Cele nauczania
Opisać rodzaje włókien mięśni szkieletowych
Do końca tego rozdziału, będziesz w stanie:
- Różnicować pomiędzy wolnymi włóknami oksydacyjnymi, szybkimi włóknami oksydacyjnymi i szybkimi włóknami glikolitycznymi
Włókna mięśni szkieletowych mogą być klasyfikowane w oparciu o dwa kryteria: 1) jak szybko włókna się kurczą w stosunku do innych, oraz 2) jak włókna regenerują ATP. Stosując te kryteria, wyróżnia się trzy główne typy włókien mięśni szkieletowych (Tabela 1). Włókna wolnokurczliwe (SO) kurczą się stosunkowo wolno i do produkcji ATP wykorzystują oddychanie tlenowe (tlen i glukoza). Włókna szybko utleniające (FO) mają stosunkowo szybkie skurcze i wykorzystują głównie oddychanie tlenowe do wytwarzania ATP. Wreszcie, szybkie włókna glikolityczne (FG) mają stosunkowo szybkie skurcze i wykorzystują przede wszystkim glikolizę beztlenową. Większość mięśni szkieletowych w ludzkim ciele 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 dwukrotnie szybciej niż włókna wolne, co skutkuje znacznie szybszym cyklem mostków poprzecznych (co powoduje szybsze przyciąganie cienkich włókien w kierunku centrum sarkomerów).
Główny szlak metaboliczny wykorzystywany przez włókno mięśniowe określa, czy włókno jest klasyfikowane jako oksydacyjne czy glikolityczne. Jeśli włókno produkuje ATP głównie na drodze tlenowej, jest klasyfikowane jako oksydacyjne. Podczas każdego cyklu metabolicznego może być wytwarzana 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 męczą się szybciej.
Włókna wolno utleniające mają elementy strukturalne, które maksymalizują ich zdolność do generowania ATP poprzez metabolizm tlenowy. Włókna te zawierają o wiele więcej mitochondriów niż włókna glikolityczne, ponieważ metabolizm tlenowy, który wykorzystuje tlen (O2) w szlaku metabolicznym, zachodzi w mitochondriach. Pozwala to powolnym włóknom oksydacyjnym kurczyć się przez dłuższy czas ze względu na dużą ilość ATP, którą mogą wytwarzać, ale mają stosunkowo małą średnicę i dlatego nie wytwarzają dużego napięcia.
Oprócz zwiększonej liczby mitochondriów, powolne włókna oksydacyjne są obszernie zaopatrzone w naczynia włosowate dostarczające O2 z krwiobiegu. Posiadają one również mioglobinę, cząsteczkę wiążącą O2, podobną do hemoglobiny w czerwonych krwinkach. Mioglobina przechowuje część potrzebnego O2 w samych włóknach i jest częściowo odpowiedzialna za nadawanie włóknom oksydacyjnym ciemnoczerwonego koloru.
Zdolność powolnych włókien oksydacyjnych do funkcjonowania przez długie okresy bez zmęczenia czyni je przydatnymi w utrzymaniu postawy, wytwarzaniu izometrycznych skurczów i stabilizowaniu kości i stawów. Ponieważ nie wytwarzają one wysokiego napięcia, nie są wykorzystywane do silnych, szybkich ruchów, które wymagają dużych ilości energii i szybkich cykli mostków krzyżowych.
Szybkie włókna glikolityczne wykorzystują przede wszystkim glikolizę beztlenową jako źródło ATP. Mają one dużą średnicę i posiadają duże ilości glikogenu, który jest wykorzystywany w glikolizie do szybkiego generowania ATP. Ze względu na ich zależność od metabolizmu beztlenowego, włókna te nie posiadają znacznej liczby mitochondriów, ograniczonego zaopatrzenia kapilarnego lub znacznych ilości mioglobiny, co skutkuje białym zabarwieniem mięśni zawierających dużą liczbę tych włókien.
Szybkie włókna glikolityczne szybko się męczą, co pozwala na ich wykorzystanie tylko przez krótkie okresy. Jednakże, podczas tych krótkich okresów, włókna są w stanie produkować szybkie, silne skurcze związane z szybkimi, potężnymi ruchami.
Szybkie włókna oksydacyjne są czasami nazywane włóknami pośrednimi, ponieważ posiadają cechy, które są pośrednie między wolnymi włóknami oksydacyjnymi i szybkimi włóknami glikolitycznymi. Włókna te produkują ATP stosunkowo szybko, a zatem mogą produkować stosunkowo wysokie ilości napięcia, ale ponieważ są one utleniające, nie męczą się szybko. Szybkie włókna oksydacyjne są używane głównie do ruchów, takich jak chodzenie, które wymagają więcej energii niż kontrola postawy, ale mniej energii niż ruchy eksplozywne.
Przegląd rozdziału
Trzy rodzaje włókien mięśniowych to wolne włókna oksydacyjne (SO), szybkie włókna oksydacyjne (FO) i szybkie włókna glikolityczne (FG). Włókna wolno utleniające wykorzystują metabolizm tlenowy do wytwarzania skurczów o niskiej mocy przez długi czas i wolno ulegają zmęczeniu. Włókna szybko utleniające wykorzystują metabolizm tlenowy do produkcji ATP, ale wytwarzają skurcze o większym napięciu niż włókna wolno utleniające. Szybkie włókna glikolityczne wykorzystują metabolizm beztlenowy do produkcji silnych, silnych skurczów, ale szybko się męczą.
Pytania sprawdzające
Pytania sprawdzające
1. Dlaczego komórki mięśniowe wykorzystują fosforan kreatyny zamiast glikolizy do dostarczenia ATP przez pierwsze kilka sekund skurczu mięśnia?
2. Czy oddychanie tlenowe jest bardziej czy mniej wydajne niż glikoliza? Wyjaśnij swoją odpowiedź.
Słowniczek
szybkie włókno glikolityczne (FG) włókno mięśniowe, które wykorzystuje głównie glikolizę beztlenową szybkie włókno oksydacyjne (FO) pośrednie włókno mięśniowe, które znajduje się pomiędzy wolnymi włóknami oksydacyjnymi a szybkimi włóknami glikolitycznymi wolne włókno oksydacyjne (SO) włókno mięśniowe, które wykorzystuje głównie glikolizę tlenową. włókno mięśniowe, które głównie wykorzystuje oddychanie tlenowe
Rozwiązania
Odpowiedzi na pytania dotyczące krytycznego myślenia
- Fosforan kreatyny jest stosowany, ponieważ fosforan kreatyny i ADP są bardzo szybko przekształcane w ATP przez kinazę kreatynową. Glikoliza nie może generować ATP tak szybko jak fosforan kreatyny.
- Oddychanie beztlenowe jest znacznie bardziej wydajne niż glikoliza beztlenowa, dając 36 ATP na cząsteczkę glukozy, w przeciwieństwie do dwóch ATP wytwarzanych przez glikolizę.