تفصیل درباره انواع تارهای عضلانی و ویژگی‌های آن‌ها

“تمامی تارهای عضلانی به یکدیگر شبیه نیستند. عضلات اسکلتی شامل تارهایی هستند که دارای سرعت کوتاه شدن و قدرت متفاوتی هستند، به عبارت دیگر، تارهای نوع I یا کندتنش و تارهای نوع II یا تندتنش. تارهای کندتنش زمانی که تحریک می‌شوند، تقریباً ۱۱۰ میلی‌ثانیه طول می‌کشد تا به اوج تنش خود برسند، در حالی که تارهای تندتنش می‌توانند در حدود ۵۰ میلی‌ثانیه به اوج تنش برسند. اگرچه استفاده از اصطلاحات کندتنش و تندتنش همچنان رایج است، اما در حال حاضر دانشمندان ترجیح می‌دهند از اصطلاحات نوع I و نوع II استفاده کنند.”

“علیرغم اینکه تنها یک نوع از تارهای نوع I شناخته شده است، اما تارهای نوع II قابل طبقه‌بندی هستند. دو نوع اصلی از تارهای نوع II شامل تارهای تندتنش نوع a و تارهای تندتنش نوع x می‌باشند. تارهای نوع II در انسان تقریباً معادل تارهای نوع II در حیوانات هستند. در تصویر، تارهای نوع I با رنگ سیاه نشان داده شده‌اند، تارهای نوع II بدون رنگ هستند و تارهای نوع II به رنگ خاکستری ظاهر می‌شوند. اگرچه در این تصویر تعدادی تارهای تندتنش از نوع C (II) وجود دارد، اما جزئیات آن مشخص نیست.”

تفاوت بین سه نوع تارهای II.a، II.x و II.c به طور کامل مشخص نشده است

اما باور بر این است که تارهای نوع II.a بیشترین تناوب فراخوانی را دارند. تناوب فراخوانی تارهای نوع I بیشتر از تارهای نوع II.a است. تارهای II.c نیز کمترین استفاده را دارند. به طور میانگین، بیشتر عضلات از 50 درصد تارهای نوع I و 25 درصد تارهای نوع II.a تشکیل شده‌اند. 25 درصد باقیمانده، اغلب تارهای نوع II.x همراه با 1 تا 3 درصد تارهای نوع II.c هستند. به دلیل کمبود اطلاعات کافی، درباره تارهای نوع II.c بحث بیشتری نخواهیم کرد. درصد دقیق انواع تارها در عضلات مختلف و بین افراد متفاوت است و اعدادی که ذکر شده اند، میانگین هستند. این تنوع گسترده در ورزشکاران به طور کامل قابل مشاهده است.

ویژگی‌های تارهای نوع I و II در انواع مختلف تارهای عضلانی، نقش‌های متفاوتی در فعالیت جسمانی دارند. این تفاوت‌ها به طور قابل توجهی به ویژگی‌های این تارها مربوط می‌شود. سرعت انقباض در تارهای نوع I و II متفاوت است و این تفاوت اساساً به شکل‌های متفاوت ATP میوزین برمی‌گردد. ATP.ase یک آنزیم است که ATP را تجزیه کرده و انرژی مورد نیاز برای انقباض یا انبساط تارهای عضلانی را آزاد می‌کند. تارهای نوع I دارای شکل آهسته‌ی ATP.ase میوزین هستند، در حالی که تارهای نوع II دارای شکل سریع آن هستند. ATP در پاسخ به محرک عصبی، در تارهای نوع II به طور قابل توجهی سریع‌تر از تارهای نوع I تجزیه می‌شود. به عبارت دیگر، پل‌های ارتباطی در تارهای نوع II چرخش سریع‌تری خواهند داشت.

یکی از روش‌های استفاده شده برای طبقه‌بندی تارهای عضلانی، رنگ آمیزی شیمیایی است که برای برش‌های نازک بافت عضلانی استفاده می‌شود. این روش رنگ آمیزی، فعالیت ATP.ase را در تارها اندازه‌گیری می‌کند. بنابراین، تارهای نوع I، II.x و II.c با رنگ‌های متفاوت مشخص می‌شوند. این روش نشان می‌دهد که هر تار عضلانی تنها یک نوع ATP.ase دارد، اما تارها ممکن است مخلوطی از ATP.ase را داشته باشند. برخی از تارها اغلب دارای ATP.ase-I هستند و سایر تارها بیشتر دارای ATP.ase-II هستند. پس از رنگ آمیزی، ظاهر آنها باید به عنوان یک پیوستار در نظر گرفته شود به جای اینکه به عنوان تارهای جداگانه مشاهده شوند. روش جدیدتری برای تعیین انواع تارها، جداسازی شیمیایی ایزوفورم‌های مختلف مولکول‌های میوزین با استفاده از فرآیندی به نام ژل الکتروفورز است. ایزوفورم‌ها با جداسازی و رنگ آمیزی برای نشان دادن پیوندهای پروتئینی (مانند میوزین) که ویژگی‌های تارهای نوع I، II.a و نوع II.x هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شبکه سارکوپلاسمی در تارهای نوع II به طور قابل توجهی بزرگتر از تارهای نوع I است. این امر باعث می‌شود تارهای نوع II، هنگام تحریک، بتوانند بهتر کلسیم را در داخل سلول عضلانی آزاد کنند. این توانایی معتقد است که در سرعت بیشتر انقباض (Vo) تارهای نوع II نقش دارد. به طور میانگین، سرعت Vo در تارهای نوع II انسان پنج تا شش برابر سریع‌تر از تارهای نوع I است. اگرچه نیروی تولید شده (Po) تارهای نوع II و I با قطر یکسان مشابه است، اما توان محاسبه شده (میکرونیوتن بر ثانیه بر واحد طول تار) در تارهای نوع II، سه تا پنج برابر بیشتر از تارهای نوع I است که دلیل آن سرعت کوتاه شدگی بیشتر در تارهای نوع II است. این موضوع ممکن است به حدودی توضیح دهد که چرا افرادی که تارهای نوع II برجسته‌ای دارند، نسبت به افرادی که درصد بالایی از تارهای نوع I دارند، سریعتر عمل می‌کنند.

واحد حرکتی یک ساختار حرکتی است که شامل یک نورون حرکتی آلفا و تارهای عضلانی است که توسط آن نورون عصب رسانی می‌شوند. به نظر می‌رسد که نورون حرکتی آلفا نوع تار عضلانی را تعیین می‌کند. نورون حرکتی آلفا در واحدهای حرکتی نوع I دارای یک جسم سلولی کوچک است و عمدتاً حدود ۳۰۰ تار عضلانی یا کمتر را عصب رسانی می‌کند. در عوض، یک واحد حرکتی آلفا در واحدهای حرکتی نوع II دارای یک جسم سلولی بزرگتر است و ۳۰۰ تار عضلانی یا بیشتر را عصب رسانی می‌کند. این تفاوت در اندازه واحدهای حرکتی به این معنی است که وقتی نورون حرکتی آلفا از نوع I تارهای خود را تحریک می‌کند، تارهای عضلانی کمتری نسبت به زمانی که نورون حرکتی آلفا از نوع II تارهای خود را تحریک می‌کند، منقبض می‌شوند. بنابراین، تارهای عضلانی نوع II سریع‌تر به حالت تنش خود می‌رسند و در نتیجه نیروی بیشتری نسبت به تارهای نوع I تولید می‌کنند.

توزیع انواع تارها در عضلات،

همانطور که پیشتر ذکر شد، درصدی یکسان برای تارهای نوع II و I ندارد. به طور کلی، عضلات دست و پاهای یک فرد، ترکیب مشابهی از انواع تارها را دارند. بر اساس تحقیقات انجام شده، افرادی که تارهای نوع I بیشتری در عضلات پا دارند، احتمالاً درصد بالایی از این نوع تار را در عضلات دست نیز دارند. همچنین، رابطه مشابهی برای تارهای نوع II نیز مشاهده می‌شود. با این حال، باید توجه کرد که استثناهایی نیز وجود دارند. به عنوان مثال، عضله نعلی (که در زیر عضله دوقلوی ساق قرار دارد) در تمام افراد از درصد بسیار بالایی از تارهای نوع I تشکیل شده است.

به دلیل تفاوت‌های موجود در تارهای عضلانی نوع I و II، انتظار می‌رود که انواع مختلف تارها در هنگام فعالیت‌های بدنی، عملکرد‌های متفاوتی ارائه دهند. در واقع، این امر صحیح است. تارهای نوع I به طور کلی دارای سطح بالایی از استقامت هوازی هستند. واژه “هوازی” به معنای “در حضور اکسیژن” است و اشاره به یک فرآیند هوازی دارد. تارهای نوع I، توانایی زیادی در تولید ATP (ماده‌ی انرژی) از اکسایش کربوهیدرات و چربی دارند. ATP برای انقباض و انبساط تارهای عضلانی ضروری است. تا زمانی که اکسایش انجام می‌شود، تارهای نوع I تامین ATP را برای حفظ فعالیت تارها تامین می‌کنند. توانایی حفظ فعالیت عضلانی برای مدت طولانی، به عنوان “استقامت عضلانی” شناخته می‌شود، به همین دلیل تارهای نوع I دارای استقامت هوازی بالایی هستند. به همین دلیل، آن‌ها در فعالیت‌های ورزشی با شدت کم (مانند دویدن ماراتن) و همچنین در فعالیت‌های روزمره که با نیروی عضلانی کم انجام می‌شوند (مانند راه رفتن) استفاده می‌شوند.

تارهای نوع II به طور مقایسه‌ای،

استقامت هوازی نسبتاً ضعیفی دارند، به عبارت دیگر، تارهای نوع II بیشتر برای انجام فعالیت‌های بی‌هوازی مناسب هستند. این به این معنی است که ATP آن‌ها بدون نیاز به اکسیژن، از طریق مسیرهای بی‌هوازی و نه مسیرهای اکسایشی تولید می‌شود. واحدهای حرکتی نوع II قدرت بیشتری نسبت به واحدهای حرکتی نوع I تولید می‌کنند، اما به سرعت خسته می‌شوند؛ زیرا استقامت آن‌ها محدود است. بنابراین به نظر می‌رسد که تارهای نوع II اصطلاحاً در فعالیت‌های استقامتی کوتاه‌مدت و شدیدتر مانند دویدن یک مایل یا شنا کردن ۴۰۰ متر استفاده می‌شوند. اگرچه اهمیت دقیق تارهای نوع II.x مشخص نشده است، اما به نظر می‌رسد که آن‌ها به راحتی تحریک نمی‌شوند و بنابراین در فعالیت‌های روزمره با شدت کم استفاده نمی‌شوند، اما به طور معمول در فعالیت‌های سریع و انفجاری مانند دویدن ۱۰۰ متر و شنا کردن ۵۰ متر سرعتی به کار می‌روند.

به نظر می‌رسد که تعیین نوع تارهای عضلانی، ویژگی‌هایی است که در اوایل زندگی، شاید در چند سال اول تعیین می‌شود. مطالعات انجام شده بر روی دوقلوهای همسان نشان می‌دهند که نوع تار عضله تا حد زیادی به صورت ارثی تعیین می‌شود و در طول دوران کودکی تا میانسالی، به طور کمی تغییر می‌کند. این تحقیقات همچنین نشان می‌دهند که دوقلوهای همسان تقریباً دارای نوع مشابهی از تارهای عضلانی هستند، اما ترکیب تارهای عضلانی در دوقلوهای ناهمسان متفاوت است. ژن‌هایی که از والدین به ارث می‌بریم، احتمالاً مشخص می‌کنند که کدام نورون‌های حرکتی آلفا، تارهای عضلانی را عصب‌رسانی کنند. بعد از انجام عصب‌رسانی، تارهای عضلانی متمایز می‌شوند و ویژگی‌های خود را بر اساس نوع نورون حرکتی آلفا که آن‌ها را تحریک می‌کند، پیدا می‌کنند.

بطور کلی، شواهد اخیر نشان می‌دهند که تمرین استقامتی، تمرین قدرتی و بی‌تحرکی عضلانی می‌تواند ایزوفورم‌های میوزین را تغییر دهد. به عبارت دیگر، تمرین می‌تواند تغییراتی کوچکتر از ۱۰ درصد در درصد تارهای نوع I و II ایجاد کند. همچنین، تحقیقات نشان می‌دهد که هم تمرین استقامتی و هم تمرین قدرتی می‌توانند درصد تارهای نوع II.x را کاهش دهند، در حالی که نسبت تارهای نوع II.a را افزایش می‌دهند.

مطالعاتی بر روی زنان و مردان مسن نشان می‌دهند که توزیع تارهای نوع I و II ممکن است با پیر شدن تغییر کند. همراه با روند پیری، عضلات به تدریج واحدهای حرکتی نوع II را از دست می‌دهند که منجر به افزایش درصد تارهای نوع I در این دوران می‌شود.