عضله اسکلتی، فعالیت ورزشی و پاسخ سلولی

عضله اسکلتی انسان فراوان ترین بافت بدن انسان به حساب می آید.عضله اسکلتی از بخش­های مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به نوع تار­های عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت می باشد(26). بافت عضله اسکلتی بسیار تغییر پذیر و انعطاف پذیر است به طوری که قادر است در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی تغییراتی را در نوع و میزان پروتئین ها به وجود آورد(27). هومئوستاز عضله برای تمامیت و حفظ بدن ضروری است. عضله اسکلتی قابلیت های تطبیقی قابل توجهی را در پاسخ به چنین محرک­هایی از خود نشان می­دهد : فاکتور­های محیطی، مداخلات تغذیه ای، شرایط بارگذاری و فعالیت انقباضی. تمام این تحریکات منجر به تغییر در متابولیسم انرژی و توده عضلانی می­شود، به خصوص بوسیله­ی تغییر در ترکیب تار عضلانی و تعادل بین سنتز و از بین رفتن پروتئین­­ها(7). فعالیت ورزشی به عنوان بزرگترین چالش برای همئوستاز کل بدن، تغییرات کوچک گسترده­ای را در سلول­های متعدد، بافت­ها و ارگانها ایجاد می­کند که اینها پاسخی به فعالیت متابولیکی افزایش یافته­ی عضلات اسکلتی منقبض شده هستند(28). فرایندها­ی پیچیده سازگاری ناشی از فعالیت ورزشی در عضله اسکلتی شامل مکانیسم­های سیگنالینگ ویژه­ای است که شروع­کننده رونویسی توالی­های ژنتیکی DNA هستند و متعاقبا ترجمه کدهای ژنتیکی به یکسری آمینو اسید برای تولید پروتئی­های جدید را قادر می­سازند. انقباضات، افزایش­های زودگذری را در میزان mRNA ایجاد می­کنند. برای بسیاری از گروه­های ژنی، معمولا 3 الی 12 ساعت پس از فعالیت ورزشی به اوج خود می­رسند و در حدود 24 ساعت بعد به سطوح پایه خود باز می­گردند. بنابراین، دورهای مکرر فعالیت ورزشی منجر به افزایش­های حاد در فعالیت ترجمه­ای و سنتز پروتئین متعاقب آن می­شود. در نتیجه، سازگاری طولانی مدت به تمرین احتمالا ناشی از اثرات تجمعی هر دور فعالیت ورزشی کوتاه مدت است که به سمت تغییر در سطح پایه پروتئین های بخصوص و آستانه­ی عملکردی جدید هدایت می­کند(27).

 

2-2-2- فعالیت ورزشی

در قرن 21 نداشتن فعالیت بدنی به عنوان چهارمین فاکتور خطر آفرین برای مرگ ومیر در جهان شناخته شده است(29). فعالیت بدنی مناسب و فعالیت ورزشی نقش مهمی را در ترویج سلامتی و تناسب اندام، پیشگیری از بیماریها و معالجه و بازیابی  شرایط سلامتی بازی می­کنند(30).

 

  2-2-2-1- فعالیت ورزشی تناوبی سرعتی

تمرین تناوبی از ابتدای قرن بیستم در فعالیت­های ورزشی رقابتی مورد استفاده قرار می­گرفته است. این تمرینات را برای اینکه بتوانند سرعت­هایشان را به سرعت مسابقه­شان نزدیک کنند استفاده می­کردند. فعالیت ورزشی تناوبی شکل ناپیوسته­ی فعالیت ورزشی استقامتی است که بوسیله­ی دورهای کوتاه با شدت بالا که توسط دورهای استراحت یا فعالیت با شدت پایین قطع می­شوند، شناخته می­شود. منطق برنامه تمرینی تناوبی این است که مجموع کل زمان فعالیت ورزشی شدید بیشتر از یک دور فعالیت ورزشی تداومی با همان شدت تا خستگی باشد(31). تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT)، در شکل­های گوناگون، امروزه یکی از موثرترین وسیله­های بهبود عملکرد تنفسی و متابولیکی و همچنین عملکرد فیزیکی ورزشکاران است(3, 32). با وجود اینکه معنی جامع و کلی برای تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT) وجود ندارد، تمرین تناوبی با شدت بالا معمولا به جلسات تکراری فعالیت ورزشی نسبتا کوتاه تناوبی گفته می­شود که اغلب یا با تمام تلاش و یا در شدتی نزدیک به VO2peak صورت می­پذیرد. بسته به شدت تمرین، یک تلاش ممکن است از چند ثانیه تا چند دقیقه طول بکشد، که بوسیله­ی چند دقیقه استراحت یا فعالیت ورزشی کم شدت از دیگر تلاش­ها جدا می­شود(33, 34). برای استفاده از تمرینات تناوبی با شدت بالا 9 متغیر تغییر پذیر وجود دارند کهبا تغییر هر یک از آنها می­توان روی پاسخ­های فیزیولوژیکی حاد به تمرین تناوبی با شدت بالا اثر گذاشت. آن 9 متغیر عبارت­اند از : شدت و مدت تناوبی فعالیت، شدت و مدت تناوبی استراحت، ماهیت فعالیت ورزشی، تعداد تکرار، تعداد ست­ها و همچنین شدت و مدت استراحت بین ست­ها(3). برای نزدیک به یک قرن است که ورزشکاران از شکل­های کلاسیک تمرین تناوبی با شدت بالا استفاده می­کنند (تکرارهای 30 ثانیه­ای فعالیت ورزشی که با 30 ثانیه استراحت جئا شده یا 4-2 دقیقه دویدن­های تکراری تناوبی با شدت بالا اما زیر بیشینه) اما امروزه موجی از پژوهش­ها علاقه­مند به آزمایش اثرات دویدن­های کوتاه با حداکثر سرعت و تلاش­های با تمام شدت، هم در رشته­های میدانی و هم آزمایشگاهی هستند(4). این شدت ویژه شامل تمرین تکراری سرعتی (Repeated sprint training) که بین 3 تا 7 ثانیه طول می­کشد و با دورهای استراحتی که معمولا کمتر از 60 ثانیه است جدا می­شود، یا تمرین تناوبی سرعتی (Sprint interval training) که برای 30 ثانیه با تمام شدت به طول می­انجامد و بوسیله­ی دوره­های استراحت غیرفعال 2 تا 4 دقیقه جدا می­شود(3).

 

2-2-2-2- فعالیت ورزشی اکسنتریک

حرکت، فعالیت بدنی و ورزش­ها نیازمند تولید نیرو بوسیله­ی تارهای عضله اسکلتی هستند. این نیرو می­تواند در حالی که عضلات ثابت هستند یا کوتاهتر می­شوند و یا در طول افزایش می­یابند تولید شود. در اکثر انواع فعالیت بدنی، عضلات بین فعالیت عضلانی ثابت و پویا تغییر می­کنند. فعالیت های عضلانی پویا می­­توانند به دو گروه فعالیت­های عضلانی کانسنتریک و اکسنتریک تقسیم شوند(26). در طی فعالیت­های اکسنتریک، عضلات کشیده می­شوند در حالی که نیرو تولید می­کنند. به دلیل اینکه مقاومت خارجی در خلاف جهت کوتاه شدن حرکت می­کند، طویل شدن رخ می­دهد. انقباض­های طویل شونده سطوح نیروی بزرگتری را نسبت به انقباض­های کوتاه شونده تولید می­کنند در حالی که واحدهای حرکتی کمتری را مورد استفاده قرار می­دهند(6, 35, 36). فعالیت­های اکسنتریک می­توانند به صورت داوطلبانه باشند، مثل زمانی که هالتر را بعد از حرکت جلو بازو پایین می­آوریم یا غیر داوطلبانه باشند، مثل زمانی که شخص از افتادن یک شی سنگین جلوگیری می­کند. از آنجایی که جابه­جایی فعالیت اکسنتریک در خلاف جهت فعالیت کانسنتریک استاندارد است، فعالیت­های عضلانی اکسنتریک بعضی اوقات به عنوان کار منفی شناخته می­شوند(26).درون هر حرکتی که انجام می­شود، عضله آگونیست اغلب (نه همیشه) هر دو بخش انقباض (اکسنتریک و کانسنتریک) را طی می­کند و به این دلیل انقباض اکسنتریک به عنوان بخش ضروری هر حرکتی در نظر گرفته می­شود. بویژه به عنوان بخشی از فعالیت ورزشی نیز عمل می­کنند(37). یک مثال معمول از فعالیت ورزشی اکسنتریک، دویدن در سراشیبی است. هنگامی که ما روی شیب به پایین قدم می­گذاریم، عضله چهارسر منقبض شده میزان تا شدن زانو را بر علیه نیروی جاذبه کنترل می­کند و در این فرایند عضله تحت یک انقباض اکسنتریک در هر گام قرار دارد(6). در عمل اکثر عضلات پا برای حمایت از وزن بدن در مقابل جازبه و نیز جذب شک­های وارده به عنوان بخشی از یک چرخه­ی معمولی راه رفتن بصورت اکسنتریکی عمل می­کنند. در طی دویدن در سراشیبی نقش اکسنتریکی عضلات ضد جاذبه واضح­تر است(15).

 

2-2-3- پاسخ سلولی

عضله اسکلتی بافتی انعطاف­پذیر است که در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی قادر به انجام تغییرات در نوع و میزان پروتئین­ها است. فرایند تبدیل سیگنال مکانیکی حاصل از انقباض به رخدادی مولکولی که باعث ایجاد سازگاری در عضله اسکلتی می­شود، شامل تنظیم مثبت پیام­بر­های اولیه و ثانویه است. این رویداد آغازگر آبشاری از اتفاقات است که منجر به فعالیت و یا سرکوبی مسیرهای سیگنالینگ ویژه­ی بیان ژن ناشی از فعالیت ورزشی و همچنین سنتز یا تخریب پروتئین می­شود(27). عضله اسکلتی سازگاری بسیار بالایی نسبت به استرس­هایی که روی آن قرار می­گیرد دارد و به آن­ها پاسخ می­دهد. این نیاز­ها و درخواست­ها گوناگون است، از رشد، حفظ ساختار، عملکرد ورزشی شدید تا بهبود آسیب. بعلاوه­ی این پاسخ­های فیزیولوژیکی مثبت، عضله اسکلتی با افزایش سن، استفاده نکردن و بیمار­ها دچار کاهش در جرم و عملکرد می­شود(38). حال در این بین به بررسی دو مورد از این پاسخ­ها می­پردازیم.

 

 

 

 

 

2-2-3-1- آپوپتوزیس

واژه آپوپتوزیس بوسیله­ی کر[1]و همکاران معرفی شد تا توصیف کننده یک سری تغییرات مورفولوژیکال معمول باشد که با مرگ سلول­ها در بافت­های گوناگون همراه می­شود(39). آپوپتوزیس شکل ویژه مرگ سلولی است که نقش مهمی را در توسعه، تنظیم رشد و بیمار­ها بازی می­کند(40, 41). چندین شاخصه معین آپوپتوزیس شامل: چروک­خوردگی سلولی، اجزای پلاسمایی متورم شده، تراکم کروماتین، تکه تکه شدن DNA به تکه­هایی با سایز اولیگونوکلئوتیدها و تشکیل اجسام آپوپتوتیکی(41, 42). در حین رشد و نمو انسان آپوپتوزیس بصورت معمولی رخ می­دهد و همچنین بعنوان مکانیسم همئوستاتیکی برای حفظ جمعیت سلول­ها در بافت عمل می­کند. بعلاوه آپوپتوزیس بعنوان یک سیستم دفاعی نیز عمل می­کند. به عنوان مثال عکس­العمل­های ایمنی یا زمانی که سلول­ها بوسیله­ی بیماری­ها آسیب می­بینند. با این حال شرایط و محرک­های متنوع و وسیعی وجود دارند، هم فیزیولوژیکی و هم پاتولوژیکی، که می­توانند آپوپتوزیس را فعال کنند، لازم و ضروری نیست که تمام سلول­ها در پاسخ به آپوپتوزیس بمیرند. پرتونگاری یا مصرف دارو­هایی که برای درمان سرطان به کار می­روند، همگی منجر به تخریب DNA در برخی از سلول­ها می­شوند که می­تواند از طریق مسیر وابسته به p53 به سمت مرگ آپوپتوتیک هدایت شود. برخی هورمون­ها از قبیل کورتیکواستروئیدها نیز ممکن است هدایت کننده مرگ آپوپتوتیک در بعضی سلول­ها باشند، با این حال بقیه سلول­ها تاثیر نمی­پذیرند یا حتی تحریک نمی­شنود(43). بر اساس تئوری Ying Yang تمام مواد شامل دو وجه می­باشند. Yin وجه منفی و Yang وجه مثبت است. همزیستی در تعادل این دو وجه، به عنوان کلیدی برای سلامت کلی سیستم بیولوژیکی در نظر گرفته می­شود. مطابق با این نظریه، به دست آوردن و از دست دادن عملکرد ژن­ها در الگوی آپوپتوتیک هسته، به عنوان اختلال هومئوستاز سلولی مطرح می­شود که می­تواند منجر به رخدادهای پاتوژنیک اولیه­ای شود که به بیماری­ها ختم می­شود. در واقع اکنون شواهد قانع­کننده­ای وجود دارد که آپوپتوزیس نارسا می­تواند به عنوان سرطان یا بیماری­های خود ایمنی ظاهر شود و از طرف دیگر مرگ سلولی شتاب گرفته در بیماری­های degenerative حاد و مزمن شرکت می­کند(12).آپوپتوزیس و نکروزیس مستقل از یکدیگرند همچنین فرایند­هایی که به طور همزمان می­توانند از محرک­هایی همچون دمای بالا، استرس اکسیداتیو، پرتونگاری UV و داروهای ضد سرطان سیتوتوکسیک ناشی شوند نیز از یکدیگر مستقل هستند. آپوپتوزیس فرایند وابسته به انرژی و هماهنگ شده است که شامل فعالیت یک سری از پروتئازهای سیستئینی (caspases) و آبشار پیچیده­ای از وقایع است در حالی که مرگ سلولی از دید نکروزیس شامل بیان ژن نیست و فرایند هدایت شده­ی خارجی مجهولی است که بعد از مرگ سلولی که در غیاب هیچ نوع از متابولیک­های خود شرکت کننده رخ می­دهد اتفاق می­افتد(44). در کل تفاوت­های مشخصی بین مرگ سلولی نکروتیک و آپوپتوتیک وجود دارد که می­تواند هم مشاهده و هم اندازه­گیری شود(10). آپوپتوزیس می­توتند بوسیله­ی محرک درونی و بیرونی فعال شود. فاکتورهای بیرونی که به گیرنده­های مرگی که روی سطح بیرونی سلول قرار دارند می­چسبند و رخدادهای سلولی درونی به سمت ترشح مولکول­های مرگ ویژه از درون میتوکندری هدایت می­شوند(41). مسیرهای سیگنالینگ بیرونی که آغازکننده آپوپتوزیس هستند شامل فعل و انفعالاتی با واسطه­ی گیرنده­های گذرنده هستند. این­ها شامل گیرنده­های مرگی هستند که عضو خانواده بزرگ ژن گیرنده TNF هستند(45). اعضای خانواده گیرنده TNF دامنه­های بیرون سلولی غنی از سیتئین[2] را به اشتراک می­گذارند و دارای یک دامنه سیتوپلاسمیک 80 آمینواسیدی هستند که دامنه مرگ خوانده می­شوند(46). این دامنه مرگ نقش قطعی در انتقال سیگنال­های مرگ از سطح سلول به مسیرهای سیگنالی درون سلولی دارد. بهترین لیگاندها و گیرنده­های مرگ مشخص شده و مربوط شامل FasL/FasR، TNF-α/TNFR1، Apo3L/DR3، Apo2L/DR4 و Apo2L/DR5 می­باشد(43). مسیرهای سیگنالینگ درون سلولی  آغازکننده آپوپتوزیس شامل گروهی کاملا متفاوت از محرک­های بدون واسطه گیرنده هستندکه سیگنال­های درون سلولی تولید می­کنند که بطور مستقیم روی اهداف درون سلول عمل می­کنند.محرک­هایی که آغازگر مسیر درونی هستند سیگنال­های درون سلولی تولید می­کنند که ممکن است هم بصورت منفی و هم مثبت عمل کنند(43). تنظیم و کنترل رخدادهای آپوپتوتیک درون میتوکندری از طریق پروتئین­های اعضای خانواده Bcl-2 انجام می­گیرد(47). پروتئین سرکوب کننده تومور p53 نقشی قطعی در تنظیم پروتئین­های خانوداه Bcl-2 بازی می­کند(48). پروتئین­های خانواده Bcl-2 نفوذپذیری عضو­های میتوکندری را کنترل می­کنندو هم به عنوان پیش برنده آپوپتوز می­توانند باشند و هم به عنوان جلوگیری کننده آپوپتوز. برخی از پروتئین­های جلوگیری کننده آپوپتوز شامل Bcl-2, Bcl-x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w, BAG و برخی پروتئین­های پیش برنده آپوپتوز شامل Bcl-10, Bax, Bak, Bid, Bad, Bim, Bik و Blk می­شوند(43). در دهه گذشته، پژوهش­ها نشان دادند که FOXOs نقشی قطعی در فرایندهای سلولی متنوع و گسترده­ای بازی می­کنند. در هنگام ترجمه، FOXOs ژن­های هدف پایین دستشان را فعال یا سرکوب می­کنند بدین وسیله نقش مهمی را در تکثیر، آپوپتوزیس، آتوفاژی، متابولیسم، التهاب، تمایز و مقاومت سلولی بازی می­کنند(49, 50). فاکتورهای رونویسی FOXOs به عنوان تنظیم کننده کلیدی رشد سلول ضروری هستند. پروتئین­های FOXOs آپوپتوزیس را بوسیله­ی تعدیل کردن بیان پروتئین­های BH3-only (BNIP3، Bim) و لیگاندهای گیرنده­های مرگ (TRAIL، FasL) تنظیم می­کنند که با توجه به توضیحات بالا به روش­های درونی و بیرونی عمل می­کنند(12). بعد از اینکه عضو ژنی در Drosophila پیدا شد آن را Forkhead یا فاکتور ترجمه خانواده مارپیچ بالدار نامیدند(51). اعضای خانواده یک انقیاد DNAای 100 آمینواسیدی بهم فشرده را به اشتراک می­گذارند یا دامنه FOX یک شکل مارپیچ بالدار متصل به DNA را کدگذاری می­کند(52). بر اساس همولوگ­های موجود در این بخش، ژن­های forkhead به 19 زیر گروه زن­های FOX دسته بندی می­شوند، FOX A – FOX S. در حالی که برخی از آن­ها در انواع بافت­های مختلف بیان می­شوند، برخی دیگر فقط در محدوده های زمانی مکانی مشخص شده بیان می­شوند(12, 53). فاکتور­های رونویسی FOX که متعلق به زیرگروه O هستند (FOXO)، فقط شامل یک عضو در Caenohabdiatis elegans (dauer formation-16) و Drosophila (dFOXO) و چهار عضو (FOXO1,3,4,6) در پستانداران هستند(12). FOXO1 و FOXO3  تقریبا در تمام بافت­ها بیان می­شوند. FOXO4 در عضله اسکلتی، کلیه و بافت روده بزرگ بیان می­شود در حالی که FOXO6 عمدتا در مغز بیان می­شود(49).

مطلب مشابه :  فشار عصبی سازمانی

 

2-2-3-2- تغییر فنوتایپ عضله اسکلتی

عضله پستانداران سیستم پویایی است که به محرک­های محیطی پاسخ می­دهد و همچنین ظرفیت قابل توجهی دارد که می­تواند به سرعت برای تغییرات در نیازهای عملکردی سازگار شود. خاصیت انعطاف­پذیری بالای بافت عضلانی است که منجر به عملکرد موثرتر عضله بر دامنه­ی وسیعی از شرایط ضروری برای بقا شده است(54-57). اصول این عملکرد در کنترل عصبی قدرتمند و در انواع تارهای متعدد قابل دسترس درون هر عضله، یافت می­شود. این تنوع تار­های عضلانی به درجه­ی بالای تنوع مولکولی، که ناشی از وجود ایزوفرم­های پروتئین­های متعددی است که در فرایند انقباض دخیل­اند، تنظیم یون کلسیم پویا، آنزیم­های متابولیسمی بینابینی، گیرنده­های سطح سلولی و عناصر سیتواسکلتون، مربوط می­شود(54). عضله اسکلتی انسان بافتی است که از بخش­های مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به تارهای عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت­اند. روش­های متفاوتی برای دسته­بندی تارهای عضله اسکلتی مورد استفاده قرار می­گیرد، که شامل تکنیک­های هیستوشیمیایی، از قبیل لکه­گذاری آنزیم ATPase و اکسیداتیو، اندازه­گیری انقباضات یا سرعت کوتاه شدن تار و تعیین ایزوفرم­های زنجیره سنگین میوزین بوسیله­ی الکتروفورزیس پروتئین(26). با توجه به پژوهش­های پیشین، دسته­بندی تارهای عضلانی کند و تند وابسته به نوع پروتئین میوزینی است که بیان می­کنند. میوزین پروتئینی ساختاری و عملکردی است که در سارکومر عضله قرار دارد و زنجیره سنگین میوزین (MHC) عضو ضروری میوزین است(58).نقش اصلی میوزین به عنوان یک موتور مولکولی در فیزیولوژی سلول عضله و وجود چندین ایزوفرم میوزین که به طور گوناگونی در تارهای مختلف توزیع شده­اند، باعث شده است که میوزین به عنوان بهترین نشانگر برای تعیین نوع تار باشد(56). سرعت و توان تولید شده بوسیله­ی تارهای اشخاص در اصل بوسیله­ی ویژگی­های ایزوفرم­های میوزین تعیین می­شود(54). مجموع 11 ایزوفرم MHC در عضلات پستانداران بزرگسال مشخص شده است. که برخی از آن­ها به شکل گسترده­ای در عضلات وجود دارند، با نام­های MHCIβ, MHCIIa, MHCIId و MHCIIb (59). در عضله اسکلتی جوندگان بزرگ، پروتئین MHC به شکل چهار ایزوفرم وجود دارد، نوع کند I و انواع تند IIa، IIx و IIb، در حالی که از ایزوفرم­های تند MHC فقط پروتئین­های نوع IIa و IIx در عضله اسکلتی انسان بیان می­شوند(54, 56, 59). گوناگونی در انواع تارها برای دست پیدا کردن به وظایف بخصوص و ویژه ضروری است. به طور معمول، ایزوفرم نوع I کند MHC (MHC-I)، در عضلات وضعی بیان می­شوند، که نقش کلیدی برای عملکرد ضد جاذبه­ای ایفا می­کنند. این عضلات کند انقباض بوسیله­ی میزان کم سرعت کوتاه شوندگی ماکزیمم شناخته می­شوند اما مقاومت در برابر خستگی را از خود نشان می­دهند، بنابراین قادر به حفظ فعالیت انقباضی برای دوره­های زمانی طولانی هستند. در مقابل، MHC-IIb و یا MHC-IIx در میوتارهایی بیان می­شوند که بوسیله­ی سرعت تند انقباضی شناخته می­شوند و در تلاش­های انفجاری تناوبی شرکت می­کنند اما قادر به حفظ فعالیت انقباضی در طول زمان نیستند. با این حال ایزوفرم­های MHC به طور متداول به عنوان نشانگر مولکولی برای مشخص کردن انواع تار به کار می­روند(54). تارهای عضلانی ساختار پویایی هستند که تحت شرایط مختلف قادر به تغییر فنوتایپشان هستند، برای مثال فعالیت عصبی عضلانی متغیر، اضافه یا کاهش بار مکانیکی،تمرین ورزشی، نیمرخ­های هورمونی تغییر یافته (بخصوص هورمون­های تیروئیدی) و افزایش سن. تغییرات در ایزوفرم­های MHC به یک طرح کلی تبدیل از تند به کند و از کند به تند تمایل دارد :MHCIIa ↔MHCIId ↔MHCII↔MHCIβ (59).

فعالیت عصبی عضلانی: فعالیت عصبی عضلانی برای شکل دادن فنوتایپ­های تار­های عضلانی بخصوص در طی دوران رشد و همچنین برای حفظ ویژگی­های فنوتایپیشان مهم است. اثر فعالیت عصبی بر فنوتایپ عضلانی در آزمایشات متعدد قطع عصبی نشان داده شده است. در غیاب تغذیه عصبی، عضلات کند به تند و عضلات تند به کند تبدیل می­شوند. لازم به ذکر است که در شرایط قطع عصبی، تحریکات با فرکانس پایین مزمن (CLFS)[3] منجر به انتقال تند به کند می­شوند، همچنین تحریکات با فرکانس بالا فازیک[4] منجر به انتقال کند به تند می­شوند(58, 59).

اضافه یا کاهش بار مکانیکی :همانند CLFS، کشش و بار مکانیکی باعث انتقال تند به کند می­شود اگرچه برخلاف CLFS این روش افزایش فعالیت عصبی عضلانی را نشان نمی­دهد. اثر برداشتن بار مکانیکی روی مدل­های مختلفی از جمله بریدن تاندون، محدود کردن حرکت به موقعیتی کوتاه، بی­حرکت کردن اندام تحتانی و محیط با جاذبه کم برای ایجاد بی­وزنی، مطتلعه شده است. تحت این شرایط عضلات کند به تند تبدیل می­شوند(58, 59).

تمرین ورزشی :سازگاری ایجاد شده توسط فعالیت عصبی عضلانی افزایش یافته ناشی از تمرین ورزشی در عضله از نظر کیفیت مشابه تحریکات بافرکانس کم است ولی از لحاظ کمیت کمتر از آن است. با این حال تمرین ورزشی انتقال تند به کند را در انواع تار­ها و ایزوفرم­های میوزین باعث می­شود(59).

هورمون­ها :برخی هورمون­ها تاثیر عمیقی بر ترکیب نوع تار عضلات بخصوص می­گذارند. هورمون تیروئید بیشترین اثر را روی فنوتایپ­ تار­های عضله دارد. در کل، کم کاری تیروئید باعث انتقال تند به کند می­شود، در صورتی که پرکاری تیروئید بصورت عکس عمل می­کند(58, 59).

افزایش سن :علاوه بر آتروفی عضلانی، پیشنهاد شده است که افزایش سن باعث انتقال تند به کند می­شود(58, 59).

FOXO1 و تغییر نوع تار: نشان داده شده است که زیرگروه O فاکتورهای رونویسی مارپیچ بالدار forkhead (FOXO)، عملکردهای مختلف سلولی را تنظیم می­کنند، از جمله: متابولیسم، چرخه سلولی،آپوپتوزیس و آتروفی عضلانی. فعالیت رونویسی FOXO1 بوسیله­ی مکانیسم­های سیگنالینگ گوناگونی تنظیم می­شود، که شامل فعالیت Akt ناشی از PIK3 است، که بطور مستقیم FOXO را فسفوریله می­کند و به سمت خروج هسته­ای و غیر­فعال شدن هدایت می­کند(60). اگرچه نقش فیزولوژیکی FOXO1 در عضله اسکلتی هنوز روشن نیست اما نتایج پیشنهاد می­کنند که پروتئین FOXO1 انتقال تار کند به تند را تنظیم می­کند و ظرفیت اکسیداتیو عضله را از طریق جلوگیری از مسیر کلسینرین[5] کاهش می­دهد(60, 61). FOXO1 در توضیح بیش تنظیمی فاکتور­های مربوط به متابولیسم اسید چرب و افزایش ایزوفرم­های MHC IIB، نقشی کلیدی دارد(61). همچنین FOXO1 به عنوان یک تنظیم­کننده منفی توده عضله اسکلتی و بیان ژن­های مربوط به تار نوع I شناخته می­شود(62). بعلاوه لازم به ذکر است که فاکتور­های رونویسی FOXO (در اینجا FOXO1) در طی آتروفی عضلانی  بیان ژن­های مرتبط با تار نوع I (مثل PGC1-α[6]) را کاهش می­دهند که منجر به انتقال فنوتایپ عضله از اکسیداتیو کند به گلیکولیتیک تند می­شود(7, 63).

[1] Kerr

[2] cyteine

[3] Chronic low-frequency stimulation

[4] Phasic high-frequency stimulation

[5] Calcineurin

[6] Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1ὰ

مطلب مشابه :  صنعت ورزش

عضله اسکلتی انسان فراوان ترین بافت بدن انسان به حساب می آید.عضله اسکلتی از بخش­های مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به نوع تار­های عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت می باشد(26). بافت عضله اسکلتی بسیار تغییر پذیر و انعطاف پذیر است به طوری که قادر است در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی تغییراتی را در نوع و میزان پروتئین ها به وجود آورد(27). هومئوستاز عضله برای تمامیت و حفظ بدن ضروری است. عضله اسکلتی قابلیت های تطبیقی قابل توجهی را در پاسخ به چنین محرک­هایی از خود نشان می­دهد : فاکتور­های محیطی، مداخلات تغذیه ای، شرایط بارگذاری و فعالیت انقباضی. تمام این تحریکات منجر به تغییر در متابولیسم انرژی و توده عضلانی می­شود، به خصوص بوسیله­ی تغییر در ترکیب تار عضلانی و تعادل بین سنتز و از بین رفتن پروتئین­­ها(7). فعالیت ورزشی به عنوان بزرگترین چالش برای همئوستاز کل بدن، تغییرات کوچک گسترده­ای را در سلول­های متعدد، بافت­ها و ارگانها ایجاد می­کند که اینها پاسخی به فعالیت متابولیکی افزایش یافته­ی عضلات اسکلتی منقبض شده هستند(28). فرایندها­ی پیچیده سازگاری ناشی از فعالیت ورزشی در عضله اسکلتی شامل مکانیسم­های سیگنالینگ ویژه­ای است که شروع­کننده رونویسی توالی­های ژنتیکی DNA هستند و متعاقبا ترجمه کدهای ژنتیکی به یکسری آمینو اسید برای تولید پروتئی­های جدید را قادر می­سازند. انقباضات، افزایش­های زودگذری را در میزان mRNA ایجاد می­کنند. برای بسیاری از گروه­های ژنی، معمولا 3 الی 12 ساعت پس از فعالیت ورزشی به اوج خود می­رسند و در حدود 24 ساعت بعد به سطوح پایه خود باز می­گردند. بنابراین، دورهای مکرر فعالیت ورزشی منجر به افزایش­های حاد در فعالیت ترجمه­ای و سنتز پروتئین متعاقب آن می­شود. در نتیجه، سازگاری طولانی مدت به تمرین احتمالا ناشی از اثرات تجمعی هر دور فعالیت ورزشی کوتاه مدت است که به سمت تغییر در سطح پایه پروتئین های بخصوص و آستانه­ی عملکردی جدید هدایت می­کند(27).

 

2-2-2- فعالیت ورزشی

در قرن 21 نداشتن فعالیت بدنی به عنوان چهارمین فاکتور خطر آفرین برای مرگ ومیر در جهان شناخته شده است(29). فعالیت بدنی مناسب و فعالیت ورزشی نقش مهمی را در ترویج سلامتی و تناسب اندام، پیشگیری از بیماریها و معالجه و بازیابی  شرایط سلامتی بازی می­کنند(30).

 

  2-2-2-1- فعالیت ورزشی تناوبی سرعتی

تمرین تناوبی از ابتدای قرن بیستم در فعالیت­های ورزشی رقابتی مورد استفاده قرار می­گرفته است. این تمرینات را برای اینکه بتوانند سرعت­هایشان را به سرعت مسابقه­شان نزدیک کنند استفاده می­کردند. فعالیت ورزشی تناوبی شکل ناپیوسته­ی فعالیت ورزشی استقامتی است که بوسیله­ی دورهای کوتاه با شدت بالا که توسط دورهای استراحت یا فعالیت با شدت پایین قطع می­شوند، شناخته می­شود. منطق برنامه تمرینی تناوبی این است که مجموع کل زمان فعالیت ورزشی شدید بیشتر از یک دور فعالیت ورزشی تداومی با همان شدت تا خستگی باشد(31). تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT)، در شکل­های گوناگون، امروزه یکی از موثرترین وسیله­های بهبود عملکرد تنفسی و متابولیکی و همچنین عملکرد فیزیکی ورزشکاران است(3, 32). با وجود اینکه معنی جامع و کلی برای تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT) وجود ندارد، تمرین تناوبی با شدت بالا معمولا به جلسات تکراری فعالیت ورزشی نسبتا کوتاه تناوبی گفته می­شود که اغلب یا با تمام تلاش و یا در شدتی نزدیک به VO2peak صورت می­پذیرد. بسته به شدت تمرین، یک تلاش ممکن است از چند ثانیه تا چند دقیقه طول بکشد، که بوسیله­ی چند دقیقه استراحت یا فعالیت ورزشی کم شدت از دیگر تلاش­ها جدا می­شود(33, 34). برای استفاده از تمرینات تناوبی با شدت بالا 9 متغیر تغییر پذیر وجود دارند کهبا تغییر هر یک از آنها می­توان روی پاسخ­های فیزیولوژیکی حاد به تمرین تناوبی با شدت بالا اثر گذاشت. آن 9 متغیر عبارت­اند از : شدت و مدت تناوبی فعالیت، شدت و مدت تناوبی استراحت، ماهیت فعالیت ورزشی، تعداد تکرار، تعداد ست­ها و همچنین شدت و مدت استراحت بین ست­ها(3). برای نزدیک به یک قرن است که ورزشکاران از شکل­های کلاسیک تمرین تناوبی با شدت بالا استفاده می­کنند (تکرارهای 30 ثانیه­ای فعالیت ورزشی که با 30 ثانیه استراحت جئا شده یا 4-2 دقیقه دویدن­های تکراری تناوبی با شدت بالا اما زیر بیشینه) اما امروزه موجی از پژوهش­ها علاقه­مند به آزمایش اثرات دویدن­های کوتاه با حداکثر سرعت و تلاش­های با تمام شدت، هم در رشته­های میدانی و هم آزمایشگاهی هستند(4). این شدت ویژه شامل تمرین تکراری سرعتی (Repeated sprint training) که بین 3 تا 7 ثانیه طول می­کشد و با دورهای استراحتی که معمولا کمتر از 60 ثانیه است جدا می­شود، یا تمرین تناوبی سرعتی (Sprint interval training) که برای 30 ثانیه با تمام شدت به طول می­انجامد و بوسیله­ی دوره­های استراحت غیرفعال 2 تا 4 دقیقه جدا می­شود(3).

 

2-2-2-2- فعالیت ورزشی اکسنتریک

حرکت، فعالیت بدنی و ورزش­ها نیازمند تولید نیرو بوسیله­ی تارهای عضله اسکلتی هستند. این نیرو می­تواند در حالی که عضلات ثابت هستند یا کوتاهتر می­شوند و یا در طول افزایش می­یابند تولید شود. در اکثر انواع فعالیت بدنی، عضلات بین فعالیت عضلانی ثابت و پویا تغییر می­کنند. فعالیت های عضلانی پویا می­­توانند به دو گروه فعالیت­های عضلانی کانسنتریک و اکسنتریک تقسیم شوند(26). در طی فعالیت­های اکسنتریک، عضلات کشیده می­شوند در حالی که نیرو تولید می­کنند. به دلیل اینکه مقاومت خارجی در خلاف جهت کوتاه شدن حرکت می­کند، طویل شدن رخ می­دهد. انقباض­های طویل شونده سطوح نیروی بزرگتری را نسبت به انقباض­های کوتاه شونده تولید می­کنند در حالی که واحدهای حرکتی کمتری را مورد استفاده قرار می­دهند(6, 35, 36). فعالیت­های اکسنتریک می­توانند به صورت داوطلبانه باشند، مثل زمانی که هالتر را بعد از حرکت جلو بازو پایین می­آوریم یا غیر داوطلبانه باشند، مثل زمانی که شخص از افتادن یک شی سنگین جلوگیری می­کند. از آنجایی که جابه­جایی فعالیت اکسنتریک در خلاف جهت فعالیت کانسنتریک استاندارد است، فعالیت­های عضلانی اکسنتریک بعضی اوقات به عنوان کار منفی شناخته می­شوند(26).درون هر حرکتی که انجام می­شود، عضله آگونیست اغلب (نه همیشه) هر دو بخش انقباض (اکسنتریک و کانسنتریک) را طی می­کند و به این دلیل انقباض اکسنتریک به عنوان بخش ضروری هر حرکتی در نظر گرفته می­شود. بویژه به عنوان بخشی از فعالیت ورزشی نیز عمل می­کنند(37). یک مثال معمول از فعالیت ورزشی اکسنتریک، دویدن در سراشیبی است. هنگامی که ما روی شیب به پایین قدم می­گذاریم، عضله چهارسر منقبض شده میزان تا شدن زانو را بر علیه نیروی جاذبه کنترل می­کند و در این فرایند عضله تحت یک انقباض اکسنتریک در هر گام قرار دارد(6). در عمل اکثر عضلات پا برای حمایت از وزن بدن در مقابل جازبه و نیز جذب شک­های وارده به عنوان بخشی از یک چرخه­ی معمولی راه رفتن بصورت اکسنتریکی عمل می­کنند. در طی دویدن در سراشیبی نقش اکسنتریکی عضلات ضد جاذبه واضح­تر است(15).

 

2-2-3- پاسخ سلولی

عضله اسکلتی بافتی انعطاف­پذیر است که در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی قادر به انجام تغییرات در نوع و میزان پروتئین­ها است. فرایند تبدیل سیگنال مکانیکی حاصل از انقباض به رخدادی مولکولی که باعث ایجاد سازگاری در عضله اسکلتی می­شود، شامل تنظیم مثبت پیام­بر­های اولیه و ثانویه است. این رویداد آغازگر آبشاری از اتفاقات است که منجر به فعالیت و یا سرکوبی مسیرهای سیگنالینگ ویژه­ی بیان ژن ناشی از فعالیت ورزشی و همچنین سنتز یا تخریب پروتئین می­شود(27). عضله اسکلتی سازگاری بسیار بالایی نسبت به استرس­هایی که روی آن قرار می­گیرد دارد و به آن­ها پاسخ می­دهد. این نیاز­ها و درخواست­ها گوناگون است، از رشد، حفظ ساختار، عملکرد ورزشی شدید تا بهبود آسیب. بعلاوه­ی این پاسخ­های فیزیولوژیکی مثبت، عضله اسکلتی با افزایش سن، استفاده نکردن و بیمار­ها دچار کاهش در جرم و عملکرد می­شود(38). حال در این بین به بررسی دو مورد از این پاسخ­ها می­پردازیم.

 

 

 

 

 

2-2-3-1- آپوپتوزیس

واژه آپوپتوزیس بوسیله­ی کر[1]و همکاران معرفی شد تا توصیف کننده یک سری تغییرات مورفولوژیکال معمول باشد که با مرگ سلول­ها در بافت­های گوناگون همراه می­شود(39). آپوپتوزیس شکل ویژه مرگ سلولی است که نقش مهمی را در توسعه، تنظیم رشد و بیمار­ها بازی می­کند(40, 41). چندین شاخصه معین آپوپتوزیس شامل: چروک­خوردگی سلولی، اجزای پلاسمایی متورم شده، تراکم کروماتین، تکه تکه شدن DNA به تکه­هایی با سایز اولیگونوکلئوتیدها و تشکیل اجسام آپوپتوتیکی(41, 42). در حین رشد و نمو انسان آپوپتوزیس بصورت معمولی رخ می­دهد و همچنین بعنوان مکانیسم همئوستاتیکی برای حفظ جمعیت سلول­ها در بافت عمل می­کند. بعلاوه آپوپتوزیس بعنوان یک سیستم دفاعی نیز عمل می­کند. به عنوان مثال عکس­العمل­های ایمنی یا زمانی که سلول­ها بوسیله­ی بیماری­ها آسیب می­بینند. با این حال شرایط و محرک­های متنوع و وسیعی وجود دارند، هم فیزیولوژیکی و هم پاتولوژیکی، که می­توانند آپوپتوزیس را فعال کنند، لازم و ضروری نیست که تمام سلول­ها در پاسخ به آپوپتوزیس بمیرند. پرتونگاری یا مصرف دارو­هایی که برای درمان سرطان به کار می­روند، همگی منجر به تخریب DNA در برخی از سلول­ها می­شوند که می­تواند از طریق مسیر وابسته به p53 به سمت مرگ آپوپتوتیک هدایت شود. برخی هورمون­ها از قبیل کورتیکواستروئیدها نیز ممکن است هدایت کننده مرگ آپوپتوتیک در بعضی سلول­ها باشند، با این حال بقیه سلول­ها تاثیر نمی­پذیرند یا حتی تحریک نمی­شنود(43). بر اساس تئوری Ying Yang تمام مواد شامل دو وجه می­باشند. Yin وجه منفی و Yang وجه مثبت است. همزیستی در تعادل این دو وجه، به عنوان کلیدی برای سلامت کلی سیستم بیولوژیکی در نظر گرفته می­شود. مطابق با این نظریه، به دست آوردن و از دست دادن عملکرد ژن­ها در الگوی آپوپتوتیک هسته، به عنوان اختلال هومئوستاز سلولی مطرح می­شود که می­تواند منجر به رخدادهای پاتوژنیک اولیه­ای شود که به بیماری­ها ختم می­شود. در واقع اکنون شواهد قانع­کننده­ای وجود دارد که آپوپتوزیس نارسا می­تواند به عنوان سرطان یا بیماری­های خود ایمنی ظاهر شود و از طرف دیگر مرگ سلولی شتاب گرفته در بیماری­های degenerative حاد و مزمن شرکت می­کند(12).آپوپتوزیس و نکروزیس مستقل از یکدیگرند همچنین فرایند­هایی که به طور همزمان می­توانند از محرک­هایی همچون دمای بالا، استرس اکسیداتیو، پرتونگاری UV و داروهای ضد سرطان سیتوتوکسیک ناشی شوند نیز از یکدیگر مستقل هستند. آپوپتوزیس فرایند وابسته به انرژی و هماهنگ شده است که شامل فعالیت یک سری از پروتئازهای سیستئینی (caspases) و آبشار پیچیده­ای از وقایع است در حالی که مرگ سلولی از دید نکروزیس شامل بیان ژن نیست و فرایند هدایت شده­ی خارجی مجهولی است که بعد از مرگ سلولی که در غیاب هیچ نوع از متابولیک­های خود شرکت کننده رخ می­دهد اتفاق می­افتد(44). در کل تفاوت­های مشخصی بین مرگ سلولی نکروتیک و آپوپتوتیک وجود دارد که می­تواند هم مشاهده و هم اندازه­گیری شود(10). آپوپتوزیس می­توتند بوسیله­ی محرک درونی و بیرونی فعال شود. فاکتورهای بیرونی که به گیرنده­های مرگی که روی سطح بیرونی سلول قرار دارند می­چسبند و رخدادهای سلولی درونی به سمت ترشح مولکول­های مرگ ویژه از درون میتوکندری هدایت می­شوند(41). مسیرهای سیگنالینگ بیرونی که آغازکننده آپوپتوزیس هستند شامل فعل و انفعالاتی با واسطه­ی گیرنده­های گذرنده هستند. این­ها شامل گیرنده­های مرگی هستند که عضو خانواده بزرگ ژن گیرنده TNF هستند(45). اعضای خانواده گیرنده TNF دامنه­های بیرون سلولی غنی از سیتئین[2] را به اشتراک می­گذارند و دارای یک دامنه سیتوپلاسمیک 80 آمینواسیدی هستند که دامنه مرگ خوانده می­شوند(46). این دامنه مرگ نقش قطعی در انتقال سیگنال­های مرگ از سطح سلول به مسیرهای سیگنالی درون سلولی دارد. بهترین لیگاندها و گیرنده­های مرگ مشخص شده و مربوط شامل FasL/FasR، TNF-α/TNFR1، Apo3L/DR3، Apo2L/DR4 و Apo2L/DR5 می­باشد(43). مسیرهای سیگنالینگ درون سلولی  آغازکننده آپوپتوزیس شامل گروهی کاملا متفاوت از محرک­های بدون واسطه گیرنده هستندکه سیگنال­های درون سلولی تولید می­کنند که بطور مستقیم روی اهداف درون سلول عمل می­کنند.محرک­هایی که آغازگر مسیر درونی هستند سیگنال­های درون سلولی تولید می­کنند که ممکن است هم بصورت منفی و هم مثبت عمل کنند(43). تنظیم و کنترل رخدادهای آپوپتوتیک درون میتوکندری از طریق پروتئین­های اعضای خانواده Bcl-2 انجام می­گیرد(47). پروتئین سرکوب کننده تومور p53 نقشی قطعی در تنظیم پروتئین­های خانوداه Bcl-2 بازی می­کند(48). پروتئین­های خانواده Bcl-2 نفوذپذیری عضو­های میتوکندری را کنترل می­کنندو هم به عنوان پیش برنده آپوپتوز می­توانند باشند و هم به عنوان جلوگیری کننده آپوپتوز. برخی از پروتئین­های جلوگیری کننده آپوپتوز شامل Bcl-2, Bcl-x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w, BAG و برخی پروتئین­های پیش برنده آپوپتوز شامل Bcl-10, Bax, Bak, Bid, Bad, Bim, Bik و Blk می­شوند(43). در دهه گذشته، پژوهش­ها نشان دادند که FOXOs نقشی قطعی در فرایندهای سلولی متنوع و گسترده­ای بازی می­کنند. در هنگام ترجمه، FOXOs ژن­های هدف پایین دستشان را فعال یا سرکوب می­کنند بدین وسیله نقش مهمی را در تکثیر، آپوپتوزیس، آتوفاژی، متابولیسم، التهاب، تمایز و مقاومت سلولی بازی می­کنند(49, 50). فاکتورهای رونویسی FOXOs به عنوان تنظیم کننده کلیدی رشد سلول ضروری هستند. پروتئین­های FOXOs آپوپتوزیس را بوسیله­ی تعدیل کردن بیان پروتئین­های BH3-only (BNIP3، Bim) و لیگاندهای گیرنده­های مرگ (TRAIL، FasL) تنظیم می­کنند که با توجه به توضیحات بالا به روش­های درونی و بیرونی عمل می­کنند(12). بعد از اینکه عضو ژنی در Drosophila پیدا شد آن را Forkhead یا فاکتور ترجمه خانواده مارپیچ بالدار نامیدند(51). اعضای خانواده یک انقیاد DNAای 100 آمینواسیدی بهم فشرده را به اشتراک می­گذارند یا دامنه FOX یک شکل مارپیچ بالدار متصل به DNA را کدگذاری می­کند(52). بر اساس همولوگ­های موجود در این بخش، ژن­های forkhead به 19 زیر گروه زن­های FOX دسته بندی می­شوند، FOX A – FOX S. در حالی که برخی از آن­ها در انواع بافت­های مختلف بیان می­شوند، برخی دیگر فقط در محدوده های زمانی مکانی مشخص شده بیان می­شوند(12, 53). فاکتور­های رونویسی FOX که متعلق به زیرگروه O هستند (FOXO)، فقط شامل یک عضو در Caenohabdiatis elegans (dauer formation-16) و Drosophila (dFOXO) و چهار عضو (FOXO1,3,4,6) در پستانداران هستند(12). FOXO1 و FOXO3  تقریبا در تمام بافت­ها بیان می­شوند. FOXO4 در عضله اسکلتی، کلیه و بافت روده بزرگ بیان می­شود در حالی که FOXO6 عمدتا در مغز بیان می­شود(49).

مطلب مشابه :  تمرینات مقاومتی گروهی

 

2-2-3-2- تغییر فنوتایپ عضله اسکلتی

عضله پستانداران سیستم پویایی است که به محرک­های محیطی پاسخ می­دهد و همچنین ظرفیت قابل توجهی دارد که می­تواند به سرعت برای تغییرات در نیازهای عملکردی سازگار شود. خاصیت انعطاف­پذیری بالای بافت عضلانی است که منجر به عملکرد موثرتر عضله بر دامنه­ی وسیعی از شرایط ضروری برای بقا شده است(54-57). اصول این عملکرد در کنترل عصبی قدرتمند و در انواع تارهای متعدد قابل دسترس درون هر عضله، یافت می­شود. این تنوع تار­های عضلانی به درجه­ی بالای تنوع مولکولی، که ناشی از وجود ایزوفرم­های پروتئین­های متعددی است که در فرایند انقباض دخیل­اند، تنظیم یون کلسیم پویا، آنزیم­های متابولیسمی بینابینی، گیرنده­های سطح سلولی و عناصر سیتواسکلتون، مربوط می­شود(54). عضله اسکلتی انسان بافتی است که از بخش­های مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به تارهای عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت­اند. روش­های متفاوتی برای دسته­بندی تارهای عضله اسکلتی مورد استفاده قرار می­گیرد، که شامل تکنیک­های هیستوشیمیایی، از قبیل لکه­گذاری آنزیم ATPase و اکسیداتیو، اندازه­گیری انقباضات یا سرعت کوتاه شدن تار و تعیین ایزوفرم­های زنجیره سنگین میوزین بوسیله­ی الکتروفورزیس پروتئین(26). با توجه به پژوهش­های پیشین، دسته­بندی تارهای عضلانی کند و تند وابسته به نوع پروتئین میوزینی است که بیان می­کنند. میوزین پروتئینی ساختاری و عملکردی است که در سارکومر عضله قرار دارد و زنجیره سنگین میوزین (MHC) عضو ضروری میوزین است(58).نقش اصلی میوزین به عنوان یک موتور مولکولی در فیزیولوژی سلول عضله و وجود چندین ایزوفرم میوزین که به طور گوناگونی در تارهای مختلف توزیع شده­اند، باعث شده است که میوزین به عنوان بهترین نشانگر برای تعیین نوع تار باشد(56). سرعت و توان تولید شده بوسیله­ی تارهای اشخاص در اصل بوسیله­ی ویژگی­های ایزوفرم­های میوزین تعیین می­شود(54). مجموع 11 ایزوفرم MHC در عضلات پستانداران بزرگسال مشخص شده است. که برخی از آن­ها به شکل گسترده­ای در عضلات وجود دارند، با نام­های MHCIβ, MHCIIa, MHCIId و MHCIIb (59). در عضله اسکلتی جوندگان بزرگ، پروتئین MHC به شکل چهار ایزوفرم وجود دارد، نوع کند I و انواع تند IIa، IIx و IIb، در حالی که از ایزوفرم­های تند MHC فقط پروتئین­های نوع IIa و IIx در عضله اسکلتی انسان بیان می­شوند(54, 56, 59). گوناگونی در انواع تارها برای دست پیدا کردن به وظایف بخصوص و ویژه ضروری است. به طور معمول، ایزوفرم نوع I کند MHC (MHC-I)، در عضلات وضعی بیان می­شوند، که نقش کلیدی برای عملکرد ضد جاذبه­ای ایفا می­کنند. این عضلات کند انقباض بوسیله­ی میزان کم سرعت کوتاه شوندگی ماکزیمم شناخته می­شوند اما مقاومت در برابر خستگی را از خود نشان می­دهند، بنابراین قادر به حفظ فعالیت انقباضی برای دوره­های زمانی طولانی هستند. در مقابل، MHC-IIb و یا MHC-IIx در میوتارهایی بیان می­شوند که بوسیله­ی سرعت تند انقباضی شناخته می­شوند و در تلاش­های انفجاری تناوبی شرکت می­کنند اما قادر به حفظ فعالیت انقباضی در طول زمان نیستند. با این حال ایزوفرم­های MHC به طور متداول به عنوان نشانگر مولکولی برای مشخص کردن انواع تار به کار می­روند(54). تارهای عضلانی ساختار پویایی هستند که تحت شرایط مختلف قادر به تغییر فنوتایپشان هستند، برای مثال فعالیت عصبی عضلانی متغیر، اضافه یا کاهش بار مکانیکی،تمرین ورزشی، نیمرخ­های هورمونی تغییر یافته (بخصوص هورمون­های تیروئیدی) و افزایش سن. تغییرات در ایزوفرم­های MHC به یک طرح کلی تبدیل از تند به کند و از کند به تند تمایل دارد :MHCIIa ↔MHCIId ↔MHCII↔MHCIβ (59).

فعالیت عصبی عضلانی: فعالیت عصبی عضلانی برای شکل دادن فنوتایپ­های تار­های عضلانی بخصوص در طی دوران رشد و همچنین برای حفظ ویژگی­های فنوتایپیشان مهم است. اثر فعالیت عصبی بر فنوتایپ عضلانی در آزمایشات متعدد قطع عصبی نشان داده شده است. در غیاب تغذیه عصبی، عضلات کند به تند و عضلات تند به کند تبدیل می­شوند. لازم به ذکر است که در شرایط قطع عصبی، تحریکات با فرکانس پایین مزمن (CLFS)[3] منجر به انتقال تند به کند می­شوند، همچنین تحریکات با فرکانس بالا فازیک[4] منجر به انتقال کند به تند می­شوند(58, 59).

اضافه یا کاهش بار مکانیکی :همانند CLFS، کشش و بار مکانیکی باعث انتقال تند به کند می­شود اگرچه برخلاف CLFS این روش افزایش فعالیت عصبی عضلانی را نشان نمی­دهد. اثر برداشتن بار مکانیکی روی مدل­های مختلفی از جمله بریدن تاندون، محدود کردن حرکت به موقعیتی کوتاه، بی­حرکت کردن اندام تحتانی و محیط با جاذبه کم برای ایجاد بی­وزنی، مطتلعه شده است. تحت این شرایط عضلات کند به تند تبدیل می­شوند(58, 59).

تمرین ورزشی :سازگاری ایجاد شده توسط فعالیت عصبی عضلانی افزایش یافته ناشی از تمرین ورزشی در عضله از نظر کیفیت مشابه تحریکات بافرکانس کم است ولی از لحاظ کمیت کمتر از آن است. با این حال تمرین ورزشی انتقال تند به کند را در انواع تار­ها و ایزوفرم­های میوزین باعث می­شود(59).

هورمون­ها :برخی هورمون­ها تاثیر عمیقی بر ترکیب نوع تار عضلات بخصوص می­گذارند. هورمون تیروئید بیشترین اثر را روی فنوتایپ­ تار­های عضله دارد. در کل، کم کاری تیروئید باعث انتقال تند به کند می­شود، در صورتی که پرکاری تیروئید بصورت عکس عمل می­کند(58, 59).

افزایش سن :علاوه بر آتروفی عضلانی، پیشنهاد شده است که افزایش سن باعث انتقال تند به کند می­شود(58, 59).

FOXO1 و تغییر نوع تار: نشان داده شده است که زیرگروه O فاکتورهای رونویسی مارپیچ بالدار forkhead (FOXO)، عملکردهای مختلف سلولی را تنظیم می­کنند، از جمله: متابولیسم، چرخه سلولی،آپوپتوزیس و آتروفی عضلانی. فعالیت رونویسی FOXO1 بوسیله­ی مکانیسم­های سیگنالینگ گوناگونی تنظیم می­شود، که شامل فعالیت Akt ناشی از PIK3 است، که بطور مستقیم FOXO را فسفوریله می­کند و به سمت خروج هسته­ای و غیر­فعال شدن هدایت می­کند(60). اگرچه نقش فیزولوژیکی FOXO1 در عضله اسکلتی هنوز روشن نیست اما نتایج پیشنهاد می­کنند که پروتئین FOXO1 انتقال تار کند به تند را تنظیم می­کند و ظرفیت اکسیداتیو عضله را از طریق جلوگیری از مسیر کلسینرین[5] کاهش می­دهد(60, 61). FOXO1 در توضیح بیش تنظیمی فاکتور­های مربوط به متابولیسم اسید چرب و افزایش ایزوفرم­های MHC IIB، نقشی کلیدی دارد(61). همچنین FOXO1 به عنوان یک تنظیم­کننده منفی توده عضله اسکلتی و بیان ژن­های مربوط به تار نوع I شناخته می­شود(62). بعلاوه لازم به ذکر است که فاکتور­های رونویسی FOXO (در اینجا FOXO1) در طی آتروفی عضلانی  بیان ژن­های مرتبط با تار نوع I (مثل PGC1-α[6]) را کاهش می­دهند که منجر به انتقال فنوتایپ عضله از اکسیداتیو کند به گلیکولیتیک تند می­شود(7, 63).

[1] Kerr

[2] cyteine

[3] Chronic low-frequency stimulation

[4] Phasic high-frequency stimulation

[5] Calcineurin

[6] Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1ὰ