Физические упражнения активируют молекулу, которая способствует укреплению мышц

Фото из открытых источников

В процессе физических упражнений мышцы вырабатывают небольшую молекулу, которая, по-видимому, помогает им развивать выносливость, улучшать использование энергии и адаптироваться к многократным тренировкам. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Начните бегать три раза в неделю, и через месяц тот же маршрут покажется вам легче. Мышцы восстанавливаются, чтобы это произошло, и новое исследование показало, что они не могут завершить эту работу без одной небольшой молекулы, вырабатываемой во время тренировки.

Мышцы вырабатывают эту молекулу, называемую L-BAIBA, во время работы. Мыши, которые не могли ее вырабатывать, тренировались с той же интенсивностью, но получали от упражнений гораздо меньшую пользу. Практически все эти данные получены на мышах и на клетках мышечной ткани человека, выращенных в чашке Петри. Участники исследования сдавали только кровь.

«Наше исследование показало, что L-BAIBA является сигналом, активируемым физическими упражнениями, который помогает мышцам адаптироваться, улучшает их метаболические возможности и способность к сокращению, и в конечном итоге повышает физическую работоспособность», — сказал профессор Ли Робертс из Университета Лидса.

Мышцы не только приводят вас в движение, но и действуют как сигнальный орган, выделяя химические сигналы в кровь. Один из таких сигналов начинается с валина, аминокислоты, содержащейся в продуктах, богатых белком. Недостаток белка в рационе связывают с ослаблением мышц у пожилых людей.

Мышцы расходуют аминокислоты — небольшие структурные единицы, из которых строятся белки, — и одной из них является валин. Если разложить валин внутри мышечной клетки, то одним из остатков окажется соединение, называемое бета-аминоизомасляной кислотой, или сокращенно BAIBA.

В 2014 году Робертс и его коллеги сообщили, что физические упражнения заставляют мышцы вырабатывать больше BAIBA, и что дополнительная BAIBA изменяет способ сжигания жира в организме. Сейчас её можно приобрести в виде добавки, и это одно из длинного списка соединений, которые ищут в качестве стимулятора тренировок.

BAIBA также существует в двух зеркально отраженных версиях, и именно их различение стало первой задачей данного исследования. Только одна из них, L-BAIBA, оказывала какое-либо воздействие на мышцы. Эта версия обрабатывается одним ферментом и работает внутри митохондрий мышечной клетки — компартментов, которые превращают пищу и кислород в полезную энергию.

Молодым самцам мышей в течение шести недель добавляли BAIBA в воду из расчета 100 миллиграммов на килограмм массы тела в день. В результате в их крови оказалось примерно столько же этого вещества, сколько можно получить только за счет физических упражнений.

Затем мыши подошли к беговому колесу. Мыши, подвергшиеся воздействию, вращали его больше раз и бегали быстрее, при этом не подходя к колесу чаще, чем остальные. Их ноги изменились снизу. Камбаловидная мышца, икроножная мышца, предназначенная для выносливости, стала весить больше и содержать больше волокон, в том числе больше медленных, устойчивых к усталости.

Эта мышца, вырезанная и стимулированная в ванне, растягивалась сильнее, чем у контрольного животного. Частично это объясняется наличием митохондрий. У мышей, подвергшихся лечению, в мышцах было больше митохондрий, и ткань более эффективно использовала кислород. Недели тренировок на выносливость сами по себе дают примерно тот же результат, воздействуя на мышцы через их обычный датчик энергии.

Добавление молекулы — это один из тестов. Более сложный — обратный: убрать её, а затем всё равно дрессировать животное. Команда Робертса дважды в неделю вводила короткие нити ДНК в мышцы задних конечностей мышей, что подавляло фермент, завершающий синтез L-BAIBA в этой ткани.

Затем в каждой группе по десять мышей тренировались на наклонной беговой дорожке в течение шести недель, четыре дня в неделю по 45 минут. Как правило, у тренированных мышей в крови накапливается больше L-BAIBA. У этих же мышей этого почти не было.

Они преждевременно сдавались на пределе своих возможностей, достигая максимальной скорости, и их икроножные мышцы двигались с меньшей силой, чем должны были бы двигаться тренированные животные. Тренировки были идентичны. Разница заключалась лишь в том, что мышцы не могли выдержать нагрузки.

Шестьдесят добровольцев в возрасте от 18 до 65 лет прошли тест на беговой дорожке в Ньюкаслском университете, в ходе которого было измерено их максимальное потребление кислорода — стандартный показатель аэробной подготовленности. Во время одного из последующих визитов они шли по склону в течение 45 минут, преодолевая 60% от максимальной высоты, при этом кровь брали до начала подъема и в момент его завершения.

Уровень L-BAIBA в состоянии покоя коррелировал с уровнем физической подготовки. Связь была слабой, но статистически значимой. Зеркальная форма не показала никакой связи с уровнем физической подготовки, в то время как обе формы повышались сразу после тренировки как у мужчин, так и у женщин. Еще 33 человека в течение 10 недель занимались на велотренажерах в Вагенингенском университете .

Уровень L-BAIBA у них в конце эксперимента был выше, а в зеркальной форме — нет. В этой группе уровень L-BAIBA в состоянии покоя соответствовал уровню физической подготовки примерно в два раза точнее, чем в первой группе.

Ничто из этого не доказывает, что молекула улучшила физическую форму человека. Результаты, полученные на людях, подтверждают выводы, сделанные на мышах, но они не доказывают причинно-следственную связь.

Мыши, которых в течение восьми недель кормили высокожировой диетой, набрали вес и плохо выводили сахар из крови. Они также стали меньше бегать. Затем половине из них еще 14 недель давали BAIBA, а остальные оставались на одной только диете.

Группа пациентов, прошедших лечение, восстановила дистанцию, пройденную за 24 часа. Их камбаловидная мышца восстановила массу и количество волокон, а также дольше сохраняла свою силу до наступления усталости. Мышь, получающая высококалорийную диету, — это не человек с диабетом 2 типа, и это различие имеет значение.

«Физические упражнения играют важную роль в лечении диабета 2 типа, но для многих людей мышечная слабость и усталость могут сделать поддержание активности настоящей проблемой», — сказала Анна Моррис, заместитель директора по стратегии исследований и партнерству в организации Diabetes UK. «Хотя эти результаты пока находятся на ранней стадии, они могут помочь сформировать будущие подходы, которые позволят людям с диабетом 2 типа оставаться активными и жить более здоровой и долгой жизнью».

В исследовании не принимал L-BAIBA ни один человек. Человеческий аспект работы заключается в анализе биохимического состава крови: кто и в каком количестве принимал препарат, и когда. Возраст также влиял на результат. У молодых мышей, получавших BAIBA, наблюдался рост дополнительных мышечных волокон. У мышей, получавших лечение в более позднем взрослом возрасте, этого не происходило; вместо этого они восстанавливали уже имеющиеся у них волокна.

Пожилые люди чаще всего теряют силу и скорость, и эту потерю можно измерить с помощью простых тестов мышечной мощности. В экспериментах не использовались действительно старые животные. В первом эксперименте все мыши были самцами, и все тренировочные программы были аэробными. Вопрос о том, посылает ли поднятие тяжестей тот же сигнал, остается открытым.

«Это дает нам новое, захватывающее представление о том, как физические упражнения приносят пользу организму, и указывает на перспективную мишень для будущих методов лечения, направленных на сохранение функции мышц при хронических заболеваниях, таких как диабет», — говорит Робертс.

Следующий шаг — тестирование L-BAIBA на людях. Робертс и его коллеги хотят начать с пациентов с диабетом 2 типа, а затем расширить исследование на заболевания, вызывающие атрофию мышц, включая сердечную недостаточность и рак.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний