Messung und Analyse myoelektrischer Signale - Communications ...

2. Physiologische Grundlagen der myoelektrischen Signalerzeugung
2.3. Erregbarkeit von Muskelzellen durch das
Aktionspotenzial
Im Normalfall hat die Aktivierung einer motorischen Einheit die Aktivierung aller Muskelfasern
zur Folge, die durch sie erfasst werden. Bei dieser Aktivierung kommen vom
Zellkörper über das Axon weitergeleitete Nervenimpulse an der Synapse an und bewirken
die Ausschüttung von Acetylcholin 4 . Dieser Stoff bindet sich an Rezeptoren im
so genannten synaptischen Spalt der Muskelfasermembran. Diese Rezeptoren sind für
Kationen unterschiedlich durchlässig und wirken auf diese Weise als ” Ionenkanäle“ für
Natrium-, Calcium- und Kaliumionen. Die Anbindung des Acetylcholins bewirkt eine
Änderung dieser Permeabilität. Abbildung 2.3 zeigt den chemischen Aufbau des Neurotransmitters.
Abbildung 2.3.: Chemischer Aufbau von Acetylcholin[16]
Im nicht kontrahierten Zustand ist der intrazelluläre Raum von Muskelfaserzellen negativer
geladen als der extrazelluläre Raum. Eine dünne Lipoproteinmembran 5 trennt und
isoliert diese Räume voneinander. Aus diesem Grund herrscht zwischen der Oberfläche
der Muskelfasermembran und dem intrazellulärem Raum bei entspanntem Muskel ein
als Ruhepotenzial bezeichneter Zustand. Dieses Potenzial entsteht durch ein Ionenungleichgewicht
zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum der Muskelfaserzellen.
Es liegt in diesem Zustand zwischen -80 mV und -90 mV. Aktive physiologische Prozesse
halten diesen Zustand ständig aufrecht. Bei einer Dicke der Muskelfasermembran von
5 nm isoliert sie eine Feldstärke von 18 kV pro mm.
Nach Aktivierung der motorischen Einheit und Öffnung der ” Ionenkanäle“ durch die
Acetylcholinrezeptoren fließen Natriumionen (Na+) in die Zelle und Kaliumionen (K+)
aus der Zelle hinaus. Dies geschieht in einem solchen Ausmaß, dass der intrazelluläre
Raum positiver geladen wird als der extrazelluläre Raum. Das Ruhepotenzial steigt bis
auf +30 mV an, das so genannte Aktionspotenzial entsteht. Die durch die Potenzialumkehr
entstehende Depolarisation der Muskelfaserzelle erzeugt in den an die motorische
Endplatte angrenzenden Muskelfaserzellen einen Aktivierungseffekt, welcher in seinem
Ausmaß der Ausschüttung von Acetylcholin enspricht. Die ” Ionenkanäle“ öffnen sich,
4 ACh, systematischer Name: (2-Acetoxy-ethyl)-trimethylammonium
5 Protein-Lipid-Komplexe, molekulare Eiweiß-Fett-Verbindungen
10