Dank dieser zylindrischen Einheiten wird die bei Stoffwechselreaktionen freigesetzte chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt; indem er sich durch die Sehnen einfügt und auf die Knochenhebel einwirkt, erzeugt der Muskel Bewegung.
Skelettmuskelfasern variieren in der Länge von wenigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern mit einem Durchmesser von 10 bis 100 µm (1 µm = 0,001 mm); sie sind die größten Zellen des Körpers.
"Zytologisch" sind Faserzellen das Ergebnis eines Prozesses namens Myogenese, der die Verschmelzung mehrerer Myoblasten ist - eine Aktion, die von muskelspezifischen Proteinen abhängt, die als bekannt sind Fusogene, myomaker oder myomerger. Aus diesem Grund erscheinen die Myozellen als lange zylindrische und mehrkernige Zellen (die zahlreiche Myonuklei enthalten - unter anderem deutlich an der Oberfläche unter dem Mikroskop sichtbar).
Eine Muskelfaser, z. im Bizeps brachialis kann er bei einer Länge von 10 cm bis zu 3000 Kerne haben.
In ihnen befinden sich stattdessen Tausende von Filamenten, Myofibrillen genannt, die kontraktile Einheiten enthalten, die Sarkomere genannt werden.
Physiologen, die sich mit Muskeln befassen, sagen uns, dass sich die verschiedenen Fasern nicht nur aus anatomischer Sicht voneinander unterscheiden, sondern auch für einige genaue physiologische Eigenschaften.
Daher werden innerhalb jedes Muskels verschiedene Fasertypen erkannt, die nach verschiedenen Kriterien wie Energiestoffwechsel, Kontraktionsgeschwindigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Farbe usw.
Insgesamt ist ein einzelner Muskel wie z. Bizeps brachialis, sind etwa 253.000 Muskelfasern enthalten.
Wussten Sie, dass ...
Zwischen der Basalmembran und dem Sarkolemma der Muskelfasern liegt eine Gruppe von Muskelstammzellen, die als Myosatellitzellen bekannt sind.
Diese sind normalerweise ruhend, können aber durch Bewegung oder Krankheit aktiviert werden, um zusätzliche Myonuklei bereitzustellen, die für das Muskelwachstum oder die Muskelreparatur benötigt werden.
spezifisch, Phosphagen (ATP und CP), Mitochondrien, Myoglobin, Glykogen und eine höhere Kapillardichte.
Muskelzellen können sich jedoch nicht teilen, um neue Zellen zu produzieren, und infolgedessen ihre Zahl nimmt tendenziell mit dem Alter ab.
), die zu drei Arten von Fasern.
Diese Fasern haben relativ unterschiedliche metabolische, kontraktile und motorische Eigenschaften – zusammengefasst in der folgenden Tabelle.
WICHTIG! Die unterschiedlichen Eigenschaften sind, obwohl sie teilweise von den Eigenschaften der einzelnen Fasern abhängen, eher relevant, wenn sie auf der Ebene der Motoreinheit gemessen werden - die jedoch sehr geringe Variationen in Bezug auf die Faservielfalt aufweisen - und nicht auf die einzelne Faser.
Sehen wir uns nun einige Arten von Klassifizierungen an.
Faserfarbe
Traditionell wurden Fasern nach ihrer Farbe klassifiziert, die vom Myoglobingehalt abhängt.
Typ-I-Fasern erscheinen aufgrund hoher Myoglobinspiegel rot, haben tendenziell mehr Mitochondrien und eine höhere lokale Kapillardichte.
Sie schrumpfen langsamer, sind aber resistenter, da sie den oxidativen Stoffwechsel nutzen, um aus Glukose und Fettsäuren ATP (Adenosintriphosphat) zu erzeugen.
Die weniger oxidativen Typ-II-Fasern sind aufgrund der Myoglobinknappheit und der Konzentration glykolytischer Enzyme weiß oder auf jeden Fall klar.
Kontraktionsgeschwindigkeit
Fasern können nach ihrer Kontraktionsgeschwindigkeit in schnell und langsam eingeteilt werden. Diese Merkmale überschneiden sich weitgehend, aber nicht vollständig mit Klassifikationen basierend auf Farbe, ATPase und MHC.
- Fasern a schnelle Kontraktion diejenigen, bei denen Myosin ATP sehr schnell spalten kann. Dazu gehören Typ-II-ATPase- und Typ-II-MHC-Fasern. Sie zeigen auch eine größere Fähigkeit zur elektrochemischen Übertragung von Aktionspotentialen und eine schnelle Calciumfreisetzung und -absorption durch das sarkoplasmatische Retikulum.Sie basieren auf einem gut entwickelten, anaeroben, glykolytischen System mit schneller Energieübertragung und können sich 2-3 mal schneller zusammenziehen als langsam zuckende Fasern Schnell zuckende Muskeln eignen sich zur Erzeugung kurzer Kraft- oder Geschwindigkeitsschübe als langsame Muskeln und ermüden daher schneller.
- Fasern a langsame Kontraktion erzeugt Energie für die Resynthese von ATP durch ein aerobes und langanhaltendes Transfersystem. Dazu gehören hauptsächlich ATPase Typ I- und MHC Typ I-Fasern. Sie neigen zu einer geringen ATPase-Aktivität, einer langsameren Zuckungsrate mit einer weniger entwickelten glykolytischen Kapazität. Slow Twitch-Fasern entwickeln mehr Mitochondrien und Kapillaren, wodurch sie besser für Ausdauertraining geeignet sind .
Fasertypisierungsmethoden
Es gibt eine Reihe von Methoden, die für die Fasertypisierung verwendet werden, was bei Nicht-Experten oft für Verwirrung sorgt.
Zwei oft zweideutige Verfahren sind die histochemische Färbung für die Myosin-ATPase-Aktivität und die immunhistochemische Färbung für den Myosin-Schwerkettentyp (MHC).
Die Aktivität des Myosin-ATPase-Enzyms wird allgemein und richtigerweise einfach als "Fasertyp" bezeichnet und leitet sich aus der direkten Messung der Aktivität des ATPase-Enzyms unter verschiedenen Bedingungen (zB pH) ab.
Die Myosin-Schwerkettenfärbung wird genauer als "MHC-Typ" bezeichnet (Myosin schwere Kette) und ergibt sich, wie ersichtlich, aus der Bestimmung verschiedener MHC-Isoformen.
Diese Methoden sind physiologisch verwandt, da der MHC-Typ die Hauptdeterminante der ATPase-Aktivität ist. Keine dieser Typisierungsmethoden ist jedoch direkt metabolischer Natur; das ist sie richten sich nicht direkt an die oxidative oder glykolytische Kapazität der Faser.
Wenn von „Typ I“- oder „Typ II“-Fasern die Rede ist, bezieht sich dies genauer auf die Bewertung durch Färbung der „ATPase-Aktivität von Myosin (z.B. „Typ II“-Fasern beziehen sich auf Typ IIA + Typ IIAX + Typ IIXA ... etc.).
Unten ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen diesen beiden Methoden zeigt, die auf die beim Menschen vorhandenen Fasertypen beschränkt ist.Die Subtyp-Großschreibung wird bei der Fasertypisierung im Vergleich zur MHC-Typisierung verwendet; einige Arten von ATPase enthalten tatsächlich mehrere Arten von MHC.
Darüber hinaus wird ein Subtyp B oder b beim Menschen durch keines der Verfahren exprimiert. Frühe Forscher glaubten, dass Menschen einen MHC IIb exprimieren könnten, was zur ATPase-Klassifizierung von IIB führte. Spätere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass menschliches MHC IIb tatsächlich IIx ist, was darauf hindeutet, dass IIx der korrektere Wortlaut ist.
Subtyp IIb oder IIB, IIc und IId, werden stattdessen in anderen Säugetieren exprimiert, wie in der Literatur umfassend dokumentiert.
Weitere Fasertypisierungsmethoden werden weniger formal skizziert und existieren auf mehr Spektren, wie sie normalerweise im Leichtathletikbereich verwendet werden.
Sie konzentrieren sich eher auf metabolische und funktionelle Kapazitäten (Kontraktionszeit, überwiegend oxidativ vs. anaerobe Laktsäure vs. anaerobe Laktsäure, schnelle vs. langsame Kontraktionszeit).
Wie oben angemerkt, misst oder diktiert die Fasertypisierung durch ATPase oder MHC diese Parameter nicht direkt. Viele der verschiedenen Methoden sind jedoch mechanisch miteinander verbunden, während andere miteinander verwandt sind in vivo.
Z.B, die Art der ATPase-Faser hängt von der Kontraktionsgeschwindigkeit ab, da die hohe Aktivität der ATPase einen schnelleren Zyklus der Kreuzbrücke ermöglicht. Typ-I-Fasern sind teilweise "langsam", weil sie im Vergleich zu Typ-II-Fasern niedrige ATPase-Aktivitätsraten aufweisen; die Messung der Kontraktionsrate ist jedoch nicht dasselbe wie das Typisieren der ATPase-Faser.
, weiße und Zwischenfasern. Ihre Proportionen variieren jedoch entsprechend der physiologisch zugewiesenen Arbeit dieses Muskels.Beim Menschen beispielsweise enthält der Quadrizeps etwa 52 % der Fasern vom Typ I, der Soleus etwa 80 %, der M. orbicularis des Auges dagegen nur etwa 15 % des Typs I.
Wussten Sie, dass ...
Die Kraft, die eine Muskelfaser entwickelt, hängt von ihrer Länge zu Beginn der Kontraktion ab. Sie muss einen optimalen Wert haben, außerhalb dessen (zurückgezogener oder zu stark gedehnter Muskel) die Kraftleistung reduziert ist. Im Bereich der Muskelkräftigung besteht der häufigste Fehler darin, die Muskulatur bereits in Teilverkürzung zu trainieren. Die einzigen Ausnahmen von der Regel sind das Vorhandensein von Schmerzen oder Beschwerden oder Paramorphismen, die daher eine Einschränkung des Bewegungsbereichs (ROM) erfordern.
Die überwiegend weißen Muskeln, die reich an Typ-II-Fasern sind, werden als phasisch bezeichnet, weil sie zu schnellen und kurzen Kontraktionen fähig sind. Die roten Muskeln hingegen, in denen Typ-I-Fasern vorherrschen, werden aufgrund der Fähigkeit, lange Zeit in Kontraktion zu bleiben, als tonisch bezeichnet.
Die motorischen Einheiten innerhalb des Muskels zeigen jedoch nur sehr geringe Variationen, sodass die Dimensionsprinzip der Rekrutierung motorischer Einheiten; das heißt, je nach Intensität / Kraftbedarf kann der Körper nur einige (zB bei längerer aeroben Aktivität) oder alle (zB bei einer maximalen Kniebeuge) der betreffenden Einheiten stimulieren.
Heute wissen wir, dass es keine geschlechtsspezifischen Unterschiede in der Faserverteilung gibt. Allerdings "könnten" die Proportionen der verschiedenen Arten - von denen wir wissen, dass sie zwischen Tierarten und in geringerem Maße zwischen Ethnien stark variieren - von Person zu Person erheblich variieren.
Einigen Erkenntnissen zufolge sollten sesshafte Männer und Frauen (sowie Kleinkinder) 55% Typ-I-Fasern und 45% Typ-II-Fasern haben.
Hochleistungssportler hingegen weisen eine spezifische Ballaststoffverteilung auf, die sich nach der verwendeten Stoffwechselart richtet. Langläufer haben hauptsächlich Fasern I, Sprinter hauptsächlich II und Mittelstreckenläufer, Werfer und Springer, wobei sich die Anteile beider fast überlappen.
Es wurde daher vorgeschlagen, dass verschiedene Arten von Training signifikante Veränderungen der Skelettmuskelfasern hervorrufen können, obwohl es nicht möglich ist, mit Sicherheit festzustellen, welche genetische Ausstattung bei denselben Probanden bereits vorhanden war. Dieser Vorgang "könnte" durch die Spezialisierungsfähigkeit der Fasern oder auch nur eines Teils der Makrogruppe II ermöglicht werden.
Es ist möglich, dass Typ-IIx-Fasern nach einem hochintensiven Ausdauertraining eine Verbesserung der oxidativen Kapazität zeigen, was sie zu einem Niveau führt, auf dem sie in der Lage wären, den oxidativen Stoffwechsel bei untrainierten Personen so effektiv wie Fasern I zu erfüllen.
Dies würde durch eine Zunahme der Größe und Anzahl der Mitochondrien und die damit verbundenen Veränderungen bestimmt, aber nicht durch eine Veränderung des Fasertyps..
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