Tipuri de fibre musculare și implicațiile lor în mișcare și sport

Autori

Publicat la data de 18-06-2024
Categoria: Medicină Sportivă

Indiferent de obiectivul propus, înțelegerea modului în care funcționează mușchii și informarea cu privire la tehnicile potrivite pentru atingerea obiectivelor dorite pot contribui semnificativ la elaborarea unui plan de antrenament eficient.

Mușchiul scheletic constituie cea mai mare masă tisulară a corpului, reprezentând aproximativ 40% din greutatea corporală totală a unui individ de talie medie și este dedicat unei singure funcții, anume aceea de a produce mișcarea scheletului. În ciuda caracterului comun al funcției, există o mare diversitate atât în interiorul cât și între mușchi, acesta fiind caracterizat de o compoziție eterogenă de diferite tipuri de fibre care există pe un continuum de la lent până la rapid. Această diversitate, împreună cu modul de control al fibrelor, înzestrează mușchii individuali și/sau grupele de mușchi cu un potențial enorm de a executa modele contractile ca răspuns la comenzile din sistemul nervos central.

Identificarea compoziției izoformelor cu lanț greu de miozină (MHC) este o abordare viabilă pentru clasificarea tipurilor de fibre de-a lungul acestui spectru. Cu toate acestea, chiar și printre fibrele de același tip, există diferențe structurale și funcționale caracteristice. Astfel, această metodă poate fi considerată un model brut de clasificare a fibrelor musculare, pe baza relației dintre MHC și funcția fibrei.  Analiza histologică arată că există o corelație între activitatea ATPazei și viteza de scurtare a mușchilor. Această analiză histochimică a dus la divizarea inițială a fibrelor musculare în tipul I (lent) și tipul II (rapid).

La om, fibrele de tip I, denumite și fibre lente oxidative posedă viteze mai mici de contracție și sunt relativ rezistente la oboseală. Fibrele de tip IIa sau fibrele rapide oxidative glicolitice prezintă viteze de contracție mai mari decât fibrele de tip I, dar sunt mai puțin rezistente la oboseală. Fibrele de tip IIx, sau fibrele glicolitice rapide, au cele mai rapide viteze de contracție, dar obosesc foarte repede. Aceste caracteristici evidențiază utilitatea fiecărui tip de fibră în diverse contexte din viața reală, fiind astfel un domeniu de mare interes atât pentru populația generală, cât și pentru sportivi.

Această împărțire a fibrelor musculare corespunde și unei diferențe morfologice: mușchii rapizi au un aspect alb, în timp ce mușchii lenți au o nuanță de roșu. Culoarea roșie se datorează cantităților mari de mioglobină și densității ridicate de capilare, așa cum este menționat și în tabel. Conținutul mai mare de mioglobină și capilare în mușchii roșii le conferă o capacitate oxidativă superioară mușchilor albi, alcătuiți în principal din fibre rapide. Vitezele diferite de contracție ale acestor fibre se datorează modului distinct în care descompun adenozin trifosfatul (ATP) în regiunea lanțului greu de miozină, pentru a genera energia necesară contracției. Fibrele lente se bazează mai mult pe un metabolism aerobic eficient, în timp ce fibrele rapide depind în mare măsură de metabolismul anaerob.

În cazul adultului sănătos „tipic”, numărul de fibre musculare lente și rapide în mușchiul cvadriceps de la nivelul coapsei este aproximativ egal. Cu toate acestea, există o mare varietate între indivizi în ceea ce privește această caracteristică.. Unele persoane pot avea un procent redus de fibre lente, de până la 19%, în timp ce altele pot avea procente ridicate de fibre lente, de până la 95%. De exemplu, în cadrul studiilor, s-au întâlnit astfel de cifre în mușchiul cvadriceps. Pe baza acestor constatări, putem presupune că o persoană cu 95% fibre lente ar putea excelă în alergarea de fond . dar ar putea întâmpina dificultăți în sprinturi, în timp ce situația ar fi inversă pentru o persoană cu 19% fibre lente. Aceste exemple subliniază importanța bagajului genetic individual care ne poate influența abilitățile sportive și performanța în diverse discipline.

Fibrele musculare lente

După cum am precizat și anterior, fibrele musculare lente sunt implicate în anduranță. Ele nu produc multă forță, însă sunt rezistente la oboseală și se pot contracta pe perioade lungi de timp. Acestea ajută la diverse activități cotidiene cum ar fi mersul pe jos, curățenia în casă sau așezarea în poziție verticală într-un scaun.

Bazându-se în principal pe respirația aerobă pentru a-și obține energia, fibrele musculare de tip I necesită oxigen pentru funcționare. Ele beneficiază de o mai bună vascularizație și pot primi o cantitate mai mare de oxigen în comparație cu fibrele de tip II. De asemenea, se disting prin prezența unui număr crescut de mitocondrii, care sunt esențiale în procesul de respirație aerobă. Fiind capabile să utilizeze oxigenul pentru a produce energie, aceste fibre sunt mai puțin predispuse la oboseală. Ele sunt implicate în activități de rezistență, cum ar fi alergarea pe distanțe lungi, înotul, ciclismul, drumețiile, dansul și mersul, atunci când aceste activități sunt de intensitate scăzută și medie.

Fibrele musculare rapide

Fibrele musculare rapide sunt cele care permit mișcări scurte și intense, generând o cantitate mare de forță și putere pentru perioade scurte, dar obosesc rapid. Aceste fibre, clasificate ca tip II, sunt subdivizate în tipurile IIx și Iia. Fibrele de tip IIx pot produce mult mai multă forță și putere în comparație cu fibrele lente, însă utilizează căi metabolice anaerobe pentru a obține energia necesară (ATP). Acest lucru înseamnă că aceste fibre au un nivel mai scăzut de flux sanguin și oxigen, ceea ce le permite să producă forță doar pentru perioade scurte de timp. Fibrele musculare de tip IIa pot fi considerate hibride, reprezentând o combinație între cele de tip I și cele de tip IIx. Ele îmbină caracteristici din ambele tipuri de fibre. De exemplu, utilizează atât căile de obținere a energiei aerobe, cât și cele anaerobe, și produc o cantitate moderată de energie pentru perioade medii de timp.

Dacă obiectivele tale de fitness includ dezvoltarea forței și a puterii, ar trebui să te concentrezi pe antrenarea fibrelor musculare de tip II. Din punct de vedere tehnic, orice antrenament de rezistență va lucra atât fibrele de tip I, cât și cele de tip II, dar antrenamentul cu încărcături mai mari (cel puțin 70% din 1 Repetition Maximum) sau cu greutăți mai ușoare dar cu tempouri explozive sunt modalitățile cele mai eficiente pentru activarea și dezvoltarea fibrelor de tip II. Aceste fibre au, de asemenea, tendința de a experimenta hipertrofie cu relativă ușurință, ceea ce poate fi crucial în sporturi care necesită creșterea masei musculare, precum culturismul.

Determinarea tipului de fibre musculare

Este un subiect controversat; toată lumea are un amestec de fibre musculare de tip I și de tip II, însă distribuția e particulară fiecărui individ.. Din păcate, singura modalitate exactă de a afla această informație este reprezentată de biopsia musculară, iar asta vă oferă rezultatul doar pentru proba de mușchi prelevată. Majoritatea experților sunt de acord că distribuția tipurilor de fibre musculare depinde de funcția primară a mușchiului în cauză, precum și de:

  • Nivelul de activitate – Tipul și nivelul activității fizice pot influența distribuția fibrelor musculare. De exemplu, sportivii specializați în anduranță prezintă adesea o proporție mai mare de fibre musculare lente, în timp ce cei dedicați antrenamentului de forță tind să aibă o cantitate mai mare de fibre musculare rapide. Cu toate acestea, proporția exactă a fiecărui tip de fibră poate varia considerabil, între 15 și 85% dintr-un tip sau altul, iar distribuția este puternic influențată și de mușchiul specific.. Există și o teorie conform căreia indivizii cu o predispoziție genetică către o proporție mai mare de fibre cu contracție lentă pot fi atrași de activitățile de anduranță, în timp ce cei cu mai multe fibre rapide sunt mai predispuși către activități care necesită forță musculară.
  • Vârsta – Tipul de fibre musculare este, de asemenea, puternic influențat de procesul de îmbătrânire, cu tendința ca procentajul de fibre musculare de tip II să scadă odată cu înaintarea în vârstă. De obicei, oamenii ating masa musculară maximă în jurul vârstei de 30 de ani. Cu toate acestea, există diferențe între sexe, iar simptomele sarcopeniei, a pierderea musculare legate de vârstă, poate să apară începând chiar și cu decada a patra de viață. Din acest motiv, majoritatea experților recomandă ca persoanele în vârstă să continue să facă exerciții de antrenament de forță.
  • Materialul genetic individual – Există dovezi considerabile care indică că structura fibrelor musculare este rezultatul unei predispoziții genetice.

În ceea ce privește antrenamentul de rezistență:

  • centrat pe anduranță: se recomandă sarcină mai ușoară ( sub 70% 1 Repetition Maximum ) și volum mai mare, anume seturi care să fie în intervalul de 12-30 repetări. Se urmărește un număr mai mare de repetări, perioade mai scurte de odihnă și mișcări mai lente.
  • centrat pe creșterea forței: se recomandă o sarcină crescută și volum mic. Se urmărește un număr mai mic de repetări, executate cât mai rapid posibil în condiții de siguranță.

Aici putem discuta și despre fibrele musculare hibride. Fibrele musculare hibride sunt prezente într-un număr semnificativ la majoritatea indivizilor, caracterizându-se prin capacitatea de a produce o cantitate moderată de putere și de a prezenta o rezistență moderată la oboseală.. Aceste fibre sunt susceptibile la modificări induse de antrenament, funcționând ca fibre cu contracție rapidă în cazul persoanelor neantrenate și ca fibre cu contracție lentă în cazul celor antrenate în anduranță. În loc să încerce să vizeze specific fibrele de tip IIa, este recomandat ca indivizii să-și direcționeze antrenamentul către activitățile sportive sau recreative preferate, permițând astfel adaptarea automată a acestor fibre în funcție de cerințele specifice ale activității desfășurate.

Despre acest subiect se poate discuta pe larg, deoarece această clasificare și îndrumare este una simplificată și orientativă. În funcție de obiectivele individuale și, acolo unde este necesar, de cerințele sportului, antrenamentele pot adopta abordări din toate cele trei categorii; anduranță, forță, specifice pentru sportul în cauză. Odată cu avansarea în nivelul de performanță, antrenamentele necesită o înțelegere mai profundă a nevoilor și cerințelor, implicând diferite strategii cum ar fi supraîncărcarea progresivă, periodizarea și utilizarea clusterelor, superseturilor, seturilor piramidale, circuitelor și multe altele, în funcție de sport, etapa de pregătire și scop.

Schimbarea tipului de fibră musculară

Această zonă este subiectul unei cercetări intense. Conform mențiunilor anterioare, experții sunt de acord că vârsta, nivelul și tipul de activitate și genetica au un impact asupra distribuției tipurilor de fibre musculare. Din acești factori, oamenii pot controla cu adevărat doar nivelul și tipul activității fizice. Studii recente sugerează că oamenii pot schimba într-o oarecare măsură raportul fibrelor musculare prin intermediul antrenamentului.

Când mușchii sănătoși sunt supuși unei încărcături mari și repetate, precum într-un program de antrenament cu greutăți, aceștia suferă o transformare în tipurile de fibre, mai ales o scădere a fibrelor rapide de tip IIx, pe măsură ce acestea se convertesc în fibre rapide de tip IIa. Această conversie implică încetarea expresiei genei IIx în nucleii musculari și, în schimb, o exprimare ulterioară a genei IIa, însoțită de o creștere a producției de proteine, ceea ce duce la îngroșarea mușchilor. Hipoteza lui Geoffrey Goldspink a sugerat că gena IIx rapidă constituie o „setare implicită”, o idee susținută de studii care au demonstrat niveluri mai ridicate de miozină IIx la persoanele sedentare în comparație cu cele active, alături de o corelație pozitivă între miozina IIa și activitatea musculară. Cu toate acestea, încetarea exercițiului duce la un fenomen neașteptat: o creștere a cantității relative de fibre de miozină IIx după o perioadă de inactivitate, depășind nivelurile de pre-antrenament. Acest fenomen, denumit „overshoot”, lipsește de o explicație clară. Cu toate acestea, pot fi trase concluzii practice, în special pentru sportivi precum sprinterii, care ar putea beneficia de manipularea compoziției fibrelor musculare. De exemplu, o strategie care presupune inițial eliminarea fibrelor existente, urmată de o perioadă de antrenament mai ușor, ar putea facilita revenirea fibrelor musculare cele mai rapide într-o proporție mai mare. Astfel, includerea unor perioade de reducere a intensității antrenamentului în programele de pregătire, așa cum este obișnuit să facă mulți sprinteri, ar putea conduce la îmbunătățiri ale performanței sportive, chiar dacă mecanismele fiziologice fundamentale rămân parțial neclare.

Convertirea între tipurile de fibre rapide, IIa și IIx, este o consecință naturală atât a antrenamentului, cât și a încetării antrenamentului, în timp ce transformarea între fibrele lente și rapide, tipurile I și II, rămâne mai puțin înțeleasă. În ciuda experimentelor extinse de-a lungul decadelor, nu există dovezi definitive care să susțină conversia fibrelor lente în cele rapide, sau viceversa. Câteva studii efectuate pe grupuri mici au indicat că exercițiul riguros ar putea determina conversia fibrelor lente în cele rapide de tip IIa. Cu toate acestea, procesul invers, conversia fibrelor de tip IIa în cele de tip I, rămâne nesigur. Atleții de anduranță prezintă adesea o predominanță a fibrelor lente de tip I, dar nu este clar dacă aceasta este o trăsătură inherentă sau rezultatul unei adaptări treptate prin antrenament. Dacă fibrele rapide de tip IIa pot trece în cele de tip I, acest lucru probabil necesită un interval de timp semnificativ în comparație cu alte schimbări ale tipului de fibră. Maratoniștii excepționali ar putea avea trăsături fiziologice unice care contribuie la performanța lor, dar este nevoie de cercetări exhaustive pentru a înțelege conversia tipului de fibră și relația sa cu genetica și antrenamentul.

Există numeroase discuții captivante despre fibrele musculare, implicațiile acestora în sport și metodele de antrenament, fiind un domeniu de cercetare intensă care vizează îmbunătățiri continue în pregătirea atleților. În contextul acestor progrese, apare întrebarea: cum va evolua sportul în era îmbunătățirilor genetice? Cu toate acestea, esențial rămâne ca populația generală să se angajeze în activități fizice regulate, iar sportivii de performanță, dar nu numai, să aibă acces la cunoștințe avansate care să le susțină optimizarea pregătirii fizice.

Referințe:

  1. Andersen, J. L., & Aagaard, P. (2010). Effects of strength training on muscle fiber types and size; consequences for athletes training for high-intensity sport. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 20, 32–38. doi:10.1111/j.1600-0838.2010.01196.x
  2. Andersen, J. L., Schjerling, P., & Saltin, B. (2000). Muscle, Genes and Athletic Performance. Scientific American, 283(3), 48–55. doi:10.1038/scientificamerican0900-48
  3. Bachmann, Christoph-Patric. (2016). Characterization of excitation-contraction coupling in muscles from patients with X-linked myotubular myopathy. doi:10.13140/RG.2.2.27714.94408
  4. Fry, Andrew C.; Webber, Jesse M.; Weiss, Lawrence W.; Harber, Matthew P.; Vaczi, Mark; Pattison, Nancy A. (2003). Muscle fiber characteristics of competitive power lifters. Journal of Strength and Conditioning Research, 17(2), 402-410.
  5. Gollnick, P. D., & Matoba, H. (1984). The muscle fiber composition of skeletal muscle as a predictor of athletic success. The American Journal of Sports Medicine, 12(3), 212–217. doi:10.1177/036354658401200309
  6. Lievens, E., Klass, M., Bex, T., & Derave, W. (2020). Muscle fiber typology substantially influences time to recover from high-intensity exercise. Journal of Applied Physiology, 128(3), 648–659. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00636.2019
  7. McGill, E., Montel, I. (Editors). (2019). NASM’s Essentials of Sports Performance Training (2nd ed.). Burlington, MA: Jones & Bartlett Publishing.
  8. Narici, M. V., & Maffulli, N. (2010). Sarcopenia: characteristics, mechanisms and functional significance. British Medical Bulletin, 95, 139-159. doi:10.1093/bmb/ldq008
  9. Plotkin, D. L., Roberts, M. D., Haun, C. T., & Schoenfeld, B. J. (2021). Muscle fiber type transitions with exercise training: shifting perspectives. Sports, 9(9), 127. https://doi.org/10.3390/sports9090127
  10. Scott, W., Stevens, J., & Binder-Macleod, S. A. (2001). Human skeletal muscle fiber type classifications. Phys Ther, 81, 1810–1816.
  11. Smerdu, V., Karsch-Mizrachi, I., Campione, M., Leinwand, L., & Schiaffino, S. (1994). Type IIx myosin heavy chain transcripts are expressed in type IIb fibers of human skeletal muscle. Am. J. Physiol., 267, C1723–C1728. doi:10.1152/ajpcell.1994.267.6.C1723
  12. Tihanyi, J., Apor, P., & Fekete, G. (1982). Force-velocity-power characteristics and fiber composition in human knee extensor muscles. Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol., 48, 331–343. doi:10.1007/BF00430223
  13. Vanhatalo, A., Poole, D. C., DiMenna, F. J., Bailey, S. J., & Jones, A. M. (2011). Muscle fiber recruitment and the slow component of O2 uptake: constant work rate vs. all-out sprint exercise. American Journal of Physiology – Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 300(3), 700-707. doi:10.1152/ajpregu.00761.2010
Dă share la acest articol

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Time limit exceeded. Please complete the captcha once again.