10.5: Типи м'язових волокон

Цілі навчання

• Опишіть види скелетних м'язових волокон
• Поясніть швидкі і повільні м'язові волокна

Два критерії, які слід враховувати при класифікації типів м'язових волокон, - це те, наскільки швидко деякі волокна скорочуються відносно інших, і як волокна виробляють АТФ. Використовуючи ці критерії, виділяють три основних типи скелетних м'язових волокон. Повільні окислювальні (SO) волокна скорочуються відносно повільно і використовують аеробне дихання (кисень і глюкозу) для виробництва АТФ. Швидкі окислювальні (FO) волокна мають швидкі скорочення і в першу чергу використовують аеробне дихання, але оскільки вони можуть перейти на анаеробне дихання (гліколіз), можуть втомлюватися швидше, ніж SO волокна. Нарешті, швидкі гліколітичні (FG) волокна мають швидкі скорочення і в першу чергу використовують анаеробний гліколіз. Волокна FG втомлюються швидше за інших. Більшість скелетних м'язів у людини містять (и) всі три типи, хоча і в різних пропорціях.

Швидкість скорочення залежить від того, як швидко АТФаза міозину гідролізує АТФ для отримання крос-мостової дії. Швидкі волокна гідролізують АТФ приблизно вдвічі швидше, ніж повільні волокна, що призводить до набагато швидшого перехресного мостового циклу (який швидше тягне тонкі нитки до центру саркомерів). Первинний метаболічний шлях, який використовується м'язовим волокном, визначає, чи класифікується волокно як окислювальний або гліколітичний. Якщо волокно в основному виробляє АТФ аеробними шляхами, воно є окислювальним. Під час кожного метаболічного циклу може вироблятися більше АТФ, що робить клітковину більш стійкою до втоми. Гліколітичні волокна в основному створюють АТФ через анаеробний гліколіз, який виробляє менше АТФ за цикл. В результаті гліколітичні волокна втомлюються з більш швидкою швидкістю.

Окислювальні волокна містять набагато більше мітохондрій, ніж гліколітичні волокна, оскільки аеробний метаболізм, який використовує кисень (O ₂) в метаболічному шляху, відбувається в мітохондріях. Волокна СО мають велику кількість мітохондрій і здатні скорочуватися протягом більш тривалих періодів через велику кількість АТФ, яку вони можуть виробляти, але мають відносно невеликий діаметр і не виробляють великої кількості натягу. Волокна SO широко постачаються кровоносними капілярами для постачання O ₂ з еритроцитів у крові. Волокна SO також мають міоглобін, O ₂ -несучу молекулу, подібну до O ₂ -несучої гемоглобін в еритроцитах. Міоглобін зберігає деякі необхідні O ₂ всередині самих волокон (і надає SO волокнам їх червоний колір). Всі ці особливості дозволяють SO волокнам виробляти велику кількість АТФ, який може підтримувати м'язову активність без втоми протягом тривалого періоду часу.

Той факт, що волокна SO можуть функціонувати протягом тривалого періоду без втоми, робить їх корисними для підтримки постави, вироблення ізометричних скорочень, стабілізації кісток і суглобів та здійснення невеликих рухів, які трапляються часто, але не вимагають великої кількості енергії. Вони не виробляють високої напруги, і, таким чином, не використовуються для потужних, швидких рухів, що вимагають великої кількості енергії і швидкої їзди на перехресних мостах.

FO волокна іноді називають проміжними волокнами, оскільки вони мають характеристики, які є проміжними між швидкими волокнами і повільними волокнами. Вони виробляють АТФ відносно швидко, швидше, ніж SO волокна, і, таким чином, можуть виробляти відносно велику кількість напруги. Вони є окислювальними, оскільки виробляють АТФ аеробно, мають велику кількість мітохондрій і не втомлюються швидко. Однак волокна FO не володіють значним міоглобіном, надаючи їм більш світлий колір, ніж червоні волокна SO. Волокна FO використовуються в основному для рухів, таких як ходьба, які вимагають більше енергії, ніж постуральний контроль, але менше енергії, ніж вибуховий рух, наприклад, спринт. Волокна FO корисні для цього типу руху, оскільки вони виробляють більше натягу, ніж волокна SO, але вони більш стійкі до втоми, ніж волокна FG.

Волокна FG в основному використовують анаеробний гліколіз як джерело АТФ. Вони мають великий діаметр і мають велику кількість глікогену, який використовується при гліколізі для швидкого генерування АТФ для отримання високого рівня напруги. Оскільки вони в основному не використовують аеробний метаболізм, вони не мають значної кількості мітохондрій або значної кількості міоглобіну і тому мають білий колір. Волокна FG використовуються для отримання швидких, силових скорочень для швидких, потужних рухів. Ці волокна швидко втомлюються, дозволяючи використовувати їх лише протягом коротких періодів. Більшість м'язів володіють сумішшю кожного типу волокон. Переважний тип волокна в м'язі визначається первинною функцією м'язи.

Огляд глави

АТФ забезпечує енергію для скорочення м'язів. Три механізми регенерації АТФ - креатинфосфат, анаеробний гліколіз та аеробний метаболізм. Креатинфосфат забезпечує близько перших 15 секунд АТФ на початку скорочення м'язів. Анаеробний гліколіз виробляє невелику кількість АТФ при відсутності кисню протягом короткого періоду. Аеробний метаболізм використовує кисень, щоб виробляти набагато більше АТФ, дозволяючи м'язам працювати протягом більш тривалих періодів. М'язова втома, яка має безліч факторів, виникає, коли м'язи більше не можуть скорочуватися. Кисневий борг створюється в результаті використання м'язів. Три типи м'язових волокон - повільний окислювальний (SO), швидкий окислювальний (FO) та швидкий гліколітичний (FG). SO волокна використовують аеробний метаболізм, щоб виробляти скорочення низької потужності протягом тривалих періодів і повільні до втоми. Волокна FO використовують аеробний метаболізм для виробництва АТФ, але виробляють більш високі скорочення напруги, ніж волокна SO. Волокна FG використовують анаеробний метаболізм, щоб виробляти потужні скорочення високої напруги, але швидко втоми.

Переглянути питання

Питання: М'язова втома викликана ________.

А. нарощування рівнів АТФ і молочної кислоти

Б. виснаження енергетичних запасів і накопичення рівнів молочної кислоти

C. накопичення рівнів АТФ та піровиноградної кислоти

D. виснаження енергетичних запасів і накопичення рівнів піровиноградної кислоти

Відповідь: B

Питання: Спринтер відчує м'язову втому раніше, ніж марафонський бігун через ________.

А. анаеробний обмін речовин в м'язах спринтера

Б. анаеробний метаболізм в м'язах марафонця

С. аеробний обмін речовин в м'язах спринтера

Д. гліколіз в м'язах марафонця

Відповідь: A

Питання: Який аспект креатинфосфату дозволяє йому постачати енергію м'язам?

А. АТФАЗНА АКТИВНІСТЬ

B. фосфатні зв'язки

C. вуглецеві зв'язки

D. водневі зв'язки

Відповідь: B

Питання: Препарат X блокує регенерацію АТФ з АДФ і фосфату. Як відреагують м'язові клітини на цей препарат?

А. шляхом поглинання АТФ з кровотоку

Б. за допомогою ADP як джерела енергії

C. за допомогою глікогену в якості джерела енергії

D. жодне з перерахованих вище

Відповідь: D

Питання критичного мислення

Питання: Чому м'язові клітини використовують креатинфосфат замість гліколізу для постачання АТФ протягом перших кількох секунд скорочення м'язів?

А. креатинфосфат використовується тому, що креатинфосфат і АДФ дуже швидко перетворюються в АТФ креатинкіназою. Гліколіз не може генерувати АТФ так швидко, як креатинфосфат.

Питання: Чи є аеробне дихання більш-менш ефективним, ніж гліколіз? Поясніть свою відповідь.

А. аеробне дихання набагато ефективніше анаеробного гліколізу, даючи 36 АТФ на молекулу глюкози, на відміну від двох АТФ, що виробляються гліколізом.

Глосарій

швидкий гліколітичний (ФГ)

м'язове волокно, яке в основному використовує анаеробний гліколіз

швидко окислювальний (FO)

проміжне м'язове волокно, яке знаходиться між повільними окислювальними та швидкими гліколітичними волокнами

повільний окислювальний (SO)

м'язове волокно, яке в першу чергу використовує аеробне дихання