Kategoriler
Kas Fizyolojisi koşu bilimi

Kas Hücresi Tipleri

Kas hücrelerini tanımladığım serinin ilk bölümünde iki çeşit kas hücresi, yani kas fiberi olduğunu ifade etmiştim. Tip I ve Tip II. Tip I kas fiberi yavaş kasılan (slow-twitch) kas fiberlerini, Tip II ise hızlı kasılan (fast-twitch) kas fiberlerini açıklamaktadır. Tip II kas fiberleri kendi içinde alt sınıflara da ayrılmaktadır.

Kasların kasılma hızını etkileyen pek çok faktör vardır. Bunu, aksiyon potansiyelinin, ya da uyartının oluşması ile kasın verdiği tepki arasında geçen süre olarak düşünmeyin. O durum bir gecikmeyi ifade etmekte ve kas sarsının gizli evresine karşılık gelmektedir. Gizli evrenin süresini aksiyon potansiyeli ile kasın kasılması arasında ortaya çıkan reaksiyonlar belirler. Bunlar, depolarizasyon, kalsiyum salımı, tropomiyozin hareketi ve miyozin çapraz köprülerinin kurulması gibi kasılma öncesi gerekli olan şartların yerine getirilmesi için geçen zamanın kademeleridir.

Kasılma hızı ise kas sarsının periyodunun süresiyle ilişkilidir ve yavaş kasılan kas hücrelerinde bu periyot uzun, hızlı kasılanlarda kısadır.

Bu iki tip kas fiberi kaslarda rastgele karışık bir şekilde bulunmaktadır. Genel olarak, renkleri, içerdikleri motikondri miktarları ve çapları ile birbirlerinden ayrılırlar.

Yavaş Kasılan Kas Fiberleri (Slow-Twitch Fibers)

1873 yılının erken döneminde alman fizyolojist Ranvier ağırlıkla kırmızı renkli fiberlerden oluşan kasların beyaz ağırlıklı olanlara nazaran daha yavaş kasılıp gevşediklerini gözlemlemiştir. Yavaş kasılan fiberler kırmızı renklidirler.

Bunun sebebi içerdikleri yüksek miktardaki miyoglobindir. Miyoglobin kılcallarda bulunan oksijeni kas hücresine taşımaya aracı olan proteindir. Demir içerir ve bu nedenle rengi kırmızıdır. Kasaptan alınan etin bekledikçe saldığı ve kan olduğu sanılan sıvısı işte bu miyoglobin proteinleridir, kan değil.

Miyoglobin kan yoluyla gelen oksijeni depolar ve kullanılması gerektiğinde kas hücresi içindeki mitokondrilere taşır. Yavaş kasılan kas fiberlerinde nasıl ki miyoglobin miktarı fazladır, miyoglobin (ve haliyle oksijen) arzını karşılayabilmek için mitokondri miktarı da fazla olmak zorundadır. Yavaş kasılan fiberlerde, çapraz köprü akvivasyonunda rol oynayan miyozin-ATPaz enzimi aktivitesi de azdır.

Yavaş kasılan fiberlerin yüksek miyoglobin ve mitokondri içeriyor oluşu onları oksidatif fosforilizasyon (oksijen kullanarak ATP üretimi) yapmaya mecbur bırakmaktadır.

Miyozin ATPaz enzim aktivasyonunun yoğunluğu her ne kadar yavaş kasılan fiberlerde az da olsa, bu durum kasılma hızını kesin olarak belirlemez. Hız göreceli bir ölçü olup, bazı atletlerin Tip I fiber kasılma hızları başka atletlerin Tip II kasılma hızlarına çok yaklaşabilir.

ST fiberler (Tip I yavaş kasılan kas hücreleri) daha az güç açığa çıkarırlar. Motor nöronlar tarafından hızlıca görevlendirilebilirler ve yavaş bir şekilde tüketilirler. Oksijen kullanımları yüksek olduğu için yorgunluğa karşı dirençleri yüksektir, daha uzun süre kullanılabilirler. Yavaş ve sürekli hareketler esnasında baskın olarak kullanılırlar.

ST fiberler dayanıklılık sporlarında daha yoğun olarak kullanılır ve uzun mesafe dayanıklılık sporcularının kas fiberlerinin ağırlığını ST fiberler oluşturur.

Yönetsel organ bir işi gerçekleştirebilmek için ilk etapta ST fiberleri görevlendirme eğilimindedir.

Hızlı Kasılan Kas Fiberleri (Fast-Twitch Fibers)

Tip II, hızlı kasılan kas fiberlerinde miyoglobin miktarı düşüktür, renkleri beyaza daha yakındır. Çapları Tip I’e nazaran daha geniştir. Mitokondri sayı ve aktivasyonu da az olduğu için oksijensiz enerji üretimine daha bağlıdırlar. Oksijenin dahil olmadığı ATP üretimi Glikoliz olarak adlandırılmakta olup, Glikoliz bağımlı hücrelerdir diyebiliriz. Miyozin ATPaz enzim aktivasyonları yüksektir. Hızlıca tüketilirler ve tüketimleri sırasında laktik asit üretirler. Laktik asidin açığa çıkması dolaylı yoldan Tip II kas fiberlerin kullanım ömrünü kısaltır. Çabucak yorulurlar.

FT fiberler (Tip II hızlı kasılan kas hücreleri) patlayıcı, fazlaca güç/kuvvet gerektiren faaliyetlerde devreye girer. Yüksek hızlı aktiviteler, ağırlık kaldırma, sıçrama, atlama gibi ani, kısa süreli ve fazla miktarda güç açığa çıkaran egzersizlerde kullanılırlar. Kuvvet sporcularında (sprinterler vs.) FT fiber miktarı daha yüksektir.

FT fiberler, ST fiberlerin yetemediği noktada görevlendirirler. Eğer bir iş ST fiber kullanılarak becerilemiyorsa FT fiberler devreye alınır.

FT fiberlerin alt sınıfları bulunmaktadır. Bunlar Tip IIa, Tip IIb ve Tip IIc(Tip IIx olarak da bilinir) olarak adlandırılır. Ayrıca, melez alt türler de bulunmaktadır.

Tip IIa kas fiberleri yapısal olarak Tip II fiber özelliklerini taşısa da, yani az miyoglobin ve mitokondri içeriyor olsa da Tip I karakteri de göstermektedir, haliyle pür Tip II fiberi sayılmazlar. Diğer Tip II fiberlere göre mitokondri ve miyoglobin miktarları daha fazladır, ATPaz seviyeleri ve oksidatif kapasiteleri (oksijen kullanım yeteneği) ortalamadır. Kasılma hızları Tip I’den hızlı ancak diğer Tip II fiberlerden azdır. Bu nedenle çok yüksek güç üretemezler ve Tip I’in gerçekleştirmeye yetemediği anda ilk görevlendirilen fiberler Tip IIa’lardır.

Tip IIb fiberlerin mitokondri ve miyoglobin miktarları çok azdır. Çapları büyüktür, daha beyazlardır. Kasılma hızları çok yüksek olup, çok kısa sürede tükenirler. Yorgunluğa dirençleri çok azdır. ATPaz enzim aktivasyonları fazladır ve Glikoliz’e çok bağımlıdırlar. Patlayıcı, sert, yüksek hızlı egzersiz esnasında kullanılırlar. Tip I ve Tip IIa fiberlerin kullanımı yetersiz kaldığında görevlendirilirler.

Açıkçası kaynaktan kaynağa değişmekle birlikte Tip IIc ya da Tip IIx adında bir hızlı kasılan fiber tipi daha var. Çoğu kaynak Tip IIx’in Tip IIb ile aynı olduğunu iddia ediyor. Bazıları ise ayrı bir tip olduğunu ifade ediyor. Ayrı bir tür olduğunu ifade edenlere göre Tip IIx’ler ilkel bir kas fiberi ve diğer fiber tiplerine göre çok daha katıksız Tip II karakteri gösteriyor.

Katıksız, pür hızlı kasılan fiberler Tip IIa’lara göre iki, Tip I’lere göre beş ila on kata kadar daha yüksek kasılma kabiliyetine sahipler ve tuhaf bir şekilde dayanıklılık sporcularında daha fazla oranda bulunuyorlar.

ÖzelliklerYavaş Kasılan Kas Fiberleri (ST) Tip IHızlı Kasılan Kas Fiberleri (FT-A) Tip IIaHızlı Kasılan Kas Fiberleri (FT-X) Tip IIx
Kasılma HızıYavaşHızlıÇok Hızlı
Motor Akson BoyutuKüçükBüyükÇok Büyük
Yorgunluğa Karşı DirençYüksekOrtaDüşük
Enerji Üretim SistemiAerobikUzun Vadeli AnaerobikKısa Vadeli Anaerobik
Kuvvet ÜretimiAzFazlaÇok Fazla
Mitokondrial YoğunlukYüksekYüksekDüşük
Kapiler Yoğunluk (Kılcallık)YüksekOrtaDüşük
Oksidatif KapasiteYüksekYüksekDüşük
Glikoliktik KapasiteDüşükYüksekYüksek
Ana Enerji KaynağıTrigliseritCreatin Fosfat ve GlikojenCreatin Fosfat ve Glikojen

Kas Fiber Ayrımı Nasıl Ortaya Çıkmaktadır?

Kas fiberlerinin sayısı ve dağılımı biz koşucular için oldukça önemlidir, zira ağırlıkça hangi tip kas fiberine sahip olduğunuz atletik performasınızı doğrudan etkilemektedir. Erken dönem araştırmalar, başlangıçtaki fiber tipinin muhtemelen miyoblast hücre soyu tarafından belirlendiğini ve diğer herhangi bir dış faktörden bağımsız olduğunu göstermektedir. (miyoblast hücreler, embriyo evresinde varolan ancak ardından olgun kas hücrelerine dönüşecek olan tek çekirdekli kas hücreleri olarak ifade ediliyor.).

ST ve FT fiberleri birbirinden ayıran özellikleri yukarıda yazdım, ancak hangi nedenle farklı kas tiplerine dönüştüklerini ifade etmedim. İskelet kası fenotipi, kısmen doku boyunca ifade edilen miyozin ağır zincir (MHC) proteininin tipine göre belirlenir. Miyozin, daha önce ifade ettiğim gibi kalın filamentleri oluşturan proteindir ve bu proteinin gen ifadesi kas fiber tipini de belirlemektedir (MHC I = Tip I, MHC IIa = Tip II gibi) . Keza, ATPaz enzim tipi de kas fiber tipinin belirlenmesinde yardımcıdır. Enzim aktivasyonunuz yüksek ise kasılma süreci kısalır, şiddeti artar, uyartıya daha kısa sürede tepki verir, daha hızlı kalsiyum salar, ATP’yi daha kısa sürede yıkarsınız vs.

Tespit edilmiş 7 tane ATPaz enzim tipi vardır. Enzim tiplerine karşılık gelen 3 farklı MHC formu bulunmaktadır. Aşağıdaki tabloda ATPaz enzim tipleri ve MHC formları arasındaki ilişki gösterilmiştir. Görüldüğü üzere, örneğin Tip IIAX ATPaz enzimi MHC IIa ve MHC IIx formuyla ilişkilidir ve MHC IIa formunun bu fiberlerde yoğunluğu MHC IIx’lerden fazladır. Kas tipleri de benzer şekilde birden fazla MHC formu içerirler ve bu sebeple çeşitlilik yelpazesi fazladır. 

ATPaz TipiMHC Formu
Type IMHC Iβ
Type ICMHC Iβ > MHC IIa
Type IICMHC IIa > MHC Iβ
Type IIAMHC IIa
Type IIAXMHC IIa > MHC IIx
Type IIXAMHC IIx > MHC IIa
Type IIXMHC IIx

Dahası, farklı kas gruplarındaki aynı tip fiberlerin davranışları da farklı olabilir. Quadriceps kaslarındaki Tip IIa fiberleri kalflerdeki Tip IIa’lara göre daha yavaş kasılmaktadır. Kasılma şiddetleri de daha düşük ölçülebilmektedir. Kas gruplarının sahip oldukları fiber dağılımları da birbirinden faklıdır. Soleus kaslarının neredeyse %80’i Tip I fiberken, quadricepslerde bu oran %52, gözlerdeki Orbicularis oculi kaslarında ise %15’tir.

Her ne kadar tablolar halinde kas fiber tip özellikleri kolaylıkla gösteriliyor olsa da gerçek çok daha karmaşıktır. Bunun sebebi az önce bahsettiğim gibi, her kas fiberinin MHC izoform ve ATPaz enzim özelliklerinin birbirinden farklı olmasıdır. Kısacası, kas fiber sınıflandırması bir spektruma benzetilebilir. En solda en yavaş kasılan, pür ST özelliğe sahip fiberlerin, en sağda ise en hızlı kasılan, pür FT özelliğe sahip fiberlerin olduğu bir spektruma. 

Kas Fiberi Tipleri Birbirleri Arasında Dönüşebilirler mi?

Her insanın kas yapısı özeldir ve bu durum dış görünüşümüze doğrudan yansır. Bazılarımız çok kısa sürede kaslı bir görüntüye kavuşabilirken, bazılarımız ne kadar uğraşsa da çelimsiz görünümünden kurtulamaz. Öte yandan, çelimsiz olan kaslı olana nazaran çok daha uzun süre boyunca yorulmadan koşabilir. İşte bu sonuçlar sahip olunan kas tiplerinin kaslarımızdaki dağılımlarıyla ilişkilidir.

Aşağıdaki tabloda ilgili koşu branşlarında yarışan elit atletlerin sahip oldukları ortalama Tip I (ST) kas fiberi oranları gösterilmiştir. Görüleceği üzere elit atletlerin ST yüzdesi mesafe arttıkça, yani enerji için oksijen gereksinimi arttıkça artmaktadır.

Koşu BranşıTip I (ST) (%)
Sprint (100/200 m)%25-30
Sprint (400 m)%35-40
Orta Mesafe Koşu (800-1500)%45-50
Uzun Mesafe Koşu (5K/10K/21K)%50-60
Maraton%60-70
Ultra Maraton (>42K)%80-90

Fiber tiplerimiz ve onların dağılımı genetik olarak baştan belirleniyor. Belirli bir dağılıma sahip olarak doğuyoruz.

Öte yandan, araştırmalar gösteriyor ki yapılan sporun karakterine göre sporcunun sahip olduğu ST ve FT fiberi dağılımı çok yüksek korelasyona sahip. Bunu tablodan da görebiliyoruz. Yüksek aerobik kapasite gerektiren sporları yapan maraton koşucuları, ultra mesafeciler, mukavemet kayakçıları vs. %70-80 oranında ST fiberlere sahip. Kısa mesafe koşucuların, sprinterlerin, yüksek atlamacıların, haltercilerin vs. ise kaslarının %60-70’ini FT fiberler oluşturuyor.

Atletlerin tamamının mükemmel bir programlama ile sahip oldukları kas tipi dağılımına uygun sporlara yönlendirilemeyeceği dikkate alınırsa, geçen zaman içerisinde çeşitli değişikliklerin ortaya çıkması gerek. Bunların başında ise egzersize bağlı olarak kas tipleri arasındaki değişim geliyor.

Konu oldukça tartışmalı ama. Çok kaynak okudum ve özellikle bilim insanlarının yayınlamış olduğu makaleler sonuç paragraflarında net iddialarda bulunmaktan imtina ediyorlar. Koç ve egzersiz bilimciler ise iddiada bulunma konusunda daha rahatlar..

Şunu rahatlıkla söyleyebiliyoruz ama. Yapılan eğzersizin niteliğine bağlı olarak FT fiber alt tipleri arasında dönüşüm olabiliyor. Örneğin, egzersizle birlikte FT-X tipi fiberler FT-A’ya (Tip IIa) dönüşebiliyorlar. Bu dönüşüm miyozin zinciri (MHC) formlarındaki genetik transformasyon vasıtasıyla gerçekleşiyor. Belirli bir süre gerçekleştirilen antrenman bir adaptasyona yol açıyor ve MHC fenotipinde değişiklik oluşuyor. FT-X ile FT-A arasında gerçekleşen dönüşümü sağlayan egzersizler yüksek güç gerektiren, patlayıcı ve az tekrarlı egzersizler.

Maksimal eforda gerçekleştirilen az tekrarlı egzersizler (6-8 Max) ST ve FT-A fiberlerinin altından kalkamayacağı bir güç gerektirebilir ve FT-X fiberler görevlendirilebilir. Zaman içerisinde bu fiberlerin ATPaz enzim ve MHC izoformlarının gen ifadelerinde değişiklik oluşur. FT-X fiberler artık FT-A gibi davranmaya başlarlar.

Öte yandan, ST ve FT fiberler arasındaki dönüşüme çok az örnek var ve kesin bir iddiada bulunulamıyor. Ne yazık ki, yine pek çok farklı hatalı yönlendirmede olduğu gibi (örneğin Laktik asit) insanlarımız duydukları ya da karşılaştıkları ilk (ve tek) örneği, aksi mümkün değilmiş gibi sunabiliyorlar. Arkadaşlar, egzersize bağlı olarak FT fiberlerin ST fiberlere dönüştüğü iddiası kesin değildir. Toplam kas fiberi sayısının dahi sabit kaldığını destekleyen sürüyle deney sonucu var.

Peki, nasıl oluyor da maraton koşucusu bir atletin ST fiber oranı FT’ye göre baskın olabiliyor ya da bir sprinterin FT fiber sayısı çok yüksek tespit edilebiliyor. Yüksek FT fibere sahip olarak doğan birinin ileride elit bir maraton koşucusu olmasının imkanı yok mu?     

Bu sorunun çok sayıda cevabı var. İlki tabiiki eleminasyon. Yani kişi rakiplerine kıyasla daha yüksek FT sahibi olduğu için onlardan daha çabuk yorulacak ve henüz yolun başında (belki ortasında) elenerek kendine farklı bir yol çizecek. Ayrıca, yapılan deneyler genel olarak kısıtlı bir zamanı kapsıyorlar. Bilim insanları dört hafta ila altı ay arasında değişen sürelerin ST-FT fiber dönüşümleri için yeterli olamayabileceğini ifade ediyorlar. Bu gibi kısıtlı sürelerde evet FT fiber alt tipleri kendi aralarında dönüşebiliyorlar, ki çok defa gözlenmiş bu, ama ana fiberler için bu süre adaptasyona yeterli olmayabilir. Haliyle, çok daha uzun bir sürenin, mesela çocukluktan başlayan, değerlendirilmesini öneriyorlar. Bu tip deneylerin önünde ise etik anlayış duruyor. Henüz çocuk yaşta biyopsi etik açıdan mümkün değil.

Ayrıca, şöyle de bir yaklaşım var. Biyopsi belirli bir alandan alınan kas demetlerini vs. kapsıyor. Yani manuplatif sonuçlar da gösterebilir. Tamam, egzersizle kas fiberi sayısının değişmediğini, FT ve ST arasında dönüşüm de olmadığını kabul edelim.

Ne var ki, egzersizle birlikte fiberlerde ortaya çıkan “kesin” bir adaptasyon var. Hipertrofi.

Biyopsi kesit alanı ST ve FT fiberleri rastgele dağılmış şekilde sunar. FT’ler yapısal olarak ST’lerden zaten daha geniş çapa sahiptir ve örneğin güç, kuvvet egzersizleri sonucu hipertrofiye uğrarlar, çapları daha da genişler. Haliyle alınan biyopsi kesidinde daha fazla alan kaplarlar, ST’lerin sayı ve alanı en azından ilgili kesitte azalır. Toplam sayı değişmese dahi deney alanındaki bu değişiklik bizi böylece yanıltmış olabilir. Aynı durum ST fiber aktivasyonunu artıran dayanıklılık egzersizleri için de geçerli olup, bu defa ST’ler hipertrofiye uğrar ve kesit içinde sayı ve alanca daha kalabalık bir işgal gerçekleştirirler (hipertrofi, sarkoplazmanın ve kasılma dışı (noncontractile) proteinlerin genişlemesi veya aktin ve miyozin filament sayılarının artması sonucu gerçekleşebilir.)

Yine de egzersizle ST-FT dönüşümünün mümkün olduğunu gösteren deneyler mevcut. Aşağıda güç egzersizi ile birlikte ST’lerin nasıl FT’lere dönüştüğünü gösteren bir mikroskobik gözlem sonucunu görebilirsiniz.

Kaynakça:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.