Muskelphysiologie – Funktionelle Eigenschaften
Grundlegende funktionelle Eigenschaften des Skelettmuskels
Längen-Spannungs-Beziehung
Die isometrische Längen-Spannungs-Kurve stellt die Kraft dar, die ein Muskel erzeugen kann, wenn er in einer Reihe diskreter Längen gehalten wird. Wenn die Spannung bei jeder Länge gegen die Länge aufgetragen wird, wird eine Beziehung wie die unten gezeigte erhalten.
Während eine allgemeine Beschreibung dieser Beziehung früh in der Geschichte der biologischen Wissenschaft etabliert wurde, wurde die genaue strukturelle Grundlage für die Längen-Spannungs-Beziehung im Skelettmuskel erst in den ausgeklügelten mechanischen Experimenten der frühen 1960er Jahre aufgeklärt (Gordon et al. 1966). In seiner grundlegendsten Form besagt die Längen-Spannungs-Beziehung, dass die isometrische Spannungserzeugung im Skelettmuskel eine Funktion der Größe der Überlappung zwischen Aktin- und Myosin-Filamenten ist.
Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung
Die von einem Muskel erzeugte Kraft ist eine Funktion seiner Geschwindigkeit. Historisch gesehen wurde die Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung verwendet, um die dynamischen Eigenschaften der Kreuzbrücken zu definieren, die während der Muskelkontraktion zyklisch arbeiten.
Die Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung ist wie die Längen-Spannungs-Beziehung eine Kurve, die tatsächlich die Ergebnisse vieler Experimente darstellt, die auf demselben Diagramm dargestellt sind. Experimentell darf sich ein Muskel gegen eine konstante Belastung verkürzen. Die Muskelgeschwindigkeit während der Verkürzung wird gemessen und dann gegen die Widerstandskraft aufgetragen. Die allgemeine Form dieser Beziehung ist in der folgenden Grafik dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist die Muskelgeschwindigkeit relativ zur maximalen Geschwindigkeit (Vmax) aufgetragen, während auf der vertikalen Achse die Muskelkraft relativ zur maximalen isometrischen Kraft (Po) aufgetragen ist.
Was ist die physiologische Grundlage der Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung? Die von einem Muskel erzeugte Kraft hängt von der Gesamtzahl der angebrachten Querbrücken ab. Da es eine begrenzte Zeit dauert, bis sich Querbrücken anhaften, da die Filamente immer schneller aneinander vorbeigleiten (d. H. Wenn sich der Muskel mit zunehmender Geschwindigkeit verkürzt), nimmt die Kraft aufgrund der geringeren Anzahl der angebrachten Querbrücken ab. Umgekehrt haben mit abnehmender relativer Filamentgeschwindigkeit (d. H. Mit abnehmender Muskelgeschwindigkeit) mehr Querbrücken Zeit, sich anzubringen und Kraft zu erzeugen, und somit nimmt die Kraft zu. Diese Diskussion soll keine detaillierte Beschreibung der Grundlage für die Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung liefern, nur um einen Einblick zu geben, wie sich Kreuzbrückenratenkonstanten auf die Muskelkrafterzeugung als Funktion der Geschwindigkeit auswirken können.
Die Muskeln werden durch die Kraft, die auf den Muskel ausgeübt wird, gestärkt. Höhere Kräfte erzeugen größere Verstärkung. Daher implizieren Übungen, die mit Muskeln durchgeführt werden, die so aktiviert sind, dass sie sich mit hohen Geschwindigkeiten zusammenziehen können, notwendigerweise, dass sie sich auch mit relativ geringer Kraft zusammenziehen. Dies ist intuitiv offensichtlich, wenn Sie eine leichte Last im Vergleich zu einer schweren Last heben — die leichte Last kann viel schneller bewegt werden. Diese schnellen Bewegungen hätten jedoch sehr geringe Kräftigungseffekte, da die Muskelkräfte so gering sind.