Anatomia i fizjologia I

Dwoma kryteriami, które należy rozważyć podczas klasyfikacji typów włókien mięśniowych są szybkość skurczu niektórych włókien w stosunku do innych, i jak włókna produkują ATP. Używając tych kryteriów, istnieją trzy główne typy włókien mięśni szkieletowych. Wolne włókna oksydacyjne (SO) kurczą się stosunkowo powoli i wykorzystują oddychanie tlenowe (tlen i glukoza) do produkcji ATP. Włókna szybko utleniające (FO) mają szybkie skurcze i wykorzystują głównie oddychanie tlenowe, ale ponieważ mogą przejść na oddychanie beztlenowe (glikolizę), mogą zmęczyć się szybciej niż włókna SO. Wreszcie, szybkie włókna glikolityczne (FG) mają szybkie skurcze i wykorzystują głównie glikolizę beztlenową. Włókna FG męczą się szybciej niż pozostałe. Większość mięśni szkieletowych u człowieka zawiera wszystkie trzy typy, choć w różnych proporcjach.

Szybkość skurczu zależy od tego, jak szybko ATPaza miozyny hydrolizuje ATP w celu wytworzenia mostków poprzecznych. Włókna szybkie hydrolizują ATP około dwa razy szybciej niż włókna wolne, co skutkuje znacznie szybszym cyklem mostka krzyżowego (który pociąga cienkie włókna w kierunku centrum sarkomerów w szybszym tempie). Podstawowy szlak metaboliczny wykorzystywany przez włókno mięśniowe decyduje o tym, czy jest ono klasyfikowane jako oksydacyjne czy glikolityczne. Jeśli włókno mięśniowe wytwarza ATP głównie na drodze tlenowej, jest to włókno oksydacyjne. Podczas każdego cyklu metabolicznego może zostać wytworzona większa ilość ATP, dzięki czemu włókno jest bardziej odporne na zmęczenie. Włókna glikolityczne wytwarzają ATP głównie poprzez glikolizę beztlenową, która wytwarza mniej ATP na cykl. W rezultacie włókna glikolityczne ulegają szybszemu zmęczeniu.

Włókna oksydacyjne zawierają znacznie więcej mitochondriów niż włókna glikolityczne, ponieważ metabolizm tlenowy, który wykorzystuje tlen (O2) w szlaku metabolicznym, zachodzi w mitochondriach. Włókna SO posiadają dużą liczbę mitochondriów i są w stanie kurczyć się przez dłuższy czas ze względu na dużą ilość ATP, którą mogą wytworzyć, ale mają stosunkowo małą średnicę i nie wytwarzają dużego napięcia. Włókna SO są obszernie zaopatrzone w naczynia włosowate krwionośne w celu dostarczania O2 z czerwonych krwinek w krwiobiegu. Włókna SO posiadają również mioglobinę, cząsteczkę przenoszącą O2, podobną do hemoglobiny przenoszącej O2 w czerwonych krwinkach. Mioglobina przechowuje część potrzebnego O2 w samych włóknach (i nadaje włóknom SO ich czerwony kolor). Wszystkie te cechy pozwalają włóknom SO produkować duże ilości ATP, które mogą podtrzymywać aktywność mięśni bez zmęczenia przez długie okresy czasu.

Fakt, że włókna SO mogą funkcjonować przez długie okresy bez zmęczenia, czyni je użytecznymi w utrzymywaniu postawy, wytwarzaniu izometrycznych skurczów, stabilizowaniu kości i stawów oraz wykonywaniu małych ruchów, które zdarzają się często, ale nie wymagają dużych ilości energii. Nie wytwarzają one wysokiego napięcia, a zatem nie są wykorzystywane do potężnych, szybkich ruchów, które wymagają dużej ilości energii i szybkiej cykliczności mostków krzyżowych.

WłóknaFO są czasami nazywane włóknami pośrednimi, ponieważ posiadają cechy pośrednie między włóknami szybkimi i wolnymi. Produkują ATP stosunkowo szybko, szybciej niż włókna SO, a zatem mogą produkować stosunkowo wysokie ilości napięcia. Są one oksydacyjne, ponieważ wytwarzają ATP tlenowo, posiadają dużą ilość mitochondriów i nie ulegają szybkiemu zmęczeniu. Włókna FO nie posiadają jednak znacznej ilości mioglobiny, przez co ich kolor jest jaśniejszy niż czerwonych włókien SO. Włókna FO są wykorzystywane głównie do ruchów, takich jak chodzenie, które wymagają więcej energii niż kontrola postawy, ale mniej energii niż ruchy eksplozywne, takie jak sprint. Włókna FO są przydatne dla tego typu ruchu, ponieważ wytwarzają więcej napięcia niż włókna SO, ale są bardziej odporne na zmęczenie niż włókna FG.

Włókna FG przede wszystkim używać glikolizy beztlenowej jako ich źródła ATP. Mają one dużą średnicę i posiadają duże ilości glikogenu, który jest wykorzystywany w glikolizie do szybkiego generowania ATP w celu wytworzenia wysokiego poziomu napięcia. Ponieważ nie wykorzystują one głównie metabolizmu tlenowego, nie posiadają znacznej liczby mitochondriów ani znacznej ilości mioglobiny, dlatego też mają biały kolor. Włókna FG wykorzystywane są do wytwarzania szybkich, silnych skurczów w celu wykonania szybkich, mocnych ruchów. Włókna te ulegają szybkiemu zmęczeniu, co pozwala na ich wykorzystanie tylko przez krótki czas. Większość mięśni posiada mieszankę każdego z typów włókien. Dominujący typ włókien w mięśniu jest określany przez podstawową funkcję mięśnia.