ชนิดของใยกล้ามเนื้อและคุณสมบัติทางเมแทบอลิซึม

กล้ามเนื้อโครงร่างประกอบด้วยใยกล้ามเนื้อที่แตกต่างกันในด้านความเร็วในการหดตัว ปริมาณแรงและกำลังที่สร้างขึ้น และวิธีการสร้าง ATP ใยกล้ามเนื้อถูกจัดจำแนกตามสเปกตรัมตั้งแต่ชนิดหดตัวช้า ทนทานต่อความล้าแบบใช้ออกซิเจน ไปจนถึงชนิดหดตัวเร็ว มีกำลังมาก แต่ล้าได้ง่ายกว่าแบบไกลโคไลติก ซึ่งกำหนดโดยไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชนเป็นหลักและโปรไฟล์เอนไซม์เมแทบอลิซึมของพวกมัน

Definition

ชนิดของใยกล้ามเนื้อคือการจัดหมวดหมู่ของใยกล้ามเนื้อโครงร่างที่จำแนกตามไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชนที่เด่น และความเร็วในการหดตัว ความทนทานต่อความล้า และการพึ่งพาเมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจนเทียบกับแบบไกลโคไลติกที่เกี่ยวข้อง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการจัดจำแนกใยกล้ามเนื้อโครงร่าง (แผนการจัดจำแนกแบบ Type I / Type II และไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชน) คุณสมบัติการหดตัวและเมแทบอลิซึมของพวกมัน และความสามารถในการเปลี่ยนชนิดเมื่อมีการใช้งาน นี่คือข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลเชิงวิชาการเกี่ยวกับความหลากหลายของใยกล้ามเนื้อ ไม่ใช่คู่มือการฝึกซ้อมหรือการจัดการทางคลินิก

Core questions

• ใยกล้ามเนื้อโครงร่างถูกจัดจำแนกอย่างไรและบนพื้นฐานใด?
• คุณสมบัติการหดตัวและเมแทบอลิซึมใดที่แยกใยกล้ามเนื้อช้าออกจากใยกล้ามเนื้อเร็ว?
• ไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชนเกี่ยวข้องกับการทำงานของใยกล้ามเนื้ออย่างไร?
• ใยกล้ามเนื้อสามารถเปลี่ยนชนิดได้หรือไม่ และอะไรเป็นตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว?

Key concepts

• ใยกล้ามเนื้อ Type I (ช้าแบบใช้ออกซิเจน)
• ใยกล้ามเนื้อ Type IIa (เร็วแบบใช้ออกซิเจน-ไกลโคไลติก)
• ใยกล้ามเนื้อ Type IIx / IIb (เร็วแบบไกลโคไลติก)
• ไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชน
• เมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจนเทียบกับแบบไกลโคไลติก
• ความทนทานต่อความล้า
• การจำแนกชนิดด้วยวิธีทางจุลพยาธิวิทยา (ATPase) และอิมมูโนฮิสโตเคมี
• การเปลี่ยนชนิดของใยกล้ามเนื้อและความยืดหยุ่น

Mechanisms

ชนิดของใยกล้ามเนื้อส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชนที่ใยกล้ามเนื้อแสดงออก ซึ่งกำหนดความเร็วของวงจรครอสบริดจ์และดังนั้นความเร็วในการหดตัว ใยกล้ามเนื้อ Type I ช้าจะแสดงออกไอโซฟอร์มช้า มีไมโทคอนเดรีย ไมโอโกลบิน และเอนไซม์ออกซิเดทีฟสูง ทนทานต่อความล้า และสร้างกำลังค่อนข้างต่ำ; ใยกล้ามเนื้อ Type II เร็วจะแสดงออกไอโซฟอร์มเร็ว พึ่งพาไกลโคไลซิสมากขึ้น หดตัวและคลายตัวเร็ว และสร้างกำลังสูงกว่าแต่ล้าเร็วกว่า ภายในกลุ่มใยกล้ามเนื้อเร็ว ใยกล้ามเนื้อ Type IIa ยังคงมีความสามารถในการใช้ออกซิเจนสูง ในขณะที่ Type IIx (และ IIb ในบางชนิด) เป็นแบบไกลโคไลติกที่แข็งแกร่งกว่า วิธีการทางจุลพยาธิวิทยาแบบดั้งเดิมจัดเรียงใยกล้ามเนื้อโดยการย้อมสี myofibrillar ATPase ในขณะที่งานวิจัยสมัยใหม่จำแนกพวกมันด้วยไอโซฟอร์มของไมโอซิน ใยกล้ามเนื้อมีความยืดหยุ่น: รูปแบบการใช้งาน การรับน้ำหนัก และกิจกรรมของระบบประสาทที่เปลี่ยนแปลงไปสามารถเปลี่ยนการแสดงออกของไอโซฟอร์มตามความต่อเนื่องจากช้าไปเร็วได้

Clinical relevance

องค์ประกอบของชนิดใยกล้ามเนื้อช่วยอธิบายความแตกต่างของความทนทาน ความเร็ว และความอ่อนแอต่อความล้าของกล้ามเนื้อ และเป็นพื้นฐานสำหรับการตีความผลการตรวจชิ้นเนื้อกล้ามเนื้อและการศึกษาทางสรีรวิทยาการออกกำลังกาย ในที่นี้อธิบายในฐานะสรีรวิทยาอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยรายบุคคล การกำหนดการฝึกซ้อม หรือการรักษา

Evidence & guidelines

ความรู้ในที่นี้ได้มาจากการศึกษาทางจุลพยาธิวิทยาและระดับโมเลกุลของใยกล้ามเนื้อ และจากการทบทวนวรรณกรรมที่น่าเชื่อถือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสังเคราะห์ที่ครอบคลุมของ Schiaffino และ Reggiani (2011) ใน Physiological Reviews นี่คือวิทยาศาสตร์พื้นฐานเชิงพรรณนามากกว่าหลักฐานทางคลินิกที่ควบคุมโดยแนวทางปฏิบัติ; แหล่งข้อมูลพื้นฐานเก่าบางส่วนถูกอ้างอิงโดยการอ้างอิงในกรณีที่ไม่มี DOI ที่ได้รับการยืนยัน

History

การจัดจำแนกในยุคแรกเริ่มแยกกล้ามเนื้อแดงและขาวตามสีและความเร็วในการหดตัว ในปี 1970 Brooke และ Kaiser ได้จัดระบบการจำแนกชนิดใยกล้ามเนื้อโดยใช้ myofibrillar ATPase histochemistry โดยกำหนดประเภท Type I และ Type II ที่ยังคงใช้กันอยู่ งานวิจัยระดับโมเลกุลในภายหลังโดย Pette, Staron, Schiaffino, Reggiani, Bottinelli และคนอื่นๆ ได้ระบุไอโซฟอร์มของไมโอซินเฮฟวีเชนที่เป็นพื้นฐานของชนิดเหล่านี้ และแสดงให้เห็นว่าใยกล้ามเนื้อสามารถเปลี่ยนระหว่างชนิดเหล่านี้ได้เพื่อตอบสนองต่อการใช้งาน ทำให้เกิดความต่อเนื่องสมัยใหม่จากใยกล้ามเนื้อแบบใช้ออกซิเจนช้าไปจนถึงใยกล้ามเนื้อแบบไกลโคไลติกเร็ว

Debates

ชนิดของใยกล้ามเนื้อมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนเพียงใด?

แม้ว่าใยกล้ามเนื้อจะถูกจัดเรียงตามธรรมเนียมเป็นหมวดหมู่ Type I, IIa และ IIx/IIb แต่ใยกล้ามเนื้อหลายชนิดแสดงออกไอโซฟอร์มของไมโอซินหลายชนิดร่วมกัน (ใยกล้ามเนื้อลูกผสม) ดังนั้นชนิดต่างๆ จึงถูกมองว่าเป็นความต่อเนื่องมากกว่าเป็นช่องที่ตายตัว

Key figures

• Stefano Schiaffino
• Carlo Reggiani
• Dirk Pette
• Robert Staron
• Michael Brooke

Seminal works

• brooke-kaiser-1970
• schiaffino-reggiani-2011

Frequently asked questions

ใยกล้ามเนื้อหดตัวช้าและใยกล้ามเนื้อหดตัวเร็วแตกต่างกันอย่างไร?

ใยกล้ามเนื้อหดตัวช้า (Type I) หดตัวช้า พึ่งพาเมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจน และทนทานต่อความล้า; ใยกล้ามเนื้อหดตัวเร็ว (Type II) หดตัวเร็ว สร้างกำลังได้มากกว่า พึ่งพาไกลโคไลซิสมากขึ้น และล้าเร็วกว่า

ใยกล้ามเนื้อสามารถเปลี่ยนชนิดได้หรือไม่?

ใยกล้ามเนื้อมีความยืดหยุ่นและสามารถเปลี่ยนการแสดงออกของไอโซฟอร์มของไมโอซินตามความต่อเนื่องจากช้าไปเร็วได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงการใช้งานและกิจกรรมของระบบประสาท แม้ว่าขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงระหว่างหมวดหมู่หลักจะจำกัดและยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่