СМП и упражнения без отягощения

Во время упражнений

Вероятно, во время бега СМП у грызунов понижается (35). Более поздние исследования зафиксировали уменьшение СМП на 26 % у крыс во время 2-часового бега на тредмилле (46). В основе изменений СМП во время 30-минутного бега мышей на тредмилле, возможно, лежит повышение активности АМРК и подавление общего уровня трансляции мРНК, а также сигнального пути mTOR (125). У людей общий уровень синтеза белка понижался во время ходьбы в гору при 40 % максимального потребления кислорода (VO2max) (93), и подобные изменения наблюдаются во время 2-часовой ходьбы при 60 % VO2max (22). СМП является значительной частью общего синтеза белка организмом, также известно, что отношение АДФ к АТФ значительно уменьшается при упражнениях без отягощения (24), на этом основании можно сделать вывод: во время ходьбы или бега у людей понижается СМП, но практически нет данных, подтверждающих это. Фактически во время ходьбы на тредмилле при 40 % VO2max (27) нет существенных изменений в СМП сравнительно с уровнем во время отдыха, тем не менее исходный уровень мог быть необычно низким по отношению ко дню без тренировки, что, вероятно, привело к ложно негативным выводам. Также, возможно, выбран недостаточный уровень интенсивности упражнений: велоэргометрия в течение часа при 70 % VO2max, выполняемая молодыми здоровыми субъектами, приводила к активации мышечной АМРК-α2 (42), измеренной в квадрицепсе с помощью биопсии непосредственно после упражнения; в подобном исследовании продолжительностью 90 минут отмечена значительная, вызванная Са2+ активация кальмодулинзависимой протеинкиназы еЕF2 киназы, совместно (и, возможно, как результат) с ингибированием активности еЕF2 и (в итоге) удлинение белковой цепи у здоровых мужчин в постабсорбтивном состоянии (97). Эти результаты противоречат гипотезе о снижении СМП во время езды на велосипеде и бега, тем не менее технически сложно организовать исследование, в котором у субъектов, упражняющихся продолжительное время и со значительной нагрузкой, можно удовлетворительно отследить обмен белка во время упражнения, но это возможно. Задача ожидает своего решения.

После упражнений

После ходьбы на тредмилле при 40 % VO2max в постабсорбтивном состоянии СМП в различных мышцах увеличивался на 45 % (26); о подобных изменениях сообщал и Sheffield-Mooreetal (101). Еще большее увеличение уровня синтеза миофибриллярной фракции могут вызывать более интенсивные упражнения у сытых молодых мужчин, 1 час маховых упражнений ногами ̴̴ 70 % РМ удвоили уровень синтеза миофибриллярного белка в квадрицепсе на 24 часа, синтез оставался повышенным еще более 72 часов (76).

Эти результаты можно было бы считать случайностью, так как обычно упражнения этого типа (которые скорее увеличивают биогенез митохондрий) не вызывают гипертрофию и, следовательно, не стимулируют синтез миофибриллярных белков, но накопившиеся данные развеивают сомнения. Описанные нами факты обнаружены у нетренированных субъектов, в этом случае и отягощения, и велоэргометрия стимулируют синтез белков и миофибрилл и митохондрий, возможно, в результате общего анаболического сигнала после упражнений, в то же время у тренированных не повышается синтез миофибрилл после велоэргометрии и не наблюдается синтез митохондриальных белков после однократной тренировки с отягощениями (123).

Степень изменений СМП в ответ на упражнения, вероятно, зависит от того, производится или нет существенная «ударная» сила, например, после интенсивного плавания СМП у здоровых людей существенно не изменяется (113). Тем не менее, важно отметить, что измерения проводились после длительной тренировки, выполненной натощак. Кроме того, испытуемые были хорошо тренированы, а долговременная тренировка увеличивает базальный уровень СМП и уменьшает СМП в ответ на однократное воздействие упражнений (86, 87, 102).

В настоящее время существует много описаний активирующих фосфорилирование сигналов, которые могут лежать в основе изменений СМП после однократного выполнения упражнений без отягощения, а также изменений СМП самого по себе (например, увеличение сигналов mTOR, уменьшение еEF2, митогенактивирующей протеинкиназы и т. д.) (1, 11, 74, 98). Количественно наблюдаемые изменения сходны с происходящими в ответ на упражнения с отягощениями, и действительно, различия в ответ на однократные упражнения, при которых мышцы ног работают в разных режимах, «силовом» и «на выносливость», незначительны у тех же нетренированных людей (123). Это означает, что любое значительное увеличение сократительной активности или возможности утилизации субстратов нетренированными мышцами ведет к сходному анаболическому ответу. Тем не менее после периода тренировки СМП становится более чувствительным к специфическому типу упражнений, вызывая синтез отдельных субклеточных белковых фракций (митохондриальной или миофибриллярной), впоследствии проявляясь в фенотипических изменениях, характерных для разных видов тренировки (123). Фенотипические изменения, вероятно, возникают в результате повторного выполнения каждого из видов упражнений с отягощениями или «динамических». В настоящее время существует ограниченное количество данных о влиянии тренировки на активацию фосфорилирования сигнальных белков, этого недостаточно для возможности предсказания влияния на обмен протеинов изменений фосфорилирования.

РМП И УПРАЖНЕНИЯ

Во время упражнений с отягощениями

Только метод, основанный на A-V растворенных меченых аминокислотах, обсуждаемый ранее, доступен в настоящее время, однако его точность в данном случае весьма сомнительна. Насколько нам известно, только в двух исследованиях отслеживали уровень растворения меток «во время» упражнения (в действительности – во время отдыха между подходами) в постабсорбтивном состоянии; в этих исследованиях наблюдаемый уровень фенилаланина, показателя распада белка, не повышался во время отдыха (39, 114). Возможно, это объясняется тем, что протеолиз в мышцах происходит преимущественно через АТФ-зависимую убиквитинпротеазную систему (3), отношение АДФ к АТФ увеличивается во время упражнений, что может быть причиной его (распада) подавления во время выполнения упражнений, как в случае синтеза белка (см. выше).

После упражнений с отягощениями

Какой бы ни была неопределенность для периода упражнений, несомненно, что в постабсорбтивном состоянии после упражнения протеолиз в мышцах увеличивается, как показано с помощью растворенных меток (13, 15) и методом оценки уровня фракционного распада (ФРУ) (65). Перед упражнениями мышцы имели отрицательный баланс аминокислот, и эта ситуация лишь немного улучшалась при выполнении интенсивных упражнений с отягощениями, потому что, в то время как СМП увеличивался вдвое, ФРУ, существенно больший, чем ФРУ в постабсорбтивном состоянии, также увеличивался на 30–50 % спустя 3 часа, таким образом поддерживался отрицательный баланс (13, 85, 86). Тем не менее повышение распада в мышцах меньше по времени, чем уровень фракционального синтеза (24 часа по сравнению с 48) (85).

РМП и упражнения без отягощения

Неясны изменения РМП во время упражнений без отягощения. Во множестве экспериментов с циклическими упражнениями отмечали увеличение высвобождения аминокислот из нижних конечностей (72, 73) и на основании этого делали вывод о повышении протеолиза. Тем не менее высвобождение аминокислот объясняется скорее ингибированием синтеза белка, что приводит к недостаточной компенсации распада, и в результате из аминокислотного пула высвобождаются свободные аминокислоты.

Не вызывает сомнений, что в постабсорбтивном состоянии после упражнений без отягощений (45 минут ходьбы на тредмилле при 40 % VO2max) протеолиз в скелетных мышцах повышается как у молодых, так и у пожилых мужчин. В нижних конечностях увеличение протеолиза наблюдается через 10 и исчезает через 60 минут, но только у молодых субъектов (101).

Противоположные результаты получены с помощью микродиализа: концентрация 3МеН в диализате не изменялась от 6 до 72 часов после маховых упражнений одной ногой в течение часа при ̴ 70 % РМ (55). Возможно, это объясняется тем, что протеолизу подвергались «немиофибриллярные» протеины, при этом 3МеН не образуется, но более вероятно, что этот метод вообще не подходит для оценки мышечного протеолиза (13, 85, 95).

Сигнальные пути и РМП

Сигнальные пути, контролирующие РМП и протеолиз в мышцах человека, не определены. Различные протеолитические пути (включая лизосомальный, активируемый кальцием и убиквитин-протеосомо-зависимую систему, каспазы и металлопротеазы, а также неспецифические ди- и трипептидазы) вовлечены в ремоделирование мышц вследствие упражнений, но долевое участие каждого из них непонятно.
Увеличение активности активируемых кальцием протеаз и металлопротеаз отмечено в мышцах крысы во время и после бега на тредмилле (9, 25). Существует ограниченное количество сообщений об измерениях острых изменений производительности или контроля путей мышечного протеолиза у людей. В мышцах грызунов обнаружены две мышечные убиквитинлигазы, F-box мышечной атрофии (MAFbx) и мышечный reallyinterestingnovelgene fingerprotein 1 (MuRF1), стимулирующие протеолиз (3). Исследования экспрессии протеолитических генов в мышцах молодых субъектов спустя 4 часа после упражнений с отягощением, особенно экспрессии генов убиквитинапротеосом, показали увеличение активности MARFbxи MuRF1мРНК, но без существенных изменений в forkheadbox 3AмРНК (91). Парадоксально, но эксперименты нашей группы обнаружили снижение активности MARFbxм РНК в первые 24 часа после упражнений с отягощениями, которое означало увеличение РМП в посттренировочном состоянии (65). Это может быть связано с объемом и видом упражнения, выполняемого в последнем исследовании, где испытуемые выполняли подъемы на ступеньку с дополнительным отягощением, составлявшим 25 % от их массы тела, до полного утомления, а также со временем измерения. С другой стороны, в нашей лаборатории ранее не обнаружено прямой зависимости между РМП и экспрессией MARFbx (50). В любом случае существует и активируется множество путей, тем не менее интересно представить, как интактные миофибриллярные белки могут «реконструироваться» или ремоделироваться таким образом, чтобы оставалось место для вновь созданных протеинов, которые, согласно нескольким исследованиям (101, 113), синтезируются в течение часов после стимуляции упражнением.