Exzentrische Kontraktion

Mechanismus

Lass uns den Mechanismus am Beispiel des Musculus biceps brachii (Unterarmbeuger) erläutern. Während der konzentrischen Kontraktion verkürzt sich der Bizeps und zieht das Gewicht in Richtung Schultergelenk.

Zwei Situationen können ab diesem Punkt zu einer exzentrischen Bewegung führen:

• Der Bizeps wird mit einer Kraft belastet, die größer ist als die, die er während der konzentrischen Kontraktion erzeugt hat (z. B. durch zusätzliches Gewicht an der Hantel).
• Du beginnst den Bizeps bewusst zu entspannen.

In beiden Fällen reicht die vom Muskel erzeugte Kraft nicht aus, um den Muskel in einem vollständig kontrahierten Zustand zu halten. Dies führt dazu, dass sich die Muskelfasern unter Spannung ausdehnen – dies nennt man exzentrische Kontraktion.

Der Begriff „Kontraktion“ kann verwirrend sein, da sich der Musculus biceps brachii verlängert. Was passiert also tatsächlich? Während einer exzentrischen Kontraktion versucht der Muskel, sich durch Spannungserzeugung zu verkürzen, verlängert sich jedoch in Wirklichkeit. Dies geschieht, weil die auf den Muskel einwirkende äußere Kraft die während der konzentrischen Kontraktion erzeugte Kraft übersteigt.
Die exzentrische Kontraktion ist also kein einfaches passives Dehnen des Muskels, sondern eine Dehnung unter Spannung, die dazu dient, die Bewegung zu verlangsamen und eine kontrollierte Rückführung der Last zu ermöglichen.

Warum ist die exzentrische Kontraktion stärker als die konzentrische?

Erinnern wir uns kurz daran, wie sich die Skelettmuskulatur kontrahiert. Der kontraktile Apparat des Muskels ist das Sarkomer, eine typische Struktur der quergestreiften Muskulatur. Ein Sarkomer besteht aus zwei Arten von Myofibrillen: Aktin und Myosin, die die zentralen Elemente des Kontraktionsmechanismus darstellen. Mehrere Begleitproteine unterstützen die Funktion und Integrität des Sarkomers, darunter Titin, Tropomodulin, Alpha-Actinin, Myomesin, Dystrophin, Nebulin und Desmin.

Die konzentrische Muskelkontraktion oder konzentrische Phase wird durch die Gleitfilamenttheorie beschrieben. Laut dieser Theorie binden sich die Myosinköpfe zyklisch an spezifische Stellen der Aktinfilamente und bilden sogenannte Querbrücken. Jeder Querbrückenzyklus verbraucht ein ATP-Molekül (Energie). Sobald die Myosinköpfe gebunden sind, ziehen sie die Aktinfilamente an sich, wodurch die Myofibrillen aneinander vorbeigleiten. Dies führt zur Verkürzung der Sarkomere und damit des gesamten Muskels.

Die Kraftproduktion ist direkt proportional zur Anzahl der Querbrücken. Je mehr Querbrücken gebildet werden, desto größer ist die erzeugte Kraft. Eine starke und effiziente, konzentrische Kontraktion erfordert jedoch einen hohen Energieaufwand.

Im Gegensatz dazu erzeugt eine exzentrische Phase größere Kräfte bei geringerem Energieaufwand – das bedeutet, dass Muskeln dabei stärker sind und weniger Energie verbrauchen. Obwohl dieses Phänomen seit Jahrzehnten erforscht wird, ist der genaue Mechanismus noch nicht vollständig geklärt. Es gibt jedoch einige anerkannte Erklärungen:

• Titin ist ein elastisches Protein im Sarkomer, das an Aktinfilamente bindet. Während der konzentrischen Phase wird Titin aufgespult wie eine Feder. In der exzentrischen Phase wird das Sarkomer gedehnt, wodurch Titin der Dehnung passiv entgegenwirkt, ähnlich einer sich entladenden Feder. Diese Widerstandskraft erzeugt zusätzliche Kraft, ohne zusätzliches ATP zu verbrauchen, da die gespeicherte potenzielle Energie freigesetzt wird.
• Während der exzentrischen Kontraktion werden mehr Querbrücken gebildet als in der konzentrischen Phase. Dadurch entsteht eine höhere Muskelkraft.
• Anstatt ein ATP-Molekül pro Querbrückenzyklus zu verbrauchen, wird in der exzentrischen Kontraktion ein ATP-Molekül für mehrere Zyklen verwendet. Dies führt zu einem geringeren Gesamtenergieverbrauch.

Mit der folgenden Lerneinheit kannst du alles Wichtige zum Aufbau von Skelettmuskeln wiederholen:

Anschließend kannst du dein Wissen mit dem folgenden Quiz testen:

Beispiele

Einfach ausgedrückt tritt eine exzentrische Kontraktion auf, wenn ein Muskel aktiviert wird, um eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung zu bremsen, zu kontrollieren und zu glätten. Zum Beispiel, wenn die Beugemuskulatur eine Streckbewegung kontrolliert und umgekehrt.

Einige alltägliche Beispiele für exzentrische Kontraktionen:

• Der Musculus tibialis anterior ist ein wichtiger Muskel des vorderen Unterschenkels, der den Fuß dorsalflektiert. Er kontrahiert exzentrisch beim Gehen und Laufen, um das Absenken des Fußes nach dem Fersenkontakt zu kontrollieren und abzufedern
• Der Musculus quadriceps femoris ist der Oberschenkelmuskel, der das Bein durch Streckung im Kniegelenk bewegt. Beim Bergabgehen oder Treppensteigen kontrahiert er exzentrisch, um die Kniebeugung zu kontrollieren und ein plötzliches Einknicken des Kniegelenks zu verhindern.

Einige Beispiele für exzentrische Kontraktionen im Sport:

• Beim Bizeps-Curl erfolgt das Heben der Hantel durch die konzentrische Kontraktion des Musculus biceps brachii, während das kontrollierte Absenken das Ergebnis einer exzentrischen Kontraktion ist.
• Beim Skifahren ist die exzentrische Kontraktion des Musculus quadriceps femoris entscheidend für jede Schwungphase.
• Im Tennis führen die oberflächlichen und tiefen Unterarmextensoren bei jedem Schwung mit dem Schläger eine exzentrische Kontraktion durch, um das Handgelenk vor übermäßiger Palmarflexion zu schützen.