Nykypäivänä vallitseva teoria luustolihasten supistumisprosessista julkaistiin ensimmäisen kerran noin 60 vuotta sitten. Tämän poikittaissilta -teorian mukaan selitetään, miten lihasolun sisällä olevat proteiinisäikeet, aktiini ja myosiini, liukuvat toistensa lomaan aiheuttaen lihaksen lyhenemisen. Teoria on varsin toimiva, mutta se ei kuitenkaan pysty selittämään eksentrisen (jarruttavan) lihastyön ominaisuuksia. Voisiko kolmas lihasproteiinisäie titiini selittää eksentrisen lihastyön suuren voimantuoton ja pienen energiankulutuksen?
Lihaksen supistuminen
Lihaksen supistuminen saa alkunsa aivojen tuottamasta sähköisestä impulssista, joka etenee hermoa pitkin lihakselle. Signaali siirtyy lihaksen sisään ja saa aikaan kalsiumionien vapautumisen lihasolun proteiinisäikeiden sekaan. Kalsiumin läsnä ollessa rinnakkain järjestäytyneet aktiini- ja myosiinisäikeet voivat tarttua toisiinsa eli muodostaa poikkittaisiltoja välilleen. Tällöin myosiinisäikeiden pienet väkäset kiinnittyvät aktiiniin ja alkavat kammeta säikeitä toisiaan pitkin, mikä saa sarkomeeriyksikön lyhenemään. Lihassolun useiden perättäisten sarkomeerien lyhentyessä koko lihas supistuu ja lyhenee. Prosessi kuluttaa sitä enemmän energiaa, mitä suurempaa voimaa tuotetaan.
Kuva lihaksen sarkomeeriyksiköstä. Aktiini- ja myosiinisäikeet ovat järjestäytyneet rinnakkain ja lihaksen supistuessa liukuvat toistensa lomiin. Titiini kiinnittää jousen tavoin myosiinisäikeet sarkomeerin Z-levyihin. Mukailtu lähteestä Alberts ym. 2008.
Titiinin rooli lihassupistuksessa
Konsentrisessa lihastyötavassa eli tuotettaessa voimaa lihaksen pituuden lyhentyessä, poikittaisillat joutuvat jatkuvasti irtoamaan ja kiinnittymään uudelleen liukumisen mahdollistamiseksi. Isometrisessä lihastyössä eli staattisessa lihassupistuksessa kaikki poikittaisillat voivat taas olla kiinni koko ajan, mikä mahdollistaa suuremman voimantuoton konsentriseen lihastyöhön verrattuna. Vastustaessaan lihaksen venymistä poikittaisillat pyrkivät pysymään kiinni mahdollisimman pitkään säikeiden välillä, mutta repeytyvät lopulta irti toisistaan. Teoreettisesti voimantuoton pitäisi olla tällöin melko heikkoa, mutta asian on havaittu olevan kuitenkin päinvastoin: kaikista suurin lihasvoima pystytään tuottamaan juuri eksentrisessä lihastyössä eli silloin kuin pyritään jarruttamaan lihaksen venymistä. Uusien tutkimusten mukaan tämä selittynee jättikokoisella titiini-proteiinilla, joka kiinnittää myosiinisäikeet sarkomeerin Z-levyihin. Lihassupistuksen aikana elastisen titiinin jousimainen rakenne muuttuu jäykemmäksi sekä se lyhentää omaa pituuttaan. Näiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta se vastustaa tehokkaasti sarkomeerin venymistä ja auttaa poikittaissiltoja pysymään kiinnittyneinä aktiinin ja myosiinin välillä.
Käytännön merkitykset
Eksentrinen lihastyö on tärkeässä roolissa jokapäiväisessä
liikkumisessa liikkeiden hallinnassa sekä liikkuvuuden ja voimantuoton säätelyssä. Uusien havaintojen
mukaan titiini näyttäisi olevan tärkeä tekijä lihasvoiman säätelyssä ja erityisesti juurikin jarruttavan lihastyön kohdalla. Titiinin aktivoiminen ei kuluta elimistön energiamolekyylejä, joten se myös parantaa vähäisen energiankulutuksensa kautta liikkumisen tehokkuutta. Jarruttavassa lihastyössä vaikuttavat suuret voimat, mutta vähäinen energiankulutus tekee siitä varsin hyvän harjoitusmuodon muun muassa urheilijoille ja kuntoutujille. Eksentristä harjoittelua pidetäänkin turvallisena harjoittelumuotona esimerkiksi urheiluvammoista toivuttaessa tai iäkkäiden henkilöiden kohdalla. Titiinin käyttäytymisen tarkempi selvittäminen auttaa meitä ymmärtämään lihaksen supistumismekanismeja paremmin, jolloin pystymme kehittämään entistä parempia harjoitusmuotoja erilaisille kohderyhmille.
Lähteet
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. 2008. Molecular Biology of the Cell, 5. painos. ISBN 978-0-8153-4106-2.
Hessel, A., Lindstedt, S. & Nishikawa, K. 2017. Physiological Mechanisms of Eccentric Contraction and Its Applications: A Role for the Giant Titin Protein. Frontiers in Physiology 8: 70.
Herzog, W., Powers, K., Johnston, K. & Duvall, M. 2015. A new paradigm for muscle contraction. Frontiers in Physiology 6: 174.
Nishikawa, K. 2016. Eccentric contraction: unraveling mechanisms of force enhancement and energy conservation. Journal of Experimental Biology 219: 189-196.