Виды скелетных мышечных волокон: Мышцы. Строение мышц. Виды мышц и мышечных волокон.
Типы мышечных волокон
Описаны различные типы (виды) мышечных волокон, а также гистологические и гистохимические методы их классификации. Дана характеристика различных типов мышечных волокон, описаны их функции, а также расположение в скелетной мышце.
Классификации мышечных волокон
В настоящее время общепринято считать, что у человека скелетные мышцы состоят из волокон различных типов. Существуют различные классификации типов мышечных волокон. Различают волокна: красные и белые, медленные и быстрые, тонические и фазические. В середине ХХ века для разделения мышечных волокон на разные типы использовались гистологические методы (А.В. Самсонова с соавт., 2012). Из скелетных мышц посредством биопсии извлекался кусочек мышечной ткани, быстро замораживался и разрезался на тонкие слои. Затем производилось исследование мышечной ткани под микроскопом. Первоначально критерием разделения мышечных волокон на медленные и быстрые являлось количество и расположение митохондрий.
Затем предпочтение стали отдавать такому показателю как толщина Z-дисков. Было найдено, что у медленных волокон Z-диски существенно толще, чем у быстрых. В качестве еще одного критерия разделения мышечных волокон на типы использовалась толщина М-диска. При продольных срезах расслабленной скелетной мышцы видно, что медленные мышечные волокна содержат пять М-линий, имеющих одинаковую плотность. Промежуточные мышечные волокна – три линии средней плотности, ясно видимые и две линии, имеющие небольшую плотность. В быстрых мышечных волокнах имеются три линии средней плотности и две внешние, едва различимые.
В настоящее время чаще всего используется классификация M.Brook, K.Kaiser (1970), которая основывается на гистохимических методах.
Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах:
- Гипертрофия скелетных мышц человека
- Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека
Известно, что миофибриллы состоят из саркомеров, а те, в свою очередь – из толстых и тонких филаментов.
Основу толстых филаментов составляет белок миозин, а основу тонких – белок актин.
Гистохимические методы основаны на определении активности фермента АТФ-азы миозина. Этот фермент расположен на головках молекул миозина. Фермент АТФ-аза осуществляет высвобождение энергии, необходимой для осуществления сокращения мышечного волокна. Степень активности АТФ-азы варьирует в широких пределах. Установлено, что степень активности АТФ-азы миозина связана с типом миозина, содержащемся в мышечном волокне. В медленных мышечных волокнах активность АТФ-азы низкая, а в быстрых – высокая. Именно высокая активность АТФ-азы миозина способствует высокой скорости сокращения мышечных волокон.
На основе классификации по активности АТФ-азы миозина различают мышечные волокна типа I, типа IIA и типа IIB.
Характеристики различных типов (видов) мышечных волокон
Медленные и быстрые мышечные волокна различаются метаболизмом, что проявляется в активности ферментов и количестве митохондрий. Медленные мышечные волокна окружены большим числом крупных митохондрий с набором ферментов, катализирующих распад углеводов и жирных кислот.
Поскольку этот процесс требует притока большого количества кислорода, вполне естественно, что сеть капилляров, окружающая медленные мышечные волокна более развита и снабжение кислородом, доставленным с током крови, в этих волокнах происходит более интенсивно. В этих волокнах крайне ограничен запас углеводов в виде гликогена и низка активность ферментов гликолиза (М.И. Калинский, В.А. Рогозкин, 1989).
Быстрые волокна типа IIA и IIB характеризуются высокой активностью АТФ-азы миозина, поэтому скорость их сокращения практически в два раза выше, чем у медленных. С высокой скоростью сокращения связан хорошо развитый саркоплазматический ретикулум, который характерен для быстрых мышечных волокон, так как он содержит ионы кальция, необходимые для сокращения мышечного волокна.
Волокна типа IIA имеют набор ферментов для полного окисления углеводов и жирных кислот, такой же, как и в медленных волокнах и к тому же они располагают ферментами гликолиза, то есть способностью расщеплять углеводы до молочной кислоты.
Быстрые мышечные волокна типа IIB способны к коротким периодам сократительной активности. Они имеют набор ферментов гликолиза с высокой активностью и небольшое количество митохондрий с окислительными ферментами. Быстрые мышечные волокна типа IIA и IIB имеют большие запасы гликогена, который сразу используется в качестве источника энергии при сокращении скелетной мышцы (табл.1).
Таблица 1 Характеристики мышечных волокон различных типов
| Характеристика | I тип | IIА тип | IIВ тип |
| Название мышечных волокон | Красные, медленные, устойчивые к утомлению, окислительные | Промежуточные, быстрые, устойчивые к утомлению, окислительно-гликолитические | Белые, быстрые, быстроутомляемые, гликолитические, анаэробные |
| Размер мотонейрона | малый | Большой | Большой |
| Активность АТФ-азы миозина | низкая | Высокая | Высокая |
| Саркоплазматический ретикулум | Слабо развит | Среднее развитие | Хорошо развит |
| Плотность капилляров | Высокая | Высокая | Низкая |
| Количество миоглобина | Много | Средне | Мало |
| Количество митохондрий | Много | Средне | Мало |
| Размеры митохондрий | Очень большие | Средние | Небольшие |
| Активность ферментов митохондрий | Большая | Большая | Низкая |
| Сопротивление утомлению | Высокое | Среднее | Очень низкое |
| Запасы гликогена | Низкие | Большие | Большие |
| Гликолитическая способность | Низкая | Большая | Большая |
| Скорость сокращения | Низкая | Высокая | Высокая |
| Площадь поперечного сечения мышечного волокна | Небольшая | Большая | Большая |
| Максимальная сила | Небольшая | Большая | Очень большая |
Функции мышечных волокон
Основная функция волокон типа I – выполнение длительной работы низкой интенсивности.
Они активны также при поддержании позы. Поэтому антигравитационные мышцы в основном состоят из медленных волокон типа I.
Основная функция мышечных волокон типа II – выполнение быстрых и сильных сокращений.
Расположение мышечных волокон различных типов в скелетных мышцах
Мышечные волокна объединены в пучки. Их покрывает перимизий. Пучок содержит мышечные волокна различных типов. В пучке мышечные волокна расположены в виде мозаики. Однако доказано, что внутри мышцы больше мышечных волокон типа I, а снаружи – мышечных волокон типа II.
Литература
- Калинский М.И., Рогозкин В.А. Биохимия мышечной деятельности.- Киев: Здоровья, 1989.- 144 с.
- Самсонова, А.В. Методы оценки композиции мышечных волокон в скелетных мышцах человека /А.В. Самсонова, И. Э. Барникова, М. А. Борисевич, А. В. Вахнин //Труды кафедры биомеханики НГУ им. П.Ф. Лесгафта. – Вып. 6.- СПб, 2012.- С. 18-27.
- Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе.
- Уилмор Дж. Х., Костилл Д. Л. Физиология спорта и двигательной активности. Киев: Олимпийская литература, 1997. 504 с.
С уважением, А.В.Самсонова
Похожие записи:
Распределение масс в теле человека
Описаны особенности распределения масс в теле человека. Дано понятие геометрии масс тела человека. Показано, что на…
Центр масс и центр тяжести тела
Описаны: центр масс (ЦМ) и центр тяжести (ЦТ) твердого тела. Приведены различные определения ЦМ и ЦТ тела. Показано…
Момент силы и плечо силы
Дано определение момента силы и плеча силы. Определение плеча и момента силы рассмотрено на примерах ОДА человека при…
Метаболический стресс. Накопление лактата в мышцах
Описан механизм влияния метаболического стресса (накопления лактата) на гипертрофию мышечных волокон. Показано, что накопление лактата приводит к…
Механическое повреждение мышечных волокон
Описаны механизмы механического повреждения мышечных волокон при силовой тренировке, приводящие к гипертрофии скелетных мышц.
Показано, что механическое повреждение…
Механическое напряжение (механотрансдукция) в скелетных мышцах
Описаны процессы передачи механического напряжения в скелетных мышцах. Показано, что механическое напряжение, возникающее вследствие сокращения скелетных…
Подробно о мышечных волокнах и их влиянии на бег
Большая статья доцента кафедры анестезиологии и реаниматологии СЗГМУ им. Мечникова о том, какие мышцы бывают, как они работают и как это влияет на бег.
Типы мышц, их строение являются той причиной, по которой один атлет может бежать быстрее и наращивать мышечную массу легче других, а другой — способен бежать длительное время без признаков утомления.
Такую разницу создают процессы, которые происходят в мышечной ткани. Важно понимать их, например, для того чтобы выстроить правильную тренировочную программу, которая подойдет для конкретно выбранного спортсмена. В этой статье — всё, что нужно знать бегуну/велосипедисту/триатлету о мышцах.
Для начала немного теории: почему сокращаются мышцы
К волокнам скелетных мышц подходят толстые нервные волокна, которые отходят от передних отделов спинного мозга.
После попадания в мышцу, каждое нервное волокно делится и снабжает своими разветвлениями до нескольких сотен мышечных волокон.
Соединение нерва и мышечного волокна образует так называемый синапс, или нервно-мышечное соединение (причем на каждом мышечном волокне формируется только один такой синапс). Под влиянием нервного сигнала возникает так называемый потенциал действия, который распространяется от спинного мозга по нервам к мышце и синапсу.
То, как скелетная мускулатура будет адаптироваться к повторяющимся стимулам, в большей степени зависит от внутренних характеристик самой мышцы. Именно типы мышечных волокон вносят наибольший вклад в возможность выполнения спортсменом той или иной тренировочной программы.
Типы мышечных волокон
У людей выделяют три типа мышечных волокон:
- Медленносокращающиеся (slow-twitch, ST или I тип) волокна характеризуются медленным временем сокращения, а также большой сопротивляемостью усталости. В своей структуре эти волокна имеют маленький мотонейрон и диаметр нервного волокна, высокую плотность митохондрий и капилляров, большое содержание миоглобина.
В своей структуре эти волокна имеют маленький мотонейрон и диаметр нервного волокна, высокую плотность митохондрий и капилляров, большое содержание миоглобина.Этот тип волокон имеет небольшое количество креатин фосфата — высокоэнергетического субстрата, необходимого для быстрого, взрывного движения, — а значит, эти волокна не способны сокращаться быстро.
Функционально, ST-волокна используются при аэробной активности, не требующей большого приложения силы, например — ходьба и поддержание позы. Большая часть повседневной активности задействует именно ST-волокна.
- Быстросокращающиеся (fast-twitch, FT или II тип) волокна характеризуются быстрым сокращением и низкой сопротивляемостью усталости. Разница в скорости сокращения, от которой произошло разделение волокон, может быть отчасти объяснена скоростью выделения кальция из саркоплазматического ретикулума (место в клетке, где хранится кальций), а также активностью фермента, который расщепляет АТФ внутри головки миозина (один из сократительных белков).
Сами FT-волокна делятся на два типа: тип А (FT-A или IIA тип) и тип В (FT-B или IIB тип).
- Волокна FT-A имеют умеренную сопротивляемость усталости и представляют собой переходный тип между медленносокращающимися волокнами и волокнами типа FT -B. Функционально они используются при длительной анаэробной активности с относительно большой продукцией силы, например, беге на 400 метров.
- С другой стороны, быстросокращающиеся волокна типа B, очень чувствительны к усталости и используются для коротких анаэробных нагрузок с большой продукцией силы, такие как: спринтерские забеги, бег с барьерами, прыжки. Эти волокна также способны продуцировать больше энергии, чем ST волокна. Краткие характеристики волокон приведены в таблице 1.
Таблица 1. Краткая характеристика типов мышечных волокон
| Тип волокна | Медленносокр. (ST) | Быстросокр. тип А (FT—A) | Быстросокр. тип B (FT—b) |
| Время сокращения | Медленное | Быстрое | Очень быстрое |
| Размер мотонейрона | Маленький | Большой | Очень большой |
| Сопротивляемость усталости | Высокая | Средняя | Низкая |
| Активность | Аэробная | Длительная анаэробная | Короткая анаэробная |
| Продукция силы | Низкая | Высокая | Очень высокая |
| Плотность митохондрий | Высокая | Высокая | Низкая |
| Плотность капилляров | Высокая | Средняя | Низкая |
| Окислительная способность | Высокая | Высокая | Низкая |
| Гликолитическая емкость | Низкая | Высокая | Высокая |
| Преимущественный запас топлива | Триглицериды (жиры) | Креатинфосфат, гликоген | Креатинфосфат, гликоген |
При конкретной скорости движения, количество продуцируемой силы определяется типом вовлеченного в движение мышечного волокна.
В условиях, когда длина мышечного волокна не изменяется при сокращении, ST-волокна продуцируют столько же силы, как и FT-волокна. Разница в продукции силы наблюдается только при активном сокращении, когда изменяется длина волокна.
При конкретной скорости движения, сила, продуцируемая мышцей, возрастает с повышением содержания FT-волокон, и наоборот, при конкретной продукции силы, скорость повышается при увеличении количества FT-волокон.
Существует большой разброс в процентном соотношении волокон у атлетов. Например, хорошо известно, что участвующие в соревнованиях на выносливость имеют большее содержание медленносокращающихся волокон, тогда как спринтеры и прыгуны имеют больше быстросокращающихся волокон.
Больший процент FT-волокон у спринтеров позволяет им продуцировать большую силу и мощность, чем у атлетов с повышенным содержанием ST-волокон.
Разница в составе мышц у атлетов подняла вопрос о том, наследуется ли такой состав генетически или он может быть изменен с помощью тренировок. Исследования, проведенные на близнецах, показали, что в основном состав мышц и процент содержания в них разных типов волокон определяется генетически.
Тем не менее, есть ряд данных, доказывающих, что как структура, так и метаболическая емкость мышечных волокон может изменяться в ответ на различные типы тренировок.
Вовлечение мышечных волокон в работу
Мышца продуцирует силу путем вовлечения так называемых моторных единиц — группы мышечных волокон, которую «обслуживает» одно двигательное нервное окончание. Во время произвольного изометрического и концентрического сокращения, обычный порядок вовлечения моторных единиц контролируется их размерами — это состояние известно под названием «принцип размера».
Маленькие моторные единицы, содержащие медленносокращающиеся мышечные волокна, имеют наименьший порог активизации, т.
е. для их активизации достаточно самого слабого стимула, поэтому они вовлекаются первыми. Потребность в выработке большей силы удовлетворяется вовлечением более крупных моторных единиц.
Самые большие моторные единицы, содержащие быстросокращающиеся волокна типа B имеют наивысший порог активизации, и поэтому вовлекаются последними. Вне зависимости от интенсивности работы, первыми в нее вовлекаются медленносокращающиеся волокна.
Если интенсивность работы низкая, то медленносокращающиеся волокна остаются единственными, вовлеченными в нее. Если интенсивность работы высокая, например, подъем тяжелого веса, или интервальная работа на стадионе, первыми вовлекаются медленносокращающиеся волокна, затем подключаются быстросокращающиеся волокна типа A, а затем, при необходимости, волокна типа B.
Существуют данные о том, что принцип размера может быть нарушен или даже полностью изменен во время некоторых типов движений, особенно тех, которые содержат эксцентрические (с удлинением мышцы) компоненты.
При этом быстросокращающиеся волокна могут активизироваться раньше медленносокращающихся.
Определение типа волокон
Поскольку единственным способом напрямую определить состав мышечного волокна у атлета является проведение биопсии мышцы (прямой метод), то некоторые исследования попробовали определить состав мышечного волокна непрямым методом, путем выявления взаимосвязей между различными свойствами типа волокна и состава волокон мышц.
Интересные данные, полученные в этих исследованиях, показывают значимую взаимосвязь между содержанием быстросокращающихся волокон и мышечной силой или мощностью.
Непрямой метод, который можно использовать для определения состава волокон мышц, состоит в определении максимального веса, который спортсмен может поднять всего один раз.
После этого производится максимальное количество повторов с весом в 80% от максимального. Если общее количество повторений меньше семи, скорее всего мышцы более чем на 50% состоят из FT-волокон. Если же удается сделать двенадцать и более повторов, скорее всего, мышца более чем на 50% состоит из ST-волокон.
Если число повторений между 7 и 12 — скорее всего, мышцы состоят поровну из FT и ST-волокон.
Поскольку подъем веса вовлекает большое количество групп, этот метод не работает при определении состава изолированных мышц, а только мышечных групп.
Для определения состава волокон отдельной мышцы может потребоваться игольчатая биопсия интересующей мышцы. Другим непрямым методом, который можно использовать, является участие в различных соревнованиях. Доминантные волокна можно выявить, исходя из успеха в определенных соревнованиях, что позволит в дальнейшем развивать именно эти способности мышц.
Применение на практике
Пропорция типов волокон в мышцах будет влиять не на то, какой вес вы сможете поднять, какое количество повторений вы сможете сделать в интервальной работе, а на конечный результат — повышение силы/мощности мышц или выносливости.
Например, атлет, в мышцах которого большое содержание быстросокращающихся волокон, будет неспособен выполнить такое же количество повторений с весом, как атлет, в мышцах которого содержатся преимущественно медленносокращающиеся волокна.
Таким образом, атлет с FT-волокнами никогда не достигнет той мышечной выносливости, которая будет у атлета с ST-волокнами. Аналогично, атлет с большей пропорцией ST-волокон в мышцах не сможет поднять такой же вес, или пробежать интервалы так же быстро, как и атлет с большей пропорцией FT-волокон в мышцах. Следовательно, атлет с ST-волокнами не будет таким же сильным и мощным, как атлет с FT-волокнами.
Однако необходимо помнить, что даже внутри группы спринтеров или бегунов на длинные дистанции будет большой разброс по типам волокон в мышцах. Не все спринтеры имеют одинаковый процент FT-волокон, не все бегуны на длинные дистанции имеют одинаковый процент ST-волокон. Поэтому, одни спринтеры могут сделать работу 12х200 м, тогда как другие устанут после 8 повторов.
В зависимости от типа волокна и быстроты наступления утомления (из-за большего количества FT-волокон) необходимо решить, нужно ли больше отдыхать между интервалами для того, чтобы закончить работу, или необходимо уменьшить количество интервалов и увеличить скорость в серии.
Тренировка FT-волокон мышцы для выносливости не увеличит количество ST-волокон, а тренировка ST-волокон для силы и мощности не приведет к увеличению количества FT-волокон.
При соответствующем тренинге, FT-B волокна могут принять на себя некоторую часть выносливости, характерную для FT-BA волокон, а FT-A волокна могут принять на себя некоторую часть силы и мощности, характерной для FT-B волокон.
Однако, не существует полной взаимозаменяемости волокон. FT-волокна не могут стать ST-волокнами, и наоборот. Другими словами, то, с каким процентным соотношением волокон родился человек, с таким он будет жить и тренироваться.
Несмотря на то, что тип волокон не может быть изменен с одного на другой, тренировки могут изменить ту площадь, которую занимает определенный тип волокон в мышце. Другими словами, может произойти выборочное увеличение волокон, путем воздействия на них тренировками.
Например, у атлета в мышце может быть соотношение FT/ST-волокон 50/50, но поскольку площадь поперечного сечения FT волокон обычно больше, чем у ST-волокон, 65% площади мышцы могут занимать быстросокращающиеся, а 35% — медленносокращающиеся волокна.
При тренировках с отягощениями для повышения силы мышц, соотношение FT/ST-волокон останется таким же — 50/50, однако изменится площадь поперечного сечения, занимаемая двумя типами волокон. Это произойдет, потому что ST-волокна атрофируются, а FT-волокна гипертрофируются.
В зависимости от интенсивности тренировки, площадь мышцы может состоять на 75% из FT-волокон, и на 25% из ST-волокон. Эти изменения повлекут за собой повышение силы, но уменьшение выносливости.
Спринтер (слева) и марафонец (справа).Кроме этого, поскольку масса FT-волокон больше, чем ST-волокон, атлет будет набирать массу, если измерить окружности мышц. Напротив, если атлет тренируется для повышения выносливости, FT-волокна атрофируются, а ST-волокна гипертрофируются, вызывая увеличение площади поперечного сечения ST-волокон.
Площадь мышцы, изначально состоявшая на 65% из FT и на 35% из ST-волокон, может измениться под влиянием тренировок, и соотношение будет 50% на 50%. Кроме того, из-за того, что масса ST-волокон меньше, чем FT, наряду с повышением выносливости, произойдет снижение силы, а также потеря некоторой части мышечной массы.
Известный факт: если необходим прирост силы мышц, нужно тренироваться с тяжелыми весами и небольшим количеством повторов.
Этот режим тренировок приводит к рекрутированию FT-B волокон, которые могут развивать большее усилие, чем ST или FT-A волокна. Гипертрофия развивается только в перегруженной мышце, поэтому во время тренировки будет происходить рекрутмент FT-B волокон и их дальнейшая гипертрофия.
Тренировки с низкой или умеренной интенсивностью не всегда приводят к рекрутменту FT-B волокон, следовательно, для вовлечения этих волокон интенсивность должна быть высокой.
Выводы
Необходимо помнить, что для максимального результата необходимо тренироваться в соответствии со своей генетической предрасположенностью или на основании того, на каких соревнованиях вы показываете лучшие результаты.
Например, для атлета с преобладанием медленносокращающихся волокон, большую пользу принесет увеличение километража и тренировки с небольшими весами и большим количеством повторов.
С другой стороны, те атлеты, у которых преобладают быстросокращающиеся волокна, извлекут больше пользы из «спринтерских» методов тренировок и тренировок с тяжелыми весами и небольшим количеством повторов.
Было доказано, что длинные пробежки способствуют развитию медленносокращающихся волокон, улучшая их аэробные качества, тренируя их устойчивость к утомлению. Темповые тренировки влияют на ST и FT-A волокна, среди прочих эффектов улучшая работу этих типов волокон в связке.
Интервальная работа вовлекает FT-A и FT-B волокна, тренируя их взаимодействие и улучшая нейромышечную координацию. Скоростная работа: набегания, спринт в горку, короткие спринты на дорожке стадиона позволяют по максимуму нагрузить FT-B волокна.
Возможно, это не принесет большой пользы тем, кто бегает марафон, но увеличение силы позволит вам бежать более плавно и эффективно.
Что еще почитать:
- Что такое тест Купера и зачем его проходить бегунам
Типы мышечных волокон – анатомия и физиология
Мышечная ткань
OpenStaxCollege
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать типы волокон скелетных мышц
- Объясните, что такое быстрые и медленные мышечные волокна
При классификации типов мышечных волокон следует учитывать два критерия: скорость сокращения одних волокон по сравнению с другими и способ выработки АТФ волокнами.
Используя эти критерии, выделяют три основных типа волокон скелетных мышц. Медленные окислительные (SO) волокна сокращаются относительно медленно и используют аэробное дыхание (кислород и глюкоза) для производства АТФ. Быстрые окислительные (FO) волокна имеют быстрые сокращения и в основном используют аэробное дыхание, но поскольку они могут переключаться на анаэробное дыхание (гликолиз), они могут утомляться быстрее, чем SO-волокна. Наконец, быстрые гликолитические (БГ) волокна имеют быстрые сокращения и в основном используют анаэробный гликолиз. Волокна FG утомляются быстрее, чем другие. Большинство скелетных мышц человека содержат все три типа, хотя и в разных пропорциях.
Скорость сокращения зависит от того, насколько быстро АТФаза миозина гидролизует АТФ, вызывая действие поперечного мостика. Быстрые волокна гидролизуют АТФ примерно в два раза быстрее, чем медленные волокна, что приводит к гораздо более быстрому циклированию поперечных мостиков (что притягивает тонкие филаменты к центру саркомеров с большей скоростью).
Основной метаболический путь, используемый мышечным волокном, определяет, классифицируется ли волокно как окислительное или гликолитическое. Если волокно в основном производит АТФ аэробными путями, оно является окислительным. Во время каждого метаболического цикла может быть произведено больше АТФ, что делает волокно более устойчивым к утомлению. Гликолитические волокна в основном создают АТФ за счет анаэробного гликолиза, который производит меньше АТФ за цикл. В результате гликолитические волокна утомляются быстрее.
Окислительные волокна содержат гораздо больше митохондрий, чем гликолитические волокна, потому что в митохондриях происходит аэробный метаболизм, который использует кислород (O 2 ) в метаболическом пути. Волокна SO обладают большим количеством митохондрий и способны сокращаться в течение более длительного времени из-за большого количества АТФ, которое они могут производить, но они имеют относительно небольшой диаметр и не создают большого напряжения.
Тот факт, что SO-волокна могут функционировать в течение длительного времени без утомления, делает их полезными для поддержания осанки, производства изометрических сокращений, стабилизации костей и суставов и выполнения небольших движений, которые происходят часто, но не требуют большого количества энергии. Они не создают сильного напряжения и поэтому не используются для мощных и быстрых движений, требующих большого количества энергии и быстрых циклов перекрестного моста.
иногда называют промежуточными волокнами, потому что они обладают характеристиками, которые занимают промежуточное положение между быстрыми и медленными волокнами. Они производят АТФ относительно быстро, быстрее, чем волокна SO, и, таким образом, могут производить относительно большое напряжение. Они являются окислительными, поскольку производят АТФ аэробно, обладают большим количеством митохондрий и не утомляются быстро. Однако волокна FO не содержат значительного количества миоглобина, что придает им более светлый цвет, чем красные волокна SO. Волокна FO используются в основном для движений, таких как ходьба, которые требуют больше энергии, чем постуральный контроль, но меньше энергии, чем взрывное движение, такое как бег на короткие дистанции. Волокна FO полезны для этого типа движения, потому что они создают большее напряжение, чем волокна SO, но они более устойчивы к усталости, чем волокна FG.
Волокна FG в основном используют анаэробный гликолиз в качестве источника АТФ.
Они имеют большой диаметр и содержат большое количество гликогена, который используется в гликолизе для быстрого образования АТФ, что приводит к высокому уровню напряжения. Поскольку они в основном не используют аэробный метаболизм, они не обладают значительным количеством митохондрий или значительным количеством миоглобина и поэтому имеют белый цвет. Волокна FG используются для производства быстрых, сильных сокращений, чтобы совершать быстрые, мощные движения. Эти волокна быстро утомляются, что позволяет использовать их только в течение коротких периодов времени. Большинство мышц обладают смесью всех типов волокон. Преобладающий тип волокон в мышце определяется основной функцией мышцы.
АТФ обеспечивает энергию для сокращения мышц. Тремя механизмами регенерации АТФ являются креатинфосфат, анаэробный гликолиз и аэробный метаболизм. Креатинфосфат обеспечивает примерно первые 15 секунд АТФ в начале мышечного сокращения. Анаэробный гликолиз производит небольшое количество АТФ в отсутствие кислорода в течение короткого периода времени.
Аэробный метаболизм использует кислород для производства гораздо большего количества АТФ, что позволяет мышцам работать дольше. Мышечная усталость, которая имеет много факторов, возникает, когда мышца больше не может сокращаться. Кислородный долг создается в результате использования мышц. Три типа мышечных волокон: медленные окислительные (SO), быстрые окислительные (FO) и быстрые гликолитические (FG). Волокна SO используют аэробный метаболизм для производства сокращений малой мощности в течение длительного периода времени и медленно утомляются. Волокна FO используют аэробный метаболизм для производства АТФ, но производят более сильное напряжение, чем волокна SO. Волокна FG используют анаэробный метаболизм для создания мощных сокращений с высоким напряжением, но быстро утомляются.
Мышечная усталость вызывается ________.
- повышение уровня АТФ и молочной кислоты
- истощение запасов энергии и повышение уровня молочной кислоты
- повышение уровня АТФ и пировиноградной кислоты
- истощение запасов энергии и повышение уровня пировиноградной кислоты
B
У спринтера мышечная усталость возникает раньше, чем у марафонца из-за ________.
- анаэробный метаболизм в мышцах спринтера
- анаэробный метаболизм в мышцах марафонца
- аэробный метаболизм в мышцах спринтера
- гликолиз в мышцах марафонца
A
Какой аспект креатинфосфата позволяет ему снабжать мышцы энергией?
- АТФазная активность
- фосфатные связи
- углеродные связи
- водородные связи
B
Препарат X блокирует регенерацию АТФ из АДФ и фосфата. Как мышечные клетки отреагируют на этот препарат?
- путем поглощения АТФ из кровотока
- с использованием АДФ в качестве источника энергии
- с использованием гликогена в качестве источника энергии
- ничего из вышеперечисленного
Д
Почему мышечные клетки используют креатинфосфат вместо гликолиза для снабжения АТФ в течение первых нескольких секунд мышечного сокращения?
Креатинфосфат используется, потому что креатинфосфат и АДФ очень быстро превращаются в АТФ под действием креатинкиназы.
Гликолиз не может генерировать АТФ так же быстро, как креатинфосфат.
Является ли аэробное дыхание более или менее эффективным, чем гликолиз? Поясните свой ответ.
Аэробное дыхание гораздо более эффективно, чем анаэробный гликолиз, поскольку дает 36 АТФ на молекулу глюкозы, в отличие от двух АТФ, образующихся при гликолизе.
- быстрый гликолитический (ФГ)
- мышечное волокно, использующее преимущественно анаэробный гликолиз
- быстрый окислитель (FO)
- промежуточное мышечное волокно, расположенное между медленными окислительными и быстрыми гликолитическими волокнами
- медленно окисляющий (SO)
- мышечное волокно, использующее преимущественно аэробное дыхание
10.5 Типы мышечных волокон – анатомия и физиология
Перейти к содержимому
Цели обучения
Описать типы волокон скелетных мышц
К концу этого раздела вы сможете:
- Различать медленные окислительные волокна, быстрые окислительные волокна и быстрые гликолитические волокна
Волокна скелетных мышц можно классифицировать на основе двух критериев: 1) насколько быстро волокна сокращаются по сравнению с другими, и 2) как волокна регенерируют АТФ.
Используя эти критерии, выделяют три основных типа волокон скелетных мышц (табл. 10.5.1). Медленные окислительные волокна (также называемые медленными сокращающимися или типом I) сокращаются относительно медленно и используют аэробное дыхание (кислород и глюкозу) для производства АТФ. Быстрые окислительные волокна (также называемые быстрыми сокращениями или типом IIa) имеют относительно быстрые сокращения и в основном используют аэробное дыхание для выработки АТФ. Наконец, быстрые гликолитические волокна (также называемые быстрыми сокращениями или типом IIx) имеют относительно быстрые сокращения и в основном используют анаэробный гликолиз. Большинство скелетных мышц человеческого тела содержат все три типа, хотя и в разных пропорциях.
Скорость сокращения зависит от того, насколько быстро АТФаза миозина гидролизует АТФ, вызывая действие поперечного мостика. Быстрые волокна гидролизуют АТФ примерно в два раза быстрее, чем медленные волокна, что приводит к гораздо более быстрому циклированию поперечных мостиков (что притягивает тонкие филаменты к центру саркомеров с большей скоростью).
Первичный метаболический путь, используемый мышечным волокном, определяет, классифицируется ли волокно как окислительное или гликолитическое. Если волокно в основном вырабатывает АТФ аэробными путями, оно классифицируется как окислительное. Во время каждого метаболического цикла может быть произведено больше АТФ, что делает волокно более устойчивым к утомлению. Гликолитические волокна в основном создают АТФ за счет анаэробного гликолиза, который производит меньше АТФ за цикл. В результате гликолитические волокна утомляются быстрее.
Медленные окислительные волокна имеют структурные элементы, которые максимизируют их способность генерировать АТФ посредством аэробного метаболизма. Эти волокна содержат гораздо больше митохондрий, чем гликолитические волокна, поскольку в митохондриях происходит аэробный метаболизм, использующий кислород (O 2 ) в метаболическом пути. Это позволяет медленным окислительным волокнам сокращаться в течение более длительного времени из-за большого количества АТФ, которое они могут производить, но они имеют относительно небольшой диаметр и, следовательно, не создают большого напряжения.
Помимо увеличенного количества митохондрий, медленные окислительные волокна в значительной степени снабжены кровеносными капиллярами для снабжения O 2 из кровотока. Они также обладают миоглобином , O 2 -связывающей молекулой, аналогичной гемоглобину в эритроцитах. Миоглобин хранит часть необходимого O 2 внутри самих волокон и частично отвечает за придание окислительным волокнам темно-красного цвета.
Способность медленных окислительных волокон функционировать в течение длительного времени без утомления делает их полезными для поддержания осанки, выполнения изометрических сокращений и стабилизации костей и суставов. Поскольку они не создают сильного напряжения, их не используют для мощных и быстрых движений, требующих большого количества энергии и быстрых циклов перекрестного моста.
Быстрые гликолитические волокна в основном используют анаэробный гликолиз в качестве источника АТФ. Они имеют большой диаметр и содержат большие объемы гликогена, который используется в гликолизе для быстрого образования АТФ.
Из-за их зависимости от анаэробного метаболизма эти волокна не обладают значительным количеством митохондрий, ограниченным капиллярным питанием или значительным количеством миоглобина, что приводит к белой окраске мышц, содержащих большое количество этих волокон.
Быстрые гликолитические волокна быстро утомляются, что позволяет использовать их только в течение коротких периодов времени. Однако в течение этих коротких периодов волокна способны производить быстрые, сильные сокращения, связанные с быстрыми, мощными движениями.
Эти различные типы волокон можно легко идентифицировать у домашней птицы. Представьте индейку. Ноги и бедра индейки имеют темное мясо из-за их медленных окислительных волокон и надежного снабжения кровеносных сосудов и миоглобина. Индюки проводят большую часть дня в поисках пищи, поэтому их ноги должны работать весь день без усталости. С другой стороны, грудка индейки — это белое мясо из-за ее быстрых гликолитических волокон и относительно незначительного запаса миоглобина и меньшего кровоснабжения.
Индейки не летают на большие расстояния, им нужно только забраться на деревья, чтобы устроиться на ночлег. Их грудная ткань производит сильные и быстрые сокращения, но только для очень коротких полетов.
Быстрые окислительные волокна иногда называют промежуточными волокнами, поскольку они обладают характеристиками, которые занимают промежуточное положение между медленными окислительными волокнами и быстрыми гликолитическими волокнами. Эти волокна производят АТФ относительно быстро и, таким образом, могут создавать относительно большое напряжение, но, поскольку они являются окислительными, они не утомляются быстро. Быстрые окислительные волокна используются в основном для движений, таких как ходьба, которые требуют больше энергии, чем постуральный контроль, но меньше энергии, чем взрывное движение.
| Характеристика | Быстродействующий гликолитический | Быстрый окислитель | Медленный окислитель |
| Другие наименования | Тип IIx, быстродействующий | Тип IIa, быстродействующий | Тип I, медленно дергающийся |
| Количество митохондрий | Низкий | Высокий/умеренный | Высокий |
| Сопротивление усталости | Низкий | Высокий/умеренный | Высокий |
| Преобладающая энергетическая система | Анаэробный | Комбинация | Аэробика |
| АТФазная активность | Самый высокий/самый быстрый | Высокий | Низкий/самый медленный |
| Скорость укорачивания (Vmax) | Самый высокий | Высокий | Низкий |
| Эффективность | Низкий | Умеренный | Высокий |
| Прочность (удельное напряжение) | Высокий | Высокий | Умеренный |
| Миоглобин | Низкий | Умеренный | Высокий |
| Гликоген | Высокий | Умеренный | Низкий | Таблица 10.
5.1 Характеристики типов волокон скелетных мышц человека Медленные окислительные волокна используют аэробный метаболизм для обеспечения сокращений малой мощности в течение длительного периода времени и медленно утомляются. Быстрые окислительные волокна используют аэробный метаболизм для производства АТФ, но производят более сильные напряжения, чем медленные окислительные волокна. Быстрые гликолитические волокна используют анаэробный метаболизм для создания мощных сокращений с высоким напряжением, но быстро утомляются.
Добавить комментарий