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有多少是慢肌?橫膈膜的肌纖維大探討。

橫膈膜是一塊迷人的肌肉,不只是因為它的功能無可取代,更因為獨一無二的結構特徵。為什麼這一塊肌肉能夠控制百分之七十的呼吸容量?您可以參考這篇前文,更可以從呼吸的基本特質與肌肉纖維來瞭解。

 

  大綱  

快慢肌纖維的對比

橫膈膜有多少比例的慢肌纖維

影響慢肌纖維占比的原因

 

▎快慢肌纖維的對比

Myosin isoform composition決定肌纖維功能

肌肉由許多肌纖維組成。而肌纖維產生張力、縮短長度、製造結構力量的能力,則取決於 Myosin isoform 的結構。

一組 Myosin 包含四條重鍊MyHC), MyHC 有四種結構型: Slow 2A 2X 2B 2B 不存在於人體,故三種人體的肌纖維分別是:慢肌纖維 SlowType 1快肌纖維 Type Fast 2A 快肌纖維 Type  Fast 2X

除了重鍊結構不同,因應肌肉收縮特質所發展出來的配套措施也大不相同。以 Slow Type 來說,肌肉開始收縮的手腳較慢,收縮後放鬆的速度也比較慢,但卻很能夠抗疲勞,這是因為慢肌偏好使用有氧代謝取得所需的能量,在能量的生成與使用取得絕佳平衡點,所以能夠一直做、一直做、做到死(咦?!)。

這可不是開玩笑的喔!橫膈膜就是這樣的耐操!需要有節律性的呼吸,卻不允許任何中斷,這就是橫膈膜的人生啊。

依賴有氧代謝使得慢肌能夠非常耐操,所以慢肌纖維也發展出一系列的超前部署:綿密的微血管網路以及充足的肌紅蛋白

慢肌纖維的橫切面通常較小一些,配合上綿密的微血管網路,讓氧氣擴散的路徑較短,能夠快速地得到氧氣;充足的肌紅蛋白也能好好發揮攜帶氧氣的功能。

Respiratory muscle fibres: specialisation and plasticity

 

▎橫膈膜有多少比例的慢肌纖維

SlowFast 2AFast 2X = 55%21%24%

根據多組研究團隊的估計結果,三種肌纖維在成人的橫膈膜占比為55%21%24%,慢肌佔了最多。平靜呼吸時,使用的也主要是慢肌,只有當呼吸需要加快時,快肌纖維的使用才會增加。

有趣的是,相對於人類或大型哺乳類動物,老鼠或兔子橫膈膜的快肌纖維比例更高,這或許說明了他們的呼吸速度比較快的機制。

 

▎影響慢肌纖維占比的原因

衰老、疾病與藥物都會改變

細究肌肉纖維,無論在纖維種類或者是纖維大小都是一個動態的過程,直到死亡,這個過程並非維持不變。

接受耐力運動訓練,呼吸肌肉的尺寸變小,增加氧氣擴散的效率,雖然肌纖維種類比例維持,但卻增加了抗疲勞的能力。

慢性阻塞性肺疾病的患者,呼吸肌群的肌纖維有了顯著的比例改變,慢肌占比增加,這樣的變化反映出患者在疾病惡化的過程中逐漸增加的呼吸功,讓橫膈膜需要慢性抗疲勞的能力,然而這樣的改變並未讓患者的呼吸更舒適。原因是 Myosin 數量的減少,降低了肌肉收縮能產生的力量;也因為膈神經長期被降低的橫膈膜拉扯,進一步導致神經肌肉病變;增加了有氧代謝酵素的活動,同時也降低糖解酵素的活動。

Respiratory muscle fibres: specialisation and plasticity

 

整理幾個關鍵概念分享給大家,有興趣的朋友還可以參考:

橫膈膜|呼吸肌肉的解剖與力學應用

癌症患者為什麼要練呼吸?從橫膈膜傷害談起

想改善心臟衰竭症狀:專家們先看橫膈膜的功能

 

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參考文獻

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