Anatomie & Physiologie

Skelettmuskelfasern können anhand von zwei Kriterien klassifiziert werden: 1) wie schnell kontrahieren die Fasern im Vergleich zu anderen, und 2) wie regenerieren die Fasern ATP. Anhand dieser Kriterien werden drei Haupttypen von Skelettmuskelfasern unterschieden (Tabelle 1). Langsam oxidative (SO) Fasern kontrahieren relativ langsam und nutzen die aerobe Atmung (Sauerstoff und Glukose) zur ATP-Produktion. Schnelle oxidative (FO) Fasern kontrahieren relativ schnell und nutzen in erster Linie die aerobe Atmung, um ATP zu erzeugen. Schnelle glykolytische (FG) Fasern schließlich haben relativ schnelle Kontraktionen und nutzen hauptsächlich die anaerobe Glykolyse. Die meisten Skelettmuskeln im menschlichen Körper 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 schneller zur Mitte der Sarkomere zieht).

Der primäre Stoffwechselweg, der von einer Muskelfaser genutzt wird, bestimmt, ob die Faser als oxidativ oder glykolytisch klassifiziert wird. Wenn eine Faser hauptsächlich ATP über aerobe Wege produziert, wird sie als oxidativ klassifiziert. 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.

Slow oxidative Fasern haben strukturelle Elemente, die ihre Fähigkeit, ATP durch aeroben Stoffwechsel zu erzeugen, maximieren. Diese Fasern enthalten viel mehr Mitochondrien als die glykolytischen Fasern, da der aerobe Stoffwechsel, der Sauerstoff (O2) im Stoffwechselweg verwendet, in den Mitochondrien stattfindet. Dadurch können sich langsame oxidative Fasern aufgrund der großen Menge an ATP, die sie produzieren können, länger kontrahieren, haben aber einen relativ kleinen Durchmesser und erzeugen daher keine große Spannung.

Zusätzlich zur erhöhten Anzahl an Mitochondrien sind langsame oxidative Fasern umfangreich mit Blutkapillaren versorgt, um O2 aus dem Blutstrom zuzuführen. Außerdem besitzen sie Myoglobin, ein O2-bindendes Molekül ähnlich dem Hämoglobin in den roten Blutkörperchen. Das Myoglobin speichert einen Teil des benötigten O2 in den Fasern selbst und ist mitverantwortlich für die dunkelrote Farbe der oxidativen Fasern.

Die Fähigkeit der langsamen oxidativen Fasern, über lange Zeiträume ohne Ermüdung zu funktionieren, macht sie nützlich für die Aufrechterhaltung der Körperhaltung, die Erzeugung isometrischer Kontraktionen und die Stabilisierung von Knochen und Gelenken. Da sie keine hohe Spannung erzeugen, werden sie nicht für kraftvolle, schnelle Bewegungen verwendet, die hohe Energiemengen und schnelle Querbrückenzyklen erfordern.

Schnelle glykolytische Fasern verwenden 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. Aufgrund ihrer Abhängigkeit vom anaeroben Stoffwechsel besitzen diese Fasern keine große Anzahl von Mitochondrien, eine begrenzte Kapillarversorgung oder signifikante Mengen an Myoglobin, was zu einer weißen Färbung der Muskeln führt, die eine große Anzahl dieser Fasern enthalten.

Schnelle glykolytische Fasern ermüden schnell, so dass sie nur für kurze Zeiträume genutzt werden können. Während dieser kurzen Perioden sind die Fasern jedoch in der Lage, schnelle, kräftige Kontraktionen zu erzeugen, die mit schnellen, kraftvollen Bewegungen verbunden sind.

Schnelle oxidative Fasern werden manchmal als intermediäre Fasern bezeichnet, weil sie Eigenschaften besitzen, die zwischen langsamen oxidativen Fasern und schnellen glykolytischen Fasern liegen. Diese Fasern produzieren relativ schnell ATP und können daher relativ hohe Spannungen erzeugen, aber weil sie oxidativ sind, ermüden sie nicht so schnell. Schnelle oxidative Fasern werden vor allem für Bewegungen, wie z.B. Gehen, verwendet, die mehr Energie als Haltungskontrolle, aber weniger Energie als eine explosive Bewegung benötigen.

Glossar

schnelle glykolytische Faser (FG) Muskelfaser, die primär die anaerobe Glykolyse nutzt schnelle oxidative Faser (FO) intermediäre Muskelfaser, die zwischen den langsamen oxidativen und schnellen glykolytischen Fasern liegt langsame oxidative Faser (SO) Muskelfaser Faser, die primär die aerobe Atmung nutzt