Muskelfasertypen

Kontraktionsgeschwindigkeit

Die verschiedenen Muskelfasertypen weisen Unterschiede in ihrer Kontraktionsgeschwindigkeit auf, vor allem aufgrund der Expression unterschiedlicher Isoformen und Mengen von Myosin-ATPase im Gewebe. Die Myosin-ATPase befindet sich in der Kopfregion des Proteins Myosin und spielt eine entscheidende Rolle bei der Katalyse der ATP-Hydrolyse, die die notwendige Energie für die Muskelkontraktion liefert. Die Aktivität der Myosin-ATPase korreliert mit der Geschwindigkeit der Sarkomerkontraktion. Muskelfasern vom Typ II enthalten eine höhere Menge an Myosin-ATPase und kontrahieren daher schneller als Muskelfasern vom Typ I.

Darüber hinaus ist der Stoffwechselweg ein weiterer Faktor, der die Geschwindigkeit der Muskelkontraktion beeinflusst. Der anaerobe Stoffwechsel, der vor allem bei Muskelfasern des Typs IIx auftritt, ist mit einer schnelleren Kontraktion verbunden.

Aerobe vs. anaerobe Energiegewinnung

Der letzte Abschnitt der aeroben Atmung, die oxidative Phosphorylierung, findet in den Mitochondrien statt und ist abhängig von Sauerstoff. Dieser wird über Kapillaren zu den Muskelfasern transportiert und von einem hämoglobinähnlichen Molekül, dem Myoglobin, gespeichert. Myoglobin ist für die konstante Sauerstoffversorgung von Myozyten notwendig, die viel mehr Energie verbrauchen als andere Gewebe im menschlichen Körper. Das Myoglobin ist ebenfalls für die rote Farbe des Muskelgewebes verantwortlich. Bei der aeroben Atmung werden größere Mengen an ATP erzeugt als beim anaeroben Stoffwechsel.

Die anaerobe Glykolyse kann in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt werden. Sie produziert ATP fast 100 mal schneller als die oxidative Phosphorylierung, doch die Energiebilanz ist deutlich schlechter, da pro Glukosemolekül nur zwei ATP-Moleküle hergestellt werden können. Die Herstellung von Laktat als Nebenprodukt des anaeroben Stoffwechsels führt weiterhin zu einer metabolischen Azidose, die eine Ermüdung der Muskeln zur Folge hat.

Typ-I-Fasern

Muskelfasern vom Typ I (auch „slow twitch“-Fasern genannt) zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie auf den aeroben Stoffwechsel angewiesen sind. Sie enthalten eine große Anzahl an Mitochondrien, die viel ATP produzieren und sind daher in der Lage, ohne schnelle Ermüdung Kontraktionen über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. Aufgrund ihres relativ kleinen Durchmessers sind sie jedoch nicht fähig, große Kräfte aufzubauen. Typ-I-Fasern sind, im Verhältnis zu ihrer Größe, sehr gut mit Kapillarnetzen versorgt, die Sauerstoff liefern. Sie besitzen außerdem große Mengen an Myoglobin, das Sauerstoff direkt in den Fasern speichern kann und ihnen eine rote Farbe verleiht. Typ-I-Fasern haben aufgrund ihrer relativ geringen Menge an Myosin-ATPase eine langsame Kontraktionsgeschwindigkeit und aufgrund all dieser Eigenschaften sind sie der erste Fasertyp, der während einer Kontraktion rekrutiert wird.

Daher sind diese Fasern besser für Aktivitäten geeignet, die eine geringe Spannung, aber hohe Ausdauer erfordern. Sie sind in höherem Maße in Skelettmuskeln zu finden, die für die Aufrechterhaltung der Körperhaltung verantwortlich sind (z. B. im Musculus erector spinae oder Musculus soleus) und sind die ersten Fasern, die während einer Muskelkontraktion rekrutiert werden. Darüber hinaus werden Typ-I-Fasern häufig bei lang andauernden aeroben Übungen mit niedriger Intensität, wie z. B. beim Gehen, oder bei Ausdauersport eingesetzt.

Typ-IIa-Fasern

Typ-IIa-Fasern, die auch als intermediäre Fasern bezeichnet werden, können als Übergangstyp zwischen Typ-I-Fasern und Typ-IIx-Fasern betrachtet werden. Sie sind etwas größer als Typ-I-Fasern und stützen sich in erster Linie auf den aeroben Stoffwechsel, jedoch mit der Fähigkeit, ATP auch schneller durch anaerobe Glykolyse zu produzieren. Sie sind zwar auch ermüdungsresistent und können Kontraktionen über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, doch ist ihre Ausdauer geringer als die der Typ-I-Fasern. Auf der anderen Seite kontrahieren Typ-IIa-Fasern vergleichsweise schneller und können eine höhere Kontraktionskraft aufbauen.

Typ-IIa-Fasern besitzen in der Regel eine ähnliche Dichte an Mitochondrien wie Typ-I-Fasern, haben jedoch einen geringeren Myoglobingehalt und eine geringere Kapillardichte im Verhältnis zu ihrer Größe, was zu einer helleren, rosa Färbung führt. Diese Fasertypen werden nach den Typ-I-Fasern und vor den Typ-IIx-Fasern rekrutiert.

Diese Merkmale tragen zu ihren intermediären Eigenschaften bei. Typ-IIa-Fasern sind besonders nützlich für längere Bewegungen, die mehr Kontraktionskraft erfordern, als Typ-I-Fasern erzeugen können, wie z. B. bei sportlichen Aktivitäten wie Laufen oder Schwimmen. Sie bieten die notwendige Ausdauer und eine moderate Kraftproduktion für diese Aktivitäten.

Typ-IIx-Fasern

Typ-IIx-Fasern nutzen in erster Linie den anaeroben Stoffwechsel zur Energiegewinnung. Aufgrund ihres Stoffwechselprofils sind sie in der Lage, schnelle und hochintensive Kontraktionen auszuführen. Sie sind dazu fähig, da sie über ein umfangreiches Glykogendepot verfügen, das eine schnelle Freisetzung von Glukose und somit eine schnelle Energieproduktion ermöglicht. Allerdings ermüden sie im Vergleich zu anderen Muskelfasertypen auch schneller.

Morphologisch gesehen haben Typ-IIx-Fasern einen größeren Durchmesser und erscheinen weißer. Grund dafür ist, dass sie keine oxidative Phosphorylierung durchführen und daher eine geringere Dichte an Mitochondrien, Kapillaren und Myoglobin aufweisen. Typ-IIx-Fasern werden vor allem für schnelle und kraftvolle Bewegungen mobilisiert, da sie rapide und kraftvolle Muskelkontraktionen erzeugen können. Sie sind also entscheidend bei Aktivitäten, die kurze anaerobe Belastungen beinhalten, wie Gewichtheben, Sprinten und Springen.