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13.11: Arten von Muskelfasern - Biologie

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Lernziele

  • Beschreiben Sie die Arten von Skelettmuskelfasern
  • Erkläre schnelle und langsame Muskelfasern

Zwei Kriterien, die bei der Klassifizierung der Muskelfasertypen zu berücksichtigen sind, sind, wie schnell sich einige Fasern im Vergleich zu anderen zusammenziehen und wie Fasern ATP produzieren. Langsam oxidativ (SO) Fasern ziehen sich relativ langsam zusammen und nutzen aerobe Atmung (Sauerstoff und Glukose), um ATP zu produzieren. Schnell oxidativ (FO)-Fasern haben schnelle Kontraktionen und nutzen hauptsächlich die aerobe Atmung, aber da sie auf anaerobe Atmung (Glykolyse) umschalten können, können sie schneller ermüden als SO-Fasern. Zuletzt, schnell glykolytisch (FG) Fasern haben schnelle Kontraktionen und verwenden hauptsächlich anaerobe Glykolyse. Die meisten Skelettmuskeln eines Menschen enthalten alle drei Typen, wenn auch in unterschiedlichen Anteilen.

Die Kontraktionsgeschwindigkeit hängt davon ab, wie schnell die ATPase von Myosin ATP hydrolysiert, um eine Kreuzbrückenwirkung zu erzeugen. Schnelle Fasern hydrolysieren ATP ungefähr doppelt so schnell wie langsame Fasern, was zu einem viel schnelleren Cross-Bridge-Cycling führt (wodurch die dünnen Filamente schneller zum Zentrum der Sarkomere gezogen werden). Der primäre Stoffwechselweg einer Muskelfaser bestimmt, ob die Faser als oxidativ oder glykolytisch klassifiziert wird. Wenn eine Faser hauptsächlich ATP über aerobe Wege produziert, ist sie oxidativ. Während jedes Stoffwechselzyklus kann mehr ATP produziert werden, was die Faser widerstandsfähiger gegen Ermüdung macht. Glykolytische Fasern erzeugen ATP hauptsächlich durch anaerobe Glykolyse, die weniger ATP pro Zyklus produziert. Als Ergebnis ermüden glykolytische Fasern schneller.

Die oxidativen Fasern enthalten viel mehr Mitochondrien als die glykolytischen Fasern, da der aerobe Stoffwechsel, der Sauerstoff (O2) im Stoffwechselweg, kommt in den Mitochondrien vor. Die SO-Fasern besitzen eine große Anzahl von Mitochondrien und sind aufgrund der großen Menge an ATP, die sie produzieren können, in der Lage, sich über längere Zeit zusammenzuziehen, aber sie haben einen relativ kleinen Durchmesser und erzeugen keine große Spannung. SO-Fasern werden ausgiebig mit Blutkapillaren versorgt, um O . zu liefern2 aus den roten Blutkörperchen im Blutkreislauf. Die SO-Fasern besitzen auch Myoglobin, ein O2-tragendes Molekül ähnlich wie O2-Träger von Hämoglobin in den roten Blutkörperchen. Das Myoglobin speichert einen Teil des benötigten O2 in den 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 aufrechterhalten kann, ohne für längere Zeit zu ermüden.

Die Tatsache, dass SO-Fasern über lange Zeiträume ohne Ermüdung funktionieren können, macht sie nützlich, um die Körperhaltung aufrechtzuerhalten, isometrische Kontraktionen zu erzeugen, Knochen und Gelenke zu stabilisieren und kleine Bewegungen auszuführen, die oft passieren, aber nicht viel Energie erfordern. Sie erzeugen keine hohe Spannung und werden daher nicht für kraftvolle, schnelle Bewegungen verwendet, die viel Energie und schnelles Cross-Bridge-Cycling erfordern.

FO-Fasern werden manchmal als Zwischenfasern bezeichnet, da sie Eigenschaften aufweisen, die zwischen schnellen Fasern und langsamen Fasern liegen. Sie produzieren relativ schnell ATP, schneller als SO-Fasern, und können daher relativ hohe Spannungen erzeugen. Sie sind oxidativ, weil sie ATP aerob produzieren, hohe Mengen an Mitochondrien besitzen und nicht schnell ermüden. FO-Fasern besitzen jedoch kein signifikantes Myoglobin, was ihnen eine hellere Farbe verleiht als die roten SO-Fasern. FO-Fasern werden hauptsächlich für Bewegungen wie Gehen verwendet, die mehr Energie erfordern als die Haltungskontrolle, aber weniger Energie als eine explosive Bewegung wie Sprinten. FO-Fasern sind für diese Art der Bewegung nützlich, da sie mehr Spannung erzeugen als SO-Fasern, aber ermüdungsbeständiger als FG-Fasern sind.

FG-Fasern verwenden hauptsächlich anaerobe Glykolyse als ihre ATP-Quelle. Sie haben einen großen Durchmesser und besitzen hohe Mengen an Glykogen, das bei der Glykolyse verwendet wird, um schnell ATP zu erzeugen, um hohe Spannungen zu erzeugen. Da sie nicht in erster Linie den aeroben Stoffwechsel nutzen, besitzen sie keine nennenswerte 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, sodass sie nur für kurze Zeit verwendet 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.


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