern werden, daher ist unterschiedliches Training erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
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