Как происходит рост мышц и гипертрофия мышечных волокон

Иван Власов создатель проекта

shapeexpert

перейти в профиль

публикации пользователя @shapeexpert

Введение как происходит рост мышц?

Иван Власов комментарий

Я не буду прибегать к описаниями различных теорий, которые бытовали среди нашего спортивного общества дабы не засорять вам, да, собственно, и себе мозг. В этом, по большому счету, нет необходимости, так как на данный момент есть те или иные научные данные, которые подтверждают тот или иной факт. Предлагаю сосредоточиться именно на них.

У нетренированных испытуемых гипертрофия мышц, то есть их увеличение, практически отсутствует на начальных этапах тренировок с отягощениями, причем большая часть прироста силы происходит в результате нейронной адаптации ¹²⁴.

Однако через несколько месяцев тренировок гипертрофия начинает становиться доминирующим фактором, причем верхние конечности проявляют гипертрофию раньше нижних ^{124, 177}.

Было показано, что генетический фон, возраст, пол и другие факторы опосредуют гипертрофическую реакцию на тренировочный процесс, влияя как на скорость, так и на общее количество прироста мышечной массы ⁹³.

Кроме того, по мере приобретения опыта тренировок становится все труднее наращивать мышечную массу, что повышает важность грамотного подхода к организации тренировочного процесса.

Хотя гипертрофия, то есть рост мышц может быть достигнут при помощью использования различных тренировочных методов, принцип специфичности диктует, что некоторые меры будут способствовать большему уровню гипертрофии, чем другие.

Тем не менее, отсутствуют данные относительно наилучшего подхода к достижению данной цели, потому как чаще всего это индивидуальный параметр.

Культуристы обычно тренируются с умеренными нагрузками и довольно короткими интервалами отдыха, которые вызывают метаболический стресс.

Особенности строения скелетных мышц человека

Для того, чтобы ответить на вопрос, как происходит рост мышц нам для начала предстоит разобраться с ее строением и тем, что лежит в основе мышечного сокращения.

Мышца состоит из мышечной и соединительной ткани, а также сосудов, которые снабжают ее кровью, и нервов, обеспечивающих связь с центральной нервной системой.

Мышечное волокно

Скелетная мышца состоит из пучков поперечно-полосатых мышечных волокон, покрытых фиброзной оболочкой – эндомизием (endomýsyum). Внешняя фиброзная оболочка, которая покрывает мышцу в целом, называется эпимизий (epimýsium).

Соединительнотканные прослойки, которые разграничивают друг от друга мышечные волокна или большие группы волокон, имеют название перимизий (perimýsium).

Рис.1: Строение скелетных мышц

Миофибриллы

В свою очередь мышечное волокно состоит из большого количества миофибрилл. Миофибриллы — цилиндрические нитевидные структуры толщиной 1-2 мкм, которые проходят по всей длине мышечного волокна.

Саркомеры

Каждая миофибрилла состоит из многочисленных саркомеров. Один саркомер имеет длину порядка 2 мкм.

Актин и миозин

Саркомеры, в свою очередь, состоят из — актина и миозина, благодаря которым и происходит уменьшение длины саркомера и сокращение мышечных влокон.

Механизм сокращения мышц

После того, как мы немного разобрались со строением мышц, давайте разберемся, как же происходит сокращение этих самых мышц. Выше было сказано, что саркомеры имеют способность сокращаться в длину и происходит это за счет актина и миозина.

Более детально механизм взаимодействия выглядит так: тонкие нити актина втягиваются между более толстых нитей миозина. Миозин имеет специальные головки, в которых происходит связывание и расщепление АТФ, что и является источником энергии для такого взаимодействия актина и миозина.

Работа мышечных нитей актина и миозина сопровождается выбросом ионов кальция. Мы начинаем чувствовать утомление в мышце с каждым последующим повторением во время выполнения упражнения. Это признак того, что продукты биохимической реакции не успевают выводится из мышцы по мере их образования.

Взаимодействие между миозином и актином нарушается, и в следствии этого мы чувствуем мышечную боль. Среди продуктов распада присутствует и молочная кислота. Ранее ошибочно считалось, что мышечная крепатура, то есть синдром отсроченной мышечной боли обуславливается именно скоплением молочной кислоты.

Но это не так, молочная кислота способна вызывать подобного рода жжения только лишь непосредственно во время выполнения упражнения. Отсроченная мышечная боль — это ни что иное, как следствие микроразрывов в миофибриллах.

Цепная реакция сокращения саркомер приводит к уменьшению длины миофибрилл, за счет этого происходит сокращение мышечного волокна.

Как происходит рост мышц

Мы разобрались со строением скелетных мышц и тем, как реализован механизм их сокращения. Теперь пора внести ясность в тему роста мышц.

С точки зрения биологии, в основе процесса роста мышц и увеличения их объема лежит два фундаментальных механизма — гипертрофия и гиперплазия.

Гипертрофия мышечных волокон — это процесс увеличения поперечного сечения мышечных волокон, то есть их толщины, а гиперплазия — процесс увеличения их количества.

Иван Власов комментарий

Забегая вперед, хочу сказать: убедительные доказательства того, что гиперплазия мышечных волокон встречается у людей отсутствуют. Ниже я остановлюсь на этом вопросе более предметно.

Гипертрофия мышечных волокон и ее типы

При гипертрофии увеличиваются сократительные элементы и расширяется внеклеточный матрикс ¹⁸⁷. Сократительная гипертрофия может возникать путем последовательного или параллельного добавления саркомеров.

Параллельное добавление саркомеров и миофибрилл

При физических нагрузках, гипертрофия мышечных волокон происходит в большей степени за счет параллельного добавления саркомеров и миофибрилл. ^{135 179}

Когда скелетная мышца подвергается стимулу перегрузки, это вызывает возмущения в миоволокнах и внеклеточном матриксе. В результате запускается цепочка миогенных событий, которые в конечном итоге приводят к увеличению размера и количества миофибриллярных сократительных белков — актина и миозина, а также общего числа саркомеров.

Это, в свою очередь, увеличивает диаметр отдельных волокон и тем самым приводит к увеличению массы мышц, то есть к их росту. ¹⁸²

Последовательное добавление саркомеров

Увеличение количества последовательно соединяющихся саркомеров приводит к тому, что заданная длина мышцы соответствует более короткой длине саркомеров. ¹⁸²

Было также показано, что гипертрофия возникает, когда мышцы вынуждены приспосабливаться к новой функциональной длине. Это видно на примере конечностей, которые были помещены в гипс, где иммобилизация сустава при большой длине мышц приводит к увеличению количества саркомеров, в то время как иммобилизация при меньшей длине влечет за собой уменьшение их количества. ¹⁸²

Есть некоторые свидетельства того, что определенные виды физических упражнений могут по разному влиять на количество последовательно соединяющихся саркомеров. В нескольких испытаниях разные группы крыс тренировали на беговых дорожках с разным наклоном — вверх и вниз.

Бег вверх подвергал разгибатели бедра грызунов концентрической нагрузке. И наоборот, тренировка крыс с уклоном вниз заставляла разгибатели бедра совершать эксцентрические движения.

В результате повторяющиеся эксцентрические движения, при которых мышца удлиняется под нагрузкой, приводили к увеличению количества последовательно соединяющихся саркомеров. В то время как упражнения, состоящие исключительно из концентрических сокращений, при которых целевая мышца укорачивается под нагрузкой, приводили к уменьшению количества саркомеров.

Саркоплазматическая гипертрофия

Предполагается, что гипертрофия мышц может быть усилена увеличением различных несокращающихся элементов и жидкости. ^{108 205} Такое явление было названо «саркоплазматической гипертрофией» и может привести к увеличению мышечной массы без сопутствующего увеличения силы. ¹⁵⁴

Считается, что увеличение саркоплазматической гипертрофии связано с особенностями тренировок, и это убеждение подтверждается исследованиями, показывающими, что гипертрофия мышц у культуристов отличается от гипертрофии у пауэрлифтеров. ¹⁷⁹

В частности, бодибилдеры, как правило, демонстрируют большую пролиферацию волокнистой эндомизиальной соединительной ткани и большее содержание гликогена в мышцах по сравнению с пауэрлифтерами ^{109 177}, предположительно из-за различий методов тренинга.

Хотя саркоплазматическую гипертрофию часто описывают как нефункциональную, вполне вероятно, что систематические адаптации, связанные с ее воздействием на набухание клеток, могут опосредовать последующее увеличение синтеза белка, которое также приводит к большему сократительному росту мышц.

При саркоплазматической гипертрофии объем мышц увеличивается за счет объема саркоплазмы. В результате можно наблюдать возрастание силовой или общей выносливости.

Саркоплазматической тип гипертрофии имеет место быть среди спортсменов, которые в своей тренировочной практике используют подходы упражнений с выполнением «до отказа». Такой метод широко распространен у бодибилдеров и бегунов на средние дистанции.

Сателлитные клетки и гипертрофия мышц

Мышца — это постмитотическая ткань, а это означает, что она не подвергается существенной замене клеток на протяжении всей жизни. Поэтому необходим эффективный механизм восстановления клеток, чтобы избежать апоптоза и сохранить массу.

Это осуществляется за счет динамического баланса между синтезом и распадом мышечного белка. ^{69 182} Гипертрофия мышц происходит, когда синтез белка превышает распад белка.

Считается, что гипертрофия опосредована активностью клеток-сателлитов, которые находятся между базальной пластинкой и сарколеммой. ^{66 146}

Эти «миогенные стволовые клетки» обычно находятся в состоянии покоя, но становятся активными, когда на скелетную мышцу накладывается достаточный механический стимул. ¹⁸⁷

После пробуждения клетки-сателлиты размножаются и в конечном итоге сливаются с существующими клетками или между собой для создания новых миоволокон, необходимых для восстановления и последующего роста новой мышечной ткани. ¹⁸²

Считается, что сателлитные клетки способствуют гипертрофии мышц несколькими способами. Во-первых, они жертвуют дополнительные ядра мышечным волокнам, увеличивая способность синтезировать новые сократительные белки. ¹²³

Поскольку соотношение содержания ядер в мышцах к массе волокон остается постоянным во время гипертрофии, для изменений требуется внешний источник митотически активных клеток. Клетки-сателлиты сохраняют митотическую способность и, таким образом, служат пулом мионуклеусов для поддержки роста мышц. ¹⁵

Микронуклеус — «ядро для размножения», содержит полную наследственную информацию.

Это согласуется с концепцией мионуклеарного домена, которая предполагает, что мионуклеус регулирует выработку мРНК для конечного саркоплазматического объема, и любое увеличение размера волокна должно сопровождаться пропорциональным увеличением мионуклеусов.

Учитывая, что мышцы состоят из нескольких мионуклеарных доменов, гипертрофия, возможно, может возникнуть в результате либо увеличения числа доменов (за счет увеличения числа мионуклеаров), либо увеличения размера существующих доменов.

Считается, что и то, и другое происходит при гипертрофии, причем значительный вклад в это вносят клетки-сателлиты. ¹⁸²

Кроме того, клетки-сателлиты совместно экспрессируют различные миогенные регуляторные факторы (включая Myf5, MyoD, миогенин и MRF4), которые способствуют восстановлению, регенерации и росту мышц. ²⁷

Эти регуляторные факторы связываются с определенными последовательностями элементов ДНК, причем каждый из них играет определенную роль в процессе образования мышечной ткани. ^{148, 155}

Гиперплазия мышечных волокон

Некоторые исследователи выдвинули теорию существования возможности того, что рост мышц может быть, по крайней мере частично, связан с увеличением числа волокон. ⁸

Метаанализ Келли ⁸⁴ показал, что гиперплазия возникает у некоторых видов животных в экспериментальных условиях в результате механической перегрузки.

Увеличение количества мышечных волокон было наибольшим среди птиц, нежели чем среди млекопитающих. Перегрузка растяжкой приводила к большему увеличению количества волокон, чем физические упражнения.

Однако последующие исследования показывают, что такие наблюдения могут быть ошибочными, а результаты объясняются неправильным подсчетом сложного расположения удлиняющихся волокон. ¹³⁵

Также проводилось одно исследование на предмет гиперплазии мышечных волокон среди людей. Проводил эти исследования Сеостр в 1991 году. В силу того, что Сеостр был патологоанатомом исследования проводились на умерших людях.

Суть заключалась в том, что сравнивалось количество мышечных волокон в доминирующих конечностях. Он заметил, что, к примеру, объем бедра опорной ноги несколько превышал объем второй ноги. Это и дало толчек к тому, чтобы сравнить количество волокон в обеих конечностях.

Итог: количество волокон оказалось разным, и больше их было именно в доминирующих конечностях. Это, пожалуй, единственное научное подтверждение того, что гиперплазия имеет место, при том, играет роль при формировании более объемной мышечной массы.

Конечно, можно предположить, что такой результат мог быть и следствием генетических закономерностей. То есть, преобладающая конечность могла быть генетически изначально наделена большим количеством волокон.

Отсутствуют доказательства того, что гиперплазия, вызванная физическими нагрузками, встречается у людей. И если гиперплазия и имеет место быть, ее влияние на площадь поперечного сечения мышц, по-видимому, будет минимальным. ^{1, 108}

Это явление не изучено и не доказано, однако, тем не менее, среди специалистов мира фитнеса и бодибилдинга иногда можно встретить противоположную точку зрения.

Вывод как происходит мышечный рост

Таким образом, при физических нагрузках, рост мышц, в большей степени, происходит за счет параллельного добавления саркомер и миофибрилл, что приводит к гипертрофии мышечных волокон и увеличению мышечной массы.

Кроме этого, может иметь место быть саркоплазматическая гипертрофия, то есть гипертрофия цитоплазмы мышечных клеток и волокон. Такой тип гипертрофии возникает в ответ на специфический тип тренинга. Например у пауэрлифтеров саркоплазматическая гипертрофия не выражена, в отличии от бодибилдеров.

Выраженность саркоплазматической гипертрофии может зависеть от количества повторений в упражнениях и в наибольшей степени проявляется при выполнении 8-10 и более повторов. Также степень гипертрофии цитоплазмы мышечных клеток и волокон может зависеть от количества сетов / подходов. Чем больше их количество тем выше выраженность такого типа гипертрофии.

Еще один фактор, который по всей видимости оказывает воздействие на саркоплазму и приводит к ее увеличению это работа «до отказа».