Открыть главное меню

SportWiki энциклопедия β

Изменения

Типы мышечных волокон

15 591 байт добавлено, 4 года назад
Гликолитические, промежуточные и окислительные волокна
== Типы волокон скелетных мышц ==
[[Image:Muscle_fiber.jpg|250px|thumb|right|Устройство мышечного волокна]]
'''Мышечное волокно''' является сруктурной структурной единицей [[Мышцы - анатомия и функции|мышечной ткани]], которое состоит из:
*миофибрилл (сократительных элементов)
*капилляры (поставка питательных веществ и кислорода)
У людей все волокна [[Скелетные мышцы|скелетных мышц]] имеют разные механические и метаболические свойства. Различные типы мышечных волокон определяют по максимальной скорости их сокращения (быстрой и медленной) и главного метаболического пути, который они используют для [[Синтез АТФ|образования ]] [[АТФ ]] (окислительный и гликолитический). Мышечные волокна в целом делятся на:
*'''I тип: [[Медленные мышечные волокна|медленные окислительные]] (МО)''' - ''медленные, тонкие, слабые, неутомляемые мышечные волокна. Низкий порог активации мотонейрона. Волокна I типа хорошо [[Кровоснабжение скелетных мышц|кровоснабжаются]] и имеют большее количество миоглобина, что придает им характерный красный цвет (красные волокна). Они также отличаются наличием многочисленных крупных [[Повышение эффективности работы митохондрий как механизм адаптации|митохондрий]], содержащих ферменты [[Окислительное фосфорилирование|окислительного фосфорилирования]]. Хотя в медленных волокнах больше миозина, чем в быстрых мышечных волокнах, они содержат меньше фермента АТФазы и медленнее сокращаются. [[Иннервация поперечно-полосатых мышц|Иннервация]] обеспечивается малыми а-мотонейронами спинного мозга. Благодаря низкой скорости сокращения они больше приспособлены к длительным нагрузкам, что, например, очень важно для поддержания позы.''*'''II тип: [[Быстрые мышечные волокна|быстрые гликолитические волокна]]'''- ''толще, чем мышечные волокна I типа, отличаются быстрыми сокращениями, развивают большую силу и быстрее утомляются. Эти волокна хуже кровоснабжаются и имеют меньше митохондрий, которые липидов и миоглобина. В литературе они описываются как белые волокна. В отличие от медленных волокон, быстрые волокна содержат в свою очередь основном ферменты анаэробного окисления и больше миофибрилл. Эти миофибриллы отличаются меньшим содержанием миозина, который, однако, сокращается быстрее и лучше метаболизирует [[АТФ|аденозинтрифосфат (АТФ)]]. Кроме того, в этих волокнах лучше выражен саркоплазматический ретикулум. Благодаря высокой скорости сокращения и быстрой [[Утомление и утомляемость|утомляемости]] эти волокна способны на кратковременную работу. [[Иннервация поперечно-полосатых мышц|Иннервация]] осуществляется большими а-мотонейронами спинного мозга.'' Эти волокна делятся на:**'''IIа тип: быстрые окислительно-гликолитические (БОГ)''' или просто быстрые окислительные - ''промежуточные волокна, средней толщины. Более выносливы, чем волокна IIb типа, но утомляются быстрее, чем волокна I типа. Способны к выраженному сокращению, при этом развивают среднюю силу. Источниками энергии являются как окислительные, так [[Анаэробный обмен|анаэробные механизмы]] (быстрые окислительные волокна).'' **'''IIb тип: быстрые гликолитические волокна (БРБГ)'''- ''крупные, быстрые, сильные, быстроутомляемые мышечные волокна, с высоким порогом активации мотонейрона. Активируются при кратковременных нагрузках и развивают большую силу. Получают энергию через процессы анаэробного окисления, источником энергии является [[гликоген]].В этих волокнах обнаруживают большое количество гликогена и мало митохондрий.''
Быстрые и медленные волокна содержат изоферменты, которые различаются по максимальной скорости, с которой они расщепляют [[АТФ]], чтобы высвободить энергию для Поскольку скорость сокращения или сделать возможным расслабление. Волокнасамых быстрых мышечных волокон несколько выше, содержащие миозин с высокой активностью АТФазычем скорость сокращений волокон IIb типа, относят к быстрым волокнам, а те, что содержат миозин с более низкой активностью АТФазысамые быстрые волокна называются в литературе волокнами '''IIх типа''' (Friedman, - к медленным2007).
Иногда выделяют '''волокна IIс типа''' — эти волокна не похожи на волокна ни I, ни II типа. Они проявляют как окислительную, так и гликолитическую активность и представлены лишь в небольшом количестве (около 1 %). В зависимости от типа тренировок они могут переходить в волокна I или II типа (Seidenspinner, 2005). Мышечные волокна возбуждаемые одним мотонейроном входят в состав одной '''[[Двигательная единица мыщцы|двигательной единицы]] (ДЕ)'''. [[Поперечно-полосатые мышцы|Ске­летные мышцы]] человека состоят из ДЕ всех трех типов. Одни из них включают преимущественно медленные ДЕ, другие — быстрые, третьи — и те, и другие. {| class="wikitable"|-! Критерий разделения !! I типа !! IIa типа !! IIb типа|-| '''Скорость сокращения'''<br /> <small>(определяется по миозиновой АТФазе)</small>. || Медленные (частота нервных импульсов до 25 Гц) || Средняя (25-50 Гц) || Быстрые (частота нервных импульсов 50-100 Гц)|-| '''Обмен веществ'''<br /> <small>(определяется по ферментам аэробных процессов, по ферментам митохондрий: сукцинатдегидрогеназе или СДГ)</small> || Окислительный (с кислородом) || Смешанный || Гликолитический (без кислорода)|-| '''Цвет'''<br /> (зависит от количества миоглобина) || Красные (много миоглобина и митохондрий) || Светло-красный (красный) || Белые (мало миоглобина и митохондрий)|-| '''Порог активации''' || Низкий || Средний || Высокий|-| '''Диаметр''' || 50 мкм || 80 мкм|| 100 мкм|-| '''Утомление''' <small>(при постоянной нагрузке)</small> || Снижение силы на 50% через несколько часов || Снижение силы на 50% через 10 мин || Снижение силы на 50% через 1,5 мин|} === Быстрые и медленные мышечные волокна ===[[Image:Muscle_fibers_tension.jpg|250px|thumb|right|Развитие мышечной усталости у волокон различных типов.]]Классифицируются по активности фермента миозиновой АТФ-азы и, соответственно, по скорости сокращения мышц. Волокна, содержащие миозин с высокой активностью АТФазы, относят к быстрым волокнам, а те, что содержат миозин с более низкой активностью АТФазы, - к медленным. {{Wow}} Активность АТФазы наследуется и тренировки не влияют на соотношение быстрых и медленных волокон. Освобождение энергии, заключенной в [[АТФ]], осуществляется благодаря АТФ-азе. Энергии одной молекулы АТФ достаточно для одного поворота (гребка) миозиновых мостиков. Мостики расцепляются с актиновым филаментом, возвращаются в исходное положение, сцепляются с новым участком актина и делают гребок. Скорость одиночного гребка одинакова у всех мышц. Для очередного гребка требуется новая молекула АТФ. В волокнах с высокой АТФ-азной активностью расщепление АТФ происходит быстрее, и за единицу времени происходит большее количество гребков мостиками, то есть мышца сокращается быстрее и, соответственно, сильнее.  ''Читайте подробнее:'' [[сокращение скелетных мышц]]. Медленные окислительные волокна содержат множество митохондрий и обладают высокой способностью к [[Окислительное фосфорилирование|окислительному фосфорилированию]]. Эти волокна могут содержать значительное количество липидов, но меньшее количество гликогена. Большая часть АТФ, произведенного такими волокнами, зависит от снабжения крови кислородом и топливных молекул. Эти волокна окружают многочисленные капилляры. Они также содержат большое количество связывающего кислород миоглобина, который увеличивает поглощение кислорода тканями и способствует небольшому внутриклеточному накоплению кислорода. Миоглобин придает темно-красный цвет, поэтому окислительные волокна часто называют красными мышечными волокнами.
В быстрых волокнах, также названных гликолитическими волокнами, напротив, содержится мало митохондрий, но они обладают высокой концентрацией гликолитических ферментов и большим запасом гликогена. Из-за ограниченного использования кислорода их окружает относительно небольшое количество капилляров, и они содержат мало миоглобина. Их называют белыми мышечными волокнами вследствие их более светлого цвета по сравнению с красными окислительными волокнами.
 
=== Гликолитические, промежуточные и окислительные волокна ===
Гликолитические волокна, как правило, намного больше в диаметре, чем окислительные волокна. Чем больше диаметр, тем больше максимальное растяжение, которого они могут достичь (т.е. тем они сильнее).
''Таблица 1Классифицируются по окислительному потенциалу мышцы, то есть по количеству митохондрий в мышечном волокне. Свойства различных типов мышечных волоконМитохондрии – это клеточные органеллы, в которых глюкоза или жир расщепляется до углекислого газа и воды, ресинтезируя АТФ, необходимую для ресинтеза креатинфосфата. Для классификации мышечных волокон Креатинфосфат используется для ресинтеза миофибриллярных молекул АТФ, которые используются для мышечного сокращения. Вне митохондрий в тексте использована система 1мышцах также может происходить расщепление глюкозы до пирувата с ресинтезом АТФ, но также приведены при этом образуется молочная кислота, которая закисляет мышцу и названия, используемые в других системах''вызывает ее утомление.  По этому признаку мышечные волокна подразделяются на три группы:
# Окислительные мышечные волокна. В них масса митохондрий так велика, что существенной прибавки ее в ходе тренировочного процесса уже не происходит.
# Промежуточные мышечные волокна. В них масса митохондрий значительно снижена, и в мышце в процессе работы накапливается молочная кислота, однако достаточно медленно, и утомляются они гораздо медленнее, чем гликолитические.
# Гликолитические мышечные волокна имеют очень незначительное количество митохондрий. Поэтому в них преобладает анаэробный гликолиз с накоплением молочной кислоты, отчего они и получили свое название.
 
{{Wow}} У не тренирующихся людей обычно быстрые волокна - гликолитические и промежуточные, а медленные – окислительные. Однако при правильных тренировках на [[Развитие выносливости|увеличение выносливости]] быстрые мышечные волокна превращаются из гликолитических в промежуточные. Также возможен переход промежуточных волокон в окислительные. При [[Силовые тренировки|силовых тренировках]] промежуточные волокна могут переходить в гликолитические. При этом соотношение медленных и быстрых волокон генетически предопределено практически не меняется вне зависимости от тренировок (переход не более 1-3%).
 
*[[Анаэробный обмен|анаэробный гликолиз]] – расщепление глюкозы без кислорода до молочной кислоты с ресинтезом АТФ;
*[[Аэробный обмен и митохондрии|аэробный гликолиз]], или окисление, – расщепление пирувата в митохондриях с участием кислорода до углекислого газа, воды и ресинтезом АТФ.
 
'''Свойства различных типов мышечных волокон. Для классификации мышечных волокон в тексте использована система 1, но также приведены и названия, используемые в других системах'''
[[Image:Muscle_fiber_eldery.gif|250px|thumb|right|Срез мышечных волокон I (темные) и IIa (светлые) и IIb/IIx типа (А) у пожилых и (B) молодых людей. С возрастом количество волокон II типа сокращается. <small>Окраска АТФазы миозина.</small>]]
<table border="1" style="border-collapse:collapse;" cellpadding="3">
<tr><td>
<p>Много</p></td><td>
<p>Много</p></td><td>
<p>МногоМало</p></td></tr>
<tr><td>
<p>Содержание миоглобина</p></td><td>
В мышечном веретене мышц также содержатся совершенно разные типы мышечных волокон. Эти структуры воспринимают напряжение мышц. Чувствительность мышечных веретен может быть отрегулирована при сокращении их особых интрафузальных мышечных волокон. Веретена расположены параллельно основной мышце или экстра-фузальным волокнам. Уровнем сокращения интрафузальных мышечных волокон в веретенах управляют гамма-мотонейроны, тогда как альфа-мотонейроны регулируют экстра-фузальные мышечные волокна, которые непосредственно отвечают за сокращение мышц.
== Типы = Высокопороговые и низкопороговые волокна === Классифицируются по уровню порога возбудимости двигательных единиц. Мышца сокращается под действием нервных импульсов, которые имеют электрическую природу. Каждая двигательная единица (ДЕ) включает в себя мотонейрон, аксон и совокупность мышечных волокон . Количество ДЕ у человека остается неизменным на протяжении всей жизни. Двигательные единицы имеют свой порог возбудимости. Если нервные импульсы, посылаемые мозгом, имеют частоту ниже этого порога, ДЕ пассивна. Если нервные импульсы имеют пороговую для этой ДЕ величину или превышают ее, мышечные волокна активируются и начинают сокращаться. Низкопороговые ДЕ имеют маленькие мотонейроны, тонкий аксон и сотни иннервируемых медленных мышечных волокон. Высокопороговые ДЕ имеют крупные мотонейроны, толстый аксон и тысячи иннервируемых быстрых мышечных волокон.  Медленные окислительные волокна относятся к низкопороговым (возбуждаются при незначительной нагрузке). Быстрые волокна относятся к высокопороговым (включатся только при интенсивной нагрузке). == Эндокринология и мышечные волокна ==
{{Эндокринология}}
Существование различных типов мышечных волокон обеспечивает значительную гетерогенность тканей скелетных мышц и их способность выполнять разнообразные функциональные задачи. Иммуногистохимический и биохимический анализ скелетных мышц показал, что такое структурно-функциональное разнообразие мышечных волокон обусловлено существованием широкого спектра изоформ миозина. '''Миозин''' — молекула, от которой наряду с актином зависит мышечное сокращение. Молекула миозина состоит из двух тяжелых цепей (МуНС) и четырех легких цепей (MyLC) (Schiaffino, Reggiani, 1996; Pette, Staron, 1997). Тяжелые цепи миозина представлены несколькими изоформами, от свойств которых зависят скоростно-силовые качества мышечных волокон.
В скелетных мышцах взрослого человека происходит экспрессия четырех наиболее важных изоформ МуНС: MyHCip, MyHCIIA, MyHCIIX/IID и МуНСПВ. Каждая изоформа характеризуется специфической скоростью сокращения и развиваемым усилием. Волокна, содержащие MyHCI, отличаются низкой скоростью сокращения и развивают меньшее усилие по сравнению с волокнами, содержащими MyHCIIA, ИХ и IIB. Среди волокон, состоящих их из быстрых МуНС, наиболее быстрыми и сильными являются те, которые построены из МуНСПВ, за ними следуют волокна, в состав которых входят МуНСИХ и MyHCIIA (Bottineli et al., 1994a, 1994b).
Занятия физическими упражнениями могут приводить к существенным изменениям сократительных свойств скелетных мышц. Принято считать, что тренировка выносливости сопровождается увеличением количества медленных изоформ миозина (Baumann et al., 1987; Schaub et al., 1989). В то же время силовая тренировка вызывает увеличение MyHCIIA и уменьшение МуНСПХ (Staron et al., 1991; Adams et al., 1993; Andersen J.L. et al., 1994; Fry et al., 1994; Kraemer et al., 1995; Kadi, Thorncll, 1999; Andersen J.L., Aagaard, 2000). Кроме того, предполагается, что мышечные волокна, содержащие МуНСИХ, у основной массы людей очень редко вовлекаются в выполнение работы в процессе обычной ежедневной активности. Если они начинают вовлекаться в выполнение работы, например в процессе физической тренировки, то превращаются в волокна, содержащие MyHCIIA (волокна, включающие эту изоформу тяжелых цепей миозина, обладают большей выносливостью по сравнению с волокнами типа ИХ) (Goldspink G. et al., 1991; Staron et al., 1991; Kraemer et al., 1995). Во время тренировки мышечной силы или выносливости происходит значительное изменение гормонального фона скелетных мышц, которое является мощным сигналом, способным запустить процесс изменения содержания изоформ миозина в мышцах, подвергающихся физической нагрузке.
=== Влияние [[тестостерон]]а ===
В некоторых экспериментах на животных после применения [[андроген]]ных [[Анаболические стероиды|анаболических стероидов]] наблюдали изменение соотношения изоформ тяжелых цепей миозина в сторону увеличения медленных изоформ (Fritzshe et al., 1994; Czesla ct al., 1997). Сообщалось об увеличении доли волокон, содержащих MyHCIIA, наряду с сокращением количества волокон, содержащих МуНСПВ, в ряде скелетных мышц грызунов после применения андрогенных [[Анаболические гормоны|анаболических стероидов]] (Eggington, 1987; Dimauro et al., 1992). Однако сообщалось также о том, что андрогенные стероиды вызывают уменьшение доли мышечных волокон, содержащих MyHCIIA, по отношению к волокнам, состоящим из МуНСПВ (Kelly et al., 1985; Lyons et al., 1986; Salmons, 1992). Эти результаты говорят о том, что характер воздействия андрогенных анаболических стероидов на сократительные способности может зависеть от типа мышц и у различных видов может быть разным. Действительно, существуют и другие данные, свидетельствующие об отсутствии какого-либо воздействия андрогенных анаболических стероидов па по соотношение мышечных волокон, содержащих различные изоформы МуНС. Например, в экспериментах на животных чрезмерная нагрузка мышц вызывала увеличение содержания медленных MyHCI, и дополнительное использование андрогенных анаболических стероидов не влияло на характер содержания тяжелых цепей миозина (Boissonneault et al., 1987). Точно так прием андрогенных анаболических стероидон не вызывал изменений сдвига соотношения изоформ МуНС, вызванного экспериментами с обездвиживанием нижней конечности (Tsika et al., 1987). Наконец, не удалось обнаружить никаких различий в соотношении разных изоформ МуНС в трапециевидной мышце хорошо тренированных тяжелоатлетов, принимавших и не принимавших андрогенные анаболические стероиды (Kadi et al., 1999b).
=== Влияние эстрогенов ===
=== Влияние соматотропного гормона ===
Сообщается о том, что прием [[Соматотропин|соматотропного гормона]] (СТГ) индуцирует увеличение количества МуНСИХ в латеральной широкой мышце бедра у здоровых мужчин старшего возраста (Lange et al., 2002). Изменение соотношения изоформ МуНС в сторону увеличения МуНСИХ авторы исследования рассматривали как “омоложение” состава тяжелых цепей миозина, поскольку старение обычно сопровождается уменьшением доли МуНСИХ в этой группе мышц (Lange et al., 2002). Однако доля МуНСИХ у пациентов с дефицитом СТГ была выше по сравнению с основной массой здорового населения (Daugaard et al., 1999). Более того, после лечения больных с дефицитом СТГ препаратами рекомбинантного [[Гормон роста|гормона роста]] в течение 6 месяцев у них не было выявлено никаких изменений в соотношении различных ияоформ изоформ МуНС (Daugaard et al., 1999). Аналогичным образом было показано, что применение СТГ у крыс приводит к существенному увеличению поперечного сечения мышечных волокон типа II в камбаловидной мышце, не оказывая заметного влияния на содержание различных изоформ в составе мышечных волокон (Aroniadou-Anderjaska et al., 1996). Вопрос о том, приводит ли повышение уровня СТГ к изменению соотношения изоформ МуНС в сторону увеличения быстрых изоформ миозина, требует дальнейших исследований.
=== Влияние гормонов щитовидной железы ===
[[Гормоны щитовидной железы]], или тироидные гормоны, оказывают сильное регуляторное воздействие на соотношение различных изоформ тяжелой цепи миозина в составе скелетной мышцы (D’Albis, Butler-Browne, 1993). Показано, что регуляция соотношения МуНС в скелетных мышцах крысы является специфической для пола и типа мышц (Larsson, Yu, 1997). Применение 3.5.3’-трийодтиронина (Т3) приводит к подавлению содержания MyHCI и увеличению содержания MyHCIIA в камбаловидной мышце самцов и самок, тогда как стимуляция содержания МуНСИХ наблюдалась только в мышцах самцов крыс (Larsson, Yu, 1997). Применение Т3 не вызывало никаких изменений в длинном разгибателе пальцев стопы у самцов крыс. В то же время в аналогичной ситуации в той же мышце у самок отмечалось достоверное изменение соотношения изоформ MyHCIIA и ИВ в пользу увеличения последней (Larsson, Yu, 1997). В целом эти результаты показывают, что сократительные качества скелетных мышц находятся под контролем ряда гормонов и ростовых факторов и изменение гормонального фона в этих мышцах при выполнении физических упражнений может быть в определенной степени ответственным за изменение характеристик мышцы в соответствии с физиологическими потребностями. Становится все более очевидным, что изменения структуры и функции мышц, происходящие под влиянием изменений гормонального фона, могут зависеть от пола и типа мышц.
 
== Заключение ==
*[[Кровоснабжение скелетных мышц]]
*[[Гипертрофия мышц]]
*[[Нервно-мышечная передача]]
*[[Двигательная единица мыщцы]]
*[[Мышечная клетка]]
*[[Сокращение скелетных мышц ]]
 
== Литература ==
Анонимный участник

SportWiki энциклопедия

Партнёр магазин спортивного питания Спортфуд, где представлена сертифицированная продукция