Muskelstimulationsfrequenz

Die Kontraktionsstärke von Muskeln wird durch Motoneuronen reguliert, die die Frequenz der Aktionspotenziale modulieren, die an die motorischen Einheiten basierend auf den Anforderungen des Körpers gesendet werden. Dieser Prozess des Variierens der Muskelstimulationsfrequenz ermöglicht es den Muskeln, mit einer Kraft zu kontrahieren, die genau auf die Bedürfnisse des Moments abgestimmt ist, egal ob es darum geht, eine Feder oder eine schwere Kiste zu heben.

Wellensummation

Bei niedrigen Feuerraten induzieren Motoneuronen einzelne Zuckungskontraktionen in den Muskelfasern. Diese Zuckungen treten auf, wenn die Muskelfasern zwischen den Stimuli vollständig entspannen können, was in sporadischen, sanften Kontraktionen resultiert. Feuert das Neuron, bevor die Muskelfasern nach der ersten Zuckung vollständig entspannt sind, wird die zweite Kontraktion zur vorherigen hinzugefügt, was zu einer Wellensummation und einer robusteren Gesamtkontraktion führt. Das resultierende Phänomen wird temporale Summation oder Wellensummation genannt, bei der eine kräftigere zweite Kontraktion auftritt, wenn ein zweiter Stimulus während der Entspannungsphase empfangen wird.

Unvollständiger Tetanus

Die Dauer einer einzelnen Zuckung bestimmt die maximale Zeit, die für die Wellensummation zur Verfügung steht. Wenn zum Beispiel eine Zuckung 20 Millisekunden dauert, müssen nachfolgende Stimuli in weniger als 20 Millisekunden getrennt sein, was eine Stimulationsrate von mehr als 50 Stimuli pro Sekunde bedeutet. Diese Rate wird üblicherweise in Form der Stimulusfrequenz ausgedrückt, der Anzahl der Stimuli pro Zeiteinheit. Mit zunehmender Stimulationsfrequenz tritt der Muskel in einen Zustand ein, der als unvollständiger Tetanus bekannt ist. Während des unvollständigen Tetanus entspannen sich die Muskelfasern nur teilweise zwischen den Zuckungen, was zu einer flatternden, aber kraftvolleren Kontraktion führt. Dieser Zustand ist oft ausreichend für viele alltägliche Aufgaben, die moderate Stärke erfordern.

Vollständiger Tetanus

Bei noch höheren Frequenzen erreicht der Muskel den vollständigen Tetanus, bei dem einzelne Zuckungen ununterscheidbar werden und die Muskelfaser in einem Zustand kontinuierlicher, maximaler Kontraktion ist. Dies tritt bei Frequenzen von etwa 80 bis 100 Mal pro Sekunde auf und wird typischerweise in Situationen eingesetzt, die maximale Kraft erfordern. Im vollständigen Tetanus entspannt sich der Muskel zwischen den Stimuli überhaupt nicht, was zu einem glatten und anhaltenden Kontraktionsplateau führt, das die Spitzenkraft darstellt, die ein Muskel erzeugen kann.

Treppe

Stärkere, nachhaltigere Kontraktionen können auch durch den Treppe-Effekt oder den Treppen-Effekt auftreten. Dies geschieht, wenn aufeinanderfolgende Stimuli mit einer Frequenz bereitgestellt werden, die eine vollständige Entspannung zwischen den Zuckungen erlaubt, jedoch jede nachfolgende Zuckung eine etwas größere Kraft erzeugt. Dieser Effekt wird auf einen allmählichen Anstieg der Kalziumionen im Sarkoplasma und eine erhöhte Effizienz der Muskelenzyme zurückgeführt.