Wie viel Kraft kann ein einzelner Kontraktionsmuskel erzeugen?

Die Kraft, die durch eine einzelne Muskelkontraktion erzeugt werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren wie der Größe, dem Typ und dem physiologischen Zustand des Muskels ab. Näherungsweise kann jedoch die Krafterzeugungsfähigkeit einer einzelnen Muskelfaser Aufschluss über die Krafterzeugung eines gesamten Muskels geben.

Während einer einzelnen Kontraktion wird die von einer einzelnen Muskelfaser erzeugte Kraft durch die Anzahl der Myosinköpfe (Kreuzbrücken) bestimmt, die sich zwischen den dicken und dünnen Filamenten (Aktin und Myosin) innerhalb der Sarkomere, den grundlegenden kontraktilen Einheiten der Muskelfasern, bilden. Jeder Myosinkopf kann bei der Bindung an Aktin eine Kraft von etwa 5–10 Piconewton (pN) erzeugen.

Die von einer Muskelfaser erzeugte Gesamtkraft ist die Summe der Kräfte, die von allen Myosinköpfen innerhalb der Sarkomere erzeugt werden. Daher hängt die Kraftabgabe von der Anzahl der in Reihe geschalteten Sarkomeren und der Anzahl der Myosinköpfe pro Sarkomer ab.

In der Skelettmuskulatur wird die Kraft, die durch eine einzelne zuckende Kontraktion (ein kurzer Kontraktions- und Entspannungszyklus) eines gesamten Muskels erzeugt wird, von der Anzahl der rekrutierten Muskelfasern, ihrer Querschnittsfläche und dem Grad der neuronalen Aktivierung (der Anzahl) beeinflusst rekrutierte motorische Einheiten und die Feuerfrequenz von Motoneuronen).

Wenn mehrere motorische Einheiten rekrutiert werden und die Muskeln maximal aktiviert werden, erhöht sich die Kraftproduktion erheblich, was zu stärkeren Kontraktionen führt. Dieses Phänomen wird als Kraftsummierung bezeichnet und ist für die Erzeugung hoher Kräfte bei willkürlichen Bewegungen unerlässlich.

Während die durch eine einzelne Muskelkontraktion erzeugte Kraft zwischen verschiedenen Muskeln und Individuen stark variieren kann, liegt die Krafterzeugungskapazität einer einzelnen Muskelfaser im Skelettmuskel grob geschätzt bei etwa 10 pN und die Kraft, die ein ganzer Muskel dabei erzeugt Eine maximale Kontraktion kann mehrere hundert Newton (N) erreichen.