По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 613-7

Стимулы, сенсоры и условия для мышечной гипертрофии (литературный обзор)

Мирошников А. Б. Российский государственный университет физической культуры спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК), Москва
Волков В. В. Российский государственный университет физической культуры спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК), Москва

Саркопения (потеря мышечной массы и мышечной функции) является сильным предиктором слабости, инвалидности и смертности у пожилых людей и может также возникать у лиц с ожирением. Известно, что тренировка с отягощением эффективна для увеличения мышечной массы и силы, поэтому регулярные силовые тренировки способствуют повышению качества жизни как у пожилых, так и у молодых людей. В работе проводится всесторонний обзор современной научной периодики по теме, уточняются стимулы, сенсоры и условия для мышечной гипертрофии.

Литература:

1. Селуянов В. Н. Подготовка бегуна на средние дистанции // СпортАкадемПресс. 2001:31–5.

2. Adams G. R., Bamman M. M. Characterization and regulation of mechanical loading-induced compensatory muscle hypertrophy // Compr Physiol. 2012 Oct;2(4):2829–70.

3. Bamman M. M., Roberts B. M., Adams G. R. Molecular Regulation of Exercise-Induced Muscle Fiber Hypertrophy // Cold Spring Harb Perspect Med. 2018 Jun 1;8(6), 1–19.

4. Bhasin S., Apovian C. M., Travison T. G., Pencina K., Moore L. L. et al. Effect of Protein Intake on Lean Body Mass in Functionally Limited Older Men A Randomized Clinical Trial // JAMA Intern Med. 2018 Apr 1;178 (4): 530–541.

5. Brown M., Tiidus P. Sex Hormone Influenced Differences in Skeletal Muscle Responses to Aging and Exercise // Sex Differences in Physiology, 2016, pp.167–18.

6. Burd N. A., West D. W., Camera D. M., Breen L. No role for early IGF-1 signalling in stimulating acute ‘muscle building’ responses // J Physiol. 2011 Jun 1;589(Pt 11):2667–8.

7. Cameron J. Mitchell, Tyler A. Churchward-Venne, Leeann Bellamy et al. Muscular and Systemic Correlates of Resistance Training-Induced Muscle Hypertrophy // PLoS ONE, 2013, 8(10): 1–10.

8. Cerda-Kohler H., Henríquez-Olguín C., Casas M., Jensen T. E., Llanos P., Jaimovich E. Lactate administration activates the ERK1/2, mTORC1, and AMPK pathways diff erentially according to skeletal muscle type in mouse // Physiol Rep. 2018 Sep;6(18):1–9.

9. Сhaillou T., Jackson J. R., England J. H., Kirby T. J., Richards-White J., Esser K. A., Dupont-Versteegden E. E., McCarthy J. J. Identification of a conserved set of upregulated genes in mouse skeletal muscle hypertrophy and regrowth // J Appl Physiol (1985). 2015; 118:86–97.

10. Cody T. Haun, Christopher G. Vann, Shelby C. Osburn, Petey W. Mumford, Paul A. Roberson et al. Muscle fiber hypertrophy in response to 6 weeks of high-volume resistance training in trained young men is largely attributed to sarcoplasmic hypertrophy // BioRxiv, 2019, 1–37.

11. Cruz Guzmán Odel R., Chávez García A. L., Rodríguez-Cruz M. Muscular dystrophies at different ages: metabolic and endocrine alterations // Int J Endocrinol. 2012;1–12.

12. Damas F., Libardi C. A., Ugrinowitsch C. The development of skeletal muscle hypertrophy through resistance training: the role of muscle damage and muscle protein synthesis // Eur J Appl Physiol. 2018 Mar;118(3):485–500.

13. Damas F., Phillips S. M., Libardi C. A., Vechin F. C. et al. Resistance training-induced changes in integrated myofibrillar protein synthesis are related to hypertrophy only after attenuation of muscle damage // J Physiol. 2016 Sep 15;594(18):5209–22.

14. Dankel S. J., Mattocks K. T., Jessee M. B., Buckner S. L., Mouser J. G., Loenneke J. P. Do metabolites that are produced during resistance exercise enhance muscle hypertrophy? // Eur J Appl Physiol. 2017 Nov;117(11):2125–2135.

15. Fagerberg P. Energy availability and natural male bodybuilding // International Journal of Sport Nutrition and Exercise. May 7, 2017, 1–31.

16. Fagerberg P. Negative Consequences of Low Energy Availability in Natural Male Bodybuilding: A Review // Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2018 Jul 1;28(4):385–402.

17. Figueiredo V. C., McCarthy J. J. Regulation of Ribosome Biogenesis in Skeletal Muscle Hypertrophy // Physiology (Bethesda). 2019 Jan 1;34(1):30–42.

18. Fink J., Schoenfeld B. J., Nacarat К. The role of hormones in muscle hypertrophy // Phys Sportsmed. 2017 Nov 25:1–6.

19. Franchi M. V., Reeves N. D., Narici M. V. Skeletal muscle remodeling in response to eccentric vs. concentric loading: morphological, molecular, and metabolic adaptations // Front. Physiol.2017, 8:447,1–16.

20. Frontera W. R., Hughes V. A., Fielding R. A. et al. Aging of skeletal muscle: a 12-yr long study // J Appl Physiol 2000; 88:1321–6.

21. Fullagar H. H. K., Skorski S., Duffield R. et al. Sleep and athletic performance: the eff ects of sleep loss on exercise performance, and physiological and cognitive responses to exercise // Sports Med 2015; 45(2):161–186.

22. Ghanim H., Dhindsa S., Batra M., Green K. et al. Effect of Testosterone on FGF2, MRF4, and Myostatin in Hypogonadotropic Hypogonadism: Relevance to Muscle Growth // J Clin Endocrinol Metab. 2019 Jun 1;104(6):2094–2102.

23. Gordon E. E. Anatomical and biochemical adaptations of muscle to diff erent exercises // JAMA, 1967, 201, 755–758.

24. Goto M., Maeda C., Hirayama T., Terada S., Nirengi S., Kurosawa Y., Nagano A., Hamaoka T. Partial Range of Motion Exercise Is Effective for Facilitating Muscle Hypertrophy and Function Through Sustained Intramuscular Hypoxia in Young Trained Men // J Strength Cond Res. 2019 May;33(5):1286–1294.

25. Hamilton D. L., Mckenzie M. G., Baar K. Using molecular biology to understand muscle growth. In: Muscle plasticity // Advances in Biochemical and Physiological Research, edited by Magalhães J. and Ascensão A. Irvine, CA: Signpost, 2009, p. 45–93.

26. Haun C. T., Vann C. G., Mobley C. B., Osburn S. C. et al. Pre-training Skeletal Muscle Fiber Size and Predominant Fiber Type Best Predict Hypertrophic Responses to 6 Weeks of Resistance Training in Previously Trained Young Men // Front. Physiol, 2019 10:297, 1–17.

27. Haun C. T., Vann C. G., Roberts B. M., Vigotsky A. D., Schoenfeld B. J., Roberts M. D. A Critical Evaluation of the Biological Construct Skeletal Muscle Hypertrophy: Size Matters but So Does the Measurement // Front. Physiol. 2019, 10:247, 1–23.

28. Haus J. M., Carrithers J. A., Carroll C. C., Tesch P. A., Trappe T. A. Contractile and connective tissue protein content of human skeletal muscle: effects of 35 and 90 days of simulated microgravity and exercise countermeasures // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2007, 293, R1722–R1727.

29. Hermansen K., Bengtsen M., Kjær M., Vestergaard P., Jørgensen J. O. L. Impact of GH administration on athletic performance in healthy young adults: A systematic review and meta-analysis of placebo-controlled trials // Growth Horm IGF Res. 2017 Jun; 34:38–44.

30. Holwerda A. M., Paulussen K. J. M., Overkamp M., Goessens J. P. B. et al. Leucine co-ingestion augments the muscle protein synthetic response to the ingestion of 15 g protein following resistance exercise in older men // Am J Physiol Endocrinol Metab. 2019 May 21, 1–38.

31. Hooper D. R., Kraemer W. J., Focht B. C., Volek J. S., DuPont W. H., Caldwell L. K., Maresh C. M. Endocrinological Roles for Testosterone in Resistance Exercise Responses and Adaptations // Sports Med. 2017 Sep;47(9):1709–1720.

32. Hornberger T. A. Mechanotransduction and the regulation of mTORC1 signaling in skeletal muscle // Int J Biochem Cell Biol, 2011, 43: 1267–1276.

33. Hough T. Ergographic studies in muscular fatigue and soreness // J Boston Soc Med Sci, 1900, 5:81–92.

34. Hyldahl R. D., Hubal M. J. Lengthening our perspective: morphological, cellular, and molecular responses to eccentric exercise // Muscle Nerve, 2014, 49: 155–170.

35. Hyun-Ki Lee, Joo Kyung Lee, Belong Cho The Role of Androgen in the Adipose Tissue of Males // World J Mens Health 2013 August 31(2): 136–140.

36. Jacobs B. L., Goodman C. A., Hornberger T. A. The mechanical activation of mTOR signaling: An emerging role for late endosome/lysosomal targeting // J Muscle Res Cell Motil. 2014; 35: 11–21.

37. Juha P. Ahtiainena, Juha J. Hulmia, William J. Kraemer et al. Heavy resistance exercise training and skeletal muscle androgen receptor expression in younger and older men // Steroids 76 (2011) 183–192.

38. Knowles O. E., Drinkwater E. J., Urwin C. S., Lamon S., Aisbett B. Inadequate sleep and muscle strength: Implications for resistance training // J Sci Med Sport. 2018 Sep;21(9):959–968.

39. Kurobe K., Huang Z., Nishiwaki M., Yamamoto M., Kanehisa H., Ogita F. Effects of resistance training under hypoxic conditions on muscle hypertrophy and strength // Clin Physiol Funct Imaging, 2015, 35: 197–202.

40. Lee J. H., Jun H.-S. Role of Myokines in Regulating Skeletal Muscle Mass and Function // Front. Physiol, 2019, 10:42, 1–9.

41. Lee M. N., Ha S. H., Kim J., Koh A., Lee C. S., Kim J. H., Jeon H., Kim D.-H., Suh P.-G., Ryu S. H. Glycolytic flux signals to mTOR through glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase-mediated regulation of Rheb // Molecular and cellular biology, 2009, 29: 3991–4001.

42. Lloyd A. C. The regulation of cell size // Cell, 2013, 154, 1194–1205.

43. Loucks A. B., Kiens B., Wright H. H. Energy availability in athletes // Journal of Sports Sciences, 29 Suppl 1, 2011, S7–15.

44. Mobley C. B., Haun C. T., Roberson P. A ., Mumford P. W., Kephart W. C., Romero M. A. et al. Biomarkers associated with low, moderate, and high vastus lateralis muscle hypertrophy following 12 weeks of resistance training // PLoS ONE 13(4):2018, 1–20.

45. Morton R., Sato K., Gallaugher M. et al. Muscle Androgen Receptor Content but Not Systemic Hormones Is Associated with Resistance Training-Induced Skeletal Muscle Hypertrophy in Healthy, Young Men. Front // Physiol. — 2018. — V. 9. — P. 1–11.

46. Muniyappa R., Montagnani M., Koh K. K., Quon M. J. Cardiovascular actions of insulin // Endocrine Reviews, 2007, 28 463–491.

47. Muñoz-Cánoves P., Scheele C., Pedersen B. K., Serrano A. L. Interleukin-6 myokine signaling in skeletal muscle: a double-edged sword? // FEBS J. 2013 Sep;280(17):4131–48.

48. Murphy C. H., Saddler N. I., Devries M. C., McGlory C., Baker S. K., Phillips S. M. Leucine supplementation enhances integrative myofibrillar protein synthesis in free-living older men consuming lower- and higher-protein diets: a parallel-group crossover study // Am J Clin Nutr. 2016 Dec;104(6):1594–1606.

49. Nederveen J. P., Joanisse S., Snijders T., Thomas A. C. Q., Kumbhare D., Parise G. The influence of capillarization on satellite cell pool expansion and activation following exercise-induced muscle damage in healthy young men // J Physiol. 2018 Mar 15;596(6):1063–1078.

50. Newmire D. E., Willoughby D. S. Partial Compared with Full Range of Motion Resistance Training for Muscle Hypertrophy: A Brief Review and an Identifi cation of Potential Mechanisms // J Strength Cond Res. 2018 Sep;32(9):2652–2664.

51. Ohno Y., Ando K., Ito T., Suda Y., Matsui Y., Oyama A., Kaneko H., Yokoyama S., Egawa T., Goto K. Lactate Stimulates a Potential for Hypertrophy and Regeneration of Mouse Skeletal Muscle // Nutrients. 2019 Apr 17;11(4), 1–10.

52. Palmisano M. G., Bremner S. N., Hornberger T. A., Meyer G. A., Domenighetti A. A., Shah S. B., Kiss B., Kellermayer M., Ryan A. F., Lieber R. L. Skeletal muscle intermediate fi laments form a stresstransmitting and stress-signaling network // J Cell Sci. 2015; 128:219–224.

53. Paul A. C., Rosenthal N. Diff erent modes of hypertrophy in skeletal muscle fi bers // J. Cell Biol. 2002, 156, 751–760.

54. Paulsen G., Hamarsland H., Cumming K. T., Johansen R. E., Hulmi J. J., Børsheim E. Vitamin C and E supplementation alters protein signalling after a strength training session, but not muscle growth during 10 weeks of training // J Physiol, 2014, 592(Pt 24): 5391–5408.

55. Paulsen G., Mikkelsen U. R., Raastad T. , Peake J. M. Leucocytes, cytokines and satellite cells: what role do they play in muscle damage and regeneration following eccentric exercise? // Exerc Immunol Rev, 2012, 18: 42–97.

56. Ribeiro A. S., Nunes J. P., Schoenfeld B. J. Should Competitive Bodybuilders Ingest More Protein than Current Evidence-Based Recommendations? // Sports Med. 2019 Apr 26,1–5.

57. Rindom E., Vissing K. Mechanosensitive molecular networks involved in transducing resistance exercise-signals into muscle protein accretion // Front Physiol, 2016, 7: 547.

58. Roberts M. D., Haun C. T., Mobley C. B., Mumford P. W., Romero M. A., Roberson P. A., Vann C. G., McCarthy J. J. Physiological Diff erences Between Low Versus High Skeletal Muscle Hypertrophic Responders to Resistance Exercise Training: Current Perspectives and Future Research Directions // Front. Physiol, 2018, 9:834,1–17.

59. Romagnoli C., Pampaloni B., Brandi M. L. Muscle endocrinology and its relation with nutrition // Aging Clin Exp Res. 2019 Apr 11, 1–10.

60. Russell B., Motlagh D., Ashley W. W. Form follows function: how muscle shape is regulated by work // J. Appl. Physiol. 2000, 88, 1127–1132.

61. Schoenfeld B. J. Postexercise hypertrophic adaptations: a reexamination of the hormone hypothesis and its applicability to resistance training program design // Journal of Strength and Conditioning Research, 2013, 27(6)/1720–1730.

62. Schoenfeld B. J. The mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training // J Strength Cond Res. 2010 Oct;24(10):2857–72.

63. Snijders T., Nederveen J. P., Joanisse S., Leenders M., Verdijk L. B., van Loon L. J., Parise G. Muscle fi bre capillarization is a critical factor in muscle fi bre hypertrophy during resistance exercise training in older men // J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2017 Apr;8(2):267–276.

64. Staszewska I., Fischer I., Wiche G. Plectin isoform 1-dependent nuclear docking of desmin networks aff ects myonuclear architecture and expression of mechanotransducers // Hum Mol Genet. 2015; 24:7373–7389.

65. Suga T., Okita K., Morita N., Yokota T., Hirabayashi K., Horiuchi M., Takada S., Takahashi T., Omokawa M., Kinugawa S., Tsutsui H. Intramuscular metabolism during low-intensity resistance exercise with blood fl ow restriction // J Appl Physiol (1985), 2009, 106: 1119–1124.

66. Symons T. B., Sheffield-Moore M., Wolfe R. R., Paddon-Jones D. A moderate serving of high-quality protein maximally stimulates skeletal muscle protein synthesis in young and elderly subjects // J Am Diet Assoc109: 2009,1582–1586.

67. Teixeira E. L., de Salles Painelli V., Silva-Batista C., de Souza Barros T. Et al. Blood Flow Restriction Does Not Attenuate Short-Term Detraining-Induced Muscle Size and Strength Losses After Resistance Training With Blood Flow Restriction // J Strength Cond Res. 2019 Apr 11,1–10.

68. Tesch P. A., Larsson L. Muscle hypertrophy in bodybuilders. Eur // J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. 1982, 49, 301–306.

69. Wackerhage H., Schoenfeld B. J., Hamilton D. L., Lehti M., Hulmi J. J. Stimuli and sensors that initiate skeletal muscle hypertrophy following resistance exercise // J Appl Physiol (1985). 2018 Oct 18, 1–41.

70. Wisdom K. M., Delp S. L., Kuhl, E. Use it or lose it: multiscale skeletal muscle adaptation to mechanical stimuli. Biomech // Model Mechanobiol. 2015, 14, 195–215.

71. Witard O. C., Jackman S. R., Breen L., Smith K., Selby A., Tipton K. D. Myofi brillar muscle protein synthesis rates subsequent to a meal in response to increasing doses of whey protein at rest and after resistance exercise // Am J Clin Nutr 99: 2014, 86–95.

72. Yan Z., Okutsu M., Akhtar Y. N., Lira V. A. Regulation of exercise-induced fi ber type transformation, mitochondrial biogenesis, and angiogenesis in skeletal muscle // J Appl Physiol (1985). 2011 Jan;110(1):264–74.

Этимология термина гипертрофия происходит от английского термина hyper, обозначающего «выше» или «за его пределами», и греческого термина trophia, обозначающего «рост» или «питание». В контексте тренировок с отягощением гипертрофия скелетных мышц обычно определяется как увеличение мышечной массы и площади поперечного сечения. Исторически считалось, что гипертрофия мышц происходит в ответ на накопление сократительных или структурных белков из-за увеличения количества саркомеров параллельно в уже существующих миофибриллах мышечных волокон (МВ), что приводит к увеличению площади поперечного сечения этих волокон [60]. Соответственно, логично предположить, что исследования, сообщающие об увеличении размера мышц и изменениях миофибриллярного белка, ясно продемонстрировали бы это явление. Однако, хотя гипертрофию скелетных мышц считают отличительной адаптацией силовой тренировки, в научной литературе были противоречивые наблюдения относительно того, что можно называть мышечной гипертрофией. Первым, кто задал вопрос по мышечной гипертрофии, был Dr. Edward E. Gordon (1967): «Что подразумевается под гипертрофией: увеличение обхвата конечности, объема мышц или связанный с этим вес? Или мы имеем в виду отдельные МВ, наименьшую анатомическую единицу мышц?» [23]. Принимая во внимание состав и организацию ткани скелетных мышц, кажется логичным, что вызванное тренировками увеличение площади поперечного сечения волокна приведет к пропорциональному повышению содержания миофибриллярного белка, где концентрации будут в основном сохранены. Действительно, поскольку 60–70 % мышечного белка состоит из миофибриллярных белков [28], многие авторы утверждают, что гипертрофия скелетных мышц в ответ на тренировку с отягощениями связана с увеличением содержания миофибриллярного белка и увеличением количества саркомеров в мышце, параллельно существующим миофибриллам (например, саркомерогенезу) или вновь синтезированным миофибриллам рабочих мышечных волокон (например, миофибриллогенезу) [19, 70]. Резюмируя все исследования до 2019 г., Cody T. Haun и соавторы [10] приходят к выводу, что гипертрофия скелетных мышц, вызванная силовой тренировкой, происходит посредством: a) увеличения аккреции миофибриллярного белка на клеточном уровне; b) увеличения размера и диаметра МВ вследствие повышения содержания миофибриллярного белка. Исходя из этого, в 2010 г. Schoenfeld B. [62] определил гипертрофию скелетных мышц как расширение сократительных элементов и внеклеточного матрикса клеток скелетных мышц, указав на параллельное добавление саркомеров и/или миофибрилл, которые в значительной степени ответственны за увеличение размера клеток на основании подтверждающих доказательств Paul A. C. (2002) [53] и Tesch P. A. (1982) [68]. Lloyd A. C. дал в 2013 г. простое определение роста клеток как накопление их массы [42]. Однако в 2019 г. Haun C. T. и соавторы [27] дали новую дефиницию и архитектонику мышечной гипертрофии. По словам авторов, мышечная гипертрофия определялась как увеличение размера скелетных мышц, сопровождаемое повышением содержания минералов, белков или субстратов (например, гликогена и внутримышечного триглицерида). Гипертрофия скелетных мышц может сопровождаться тремя типами: а) гипертрофия соединительной ткани; b) миофибриллярная гипертрофия; c) саркоплазматическая гипертрофия. Гипертрофию соединительной ткани можно определить как увеличение объема внеклеточного матрикса скелетных мышц, сопровождаемое повышением содержания минералов или белков коллагена. Саркоплазматическая гипертрофия может быть определена как устойчивое увеличение объема сарколеммы и/или саркоплазмы, сопровождаемое повышением объема митохондрий, саркоплазматического ретикулума, t-трубочек и/или саркоплазматических ферментов или содержания энергетических субстратов. Причем Cody T. Haun и соавторы утверждают, что гипертрофический ответ на силовую тренировку происходит сначала посредством саркоплазматического расширения (например, внутриклеточной жидкости, саркоплазматических белков и гликогена), а только потом сопровождается аккрецией сократительных белков [10]. Миофибриллярная гипертрофия может быть определена как увеличение размера и/или количества миофибрилл, сопровождаемое увеличением количества саркомеров или саркомерных белков, непосредственно связанных со структурой или генерацией сократительной силы саркомеров.

Для Цитирования:
Мирошников А. Б., Волков В. В., Стимулы, сенсоры и условия для мышечной гипертрофии (литературный обзор). Терапевт. 2019;7.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: