Muskelfasertypen: schnell und langsam zuckende Muskelfasern (Typ I & II)

Der menschliche Skelettmuskel besteht aus einer heterogenen Zusammenstellung von Muskelfasertypen. Diese Bandbreite an Muskelfasertypen ermöglicht die große Vielfalt an Fähigkeiten, die menschliche Muskeln aufweisen. Jeder Fasertyp hat unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Leistung und Ermüdungsgeschwindigkeit.

Die drei Arten von Muskelfasern sind

• langsam oxidativ (Tyo I),
• schnell oxidativ (Typ IIa) und
• schnell glykolytisch (Typ IIx).

Die meisten Skelettmuskeln des Menschen enthalten alle drei Typen, wenn auch in unterschiedlichen Anteilen. Darüber hinaus können sich Muskelfasern an veränderte Anforderungen anpassen, indem sie ihre Größe oder die Zusammensetzung der Fasertypen ändern.

Die 3 Muskelfasertypen

Auch wenn sich die einzelnen Skelettmuskeln in ihrem Grundaufbau sehr stark ähneln, so unterscheiden sie sich dennoch in ihrer Zusammensetzung an verschiedenen Muskelfasertypen. Diese verleihen der Muskulatur unterschiedliche Eigenschaften, wie z.B. eine schnellere Kontraktionsgeschwindigkeit oder ein geringeres Ermüdungsverhalten.

Beim Erwachsenen hat sich die Einteilung von drei verschiedenen Typen etabliert:

• langsame Typ-I-,
• schnelle Typ-IIA-, und
• sehr schnell kontrahierende Typ-IIX-Fasern.

nach Brandes, Lang & Schmidt, 2019

Dabei besteht ein Muskel immer aus einer Mischung aus allen drei Fasertypen, wobei meistens immer ein Typ vorwiegend vorliegt. Der dominante Muskelfasertyp kann sich zwischen verschiedenen Muskeln aber auch zwischen Personen sehr stark unterscheiden und ist von genetischen Voraussetzungen aber von trainingsbedingten Anpassungen abhängig. In untrainierten Personen beträgt der Anteil an Typ-I-Fasern in Armen und Beinen in etwa 45-55%. Der Rest ist in etwa gleichen Teilen auf die beiden schnelleren Typ-II-Fasern verteilt. Zwischen Männern und Frauen gibt es keine Unterschiede (McArdle, Katch & Katch, 2015).

Die Klassifizierung der verschiedenen Fasertypen richtet sich nach bestimmten, bereits zuvor erwähnten kontraktilen Muskelproteinen innerhalb des Sarkomers (Myosinisoformen) und ihren funktionellen und biochemischen Eigenschaften. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über das Muskelfaserspektrum und deren unterschiedliche Eigenschaften:

Unterschiedlicher Myoglobingehalt in Muskelfasern

Aufgrund des unterschiedlich hohen Myoglobingehalts erkennt man unter dem Mikroskop unterschiedliche Einfärbungen der jeweiligen Muskelfasertypen. Typ-I-Fasern sind aufgrund eines hohen Myoglobinanteils rötlich, während myoglobinarme Typ-IIX-Fasern weißlich erscheinen. Daher wird auch oftmals von roter und weißer Muskulatur gesprochen.

Von links nach rechts: Typ I, Typ IIx, Typ IIa

Unterschiedliche Kontraktionsgeschwindigkeit von Muskelfasertypen

Der markanteste und wichtigste Unterschied zwischen den Muskelfasertypen ist aber deren Kontraktionsgeschwindigkeit und Ermüdungsresistenz.

Typ-I-Fasern kontrahieren deutlich langsamer als die anderen beiden Muskelfasertypen, sind aber weitaus weniger ermüdbar. Diese Muskelfaserart ist deshalb ein dominanter Muskelfasertyp in der Muskulatur von Ausdauerathleten, die genau diese muskulären Eigenschaften für ihren Sport (z.B. Laufen, Rudern oder Radfahren) benötigen.

Die Geschwindigkeit der Kontraktion hängt davon ab, wie schnell die ATPase des Myosins ATP hydrolysiert, um die Querbrückenwirkung zu erzeugen. Schnelle Fasern hydrolysieren ATP etwa doppelt so schnell wie langsame Fasern, was zu einem viel schnelleren Querbrückenzyklus führt.

Was ist eine normale Muskelfaserverteilung?

Bei Nichtsportlern ist das Verhältnis der Fasertypen etwa 50/50.

Betrachtet man Spitzensportler, so zeigen sich einige Unterschiede:

Kraftsportler haben einen höheren Anteil an schnell zuckenden Fasern (z. B. Sprinter 70-75 % Typ II), während Ausdauersportler mehr langsam zuckende Fasern haben (z. B. Marathonläufer 70-80 % Typ I).

Anpassung von Muskelfasertypen an Training

Die Vermehrung von Typ-I-Fasern durch Ausdauersport ist eine typische physiologische Anpassung durch langjähriges Training. Dabei wird von einem sogenannten Muskelfaser-Switch gesprochen, also einer Verschiebung bzw. Umwandlung von schnelleren Typ-IIA- oder -IIX-Fasern hin zu den Typ-I-Fasern (Brandes, Lang & Schmidt, 2019).

Andersherum, also eine Umwandlung von langsamen in schnelle Muskelfasern, z.B. durch ein langjähriges Training eines 100m-Sprinters ist nicht oder nur in einem sehr geringen Maße möglich (Weineck, 2010).

Daher ist die genetische Prädisposition für Schnelligkeitssportarten ausschlaggebender als für Ausdauersportarten – auch wenn die Muskelfaserverteilung nicht allein für den Erfolg in der jeweiligen Sportart verantwortlich ist.

Abnahme an Muskelfasern im Alter

Das Alter ist auch ein Faktor für unsere Muskelfasern. Der altersbedingte Verlust an Muskelmasse ist in erster Linie auf eine Abnahme der Gesamtzahl der Fasern des Typs II zurückzuführen.

Die Atrophie der Typ-II-Fasern führt zu einem größeren Anteil an langsamer Muskelmasse in der gealterten Muskulatur, was sich in langsameren Kontraktionszeiten zeigt.

Krafttraining kann diesem Rückgang entgegenwirken.

Aufbau der Skelettmuskulatur

Alle, der über 600 Skelettmuskeln des Menschen, sind strukturell gleich aufgebaut.

Die kleinste funktionelle Einheit der Muskulatur ist das Sarkomer, welches die Fähigkeit besitzt sich zu verkürzen. Dies ist möglich, weil es kontraktile, also zusammenziehende Muskelproteine enthält. Ähnlich wie bei einem Güterzug, sind Millionen von Sarkomeren hintereinandergeschaltet und ergeben die nächstgrößere Struktur – die schlauchförmige Myofibrille.

Unter dem Mikroskop erkennt man eine Myofibrille (aber auch die übergeordneten Strukturen) mit deutlich erkennbaren Querstreifen, die auf die die Aneinanderreihung der Sarkomere zurückzuführen ist. Daher wird die Skelettmuskulatur u.a. auch quergestreifte Muskulatur genannt.

Viele parallel liegende und gebündelte Myofibrillen ergeben die Muskelfaser. Diese enthält neben den Myofibrillen noch die für Körperzellen typischen Zellorganellen und werden daher auch als Muskelzelle oder Myozyt bezeichnet. Muskelfasern liegen ebenfalls in gebündelter Form als Faszikel oder Muskelfaserbündel vor. Viele solcher Faszikel wiederum ergeben schlussendlich den äußerlich sichtbaren Muskelbauch.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es zwei Haupttypen von Muskelfasern gibt:

• schnell-zuckende und
• langsam-zuckende.

Jeder Typ hat seine eigenen Eigenschaften und Vorteile:

Langsam zuckende Muskelfasern

Langsam zuckende Muskelfasern sind ermüdungsresistent und konzentrieren sich auf anhaltende, kleinere Bewegungen und Haltungskontrolle. Sie enthalten mehr Mitochondrien und Myoglobin und sind im Vergleich zu den schnell zuckenden Fasern eher aerob. Langsam zuckende Fasern werden aufgrund ihrer Blutversorgung manchmal auch als Typ I oder rote Fasern bezeichnet. Langsam zuckende Muskelfasern eignen sich am besten für Ausdaueraktivitäten wie Langstreckenlauf und Radfahren.

Schnell zuckende Muskelfasern

Schnell zuckende Muskelfasern liefern größere Kräfte, allerdings für kürzere Zeit und ermüden schnell. Sie sind eher anaerob und werden weniger durchblutet, weshalb sie manchmal auch als weiße Fasern oder Typ II bezeichnet werden. Schnell zuckende Muskelfasern eignen sich am besten für Kraft- und Schnelligkeitsaktivitäten wie Gewichtheben und Sprinten.

Skelettmuskeln enthalten beide Fasertypen, aber das Verhältnis kann je nach Muskelfunktion, Alter und Training unterschiedlich sein.

Durch Training und Sport kann die Muskelfaserart beeinflusst werden. Die Veränderung der Muskelfaserart durch Training kann lediglich in einem beschränkten Rahmen erfolgen und ist begrenzt.