Feinbau der Muskelzellen
Mikroskopische Untersuchungen zeigen eine klare Unterscheidung der Muskelzellen in quer gestreifte Muskelfasern, glatte Muskelzellen und Herzmuskelzellen.
Die Querstreifung der quer gestreiften Muskelfasern, welche zur Skelettmuskulatur – oder auch bewusste bzw. willkürliche Muskulatur genannt – gehören, ergibt sich aus der horizontal gleichen Anordnung von kontraktilen Elementen, die entweder einfach lichtbrechende oder doppelt lichtbrechende Eigenschaften besitzen. Quer gestreifte Muskelfasern haben mehrere Zellkerne, da viele Zellen miteinander verschmolzen sind. Sie sind in der Lage, gesteuert durch das Bewusstsein für kurze Zeit sehr starke Kräfte zu entwickeln.
Glatte Muskelzellen bieten im Mikroskop ein einheitliches Bild. Es sind spindelförmige Zellen mit je einem Zellkern. Glatte Muskulatur kommt vor allem in Eingeweiden vor. Sie muss ständig in Bewegung sein, um beispielsweise den Nahrungsbrei in den Därmen weiterzutransportieren, braucht aber dafür nicht allzu kräftig zu sein. Sie wird auch unbewusste oder unwillkürliche Muskulatur genannt, da sie keiner direkten Steuerung durch das Bewusstsein unterliegt. Die Herzmuskelzellen weisen zwar eine Querstreifung auf, haben aber andere Besonderheiten, die eine Unterscheidung zur quer gestreiften Muskelfaser zulassen. Die quer gestreifte Muskulatur des Herzens ermöglicht eine kraftvolle Pumpbewegung, um das Blut ständig durch den Körper zu transportieren.
Die Unterschiede im Feinbau der jeweiligen Zellarten ergeben sich aus ihren unterschiedlichen Funktionen und Wirkungsorten.
Muskelzellen sind zur Kontraktion befähigte Zellen, welche den tierischen Lebewesen die aktive Körperbewegung (Fortbewegung) ermöglichen. Ontogenetisch entstammen sie meist dem Mesoderm. Bei den Hohltieren treten sie noch als punktuell vereinzelte Zellen auf, bei den höher entwickelten Tieren bildet die Muskulatur einen eigenen Gewebetyp. Muskelzellen können sich zu einzelnen Muskelsträngen, räumlichen Muskelnetzen, massiven Muskelschichten oder Muskelorganen zusammenschließen.
Nach dem Feinbau der Muskelzellen unterscheidet man
- glatte Muskelzellen,
- quer gestreifte Muskelfasern,
- Herzmuskelzellen
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Aufbau der quer gestreiften Wirbeltiermuskulatur: Jede Muskelfaser besteht aus mehreren Myofibrillen; diese besitzen ein Sarkomer.
Glatte Muskelzellen
Glatte Muskulatur ist bis auf wenige Ausnahmen (z. B. Rädertiere) am einfachsten aufgebaut. Glatte Muskelzellen sind spindelförmige oder zylindrische Zellen mit einem zentral gelegenen länglichen Zellkern. Sie weisen keine Querstreifung auf, d. h. die kontraktilen Elemente (Actin und Myosin) sind nicht spezifisch angeordnet, sondern liegen ungeordnet vor. Glatte Muskelzellen haben eine Länge von 2 µm bis 20 µm, im Extremfall bis zu 80 µm. Sie können über elektrische Synapsen miteinander in Verbindung stehen und so zu funktionellen Einheiten zusammengefügt werden.
Glatte Muskulatur ist unter den Wirbellosen weitverbreitet und findet sich bei den Wirbeltieren besonders in den unwillkürlich arbeitenden Muskelwandungen von Hohlorganen (Darm, Atemtrakt), Gefäßwänden (Blutgefäße, Gebärmutter, Harntrakt), im Auge (Pupillenmuskel) und in den Haarbalgmuskeln.
| Vorkommen | Organ | Feinbau | Größe |
Wirbeltiere | Blutgefäße | spindelförmig | 0,02 mm |
| Wirbeltiere (Vertebrata) | schwangere Gebärmutter | spindelförmig | 0,08- mehrere mm |
| Wirbeltiere (Vertebrata) | Herzinnenhaut, Aorta | verzweigt | |
| Wirbeltiere (Vertebrata) | Magen-Darm-Kanal | spindelförmig | 0,02-0,2 mm |
| Wirbeltiere (Vertebrata) | Harnblase, Harnröhre | sternförmig verzweigt, spindelförmig | 0,02-0,2 mm |
| Muscheln (Bivalvia) | Schließmuskel | zylindrisch |
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Bau der glatten Muskelzellen
Walther-Maria Scheid
Quer gestreifte Muskelfaser
In der Anordnung der kontraktilen Elemente (Myofibrillen, Actinfilamente und Myosinfilamente) sind sich die schräg gestreifte Muskulatur der Wirbellosen und die quer gestreifte Muskulatur der Wirbeltiere relativ ähnlich. Die quer gestreifte Muskulatur ist die generelle Muskulatur von Wirbeltieren und dort als Skelett- und Herzmuskulatur ausgebildet.
Die quer gestreifte Muskulatur stellt das höchstgeordnete kontraktile System unter allen Muskeltypen dar und vermag sich am raschesten zu kontrahieren, allerdings bei geringerem Verkürzungsgrad und in der Regel geringerer Dauerbelastbarkeit als glatte Muskulatur. Bei Gliederfüßern und Wirbeltieren setzt sie sich nicht aus Einzelzellen, sondern aus Muskelfasern zusammen.
Muskelfasern entstehen durch die Verschmelzung mehrerer Zellen zu einer Einheit und haben daher auch mehrere Zellkerne (keine echte Zellteilung). Sie können Längen bis zu mehreren Zentimetern haben. Ihr Durchmesser beträgt 0,01 bis 0,1 mm (10-100 µm).
Im Sarkoplasma sind als kontraktile Eiweißstrukturen die Myofibrillen angeordnet. Die Myofibrillen bestehen aus Actin- und Myosinfilamenten, die sich in Längsrichtung abwechseln.
Die Querstreifung ergibt sich aus der horizontal gleichen Anordnung, von Myosin (stark doppelbrechend, anisotrope A-Bänder, dunkel erscheinend) und Actin (weniger doppelbrechend, isotrope I-Bänder, hell erscheinend).
Die kleinste Einheit einer Myofibrille ist das Sarkomer. Es ist ca. 2 µm lang und wird beidseitig von der Z-Membran begrenzt.
Die gesamte Muskelfaser ist von einem weitverzweigten Röhrensystem, dem Sarkoplasmatischen Retikulum (lat. kleines Netz) und dem T-System (transversales System: lat. querlaufend) durchzogen. Dieses Röhrensystem hat viele Ausbuchtungen (Zisternen). Es ist für die Erregungsübertragung und die und -Freisetzung wichtig.
Muskelfasern haben nur wenige Synapsen, die die Erregungsübertragung von den Motoneuronen sichern. Diese Synapsen haben eine große Oberfläche und werden als motorische Endplatten bezeichnet.
Werden Skelettmuskeln verletzt, so löst sich von der Schnittstelle aus die Querstreifung auf.
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Feinbau der Skelettmuskulatur
Renate Diener
Herzmuskelzellen
Herzmuskelzellen sind eine Sonderform der quer gestreiften Muskulatur. Im Gegensatz zur Skelettmuskulatur mit ihren vielkernigen, plasmaarmen Fasern (Plasmodien) besteht die Herzmuskulatur aus einem Netzwerk verzweigter, plasma- und mitochondrienreicher Einzelzellen mit je einem mittelständigen, von einem Plasmahof umgebenen Kern. Diese Struktur gewährleistet die durchgehende Dauerbelastung des Herzmuskels. In der Herzmuskulatur lassen sich 2 „Fasertypen“ unterscheiden: die relativ fibrillenreiche, kurzfaserige Arbeitsmuskulatur (Myokard), welche gleichzeitig die Hauptmasse des Herzmuskels darstellt, und – zwischen diese eingebettet – Züge dickerer und längerer, extrem fibrillenarmer, aber plasmareicher Erregungsleitungsfasern (hissches Bündel, Purkinje-Fasern), die den Erregungs-Grundrhythmus auf die übrige Herzmuskulatur übertragen. Die Membranpotenziale dieser Erregungsleitungsfasern sind geringer, ihre Leitungsgeschwindigkeit ist höher als die der Arbeitsmuskulatur. Herzmuskelzellen bilden durch Verzweigung ein Zellennetz, das durch „Glanzstreifen“ in Abschnitte (0,05 bis 0,12 mm lang) unterteilt wird. Der Sarkoplasmaanteil ist sehr groß und das sarkoplasmatische Retikulum und das T-System sind gut ausgebildet.
Herzmuskelzellen werden durch Erregungsbildungszentren des Herzens und das vegetative Nervensystem zur Kontraktion angeregt.
