какой метод применяется для усиления синтеза сократительных белков и увеличения мышечной массы
Синтез и распад белка в скелетных мышцах человека во время и после упражнений
Авторы: Vinod Kumar, Philip Atherton, Kenneth Smith, Michael J. Rennie.
Скелетные мышцы демонстрируют удивительную пластичность в ответ на изменения типа, продолжительности и интенсивности нагрузки, которые могут вызвать гипертрофию или атрофию, ограниченную гиперплазию и дифференциальную экспрессию множества белков и даже целых органелл, таких как митохондрии, с результирующими изменениями метаболизма субстратов и белков. С целью лучшего описания упражнения традиционно подразделяются на «аэробные / на выносливость» и «с отягощением (силовые)». Основное видимое отличие упражнений на выносливость (то есть повторяющихся низкоинтенсивных сокращений, которые могут выполняться продолжительное время) – смещение фенотипа в сторону возрастания количества волокон с более высокими окислительными способностями, в то время как повторные упражнения с отягощением (представляющие собой сокращения высокой интенсивности) вызывают гипертрофию волокон (и, вероятно, некоторую гиперплазию вследствие активации клеток-сателлитов). В реальности присутствует существенное «перекрытие» между вариантами ответов, это происходит вследствие восприятия и распределения мышцей сигналов в ответ на активность, которые приводят к постоянной адаптации к специфичной природе, интенсивности и продолжительности упражнений. В предлагаемом обзоре упражнения будут разделяться на «резистивные» (с дополнительным отягощением) и «нерезистивные» (без отягощения)…
Средства и методы воспитания скоростно-силовых качеств
Итак, начиная описание основных средств и методов воспитания скоростно-силовых качеств. В первую очередь мы опишем средства применяющееся в системе спортивной подготовки для воспитания скоростно- силовых качества спортсмена.
Авторами, чьи работы внесли значительный вклад в дело изучения средств оказывающих развивающее влияние на скоростно- силовые качества являются следующие: Ю. М. Арестов, Б. А. Васильев, Ю. В. Верхошансткий, М. А. Годик, И. А. Денисов, Р. В. Жердочко, В. П. Климин, В. А. Коваленко, В. И. Колосков, Л. П. Матвеев, С. М. Минаков, В. П. Недобывайло, Э. П. Позюбанов, И. П. Ратов, С. П. Рябинин, В. П. Савин, Ф. В. Шевченко, А. П. Шумилин, Т. Hopper.
Вывод, сделанные нами в целом подтверждается данными полученными С. П. Рябининым, А. П. Шумилиным о том, что основные направления методики воспитания скоростно- силовых качеств, опираются на три основополагающих момента физиологии человека: уровень и специфику межмышечной координации, уровень и специфику внутримышечной координации, собственную реактивность мышц.
Для совершенствования межмышечной координации применяются упражнения, сходные с основными соревновательными упражнениями.
Для совершенствования внутримышечной координации применяются такие упражнения, которые позволяют центральной нервной системе: одновременно включать в работу наибольшее количество двигательных единиц, добиваться высокой частоты импульсации мионов мотонейтонов, добиваться оптимальной синхронизации функционирующих мотонейронов. От согласования работы этих нейрофизиологических составляющих зависит степень внутримышечной координации. Для того чтобы вызвать наибольшие физиологические сдвиги применяют упражнения с большой нагрузкой, например с отягчением.
Для совершенствования собственной реактивности следует применять такие силовые упражнения, где величина отягощения варьируется в пределах 7- 13 от повторного максимума. Экспериментально доказано, что эта величина отягощения способствует увеличению собственной реактивности мышц. А при повторном максимуме 1- 3 и 4- 6 совершенствуется внутримышечная координация.
В качестве основных средств воспитания скоростно- силовых качеств применяют упражнения характеризующихся высокой мощностью мышечных сокращений (Л. П. Матвеев [30, 31]). Такие упражнения классифицируют как скоростно- силовые.
Состав скоростно- силовых упражнении весьма разнообразен. В него входят: прыжки, метания, толкания, броски и быстрое поднимание различных снарядов и тд.
Теперь, более подробно рассмотрим средства чаще других использующихся для воспитания скоростно- силовых качеств.
Применения упражнений с использованием отягощения является одним из наиболее часто встречающихся способов, воспитания скоростно- силовых качеств. Это удобный и доступный способ, доказавший свою эффективность. Данное утверждение подтверждается данными И. П. Ратова о том, что даже использование относительно не большого отягощения при максимально быстрых движениях позволит достичь таких же степеней мышечного напряжения и показателей максимальной и средней силы, а следовательно, и такой же силы раздражителя, как и при упражнениях с большим отягощением.
Отягощение применяется как для локального развития скоростно- силовых качеств отдельных групп мышц, так и для их функциональных обеднений, формирующихся в условиях выполнения соревновательных технических действий. Для этого используется два основных диапазона отягощения 30- 50 % для соревновательных действий, в которых преодолевается незначительное внешние сопротивления и требуется в основном развитие стартовой силы, и 50- 70% при более значительном внешнем сопротивлении, когда необходимо развивать ускоряющую силу. Для последнего диапазона характерно, относительно пропорциональное развитие силовых, скоростных и взрывных качеств (В. П. Недобывайло).
Прыжковые упражнения, это весьма эффективный способ воспитания скоростно- силовых качеств мышц. Для этой цели применяют пружки различных типов: в длину, в высоту, в глубину, на возвышение с возвышения и через него и тд. Для наиболее эффективного применения прыжковых упражнений важно делать акцент, не на мощное, а на быстрое отталкивание. При условии использования этих упражнений спортсменами высокой квалификации отмечено, что они способствуют совершенствованию как максимальной, так и взрывной мышечной силы. Выше сказанное подтверждается опытными данными, полученными ниже указанными авторами в следующих видах спорта: хоккей (В. П. Климин, В. И. Колосков), теннис (Н. Ю. Верхошанская), футбол (Ю. М. Арестов, М. А. Годик), гимнастика (Ф. В. Шевченко2), велосипедный спорт (Б. А. Васильев, С. М. Минаков), конькобежный спорт (В. А. Коваленко).
В особую группу Ю. В. Верхошанский выделяет, упражнения связанные с мгновенным преодолением ударно воздействующего отягощения, которые направленны на увеличение мощности усилий, связанных с наиболее полной мобилизацией реактивных свойств мышц (ударный режим).
Для достижения максимального специального результата в воспитании скоростно- силовых качеств. Упражнения в ударном режиме используется в специфичных для конкретного вида спорта движениях. Значительный вклад в разработку донного метода внесли: В. П. Савин (применение Ударного режима в тренировке хоккеистов), И. А. Денисов, Э. П. Позюбанов (разработка способа применения ударного метода для воспитания скоростно- силовых качеств мышц разгибателей верхних конечностей, по средствам применения специального тренажерного устройства).
При выборе средств воспитания скоростно- силовых качеств необходимо учитывать квалификацию спортсмена и его специализацию. Т. к. одно и то же упражнение не одинаково влияет на начинающих и на опытных спортсменов.
Для плодотворного использования скоростно- силовых упражнений предельной интенсивности необходимо, освоение техники схожих скоростных упражнений в облегченных условиях и оптимальная подготовка опорно- двигательного аппарата к интенсивным нагрузкам. В рамках конкретного занятия эффективное и безопасное выполнения скоростно- силовых упражнений возможно лишь при условии достаточной подготовки организма спортсмена по средствам адекватно проведенной вводной части занятия. Особенно это важно в отношении упражнений применяющихся при тренировках в ударном режиме. На основе эмпирических исследований выяснилось, что подобные упражнения следует применять следующим образом: число повторений в одной серии 5- 10, число серий в рамках отдельного занятия 2- 4, интервалы активного отдыха 10- 15 мин., число занятий в недельном цикле 1- 2, (Ю. В. Верхошанский). Далее представляем описания методов использующихся для совершенствования скоростно- силовых качеств. Авторами, проводившими исследования по этой теме были: Ю. В. Верхошанский, Н. И. Волков, А. Н. Воробьев, С. В. Кузнецов, Д. В. Максимов, Э. Н. Несен, А. А. Осипенко. Н. В. Селуянов, С. В. Степанов, С. Е. Табаков, Ж. К. Холодов.
Основным методическим путем улучшения скоростно- силовых качеств по утверждению биохимиков Н. И. Волкова, Э. Н. Несен, А. А. Осипенко [12] является, подбор средств и методов, которые могли бы улучшить АТФ- азную активность миозина и усилить синтез сократительных белков в мышцах В скоростно- силовых видах спорта для решения этих задач используются два основных метода, методы максимальных усилий и повторных предельных упражнений.
Одним из основных методов воспитания скоростно- силовых качеств считается, метод динамических усилий (Ж. К. Холодов, С. В. Кузнецов). Он заключается в создании максимального силового напряжения посредствам работы с непредельным отягощением с максимальной скоростью.
Также в современной спортивной практике весьма распространено применимее, вариативного метода. Основная цель его применения, направленное воздействие на механизм включения мышц в деятельное состояние. Необходимо чередовать степень противодействующего воздействия (отягчение, веса собственного тела) во время выполнения упражнений. То есть, чередовать легкие веса с тяжелыми, медленное выполнение с быстрым, используя отягощение и без него (А. Н. Воробьев, С. В. Степанов).
Ю. В. Верхошанский, особо выделяет группу методов, основанных на использовании тонизирующего следового эффекта, который создаются преодолением повышенного отягощения (90- 95%) непосредственно перед выполнением скоростно- силовой работы. Фактором содействующим в этом случае, является остаточное нервно- мышечное возбуждение, созданное предшествующим интенсивным напряжением.
Согласно утверждению Д. В. Максимова, Н. В. Селуянова, С. Е. Табакова, проявления скоростно- силовых качеств совершенствуется если растет масса миофибрилл в мышечном волокне и совершенствуется управление двигательными единицами. Они также утверждают, что наибольшей прирост достигается за счет увеличения мышечной силы.
Далее приводятся перечень авторов, чьи работы связаны с обозначенной проблемой: А. Н. Воробьев, В. И Дубровский, С. В. Кузнецов, В. И. Лях, С. П, Рябинин, В. Н. Федорова, Ж. К. Холодов, А. П. Шумилин.
Современная методика воспитания силовых качеств использует, преодолевающий, устающий и удерживающий режимы работы, а также их комплексное применение (В. И Дубровский, В. Н. Федорова).
Также, В. И Дубровский, В. Н. Федорова отмечают, что в уступающем режиме мышцы могут проявлять гораздо большую силу по сравнению с преодолевающим. Упражнения в этом режиме эффективны при нагрузке 80- 120% от максимальной в схожем упражнении, но в преодолевающем режиме. Упражнения в уступающем режиме они рекомендуют применять в конце занятия. Положительная динамика в развитии силы отмечается также и при использовании метода принудительного растягивания мышц А. Н. Воробьева. Суть его в следующим, после серии подходов в силовых упражнениях целесообразно применять упражнения для растягивания мышц. Причем, чем сильнее растяжение, тем короче время воздействия.
Следует отметить, что силовая подготовка способствует повышению технического мастерства лишь в том случае, когда развиваются в первую очередь те группы мышц, которые нужны спортсмену для выполнения технических действий. При этом соотношение силы разных групп мышц должно находится в пределах оптимальных параметров, т. к. противное ведет к искажением в структуре технических действий.
В связи с тем, что биохимические процессы, происходящие в мышцах при скоростных и силовых нагрузках в большей степени схожи, можно утверждать, что развитие быстроты положительно влияет на развитие силы.
Средства развития быстроты это упражнения, с предельной и околопредельной скоростью (скоростные упражнения). В. И. Лях, разделяет их на три основные группы. Первая, упражнения, направленно взаимодействующие на отдельные компоненты скоростных качеств. Вторая, упражнения комплексного взаимодействия на все основные компоненты скоростных качеств. И третья групп, упражнения сопряженного воздействия.
В случае, когда требуется комплексное проявление скоростных качеств (например, спортивные игры и единоборства), скоростные упражнения систематизируют в три основные группы. Упражнения: использующиеся для развития быстроты реакций, использующиеся для развития скорости отдельных движений, характеризующиеся взрывным характером (Ж. К. Холодов, С. В. Кузнецов).
Среди методов позволяющих совершенствовать скоростные качества особо стоит выделить, метод строго регламентированного упражняя. Он включает в себя методы: повторного выполнения действий с установкой на максимальную скорость движений, вариативного упражнения с варьированием скорости и ускорений по заданной программе в специально созданных условиях. Важно отметить, что повторять скоростные упражнения нужно с интервалом отдых достаточным для восстановления скоростных качеств. Выполнение скоростной работы с более короткими интервалами отдых приводит к развитию скоростной выносливости.
Для развития быстроты спортсмена необходимо сочетать разные методы в их оптимальных отношениях. Т. к. однотипное повторение движений с максимальной скоростью может привести к возникновению «скоростного барьера».
Наиболее эффективно выполнять упражнения для развития скоростных качеств после комплекса общеразвивающих упражнений для совершенствования ловкости и силовых качеств после изучения нового материала (С. П, Рябинин, А. П. Шумилин [40]).
Особо стоит отметить, хотя игровой и соревновательный методы не являются специфичными для воспитания собственно силовых, скоростно- силовых и скоростных качеств. Их применение считается весьма эффективным и широко используется в современной спортивной подготовке.
Далее приводим характеристику основных средств и методов волевой подготовки применяемых для содействия развитию и воспитанию скоростно- силовых качеств. Авторами, работавшими в этой проблематики были: К. П. Жаров, Е. П. Ильин, А. Ц. Пуни, П. А. Рудик, С. П, Рябинин, И. М. Сеченов, Н. А. Худадов, А. П. Шумилин, Л. В. Юрасов [15, 21, 22, 37, 38, 39. 40, 42, 54, 57].
Проявления волевой сферы и в частности волевого усилия во многом зависят от морфофизиологических особенностей организма спортсмена от его пола и возраста (Е. П. Ильин [22]). Важнейшими задачами волевой подготовки, по мнению Н. А. Худадова [54], являются овладение умением мобилизовать волю для достижения поставленных целей, управлять своим эмоциональным состоянием, воспитать волевые качества необходимые для успеха в тренировке и соревновании.
А. Ц. Пуни [37], исходя из известного определения И. М. Сеченовым [42] воли как деятельной стороны разума и морального чувства, обосновал положения об интеллектуальных и моральных основах волевой подготовки. Сущность интеллектуальной основы заключается в том, что необходимо совершенствовать умственное развитие и активность спортсмена. Для этого он должен освоить систему общих и специальных знаний, разносторонне развить качества ума, используя усвоенные знания для решения практических задач в спортивной и других областях, в частности, для решения задач при встрече с препятствиями разной степени трудности.
Сущность моральной основы состоит в том, что у спортсменов необходимо формировать представление, понятия, взгляды и убеждения, воспитывать нравственные чувства, прививать навыки и привычки поведения, исходя из принципов гуманистической морали. С этим связанна социальная обусловленность волевых проявлений спортсменов, а также мотивация их действий и поступков в спорте и всех других областях деятельности.
П. А. Рудик [38, 39], обобщая опыт тренеров по разным видам спорта, приводит правила, позволяющие воспитать волевые усилия в ходе процесса тренировки. Он предлагает начинать с незначительных трудностей, постепенно повышая их интенсивность. Также он указывает, что для того чтобы стимулировать волевые усилия подростка на преодоление все возрастающих трудностей, в тренировке используется ряд методов психологического воздействия.
Их можно разделить на две группы: методы словестного и методы смешанного воздействия.
К методам словестного воздействий относятся: разъяснение, убеждение, одобрение, похвала, требование, приказ, примеры из жизни тренера и других людей, критика, просьбы и т. д. К методам смешанного воздействия относятся: награждение, поощрение, наказание, срочная информация о результатах действия, специальные упражнения для само- настройки, упражнения для отвлечения от неприятных мыслей и т. д.
Одним из ключевых моментов для воспитания волевого усилия является такая организация тренировки, которая всегда доводится до успешного завершения выполняемого задания. Большое значение для развития способности к проявлению волевых усилий имеет самовоспитание, это подтверждается результатами полученными: К. П. Жаровым, Е. П. Ильин, А. Ц. Пуни, Л. В. Юрасовым [15, 21, 22, 37, 57].
Важно отметить, что на проявления скоростно- силовых качеств влияет развитие волевых качеств. В частности на проявления силы влияют два волевых качества решительность и самообладание, причем степень развития решительности влияет в большей степени. Также можно утверждать, что чем выше степень тренированности этих качеств, тем больше взаимосвязи между ними (С. П, Рябинин, А. П. Шумилин [40]).
В связи с тем, что значительные проявления скоростно- силовых качеств всегда связанны с проявлением волевого усилия мы можем утверждать, что выполнение скоростно- силовых упражнений может служить средством волевой подготовки при условии соответствующим образом скорректированных задач и специально организованных условий их выполнения. Наряду с этим использование и многих других компонентов системы спортивной подготовки может оказывать влияние на развитие способности проявлять волевое усилие.
Для воспитания волевых усилий используют также и специальные средства психологической подготовки: психотехнические игры, мотивационные тренинги, аутогенной, идеомоторной и психорегулирующей тренировки.
Итак, для воспитания скоростно- силовых качеств используется скоростно- силовые упражнения, основными из которых считаются: упражнения с использованием отягощения, прыжковые упражнения, упражнения связанные с мгновенным преодолением ударно воздействующего отягощения. С этой целью используются методы: максимальных усилий, повторных предельных упражнений, динамических усилий, вариативный метод и группа методов, основанных на использовании тонизирующего следового эффекта. Воспитание собственно силовых качеств наиболее эффективно при применении в рациональном соотношении преодолевающего, уступающего, удерживающего и комплексного режимов работы. Для этой цели также эффективно применение метода принудительного растягивания мышц. В случае комплексного проявления скоростных качеств, скоростные упражнения систематизируют в три основные группы. Упражнения: использующиеся для развития быстроты реакций, использующиеся для развития скорости отдельных движений, характеризующиеся взрывным характером. Для развития скоростных качеств эффективно применение метода строго регламентированного упражняя. Он включает в себя методы: повторного выполнения действий с установкой на максимальную скорость движений и вариативного упражнения с варьированием скорости и ускорений по заданной программе в специально созданных условиях. Для воспитания волевого усилия используется следующие средства: скоростно- силовые упражнения, психотехнические игры, мотивационные тренинги, аутогенная, идеомоторная и психорегулирующая тренировки. Для стимуляции волевого усилия используются две группы методов, методы словесного и смешенного воздействия. Также для этой цели, необходимо учитывать интеллектуальные и моральные основы волевой подготовки.
Какой метод применяется для усиления синтеза сократительных белков и увеличения мышечной массы
На протяжении многих лет изучение процессов синтеза белков в скелетных мышцах при выполнении различных физических нагрузок остаётся актуальной проблемой биохимии и физиологии. Мышцы и их силовые характеристики очень важная составляющая организма каждого спортсмена, которая позволяет достигать результатов. В связи с прогрессивным развитием спорта и вовлечением большого количества людей в физическую культуру, тема здоровья спортсменов становится все более актуальной, интересной и увлекательной. Учитывая существующую сильную корреляцию между площадью поперечного сечения мышц и мышечной силой, стремление увеличить мышечную массу тела есть у каждого человека, занимающегося спортом. Кроме этого, необходимо помнить, что преобладание мышечной массы в организме благоприятно влияет на метаболические процессы.
Скелетная мышца – одна из наиболее пластичных структур в организме млекопитающих. При повышенной активности и нагрузке часто происходит увеличение её размеров, объёмов миофибриллярного аппарата, повышение сократительных возможностей (силы, мощности). Процесс прироста мышечной массы зависит от различных факторов: наследственных, конституциональных, а также пола, возраста, метаболизма, гормонального фона. Кроме того, с приобретением опыта тренировок становится все труднее увеличить мышечную массу, поэтому важно понимать и активно использовать все возможные механизмы этого процесса.
Клетки поперечно-полосатой мускулатуры отличаются от гладкомышечных миоцитов. Клетки скелетных мышц образуют многоядерный синцитий, основное вещество которого формируют миофибриллы, состоящие из толстых и тонких миофиламентов. Первый тип образуют молекулярные единицы и миозин, а второй тип содержит тропомиозин с тропонином и F-актин. Многие авторы считают скелетную мускулатуру гетерогенной системой относительно устройства и выполняемых функций, несмотря на её строгую организацию. Данное свойство помогает мышцам соответствовать возлагаемой на них функции. Так путём изменения количества саркомеров и миофибрилл обеспечивается их функциональная реорганизация [1].
Работа мышц проявляется их сокращением, которое начинается с появления очага возбуждения на нейромышечных окончаниях. Наружная мембрана деполяризуется, открываются кальциевые каналы, и концентрация кальция внутри клетки возрастает. Ионы кальция связываются с тропонином, при этом конформируется тропониновый комплекс. Участки цепей миозина связываются с актином, что сопровождается высвобождением энергии вследствие расщепления АТФ до АДФ и остатка фосфорной кислоты. Угол между лёгкой и тяжёлой цепями миозина изменяется и актиновый филамент перемещается к центру саркомера, что приводит к изменению длины мышцы, её сокращению [1, 2].
Клетки скелетных мышц подразделяются на два типа:
А) Миосателлиты – взрослые стволовые клетки мышечной ткани. Представляют собой основу для обновления мышц и прироста их массы;
Б) Миосимпласты – формируют многоядерный синцитий. Сами по себе являются мышечными тубами с миофибриллами внутри, по периферии которых располагаются ядра.
Нагрузки, оказываемые на мышцы, и само мышечное сокращение имеют некую зависимость. Предполагается, что первое будет напрямую соответствовать второму. Это достигается за счёт усиления экспрессии генов сократительных белков и энзимов обменных процессов. Мышечная активность сопровождается количественными и качественными изменениями в миоцитах того типа, которые необходимы для наиболее эффективного осуществления выполняемой работы [2].
Мышечные волокна делятся на медленные (I тип) и быстрые (II тип). Оба этих типа имеют различный состав, включающий в себя сократительные белки, ферменты энергетического обмена и внутриклеточный кальций.
Увеличение силы мышц проявляется структурными перестройками, которые затрагивают нервную и мышечные системы. Изменения в нервной системе проявляются трансформацией величины кортикальных полей, которые регулируют выполнение определённого вида движения, влиянием на синхронизацию моторных единиц и на обучение определенных мышц, отвечающих за выполнение данного вида движений. Таким образом, наибольшая активность мышц наблюдается именно тогда, когда она необходима для достижения максимального эффекта (активность мышц агонистов при одновременной пассивности антагонистов). Также наблюдается изменение частоты и устойчивости генерируемых импульсов и порога возбудимости мотонейронов. Изменения в мышечной системе могут быть связаны с гипертрофией скелетных мышц (увеличение размеров мышечного волокна) и с их гиперплазией (увеличение количества миоцитов) [3].
Но прежде чем переходить к последним двум процессам, необходимо разобраться с изменениями, происходящими в самих мышцах. В момент выполнения работы миоцит подвергается действию физических и гуморальных факторов (пассивные механические силы, гипоксемия, факторы роста, и т.д.). Они являются причиной запуска путей передачи сигнала внутри клеток, опосредуя транскрипцию и трансляцию генов, ответственных за синтез белков [2]. Изменения данных путей сопровождаются реорганизацией мышечных волокон, точнее их типов.
Одним из основных исходных сигналов является повышенная концентрация кальция внутри клетки и кальцинейрина. Кальцинейрин дефосфорилирует факторы транскрипции – NFAT (nuclear factor of activated T-cells), которые находятся в фосфорилированном состоянии [4]. Данные факторы в дефосфорилированной форме активируют гены-мишени, что способствует перестроению быстрых волокон в медленные.
По мере приспособления мышц к нагрузкам изменяются и процессы метаболизма в них. Существуют различные параметры, влияющие на формирование адаптивных механизмов в миоцитах при выполнении работы. Важнейшим является гипоксия, которая, в свою очередь активирует ферментные системы (фумараза, цитратсинтаза, ЛДГ) и запускает работу факторов транскрипции (PGC1). При недостатке кислорода происходит активация одной изоформы семейства гипоксия-индуцированных факторов (HIF; hypoxia inducible factor), которая проникает в ядро, связывается с определенным участком ДНК и активирует гены, отвечающие за гликолиз, потребление кислорода и ангиогенез, увеличивая данные процессы. Некоторые гормоны также способны влиять на экспрессию генов в мышечных клетках. Это такие гормоны, как инсулин, гормон роста, которые вместе с кортизолом запускают катаболические реакции в условиях метаболического и энергетического истощения [3].
Стоит напомнить, что мышцы не являются постоянными клетками, а заменяются в течение жизни. Пролиферация необходима для предотвращения апоптоза клеток (регулируемый процесс клеточной гибели) и поддержания массы скелетных мышц. Это осуществляется через динамический баланс между синтезом белков в мышцах и их распадом. Мышечная гипертрофия возникает тогда, когда синтез белков превышает их распад.
Что же наблюдается при гипертрофии и гиперплазии мышечного волокна? При растяжении и сокращении мышц происходит образование факторов роста IGF и MGF, которые могут действовать как паракринно, так и аутокринно. С одной стороны, их действие проявляется в увеличении синтеза сократительных белков мышечных волокон. Основным участником данного механизма является фосфорилированная PKB [5]. Её активация начинается с влияния на мышцу нагрузки, которая приводит к синтезу гена, запускающего путь IGF/PI3K. В ткани имеется несколько изоформ, некоторые из них (IGF-1 и MGF), взаимодействуя с рецепторами приводят к конформационным изменениям. Через фосфорилирование ряда рецепторов и происходит активация PKB, способствующая развитию анаболических реакций [6].
С другой же стороны, происходит усиление пролиферации миосателлитов, их митотическая активность приводит к формированию новых клеток, а также сопровождается слиянием их с имеющимися мышечными волокнами или даёт возможность формировать новые. Миосателлиты расположены между базальной мембраной и сарколеммой. Покоящиеся клетки активируются непосредственно травмированием мышцы и в ответ на это начинают активно делиться и соединяться с частями поврежденного волокна. Под влиянием тяжёлой изнурительной работы происходит также активация данных клеток из-за образования многочисленных микротравм мышечного волокна. Вследствие этого наблюдается явление подобное процессам, происходящим при воспалении. В зону повреждения активно мигрируют нейтрофилы и макрофаги, которые активируют синтез ранее упомянутых факторов роста, регулирующих пролиферацию и дифференцировку миосателлитов. Мышечная гипертрофия отличается от мышечной гиперплазии. При гипертрофии мышц, увеличиваются сократительные элементы, и межклеточный матрикс расширяется для поддержки роста. Гиперплазия приводит к увеличению количества мышечных волокон. Гипертрофия сократительных элементов может происходить путем добавления саркомеров либо последовательно или параллельно.
В отечественной литературе не утихают споры о патогенетических аспектах мышечного роста. Чаще всего гипертрофию скелетных мышц человека рассматривают как их долговременную адаптацию к физическим нагрузкам различной направленности. Но существует понятие о кратковременной гипертрофии скелетных мышц – то есть изменение объема мышцы в результате одной силовой тренировки. Спортсмены, выступающие в соревнованиях по бодибилдингу или бодифитнесу хорошо знают, что объем мышц можно немного увеличить за счет собственной крови и осмотического давления, если использовать специальный метод тренировки – пампинг.
Неоспоримым является факт увеличения объёма мышечных волокон. Это так называемая миофибриллярная гипертрофия, при которой происходит изменение объёма миофибрилл и плотность их укладки. Механизм связан с увеличением количества саркомеров в миофибриллах. Значительная роль при этом отводится активированным клеткам-сателлитам. Миогенные стволовые клетки начинают пролифелировать, а затем сливаются с существующими клетками или взаимодействуют между собой для формирования новых мышечных волокон. Этот механизм актуален при восстановлении травмированных клеток и при спортивной гипертрофии.
Существует множество данных, доказывающих идущий параллельно с этим процесс увеличения объёма несократительной части мышцы – саркоплазматическая гипертрофия. Это тонкие перестройки на биохимическом уровне клетки, а так же увеличение количества митохондрий. Многие авторы считают, что трансформации в саркоплазме повышают выносливость мышц. Ряд исследователей утверждает, что увеличение различных неконтрактильных элементов и жидкости действительно может привести к приросту мышечной массы, но без сопутствующего увеличения силы. Саркоплазматическая гипертрофия достигается специальными тренировками и часто описывается как нефункциональная. Однако ряд специалистов предполагают, что отек мышечных волокон вызывает увеличение синтеза белка и таким образом способствует росту сократительной ткани.
Эти процессы редко бывают сбалансированными и зависят от характера и интенсивности нагрузки. В скелетных мышцах при этом синтез мышечных белков преобладает над их распадом. Причиной такого метаболизма сторонники гипотезы ацидоза считают накопление молочной кислоты. С точки зрения другой теории – временная гипоксия запускает реперфузию мышц и активирует деление клеток-сателлитов. Последнее время широкое распространение получила гипотеза механического повреждения мышечных волокон. Микроразрывы сократительных белков и повреждения саркоплазмы сопровождается увеличением концентрации ионов кальция, что и стимулирует пролиферацию сателлитов.
Из этого следует, что механизмы мышечной гипертрофии известны и неоспоримы. Очень дискутабельным остается вопрос о наличии процесса гиперплазии мышц. Большинство авторов сходится во мнении, что увеличение количества мышечных волокон у человека не доказано, но при этом описывается возможность получения гиперплазии мышц в экспериментальных условиях у животных (млекопитающих и птиц). Некоторые исследователи допускают частичное увеличения числа волокон. На основании проведенного мета-анализа экспериментальных работ отмечено, что количество мышечных элементов увеличилось в экспериментах на птицах значительнее, чем при использовании в качестве подопытных млекопитающих. Примечательно также, что эффект гиперплазии наблюдался там, где использовались постоянные растяжения, а не упражнения, сочетающие его с расслаблением. Ряд исследователей (Kraemer, William J. и MacDougall J.) утверждают, что этот механизм может осуществляться под влиянием силовых тренировок. Однако доказательств увеличения мышечных волокон у людей недостаточно. Длительных исследований (более года) добровольцев и спортсменов не проводилось. Высказывается мнение, что это слишком короткий период для этого процесса. Гиперплазия подтверждается в биопсийном материале, а погрешность этого метода составляет около 10 %, что делает результат очень сомнительным.
Общее число волокон предопределяется генетически и практически не меняется в течение жизни без применения специальных стимуляторов. Российские ученые подтверждают, что вклад гиперплазии в процесс увеличения объема мышц составляет не более 5 % и, как правило, потенцирован использованием анаболических стероидов. Также гиперплазию могут вызывать блокаторы миостатина. Гормон роста при этом не вызывает гиперплазии.
Таким образом, при мышечной работе происходит множество процессов на разных уровнях. Начиная с изменений интенсивности обменных процессов и заканчивая изменениями механизмов нервной и гуморальной регуляции. Реорганизация мышц, лежащая в основе этих процессов, приводит к изменению многочисленных характеристик деятельности спортсменов.
Проанализировав все данные и изучив все возможные гипотезы, становится очевидным, что в увеличении мышечных волокон играют некую роль всё-таки два процесса. Первый – гипертрофия с ёе подвидами для сократительной и несократительной части мышцы (миофибриллярная и саркоплазматическая), которая, по мнению многих исследователей, занимает основополагающую роль. И второй это гиперплазия с её минимальным, но существенным вкладом.