Messung des Muskelstatus

Einleitung

Das ZNS erhält ständig Informationen über die Dehnung, Länge, Kraft und Spannung des Muskels (= Propriozeption). Dafür erhält es sensomotorische Afferenzen von Sensoren der Propriozeption:

Muskelspindeln
Golgi-Sehnenorganen
Gelenksensoren

Messung: Muskellänge und Spannung (Muskelspindeln)

Das Rückenmark und das Gehirn erhalten Informationen über die Dehnung des Muskels, indem die Muskelspindeln die Länge und Spannung des Muskels messen.

Muskelspindeln sind sozusagen die Sinnesorgane in den Muskeln. Die Messung ist entscheidend für die Koordination von Bewegungen und die Wahrnehmung der Körperposition. Muskelspindeln liegen in der Skelettmuskulatur parallel zu den Skelettmuskelfasern und sind von einer Bindegewebskapsel umhüllt. Diese Fasern werden daher auch als intrafusale Muskelfasern bezeichnet. Innerhalb der Spindel unterscheidet man zwischen Kernsack- und Kernkettenfasern:

Kernsackfasern:
- Ihre Zellkerne sind sackförmig im mittleren Teil der Zelle angeordnet
- Besonders empfindlich für dynamische Änderungen der Muskellänge, also für
  die Geschwindigkeit, mit der sich ein Muskel dehnt. Diese Fähigkeit, rasche Längenänderungen zu detektieren, spielt eine wesentliche Rolle bei der Regulierung der Muskelkontraktion und der Anpassung an neue Bewegungsmuster
- Werden von afferenten Typ-Ia-Fasern umschlungen
Kernkettenfasern:
- Ihre Zellkerne sind von der Zellmitte aus kettenförmig in einer Linie angeordnet
- Reagieren auf statische Reize und informieren über die Weite der Dehnung. Sie sind somit entscheidend für die Aufrechterhaltung der Muskelspannung und die Anpassung an langanhaltende Haltungen oder Positionen
- Werden von afferenten Typ-Ia-Fasern und Typ-II-Fasern umschlungen

Abbildung 1 aus Sonkodi, B.; Berkes, I.; Koltai, E. Have We Looked in the Wrong Direction for More Than 100 Years? Delayed Onset Muscle Soreness Is, in Fact, Neural Microdamage Rather Than Muscle Damage. Antioxidants 2020, 9, 212. https://doi.org/10.3390/antiox9030212. Lizenzinhaber MDPI, Basel, Switzerland. Creative Commons Attribution (CC BY) Lizenz (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Die Abbildung wurde zugeschnitten und die Begriffe wurden vom Englischen in das Deutsche übersetzt. Es wurde die Erklärung dem Bild hinzugefügt.

Die Muskelspindeln sind spezielle Sensoren in den Muskeln, die Veränderungen in der Muskellänge wahrnehmen. Diese Sensoren arbeiten nach dem Prinzip von Proportional-Differenzial (PD) und sind in der Lage, auf verschiedene Reizveränderungen zu reagieren.

Die PD-Rezeptoren funktionieren ähnlich wie ein Differenzialrezeptor, indem sie auf die Geschwindigkeit der Veränderung reagieren. Wenn sich also die Muskellänge schnell ändert, erhöht sich die Frequenz der elektrischen Signale, die von den PD- Rezeptoren erzeugt werden.

Gleichzeitig verhalten sich die PD-Rezeptoren wie Proportionalrezeptoren, wenn der Reiz über einen längeren Zeitraum anhält. Das bedeutet, dass sie auch auf eine konstante Veränderung der Muskellänge reagieren, indem sie die Frequenz der Aktionspotenziale beibehalten oder erhöhen.

Die Informationen über diese Aktionspotenziale werden über zwei Arten von Nervenfasern, Typ-Ia-Fasern und Typ-II-Fasern, an das Rückenmark weitergeleitet. Im Falle von schnellen Veränderungen in der Muskellänge erfolgt die Signalübertragung vorrangig über Typ-Ia-Fasern. Bei langsameren Veränderungen hingegen werden die Aktionspotenziale über Typ-II-Fasern zum Rückenmark und sogar bis zum Gehirn geleitet.

γ-Motoneurone

γ-Motoneurone regulieren die Empfindlichkeit von Muskelspindeln, indem sie die Spannung der intrafusalen Fasern anpassen. Ihre Hauptaufgabe ist es nicht, Muskelkontraktionen der extrafusalen Muskelfasern zu bewirken, sondern die Funktion der Muskelspindeln während verschiedener Kontraktionszustände des Muskels zu erhalten. Bei Muskelkontraktionen werden die Muskelspindeln entlastet. Ohne die γ-Motoneurone würden die Muskelspindeln daher an Sensitivität verlieren. Durch die Aktivierung der intrafusalen Fasern mittels γ-Efferenzen bleibt der sensitive Teil der Muskelspindel jedoch gedehnt, wodurch das propriozeptive Feedback auch während Muskelkontraktionen erhalten bleibt. Diese Anpassung ermöglicht kontinuierliche und genaue Rückmeldungen über die Muskelspannung und -länge an das ZNS, was für eine präzise Bewegungskontrolle essenziell ist.

Man unterscheidet γ-Motoaxone, die zu Kernkettenfasern und Kernsackfasern ziehen:
γ-Motoaxone → Kernkettenfasern → γ-Endnetze
γ-Motoaxone → Kernsackfasern → γ-Endplatten

Messung: Muskelspannung (Golgi-Sehnenorgane)

Golgi-Sehnenorgane sind spezialisierte Sensoren, die die Spannung innerhalb der Muskelsehnen erfassen. Sie befinden sich an der Schnittstelle zwischen Muskel und Sehne und sind so angeordnet, dass sie quer zu den Muskelfasern liegen. Diese Organe sind mit afferenten Ib-Nervenfasern verbunden, deren freie Nervenendigungen direkt in den Sehnenorganen enden.

Die Aktivierung der Golgi-Sehnenorgane erfolgt sowohl durch die Dehnung als auch durch die Kontraktion der Muskeln. Eine solche Aktivierung führt über hemmende Interneurone zur Inhibition der α-Motoneurone. Dieser Mechanismus, bekannt als autogene Hemmung, dient der Regulation der Muskelkraft, indem er verhindert, dass die Sehne und der Muskel durch zu starke Kontraktionen beschädigt werden. Durch diesen Feedback-Mechanismus tragen die Golgi-Sehnenorgane wesentlich zur Feinabstimmung der Muskelspannung und zur sicheren Bewegungsausführung bei.

Gelenkstellung und -bewegung (Gelenksensoren)

Gelenksensoren befinden sich in den Gelenkkapseln und Bändern und sind verantwortlich für die Erfassung der Gelenkstellung und -bewegung. Die Informationen hierüber werden in das zentrale Nervensystem weitergeleitet. Es gibt verschiedene Typen von Gelenksensoren, darunter Ruffini-Körperchen, Pacini- Körperchen und freie Nervenendigungen:

Ruffini-Körperchen reagieren auf Dehnung und liefern Informationen über die statische Position und langsame Bewegungen des Gelenks
Pacini-Körperchen reagieren auf schnelle Druckveränderungen und Vibrationen und sind wichtig für die Erkennung von schnellen Gelenkbewegungen
Freie Nervenendigungen erfassen Schmerz und Temperatur und tragen zur Wahrnehmung von Gewebeschäden und Entzündungen bei

Messung des Muskelstatus

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Messung: Muskellänge und Spannung (Muskelspindeln)

γ-Motoneurone

Messung: Muskelspannung (Golgi-Sehnenorgane)

Gelenkstellung und -bewegung (Gelenksensoren)

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