Die Skelettmuskelkontraktion folgt einer präzisen Sequenz elektrophysiologischer und molekularer Ereignisse – dem Erregungs-Kontraktions-Kopplungszyklus.
Neun-Schritte-Kontraktionszyklus
- Motorneuron-Aktionspotenzial trifft am neuromuskulären Synaps (NMJ) ein.
- ACh-Freisetzung: Spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle öffnen → Vesikelfusion → Acetylcholin in den synaptischen Spalt.
- ACh-Bindung: Nikotinische Rezeptoren am Motor-Endplatten → Na⁺-Zustrom → Endplattenpotenzial (Depolarisation).
- Muskelfaser-Aktionspotenzial: Endplattenpotenzial breitet sich über T-Tubuli (Einstülpungen des Sarcolemma) aus.
- Ca²⁺-Freisetzung: T-Tubuli-Depolarisation → DHPR-Konformationsänderung → RyR1-Öffnung am SR → Ca²⁺-Flut.
- Troponin-Bindung: Ca²⁺ bindet an Troponin-C → Tropomyosin-Verschiebung → legt Myosin-Bindungsstellen auf Actin frei.
- Querbrücke-Zyklus: Myosinköpfe binden an Actin → Kraftschlag (ADP/Pi-Freisetzung) → ATP bindet → Ablösung → Reset.
- Sarkomerverkürzung: Dünne Filamente gleiten an dicken Filamenten vorbei → Z-Scheiben nähern sich → Kraftgeneration.
- Entspannung: SR Ca²⁺-ATPase (SERCA) pumpt Ca²⁺ zurück → Troponin-Tropomyosin blockiert Stellen → Querbrücken lösen sich → passive/aktive Verlängerung.
Energie & Regulation
- ATP-Rollen: Myosin-ATPase (Zyklus), SERCA (Rückaufnahme), Na⁺/K⁺-ATPase (Membranpotenzial).
- Müdigkeitsfaktoren: Pi-Ansammlung, H⁺, ROS, Glykogendepletion, SR Ca²⁺-Leck.
- Motor-Einheit-Rekrutierung: Größenprinzip (klein → groß) stufte die Kraft.
Klinische Korrelate
- Myasthenia gravis: AChR-Antikörper → NMJ-Versagen.
- Maligne Hyperthermie: RyR1-Mutation → unkontrollierte Ca²⁺-Freisetzung.
- Periodische Lähmungen: Na⁺/K⁺-Kanalmutationen → Erregbarkeitsdefekte.
