Anatomie und Physiologie I

Zwei Kriterien, die bei der Klassifizierung der Muskelfasertypen zu berücksichtigen sind, sind, wie schnell sich einige Fasern im Vergleich zu anderen zusammenziehen, und wie die Fasern ATP produzieren. Anhand dieser Kriterien lassen sich drei Haupttypen von Skelettmuskelfasern unterscheiden. Langsam oxidative (SO) Fasern kontrahieren relativ langsam und nutzen die aerobe Atmung (Sauerstoff und Glukose), um ATP zu produzieren. Schnelle oxidative (FO) Fasern kontrahieren schnell und nutzen primär die aerobe Atmung, können aber schneller als SO-Fasern ermüden, da sie auf anaerobe Atmung (Glykolyse) umschalten können. Die schnellen glykolytischen (FG) Fasern schließlich haben schnelle Kontraktionen und nutzen hauptsächlich die anaerobe Glykolyse. Die FG-Fasern ermüden schneller als die anderen. Die meisten Skelettmuskeln eines Menschen enthalten alle drei Typen, wenn auch in unterschiedlichen Anteilen.

Die Geschwindigkeit der Kontraktion hängt davon ab, wie schnell die ATPase des Myosins ATP hydrolysiert, um die Querbrückenwirkung zu erzeugen. Schnelle Fasern hydrolysieren ATP etwa doppelt so schnell wie langsame Fasern, was zu einem viel schnelleren Querbrückenzyklus führt (der die dünnen Filamente mit einer höheren Geschwindigkeit in Richtung des Zentrums der Sarkomere zieht). Der primäre Stoffwechselweg, der von einer Muskelfaser verwendet wird, bestimmt, ob die Faser als oxidativ oder glykolytisch klassifiziert wird. Wenn eine Faser hauptsächlich ATP über aerobe Wege produziert, ist sie oxidativ. Bei jedem Stoffwechselzyklus kann mehr ATP produziert werden, wodurch die Faser widerstandsfähiger gegen Ermüdung ist. Glykolytische Fasern erzeugen ATP hauptsächlich durch anaerobe Glykolyse, die weniger ATP pro Zyklus produziert. Infolgedessen ermüden glykolytische Fasern schneller.

Die oxidativen Fasern enthalten viel mehr Mitochondrien als die glykolytischen Fasern, weil der aerobe Stoffwechsel, der Sauerstoff (O2) im Stoffwechselweg verwendet, in den Mitochondrien stattfindet. Die SO-Fasern besitzen eine große Anzahl von Mitochondrien und können sich aufgrund der großen Menge an ATP, die sie produzieren können, länger kontrahieren, haben aber einen relativ kleinen Durchmesser und erzeugen keine große Spannung. SO-Fasern sind umfangreich mit Blutkapillaren versorgt, um O2 aus den roten Blutkörperchen im Blutkreislauf zuzuführen. Die SO-Fasern besitzen auch Myoglobin, ein O2-transportierendes Molekül, das dem O2-transportierenden Hämoglobin in den roten Blutkörperchen ähnelt. Das Myoglobin speichert einen Teil des benötigten O2 innerhalb der Fasern selbst (und verleiht den SO-Fasern ihre rote Farbe). All diese Eigenschaften ermöglichen es den SO-Fasern, große Mengen an ATP zu produzieren, das die Muskelaktivität ohne Ermüdung über lange Zeiträume aufrechterhalten kann.

Die Tatsache, dass SO-Fasern über lange Zeiträume ohne Ermüdung funktionieren können, macht sie nützlich für die Aufrechterhaltung der Körperhaltung, die Erzeugung isometrischer Kontraktionen, die Stabilisierung von Knochen und Gelenken und die Ausführung kleiner Bewegungen, die oft vorkommen, aber keine großen Energiemengen erfordern. Sie erzeugen keine hohe Spannung und werden daher nicht für kraftvolle, schnelle Bewegungen verwendet, die hohe Energiemengen und schnelle Kreuzbrücken-Zyklen erfordern.

Fo-Fasern werden manchmal als intermediäre Fasern bezeichnet, weil sie Eigenschaften besitzen, die zwischen schnellen und langsamen Fasern liegen. Sie produzieren ATP relativ schnell, schneller als SO-Fasern, und können daher relativ hohe Mengen an Spannung erzeugen. Sie sind oxidativ, weil sie ATP aerob produzieren, einen hohen Anteil an Mitochondrien besitzen und nicht schnell ermüden. Allerdings besitzen FO-Fasern kein nennenswertes Myoglobin, wodurch sie eine hellere Farbe als die roten SO-Fasern haben. FO-Fasern werden vor allem für Bewegungen, wie z. B. Gehen, verwendet, die mehr Energie als Haltungskontrolle, aber weniger Energie als eine explosive Bewegung, wie z. B. Sprinten, erfordern. FO-Fasern sind für diese Art von Bewegung nützlich, weil sie mehr Spannung erzeugen als SO-Fasern, aber sie sind ermüdungsresistenter als FG-Fasern.

FG-Fasern nutzen hauptsächlich die anaerobe Glykolyse als ATP-Quelle. Sie haben einen großen Durchmesser und besitzen große Mengen an Glykogen, das in der Glykolyse verwendet wird, um schnell ATP zu erzeugen und hohe Spannungen zu erzeugen. Da sie nicht primär den aeroben Stoffwechsel nutzen, besitzen sie keine große Anzahl von Mitochondrien oder signifikante Mengen an Myoglobin und haben daher eine weiße Farbe. FG-Fasern werden verwendet, um schnelle, kräftige Kontraktionen zu erzeugen, um schnelle, kraftvolle Bewegungen auszuführen. Diese Fasern ermüden schnell, so dass sie nur für kurze Zeit genutzt werden können. Die meisten Muskeln besitzen eine Mischung aus jedem Fasertyp. Der vorherrschende Fasertyp in einem Muskel wird durch die primäre Funktion des Muskels bestimmt.