Anatomia ja fysiologia

Kaksi kriteeriä, jotka tulee huomioida, kun luokitellaan lihassäikeitä, ovat se, kuinka nopeasti jotkin kuidut supistuvat suhteessa toisiin, ja se, miten kuidut tuottavat ATP:tä. Näiden kriteerien perusteella luurankolihaskuituja on kolme päätyyppiä. Hitaasti hapettavat (SO) kuidut supistuvat suhteellisen hitaasti ja käyttävät aerobista hengitystä (happea ja glukoosia) ATP:n tuottamiseen. Nopeasti hapettavat (FO) kuidut supistuvat nopeasti ja käyttävät pääasiassa aerobista hengitystä, mutta koska ne voivat siirtyä anaerobiseen hengitykseen (glykolyysi), ne voivat väsyä nopeammin kuin SO-kuidut. Nopeat glykolyyttiset kuidut (FG) supistuvat nopeasti ja käyttävät pääasiassa anaerobista glykolyysiä. FG-kuidut väsyvät nopeammin kuin muut. Useimmissa ihmisen luurankolihaksissa on kaikkia kolmea tyyppiä, joskin vaihtelevassa suhteessa.

Supistumisnopeus riippuu siitä, kuinka nopeasti myosiinin ATPaasi hydrolysoi ATP:tä poikkisiltatoiminnan aikaansaamiseksi. Nopeat kuidut hydrolysoivat ATP:n noin kaksi kertaa nopeammin kuin hitaat kuidut, mikä johtaa paljon nopeampaan ristisiltapyörimiseen (joka vetää ohuita filamentteja sarkomeerien keskustaa kohti nopeammin). Lihassyiden käyttämä ensisijainen aineenvaihduntareitti määrittää, luokitellaanko kuitu oksidatiiviseksi vai glykolyyttiseksi. Jos kuitu tuottaa ATP:tä ensisijaisesti aerobisten reittien kautta, se on oksidatiivinen. Kunkin aineenvaihduntasyklin aikana voidaan tuottaa enemmän ATP:tä, mikä tekee kuidusta vastustuskykyisemmän väsymystä vastaan. Glykolyyttiset kuidut tuottavat ATP:tä pääasiassa anaerobisen glykolyysin avulla, jolloin ATP:tä tuotetaan vähemmän sykliä kohti. Tämän seurauksena glykolyyttiset kuidut väsyvät nopeammin.

Oksidatiivisissa kuiduissa on paljon enemmän mitokondrioita kuin glykolyyttisissä kuiduissa, koska aerobinen aineenvaihdunta, joka käyttää happea (O2) aineenvaihduntareitissä, tapahtuu mitokondrioissa. SO-kuiduilla on suuri määrä mitokondrioita ja ne pystyvät supistumaan pidempään, koska ne pystyvät tuottamaan suuren määrän ATP:tä, mutta niiden halkaisija on suhteellisen pieni eivätkä ne tuota suurta jännitystä. SO-kuiduissa on runsaasti verikapillaareja, jotka syöttävät O2:ta verenkierrossa olevista punasoluista. SO-kuiduissa on myös myoglobiinia, joka on samanlainen O2:ta kuljettava molekyyli kuin punasolujen O2:ta kuljettava hemoglobiini. Myoglobiini varastoi osan tarvittavasta O2:sta itse kuituihin (ja antaa SO-kuiduille niiden punaisen värin). Kaikkien näiden ominaisuuksien ansiosta SO-kuidut pystyvät tuottamaan suuria määriä ATP:tä, joka voi ylläpitää lihastoimintaa väsymättä pitkiä aikoja.

Se, että SO-kuidut pystyvät toimimaan pitkiä aikoja väsymättä, tekee niistä käyttökelpoisia asennon ylläpitämisessä, isometristen supistusten aikaansaamisessa, luiden ja nivelten vakauttamisessa ja pienten liikkeiden tekemisessä, jotka tapahtuvat usein, mutta eivät vaadi suuria määriä energiaa. Ne eivät tuota suurta jännitystä, joten niitä ei käytetä voimakkaisiin, nopeisiin liikkeisiin, jotka vaativat suuria määriä energiaa ja nopeaa ristisiltojen kiertoa.

FO-kuituja kutsutaan toisinaan välimuotoisiksi kuiduiksi, koska niillä on ominaisuuksiltaan nopeiden ja hitaiden kuitujen välimaastossa olevia ominaisuuksia. Ne tuottavat ATP:tä suhteellisen nopeasti, nopeammin kuin SO-kuidut, ja voivat siten tuottaa suhteellisen suuria määriä jännitystä. Ne ovat oksidatiivisia, koska ne tuottavat ATP:tä aerobisesti, niissä on runsaasti mitokondrioita, eivätkä ne väsy nopeasti. FO-kuiduissa ei kuitenkaan ole merkittävästi myoglobiinia, minkä vuoksi ne ovat vaaleampia kuin punaiset SO-kuidut. FO-kuituja käytetään pääasiassa liikkeissä, kuten kävelyssä, jotka vaativat enemmän energiaa kuin asennonhallinta mutta vähemmän energiaa kuin räjähtävä liike, kuten sprintti. FO-kuidut ovat käyttökelpoisia tämäntyyppisissä liikkeissä, koska ne tuottavat enemmän jännitystä kuin SO-kuidut, mutta ne kestävät väsymystä paremmin kuin FG-kuidut.

FG-kuidut käyttävät ATP-lähteenään ensisijaisesti anaerobista glykolyysiä. Niillä on suuri halkaisija ja niillä on suuria määriä glykogeeniä, jota käytetään glykolyysissä ATP:n nopeaan tuottamiseen suuren jännityksen tuottamiseksi. Koska ne eivät ensisijaisesti käytä aerobista aineenvaihduntaa, niissä ei ole huomattavia määriä mitokondrioita tai merkittäviä määriä myoglobiinia, ja siksi niiden väri on valkoinen. FG-kuituja käytetään nopeiden, voimakkaiden supistusten tuottamiseen nopeiden, voimakkaiden liikkeiden aikaansaamiseksi. Nämä kuidut väsyvät nopeasti, jolloin niitä voidaan käyttää vain lyhyitä aikoja. Useimmissa lihaksissa on sekoitus kutakin kuitutyyppiä. Lihaksen vallitseva kuitutyyppi määräytyy lihaksen ensisijaisen toiminnon mukaan.