A13 Muskelermüdung und Leistungsfähigkeit

Thema

Der Flugmuskel des Insekts ist die Hauptursache für den Verschleiß während des Dauerflugs: Durch die wiederholten Kontraktionen reichern sich Stoffwechselprodukte an – anorganisches Phosphat, Adenosindiphosphat und Wasserstoffionen, die das Gewebe übersäuern –, während gleichzeitig die Energiespeicher, vor allem Glykogen und Lipidreserven, verbraucht werden. Diese doppelte Ansammlung von Abfallprodukten und der Verbrauch von Reserven führen zur Muskelermüdung.

Im Muskel wirkt das angesammelte anorganische Phosphat direkt auf den molekularen Motor der Kontraktion: Es hemmt den Myosinkopf, die Struktur, die die Bewegung in jeder Muskelfaser erzeugt. Diese Hemmung reduziert sowohl die vom Muskel erzeugbare Kraft als auch die Kontraktionsgeschwindigkeit. Je mehr anorganisches Phosphat sich ansammelt, desto stärker schwächt sich die Fähigkeit des Muskels ab, gleichzeitig Kraft und Bewegung zu erzeugen.

Dieser Rückgang der aktiven Muskelkraft erfolgt nicht plötzlich, sondern schreitet in einem eigenen Tempo fort, das direkt von der Intensität der Belastung abhängt: Je kraftvoller der Flug des Insekts ist, desto schneller nimmt die Muskelkraft ab und desto eher tritt Erschöpfung ein – Flüge mit hoher Kraft erschöpfen die Muskulatur innerhalb weniger Minuten –, während ein Flug mit geringer Kraft, wie beispielsweise während der Migration, denselben Kraftverlust über Stunden verteilt, bevor er kritisch wird.

Zusätzlich zu diesem allmählichen Kraftverlust ist die Insektenmuskulatur einem zweiten, abrupteren Risiko ausgesetzt: der Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen mechanischen Versagens, also des Reißens von Muskelfasern. Dieses Risiko steigt mit der Dauer der Belastung. Je nachdem, wie sich diese Versagenswahrscheinlichkeit verhält, kann das Risiko mit zunehmendem Verschleiß des Gewebes steigen und sich wie ein kumulatives Verschleißversagen verhalten, oder es kann während des gesamten Fluges konstant bleiben und sich wie ein im Wesentlichen zufälliges Versagen verhalten, das nicht vom bereits vorhandenen Verschleiß abhängt.

Nach dem Flug beginnt der ermüdete Muskel mit einem Regenerationsprozess, der die verlorene Kraft allmählich wiederherstellt. Dieser Prozess verläuft ähnlich wie die Ermüdung selbst, jedoch deutlich langsamer: Der Muskel benötigt länger, um seine Kraft wiederzuerlangen, als er sie verloren hat. Diese Regeneration ermöglicht es dem Muskel, nach der Schwächung durch Stoffwechselprodukte, den Verbrauch seiner Energiereserven und das während der vorherigen Anstrengung entstandene Risiko eines mechanischen Versagens, für einen weiteren Flug zur Verfügung zu stehen.

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