Немного информации о митохондриях и их регуляции в организме

Вообще, если быть кратким, то основным адаптационным сдвигом на мышечном уровне является улучшение работы и рост количества митохондрий в работающих мышцах. Высокий митохондриальный контент в большинстве своем и определяет мышечную выносливость. Тут с профессором Селуяновым не поспоришь.

Почему это важно понимать? Прежде всего потому, чтобы точно знать, как действует на наши мышцы каждый из видов тренировки – короткие, средние или длинные интервалы. Какие изменения вызывает кросс и т.д. Можно понять как на адаптацию к тренировкам на выносливость влияют любимые нашими спортсменами аптечные препараты и т.д.

Митохондрия это клеточная органелла. Она использует жиры, белки и углеводы для того, чтобы продуцировать из них энергию в форме АТФ. Когда АТФ превращается в АДФ и АМФ идет высвобождение энергии, а проще говоря химическая энергия превращается в механическую, за счет которой сокращаются мышечные волокна. Наше сердце никогда не отдыхает, поэтому в нем максимальная концентрация митохондрий. По некоторым данным, сердечная мышца на 25% из митохондрий (Barth et al., 1992).

У людей, ведущих сидячий образ жизни митохондриальный контент составляет 3-6%, а у элитных спортсменов около 12%.

Регуляция роста новых митохондрий это очень сложный процесс, и подразумевает не только рост их числа, но также и улучшение работы уже существующих митохондрий.

Как и все в нашем организме, рост новых митохондрий заложено в нашем геноме. Гены, находящиеся в митохондриальном геноме, контролируются тремя транскрипционными факторами - A (TFAM), B1 (TFBM1) и B2 (TFBM2). А гены, находящиеся в ядерном геноме, регулируются несколькими различными факторами, среди которых NRF-1 и 2 являются центральными. Эти транскрипционные факторы регулируют большое число митохондриальных протеинов, среди которых можно выделить цитохром Ц, сукцинат дегидрогеназу и цитохром оксидазу.

PGC-1α – главный регулятор митохондриального биогенеза. Чтобы проще было понимать, ваши мишцы никогда не станут выносливее, если в результате тренировки в мышечных клетках не появится некоторое количество PGC-1α, что в  свою очередь приведет к росту новых митохондрий или улучшению работы старых.

Тренировка на выносливость это лучший регулятор митохондриального биогенеза, и в первую очередь за счет экспрессии PGC-1α, который потом мигрирует в ядро и митохондрию.

Теперь взглянем, как упражнения регулируют экспрессию PGC-1α. То есть, что происходит на клеточном уровне, когда мы выполняем тренировку?

Некоторые молекулы и вещества, образующиеся во время упражнения, являются сильнодействующими передатчиками сигналов, запускающими адаптацию. Эти вещества и молекулы образуются не просто так, для этого нужен хороший тренировочный стимул – или большая продолжительность или большая интенсивность упражнения, чтобы произошло нарушение гомеостаза в организме.

Во время упражнения возрастает внутриклеточный уровень ионов кальция (Ca2+), низкоэнергетических молекул (АДФ и АМФ), свободных фосфатных групп. И свободных форм кислорода (или как мы их называем  - оксидантов). Появление в клетке достаточного количества вышеописанных веществ запускает три различных протеин киназы – CaMK, AMPK и p38-MAPK.

И именно три эти киназы вызывают транскрипцию (ген становится активным и рабочим) PGC-1α. Которая потом и запускает рост митохондрий в клетках.

В настоящее время специалисты по уровню экспрессии PGC-1α определяют эффективность того или иного тренировочного метода. Чем больше в результате тренировки «возникло» PGC-1α, тем эффективнее эта тренировка и тем большие положительные сдвиги она вызовет в организме.

В настоящий момент понимание внутриклеточных процессов (жаль, пока не у нас) помогает эффективнее строить тренировочный процесс и избегать факторов, нарушающих адаптацию. Приведу один маленький пример.

Как было описано, одним из важнейших веществ, запускающих экспрессию PGC-1α является свободная форма кислорода (ROS) – очень агрессивная молекула, разрушающая многие внутриклеточные структуры. Как считалось ранее, лучшим способом борьбы с этой свободной формой кислорода является прием антиоксидантов. Они действительно, снижают количество ROS, то есть функцию свою выполняют. Но как было сказано выше, именно ROS является ключевым фактором, запускающим экспрессию PGC-1α. В этом случае прием различных антиоксидантов значительно тормозит адаптацию к нагрузке, даже несмотря на качественно выполненную тренировку. Сюда прежде всего, можно отнести витамины С, Е, А, селен, янтарная кислота, глутатион и т.д. Прием этих веществ в больших количествах близко по времени к тренировке крайне нежелателен.

Как вы думаете, почему у элитных спортсменов часто останавливается рост результатов? Во многом это обусловлено невозможностью запустить экспрессию PGC-1α. Внутренние антиоксидантные системы у элитного спортсмена развиты настолько хорошо, что моментально подавляют свободные формы кислорода, не давая развернуться процессам адаптации.

Одним из перспективных направлений в спортивной науке является внедрение тренировок в кислородных масках у элитных атлетов (которые вышли на плато в своих результатах), где процентное содержание кислорода гораздо выше, чем в атмосферном воздухе. В этом случае при интенсивной нагрузке мы получим большое количество свободных форм кислорода, с которыми не сможет справиться даже мощная антиоксидантная система элитных спортсменов. А это позволит сдернуть результат с плато. 

  

Автор: Евгений Пищалов