Myozyten

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. November 2016
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Myozyten sind mehrkernige Muskelzellen. Sie bilden die Skelettmuskulatur. Neben der Kontraktion fällt auch der Energiestoffwechsel in ihr Aufgabenspektrum.

Inhaltsverzeichnis

Was sind Myozyten?

Die Myozyten sind spindelförmige Muskelzellen. Das Myosin ist ein Protein, das für ihre Anatomie und Funktion eine wichtige Rolle spielt. Antoni van Leeuwenhoek beschreibt Muskelzellen im 17. Jahrhundert erstmals. Die gesamte Muskulatur des Skeletts ist aus diesen zellulären Grundeinheiten aufgebaut. Die Muskelzellen werden auch Muskelfasern genannt. Die glatte Muskulatur der Organe besteht nicht aus Myozyten. Die Muskelzellen bestehen aus verschmolzenen Myoblasten und sind somit mehrkernig aufgebaut, was den Begriff der Muskelzelle irreführend macht.

Eine Muskelzelle enthält eigentlich also mehrere Zellen und Zellkerne. Die einzelnen Zellen der Zellverbunde sind in der Muskelfaser allerdings nicht mehr als solche differenzierbar, sondern bilden ein weit verzweigtes Synzitium. Verschiedene Faserarten werden in der Skelettmukulatur unterschieden und unter den Oberbegriff der Myozyten gefasst. Die wichtigsten Fasern sind die S-Fasern und die F-Fasern. S-Fasern kontrahieren langsamer, als F-Fasern. Anders als die F-Fasern ermüden sie nur langsam und sind auf Dauerkontraktionen ausgelegt.

Anatomie & Aufbau

Ausläufer der Zellmembran stülpen sich an der Muskelfaser in schlauchartige Falten ein und bilden ein System aus transversalen Tubuli. So erreichen Aktionspotenziale an der Zellmembran auch die tiefer gelegenen Zellschichten der Muskelfaser. In den Tiefen der Muskelfasern liegt ein zweites Hohlraumsystem aus Ausstülpungen des endoplasmatischen Retikulums. In diesem System aus longitudinalen Tubuli werden die Calciumionen gelagert. Seitlich stoßen die Ca2+-Kammern auf eine Faltung des Tubuli-Systems, sodass die einzelnen Membranen an die eingefaltete Zellmembran anliegen.

Die Rezeptoren dieser Membranen können so direkt miteinander kommunizieren. Jede Muskelfaser schließt sich mit dem zugehörigen Nervengewebe zu einer motorischen Einheit zusammen, deren Motoneuron an der motorischen Endplatte liegt. Im Zytoplasma der Fasern liegen Mitochondrien, die teilweise sauerstoffspeichernde Pigmente, Glykogen und spezialisierte Enzyme für den Energiestoffwechsel der Muskeln enthalten. Außerdem liegen mehrere hundert Myofibrillen in einer Muskelfaser. Diese Myofibrillen sind ein Fächersystem, das den kontraktilen Einheiten des Muskels entspricht. Eine Bindegewebsschicht verbindet die Muskelfasern mit einer Sehne und kann mehrere Muskeln zu einer Loge zusammenfassen.

Funktion & Aufgaben

Die Myozyten spielen sowohl beim Energiestoffwechsel, als auch für die allgemeine Motorik eine Rolle. Die Motorik ist durch die Kontraktionsfähigkeit der Myozyten gewährleistet. Diese Fähigkeit zur Kontraktion halten die Muskelnfasern durch die Kommunikationsfähigkeit ihrer beiden Proteine Aktin und Myosin inne. Über diese beiden Proteine kann eine Skelettmuskelfaser ihre Länge im Sinne einer konzentrischen Kontraktion verringern. Sie kann die Länge gegen Widerstand aber auch beibehalten, was als isometrische Kontraktion bekannt ist. Zuletzt kann sie einer Verlängerung mit Widerstand reagieren. Dieses Prinzip ist auch als exzentrische Kontraktion bekannt.

Die Kontraktionsfähigkeit resultiert aus der Bindungsfähigkeit des Myosin an das Aktin. Das Protein Tropomyosin verhindert im Ruhezustand der Muskeln eine Bindung. Wenn aber ein Aktionspotential eintrifft, werden Calciumionen ausgeschüttet, die das Tropomyosin von der Blockade der Bindungsstellen abhalten. Auf Basis des Filamentgleitens wird so Kontraktion ausgelöst. Ein einzelnes Aktionspotential lässt einen Skelettmuskel nur zucken. Um eine starke oder länger anhaltende Verkürzung der Muskelfaser zu bezwecken, treffen Aktionspotentiale in schneller Abfolge ein. Die einzelnen Zuckungen überlagern sich so stufenweise und summieren sich zu Kontraktion auf.

Die Muskelkraft wird in den Fasern unter anderem durch unterschiedliche Impulsfrequenzen der Motoneuronen reguliert. Der Energiestoffwechsel der Muskeln ist für die Ausführung der beschriebenen Muskelarbeiten relevant. Der Energielieferant ATP ist in allen Zellen des Körpers gespeichert. Die Energiebereitstellung verläuft entweder unter Verbrauch von Sauerstoff oder sauerstofflos. Unter dem Verbrauch von Sauerstoff zerfällt das ATP und im Muskel wird unter Zuhilfenahme von Kreatinphoshats neues ATP hergestellt.

Eine schnellere Form der Energiebereitstellung ist die sauerstofflose Form, die unter dem Verbrauch von Glucose stattfindet. Da Glucose im Rahmen dessen nicht vollständig zerlegt wird, ist die Energieausbeute dieses Vorgangs allerdings nur gering. Aus einem Glucosemolekül entstehen zwei ATP-Moleküle. Wenn derselbe Vorgang unter der Zuhilfenahme von Sauerstoff stattfindet, entstehen ganze 38 ATP-Moleküle aus einem Zuckermolekül. Auch Fette können im Rahmen dessen verwertet werden.

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Krankheiten

Verschiedene Krankheiten haben eine Auswirkung auf die Myozyten. Erkrankungen des Energiestoffwechsels können zum Beispiel die Motorik der Muskelfasern einschränken. Bei Mitochondriopathien liegt zum Beispiel ein ATP-Mangel vor, der eine Multiorganerkrankung auslösen kann. Mitochondriopathien können verschiedene Ursachen haben. So kann zum Beispiel eine Entzündung die Mitochondrien Schaden nehmen lassen. Auch psychischer und physischer Stress, Fehlernährung oder toxische Traumata können die Bereitstellung von ATP aber gefährden. Die Folge ist ein gestörter Energiestoffwechsel.

Neben solchen Störungen des Energiestoffwechsels können auch Erkrankungen des Nervensystems den Myozyten die Arbeit erschweren. Wenn durch Schäden im zentralen oder peripheren Nervengewebe zum Beispiel die Signalübertragung gestört ist, dann kann das Lähmungen zur Folge haben. Bestimmte Muskeln lassen sich nur noch ataktisch oder überhaupt nicht mehr bewegen, weil in den motorischen Einheiten nur noch bei verminderter Leitungsgeschwindigkeit Signale nicht mehr unmittelbar hintereinander ankommen und so nicht mehr überlappen und aufsummiert werden können. Auch Muskelzittern kann sich im Rahmen dieses Phänomens einstellen.

Muskelfasern können auch selbst von Erkrankungen betroffen sein. Bei der erblichen Naxos-Krankheit kommt es zum Beispiel zu einem umfangreichen Verlust von Myozyten. Eine bekanntere Erscheinung ist der Muskelfaserriss. Dieses Phänomen äußerst sich in einem plötzlichen und starken Schmerz in der Muskulatur. Die betroffenen Muskeln sind nur noch eingeschränkt beweglich und eine Schwellung stellt sich ein. Ebenso verbreitet sind Muskelfaserentzündungen durch Infektionen oder Immunstörungen. Davon zu unterscheiden sind Muskelverhärtungen, die sich in der Regel nach Dauerbelastungen aufgrund eines veränderten Muskelstoffwechsels einstellen, in seltenen Fällen aber auch mit einer Muskelentzündung zusammenhängen können.

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