Sarkoplasmatisches Retikulum

Medizinische Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher (Facharzt für innere Medizin) am 12. November 2016
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Das sarkoplasmatische Retikulum ist ein Membransystem aus Röhren, das im Sarkoplasma der Muskelfasern liegt. Es unterstützt den Transport von Stoffen innerhalb der Zelle und speichert Kalziumionen, deren Ausschüttung zur Muskelkontraktion führt. Bei verschiedenen Muskelerkrankungen ist diese Aufgabenausführung beeinträchtigt, beispielsweise bei der malignen Hyperthermie oder dem Myofaszialen Schmerzsyndrom.

Inhaltsverzeichnis

Was ist das sarkoplasmatische Retikulum?

Beim sarkoplasmatischen Retikulum handelt es sich um ein röhrenförmiges Membransystem im Innern von Muskelfasern. Eine Muskelfaser entspricht einer Muskelzelle, besitzt jedoch mehrere Zellkerne, die durch Zellteilung (Mitose) entstehen und der Faser bei der Entwicklung erlauben, in die Länge zu wachsen.

Jede Muskelfaser ist in weitere Fasern unterteilt, die sogenannten Myofibrillen. Sie lassen sich in Querabschnitte (Sarkomere) unterteilen, die der quergestreiften Skelettmuskulatur ihren Namen verleihen. Das Muster kommt durch Myosin- und Aktin-/Tropomyosin-Filamente zustande: sehr feine Fäden, die sich nach dem Reißverschlussprinzip abwechselnd ineinanderschieben. Auch die glatte Muskulatur besitzt ein sarkoplasmatisches Retikulum; sie arbeitet ähnlich, doch ihre Struktur ist nicht derartig klar in einzelne Einheiten unterteilt. Stattdessen bilden glatte Muskeln eine ebene Oberfläche.

Das sarkoplasmatische Retikulum gleicht dem endoplasmatischen Retikulum (ER), welches das innere Membransystem in anderen Zelltypen darstellt. Die Biologie unterscheidet dabei zwischen glattem ER und rauem ER; Letzteres verfügt über zahlreiche Ribosomen auf der Oberfläche. Diese Makromoleküle synthetisieren Proteine nach dem Bauplan, den das Erbgut vorgibt. Das sarkoplasmatische Retikulum ist ein glattes ER. Nicht nur Muskeln besitzen ein glattes ER, sondern auch Organe wie die Leber oder Niere.

Anatomie & Aufbau

In seiner Gesamtheit bildet das sarkoplasmatische Retikulum ein komplexes Röhrensystem aus Membranen. Es befindet sich in der Muskelfaser bzw. Muskelzelle im Sarkoplasma. Das sarkoplasmatische Retikulum breitet sich entlang der Myofibrillen aus und umgibt diese, da in ihren Sarkomeren die eigentliche Muskelkontraktion stattfindet. Mitochondrien, die Energie für die Zelle in Form von ATP bereitstellen, befinden sich oft in unmittelbarer Nähe und liegen wie das sarkoplasmatische Retikulum im Gewebe zwischen den einzelnen Myofibrillen.

Die Membranen des glatten ER bilden überwiegend röhrenförmige Strukturen, doch auch Beutel bzw. Zisternen sowie Bläschen. Sie alle besitzen innerhalb der Membran einen Innenraum, den die Biologie auch Lumen nennt. Das Röhrensystem kann sich an die Bedürfnisse des Gewebes anpassen, indem es seine Struktur verändert und in bestimmten Bereichen stärker ausdehnt, neue Abzweigungen bildet oder mehrere Kanäle zusammenfügt.

Funktion & Aufgaben

Im Rahmen der Muskelkontraktion trägt das sarkoplasmatische Retikulum dazu bei, eintreffende Nervensignale in der Muskelfaser zu verteilen und mithilfe von Kalziumionen das Zusammenziehen des Muskels herbeizuführen. Anlass dazu ist das Signal einer Nervenfaser, die am Muskel endet. Die neuronale Information kann sowohl aus dem Gehirn stammen als auch aus dem Rückenmark, über das viele Reflexe verschaltet sind.

Am Ende der Nervenfaser befindet sich die motorische Endplatte, die wie das Endknöpfchen an der interneuronalen Synapse Vesikel enthält, die mit Botenstoffen (Neurotransmittern) gefüllt sind. Die Neurotransmitter gelangen ins freie, wenn der elektrische Impuls die motorische Endplatte reizt. Daraufhin übertragen die biochemischen Moleküle das Signal zur Muskel-Membran, wo sie Ionenkanäle öffnen und dadurch eine Ladungsänderung der Zelle auslösen. Die Ladungsänderung breitet sich über das Sarkolemm und die T-Tubuli aus.

Bei den T-Tubuli handelt es sich um Röhren, die senkrecht zu den Myofibrillen stehen; sie liegen dabei an den Z-Scheiben der Sarkomere und stehen mit dem sarkoplasmatischen Retikulum in Verbindung. Erreicht die Spannung das sarkoplasmatische Retikulum, gibt dieses gespeicherte Kalziumionen ab. Diese lagern sich an das Aktin-Tropomyosin-Filament und verändert vorübergehend seine Struktur; infolgedessen können sich die Enden der Myosin-Filamente weiter zwischen die Aktin-Tropomyosin-Fasern schieben. Auf diese Weise verkürzt sich der Muskel.

Die Kalziumionen binden sich nicht dauerhaft an den Aktin-Tropomyosin-Komplex, sondern lösen sich anschließend wieder. Anschließend nimmt das sarkoplasmatische Retikulum die geladenen Teilchen wieder in seine Zisternen auf, damit sich der Vorgang bei der nächsten Reizung wiederholen kann. Pumpen in der Membran des Röhrensystems holen die Kalziumionen dabei zurück. Darüber hinaus unterstützt das sarkoplasmatische Retikulum wie das endoplasmatische Retikulum in anderen Zellen die Verteilung von Stoffen im Sarkoplasma, wobei es Transportmolekülen gewissermaßen als Straße dient.




Krankheiten

Unzureichende Funktionalität des sarkoplasmatischen Retikulums steht mit verschiedenen muskulären Erkrankungen und Komplikationen im Zusammenhang. Ein Beispiel dafür ist die maligne Hyperthermie, die infolge einer medizinischen Narkose auftreten kann.

Sie ist durch Muskelstarre (Rigor), Übersäuerung (metabolische Azidose), Tachykardie, erhöhtem Kohlendioxid-Gehalt im Blut oder in der Atemluft, Sauerstoffmangel und Kaumuskelspasmus (am Musculus masseter, Masseterspasmus) gekennzeichnet. Die Symptome gehen auf eine unkontrollierte Ausschüttung von Kalziumionen in der Muskelfaser zurück, woraufhin sich das Gewebe wie bei einer willkürlichen Reizung zusammenzieht, die Zelle rasch unter Energiemangel leidet und große Mengen an Wärme und Kohlendioxid produziert.

Verschiedene klinische Symptome sind die Folge, darunter auch Muskelfaserzerfall (Rhabdomyolyse). Die Ursache der malignen Hyperthermie ist eine genetische Veranlagung, die zu Rezeptorveränderungen führt. Die Verabreichung bestimmter Narkosemittel löst eine Fehlreaktion aus, weshalb die Medizin in diesem Zusammenhang auch von Triggersubstanzen spricht.

Beim myofaszialen Schmerzsyndrom entstehen Verhärtungen im Muskelgewebe, die auch als Triggerpunkte bekannt sind. Die Verhärtung kommt durch eine verlängerte Muskelkontraktion zustande: Wegen mangelhafter Versorgung des betroffenen Areals ist das endoplasmatische Retikulum nicht in der Lage, die freigesetzten Kalziumionen wieder in sein Inneres zu pumpen. Die Ionen stehen damit weiterhin zur Verfügung und sorgen für eine Fortsetzung der Muskelkontraktion.

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