Упражнения и общий баланс белка в мышцах

Мышечная масса поддерживается путем регулирования баланса между СМП и РМП. Общее увеличение мышечной массы возможно только в случае, если СМП превышает РМП, то есть при положительном белковом балансе, и наоборот. Во время отдыха в состоянии голода (правильнее называть постабсорбтивное состояние) общий баланс белка отрицательный, а позитивный баланс обычно наблюдается только, когда во время еды восполняются потери мышечного белка, поддерживая стабильную массу мышц. После упражнений в состоянии голода, независимо от увеличения СМП (см. ниже), общий баланс белка становится даже более негативным, не достигая положительных величин, так как уровень РМП, повышенный перед упражнениями, также повышается (13). Тем не менее, когда протеин или аминокислоты потребляются после тренировки, общий баланс белка становится положительным, так как СМП подавляет РМП, который может быть пониженным сам по себе (111).

Смп и упражнения с отягощениями

Во время упражнений

И змерения СМП человека, сделанные во время выполнения упражнений с отягощениями, редки, так как большинство исследований применяют тренировку короче минимального периода времени (около часа), которое требуется современным методикам для оценки проявления строгих изменений меченных стабильных изотопов. Также упражнения прерывистые, используются подходы повторяющихся сокращений, разделенные периодами отдыха, при которых мышца не пребывает в состоянии покоя, что усложняет интерпретацию полученных данных, особенно при методе, основанном на A-V пробах и кровотоке. Данные исследований мышц грызунов (24) и людей (37, 43) показывают угнетение СМП во время упражнений с отягощением. В то же время в работах, использовавших метод растворенных A-V меток, не увеличивался уровень поглощения меток, то есть синтез белка в мышцах ног не изменялся (39). Противоречие между ранними исследованиями (37) и более поздними данными (39), возможно, вызвано методологическими различиями (использование метода прямого включения против метода растворенных меток A-V) или является результатом различий в объеме выполненной работы. Обнаруженное резкое понижение СМП вызвано сокращением этапов инициации и элонгации при трансляции мРНК (63) из-за уменьшения фосфорилирования связывающего белка 4Е 1 (4ЕВР-1), эффектора, запускаемого мишенью рапамицина млекопитающих (mTOR), и тенденции к увеличению фосфорилирования фактора элонгации эукариотов 2 (eEF2) – отрицательного регулятора элонгации пептидной цепи (37) (рис. 1).

Рис. 1. МАРК – митогенактивированная протеинкиназа; АМРК – АМФ-активированная протеинкиназа; Akt – протеинкиназа В; mTORC1 – мишень рапамицина млекопитающих С1; eIF4E-BP1, eIF2Bε, eIF4F и eIF2: белок, связывающий фактор инициации эукариотов 4Е, 2Bε, 4Fb 2; p70S6K1 – 70-кДа S6 протеинкиназа 1; rps6 – рибосомный протеин s6; eEF2 – фактор элонгации эукариот 2; 5’TOP, 5-терминальный олигопиримидин; tRNAi – инициатор тРНК.

Bylund-Fellenius и коллеги (24) наблюдали вызванные сокращением понижение СМП в перфузированной электростимулированной мышце крысы, активность АТФ миозина вызвала повышение коэффициента АМФ/АТФ, вследствие чего, вероятно, оказывается стимулирующее воздействие на активность АМФ-активированной протеинкиназы (АМРК) (52), что вызывает ингибирование сигнальных эффектов комплекса туберозного склероза 2 на mTOR и уменьшает фосфорилирование 4ЕВР-1 (18). Активность АМРК действительно повышается на >30 % после выполнения упражнений с отягощением (37), но важность ингибирования mTOR при выполнении упражнений не определена, так, синтез белка повышается после выполнения упражнений независимо от продолжающегося повышения фосфорилирования АМРК (37). Недавние работы также продемонстрировали эффективность предварительного потребления аминокислот на СМП во время упражнения. После ночного голодания испытуемые приняли 0,35 г/кг сухой массы тела незаменимых аминокислот и 0,5 г/кг сухой массы тела сахарозы за час до упражнений (10 х 10, 70 % РМ). СМП понизился во время выполнения упражнений, но не ниже исходного уровня, наблюдаемого в контрольной, не потреблявшей добавок группе (43). Подобным образом прием белка перед и во время 2-часовой прерывающейся тренировки с отягощениями, включающей упражнения для всего тела, повышал общий белковый баланс и СМП во время выполнения упражнений (7).

После упражнений

Общепринято, что упражнения с отягощениями вызывают увеличение СМП в восстановительном периоде (29, 71, 131). Действительно, тренировка с отягощением может увеличивать уровень СМП после упражнений в 2–5 раз, и этот эффект наблюдается более 48 часов у сытых субъектов (85). В других сообщениях (37, 100) обнаруживали угнетение СМП непосредственно после напряженной сократительной активности. В нашей лаборатории обычно наблюдаемые изменения не превышали исходные при оценке включения меток в белки первые 1–1,5 часа (66), тогда как другие этого не делали (37, 100), тем не менее большинство оценивающих исследователей свидетельствуют, что любое повышение после упражнения меньше вначале и увеличивается впоследствии (38, 66). Стимуляция синтеза белка у нетренированных людей после упражнений с отягощениями происходит в митохондриальном и  миофибриллярном пулах (123). Более того, мы недавно исследовали влияние тренировки с отягощением на СМП в широком диапазоне интенсивности упражнений: от 20 до 90 % РМ при эквивалентной общей работе (1620–1800 единиц) в постабсорбтивном состоянии у молодых (24 ± 6 лет) и пожилых (70 ± 5 лет) мужчин в течение 4 часов после окончания занятия (66). Результаты показывают, что величина синтеза миофибриллярных белков зависит от интенсивности, увеличиваясь от 20 %, и достигает плато между 60 и 90 % РМ. Требуются дополнительные исследования для выяснения влияния объема работы и адаптивного ответа обмена мышечного белка при различной интенсивности нагрузки.

Молекулярный механизм стимулирующего эффекта упражнений с отягощением интенсивно изучался в последние годы – сначала на грызунах (2, 4, 19), а когда усовершенствовалась аналитическая техника – на человеческих мышцах (1, 34, 36, 37, 61, 66). Доступные в настоящее время данные, наиболее точно описывающие сигнальные пути во время и непосредственно после упражнений в состоянии голода и насыщения, представлены на рис. 1. Детальное описание активации процессов фосфорилирования или активности сигнальных молекул, регулирующих клеточный СМП в ответ на упражнения с отягощением, выходит за рамки настоящего обзора. Вкратце активация сигнальных молекул, регулирующих трансляцию и синтез белка, таких как Akt (протеинкиназа В), митогенактивируемая протеинкиназа, mTOR и его эффекторы, такие как эукариотический фактор инициации 4EBP-1, p70S6k1 (70-кДа протеинкиназаS6) и рибосомная протеинкиназа s6, связаны с увеличением СМП в период после упражнения (1, 36, 37. 61, 66). Тем не менее, необходимо выяснить временную зависимость и продолжительность этих ответов, а также дозозависимые характеристики, как и потенциальную роль в адаптивном ответе мышц на однократные и хронические упражнения.

В отношении клеточных сигнальных путей мы полагаем, что в настоящее время у нас нет точного понимания связи между изменениями в сигналах и СМП или РМП. В частности, непонятно, действует ли молекула как простой переключатель сигнального пути или как усилитель, модулирующий результирующую метаболическую реакцию. Данные исследований действия инсулина на мышцы человека слишком упрощенны, чтобы объяснить отдельные физиологические влияния на синтез или распад белка путем воздействия на степень фосфорилирования рассматриваемых молекул (50). Эту информацию можно более элегантно отобразить на основе данных зависимости от дозы и времени, собранных в нашей лаборатории (16, 17, 66).