«Генетические везунчики» на примере мышечных волокон и людей

Во время тренировки мы не часто задумываемся о том, какие сложные процессы протекают во всем организме. О пользе регулярной физической активности говорят уже давно, и каждый год ученые со всего мира пытаются пролить свет на новые «полезные» механизмы влияния тренировок на здоровье.

Как следствие особого внимания к активному образу жизни, мы – ученые, получили ценную информацию о том, каким образом протекают разные процессы и чем именно достигается их ювелирная координация в организме человека.

В данной статье мы постараемся перевести эти интересные факты с профессионального языка исследователей на научно-популярный и рассказать просто о сложном.


В этот раз хочется начать с рассказа про мышечные волокна, почему в физиологии их условно разделили на несколько типов, и в чем разница между силовыми и аэробными занятиями.

Мышечные волокна – это то, из чего состоит отдельно взятая мышца, допустим, бицепс. Этот мускул, как и все остальные, содержит два основных типа мышечных волокон – быстрые (или «белые») и медленные (или «красные») [1].

Красные волокна, которые расположены ближе всего к кости, получили свое название из-за высокой концентрации особых клеточных органелл – митохондрий («энергетических станций») и большого запаса пигментного белка красного цвета  миоглобина («переносчиков кислорода»).

Миоглоби́н – белок, который связывает кислород в клетках скелетных мышц и мышцы сердца и таким образом обеспечивает их энергией для сокращения.

Продвигаясь к наружной поверхности мышцы, можно увидеть белые волокна, которые называются так из-за того, что действительно имеют менее выраженный цвет, чем красные. В них мало митохондрий, нет миоглобина, и для работы им необходимо запустить целый каскад биохимических реакций. [1]

Белые (быстрые) волокна Красные (медленные) волокна
Источник «топлива» — гликоген (углевод). Резерв «топлива» – подкожная жировая ткань [1]. Сокращаются только в присутствии кислорода.
Задача быстрых волокон – обеспечить мощные кратковременные сокращения с помощью резкого повышения активности ферментов, расщепляющих гликоген. Имеют большую силу и возможность значительного роста. Преимущество белых волокон в виде гипертрофии способно помочь в развитии силовых возможностей человека. Красные мышечные волокна при высокой производительности не способны к значительной гипертрофии, то есть их объем почти не увеличивается из-за особенностей их метаболизма [8]. Отвечают за поддержание позы, осанки, позволяют длительно бежать или сделать 100 повторений «на пресс», но они не растут [1].
При интенсивных силовых тренировках возможно частичное превращение медленных волокон в промежуточные, которые обладают свойствами как медленных, так и быстрых волокон, давая прирост мышечной массе [9]. Запасы красных волокон «застрахованы» организмом, и даже малоподвижный образ жизни способен поддерживать эти резервы на уровне, достаточном для перемещения тела в пространстве.

Как уже стало понятно, белые волокна – это рельеф, объем и скоростно-силовые характеристики. Для того чтобы 40 раз отжаться или работать на пределе возможностей, включаются в работу быстрые волокна.

Исходя из знаний про мышечную ткань, важно понимать, что, тренируя выносливость во время аэробных занятий, мы в основном задействуем красные волокна, которые будут «сжигать жир» и повысят уровень обмена веществ. Силовые же тренировки позволяют поддерживать мышцы в тонусе и формируют привычный мышечный рельеф стройного тела, задействуя белые волокна.

Теперь, когда сложилось общее представление о волокнах, самое время узнать более интересные научные факты о мышечной ткани.

Все знают популярную, но устаревшую с научной точки зрения, фразу о том, что нервные клетки не восстанавливаются, но эта «необратимость» относится и к мышечной ткани в равной степени.

Дело в том, что после рождения у нас не происходит численного увеличения мышечных клеток обоих типов волокон, а после 35-40 лет каждый год мы безвозвратно теряем 1% сухой мышечной массы за счет уменьшения их объема. [2,5] Замедлить этот процесс помогает активный образ жизни и регулярные силовые упражнения на тренировку основных мышечных групп [6].

Некоторые люди, даже не утруждая себя тренировками, имеют достаточную мышечную массу, а другие, напротив, быстро теряют форму при малоактивном образе жизни.

Объяснение этой разнице дает генетика, а именно гены ACTN3 и MSTN. Альфа-актинин 3, кодируемый геном ACTN3 белок, который словно якорь сцепляет актиновые волокна в мышце и находится только в белых мышечных волокнах, повышая их сократимость и силу [1, 3, 4].

Актин – сократительный белок, который составляет около 15% мышечного белка. Соединяясь с другими белками, волокна актина приобретают способность сокращаться, используя энергию, содержащуюся в АТФ.

Копии генов ACTN3

  1. У относительно небольшого числа людей этот ген представлен двумя «рабочими» копиями, которые достались им от каждого из родителей. Такая особенность предрасполагает к высокому содержанию ACTN3 в мышцах, и, соответственно, высокой силе, мышечному рельефу, а также позволяет добиться особых успехов в тех видах спорта, где требуется взрывная сила или ускорение (например, баскетбол, спринтерский бег и тяжелая атлетика). [3,4]
  2. Обратная ситуация наблюдается примерно у 18% европейской популяции, когда от родителей достались две «нерабочие« копии гена ACTN3. При таком раскладе в белых волокнах практически нет альфа-актинина 3, такие люди в основном имеют красные мышечные волокна и преуспевают в тренировках на выносливость.
  3. Наиболее часто встречается ситуация, когда от одного из родителей достался «рабочий» вариант гена, а от другого – «нерабочий», при этом мы с помощью тренировок можем компенсировать вклад «нерабочего» гена и развить скоростно-силовые качества.

В спортивной генетике исследование гена ACNT3 позволяет выявить спортсменов, которые могут преуспеть в силовых дисциплинах, или в тех видах спорта, где требуется высокий уровень выносливости. Также выявление изменений гена ACTN3 позволяет косвенно оценить соотношение белых и красных мышечных волокон. [3,4]

В противовес эффектам гена ACTN3 выступает ген MSTN, который кодирует белок миостатин. Задача миостатина – предотвратить избыточный рост мышечной ткани, что важно для здоровья сердца.

Количество генов MSTN

    1. Бывают ситуации, когда у человека выявляется вариант гена MSTN, обладающий большей активностью, что означает повышенное содержание миостатина и, соответственно, более стремительное противостояние организма мышечному росту [7]. Такие люди часто астенического телосложения, и им очень тяжело нарастить мышечную массу, даже сочетая оптимальное питание с тренировками.
    2. Реже встречаются люди, обладающие двумя «нерабочими« вариантами гена MSTN. Миостатина у них крайне мало, ничто не препятствует росту мышечной ткани, что приводит к гипертрофии мышц даже без дополнительных тренировок. Часто они выглядят как культуристы, так как жировая прослойка у таких людей выражена не ярко и дает проявиться мышечному рельефу [7].
    3. Бывает и промежуточный вариант, когда от одного из родителей человеку досталась неактивная копия гена MSTN. Соответственно, миостатина в крови содержится меньше за счет синтеза белка с единственной рабочей копии гена [7]. Такой человек без труда наращивает мышечную массу и обладает высокой силой.

Сегодня я осветила эти два гена неспроста, ведь они оба ответственны за подержание мышечной массы.

Только небольшая часть людей действительно предрасположена к гармоничному телу и выдающимся возможностям «от природы», и чаще всего они становятся профессиональными спортсменами [4].

Однако большая часть людей все-таки не имеет таких явных преимуществ в достижении стройного, рельефного тела или развитии силы и выносливости, поэтому регулярные тренировки как интервальные, так и силовые, помогают «перевесить» генетику и приводят к заметным результатам. При этом крайне важно поддерживать имеющиеся мышцы в тонусе, защищая их от неизбежной атрофии с возрастом и малоподвижным образом жизни [5]. 

Автор: Жегулина Ирина, врач-генетик
Научный редактор: Елена Дегтярь, PhD, руководитель научного отдела #Sekta

Литература:

1) «Физиология человека» под  редакцией В.М.Покровского, Г. Ф. Коротько 2001 г.
2) Chronic disuse and skeletal muscle structure in older adults: sex-specific differences and relationships to contractile function. American Journal of Physiology — Cell Physiology. 2015 [PMID:25810256]
3) Association of the ACTN3 R577X polymorphism with power athlete status in Russians. European journal of applied physiology  – 2008 [PMID: 18470530]
4) 1000 Norms Project: protocol of a cross-sectional study cataloging human variation. Physiotherapy. 2015 [PMID: 25733400]
5) Contractile properties and sarcoplasmic reticulum calcium content in type I and type II skeletal muscle fibres in active aged humans. The Journal of physiology 2015. [PMID:25809942]
6) Use of mRNA expression signatures to discover small molecule inhibitors of skeletal muscle atrophy. Current opinion in clinical nutrition and metabolic care 2015. [PMID:25807353]
7) Myostatin and the skeletal muscle atrophy and hypertrophy signaling pathways.  Cellular and molecular life sciences 2014. [PMID:25080109]
8) Shi H, Zeng C, Ricome A, Hannon KM, Grant AL, Gerrard DE. Extracellular signal-regulated kinase pathway is differentially involved in β-agonist-induced hypertrophy in slow and fast muscles. American Journal of Physiology. 2007;292(5):C1681–C1689.[PMID:17151143]
9) Powers SK, Wade M, Criswell D, et al. Role of beta-adrenergic mechanisms in exercise training-induced metabolic changes in respiratory and locomotor muscle. International Journal of Sports Medicine.1995;16(1):13–18. [PMID:8904577]

  • 16
  • 27
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

«Генетические везунчики» на примере мышечных волокон и людей: 5 комментариев

  1. Саша говорит:

    Я как только записалась в спортзал, то конечно наделала кучу ошибок. И не обошлось без перетренированности. Я проводила слишком много тренировок в неделю, выполняла много сетов за тренировку и растягивают тренировку по времени. Но потом взялась за ум, и сейчас все хорошо).

  2. Наталья говорит:

    Как определить какие волокна при существенны в моем теле?

    • Информационный портал #SEKTA говорит:

      Добрый день!

      Точно определить это можно только с помощью генетических тестов.

  3. Roma говорит:

    Я прозанимался бодибилдингом 15 лет! Качался по два раза в неделю иногда по 5 раз в неделю… Использовал все возможные препараты , все известные стероиды и тд… Мой вес увеличился с 60 кг до 75…. Если кто то думает что я поехал меньше Арнольд , ятса и тд… Я плюну им в морду… Нет! Просто генетически мне это не дано… Так что качалка это для определенных людей… Не делайте моих ошибок!

Прокомментировать

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.