ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ НАГРУЗОК С ОГРАНИЧЕНИЕМ КРОВОТОКА

Актуальность. В настоящее время активно ведутся исследования биохимических механизмов и факторов, участвующих в развитии гипертрофии скелетных мышц в ответ на физическую нагрузку. Перспективным направлением в изучении механизмов мышечной гипертрофии является определение влияния внеклеточных факторов на данный процесс. Одним из таких факторов является кровоток в мышцах во время физической нагрузки, который имеет выраженные отличия в зависимости от характера упражнений (амплитуда, повторения, время под нагрузкой). Ряд исследований показал, что нагрузки низкой интенсивности (в пределах 20-50% от одноповторного максимума) в сочетании с умеренным ограничением кровотока (НИНОК) приводят к сходному увеличению мышечной силы и объема в сравнении с традиционным высокоинтенсивным тренингом (не менее 70% от одноповторного максимума) [1]. Существует множество состояний и заболеваний, сопровождающихся потерей мышечной массы и требующих реабилитационных мероприятий, включающих физические упражнения: саркопения, раковая кахексия, СПИД, ХОБЛ, инфаркт миокарда, инсульт, травма, состояния после оперативных вмешательств и др. Для некоторых групп населения применение высокоинтенсивных нагрузок может быть невозможным или даже опасным (пожилые люди, люди, страдающие остеоартиритом, проходящие реабилитацию после хирургических вмешательств) [2]. Таким образом, мероприятия с использованием системы упражнений НИНОК, направленные на предотвращение мышечной атрофии и/или достижение мышечной гипертрофии, могут оказаться полезными для комплексной терапии множества заболеваний, сопровождающихся потерей мышечной массы.

Цель: оценить влияние физических упражнений с ограничением кровотока на гипертрофию скелетных мышц.

Задачи.

1) Изучить молекулярные механизмы мышечной гипертрофии.

2) Оценить реакцию мышц на НИНОК.

3) Сравнить ответ мышцы на НИНОК с ответом на классический тренинг.

Материалы и методы. Метод: мета-анализ. Материал: данные экспериментальных исследований о влиянии НИНОК на метаболизм и функцию скелетных мышц, полученные при использовании ресурсов: NCBI - PubMed Central®, Cochrane Library, ResearchGate.

Обзор литературы. Рапамицин-ингибиторный сигнальный путь млекопитающих (mTOR) играет очень важную роль в активации синтеза мышечных белков. Рапамицин (Rapa Nui – место открытия рапамицина)- вещество с очень мощными проитивогрибковыми, проитвовоспалительными и противораковыми свойствами. mTOR является серин/ткотреонини киназой, и формирует каталитическую субъединицу двух отдельных ферментных комплексов  mТОR комплекс 1 (mТОRС1) и мТор комплекс 2 (mТОRС2). Для обеспечения роста и деления клеток необходимо увеличение синтеза белков, нуклеотидов и липидов, а также подавление катаболических процессов, таких как аутофагия. mТОRС1 играет ключевую роль в регуляции вышеупомянутых процессов и тем самым котролирует баланс анаболизма и катаболизма в организме в ответ на внешние факторы (Рисунок 1). (mТОRС2) модулирует организацию цитоскелета, клеточную миграцию, липидный гомеостаз, а также

выживание и пролиферацию клеток (Рисунок 1).

Рисунок 1. Процессы контролируемые mTORC1 и mTORC2

mTORC1 чувствителен к уровню аминокислот. Гетеродимерный ГТФ-азный комплекс Rag находится на мембранах лизосом. Аминокислоты лейцин и аргинин активируют Rag, что приводит к присоединению mTORC1. Это способствувет взаимодействию mTORC1 с важнейшим активатором, находящемся на мембране лизосомы- Rheb.TSC- ключевой ингибитор работы mTORC1, разрушает Rheb.  Инсулин и инсулоподобный фактор роста- 1 (ИФР-1) водействую на рецепторы через ряд вторичных посредников приводят к снижению активности TSC, что приводи к активации mTORC1. (Рисунок 2) [5]

Рисунок 2. Регуляция активности mTORC1

Активация белкового синтеза достигается путем фосфорилирования мТОРк-1 двух ферментов рибосомальной киназы-1 p70S6 (S6K1) и eIF4E связывающего белка (4EBP). Фосфорилирование S6K1 приводит к последующей активации субстратов обеспечивающих инициацию трансляции иРНК, включая eIF4B – активатора 5’-связывыния eIF4F комплекса. Фосфорилирование S6K1 также содействует деградации PDCD4, который является ингибитором eIF4B. Активированный S6K1 повышает эффективность  трансляции иРНК, взаимодействуя с комплексом SCAR, отвечающим за связывание экзонов. Второй мишенью комплекса мтор1 является 4EBP. Его фосфорилирование приводит к ингиборванию 4EBP, который в активном состоянии связывает eIF4E, препятствуя сборке eIF4F комплекса. В дополнение к анаболической активности комплекса мтор1, он также обладает антикатаболическим действием. мТОР1 ингибирует ключевые факторы аутофагии ULK1 TFEB Erk5 UVRAG, отвечающие за инициацию аутофагии, формирование аутофагасом, биогенез лизосом, и деградацию белков клетки. Наряду с активацией белкового синтеза, мторк1 также обеспечивает активацию синтеза нуклеотидов и липидов de novo, активируя ATF4, S6K1 зависимый CAD и ингибируя Lipin-1 соответсвенно. (Рисунок 2) [3, 4].

Рисунок 2. Влияние mTORC1 на метаболические процессы.

Результаты и их обсуждение. Показано что после мышечной нагрузки, совместно с активацией mTOR сигнального пути происходит увеличение синтеза белков скелетной мускулатуры [6]. В исследованиях установлено, что НИНОК приводят к увеличению содержания в плазме крови гормона роста в 4-6 раз, а также увеличением активности S6K1 в 3 раза [6]. Критерием оценки мышечной гипертрофии в исследованиях является костно-мышечный индекс (КМИ). При этом в ответ на НИНОК наблюдалось повышение КМИ на 6% после трёх недель тренировок[7]. В сравнении с ответом мышц на высокоинтенсивные нагрузки НИНОК приводила к более выраженной гипертрофии: в первом случае КМИ увеличился на 11,8%, во втором на 17,8% [8].

Выводы.

1. НИНОК приводят к активации анаболических процессов в скелетных мышцах

2. НИНОК обладает сходной эффективностью с традиционными высокоинтенсивными нагрузками по критерию мышечной гипертрофии.

3. Возможно внедрение НИНОК в реабилитационные программы пациентов с потерей мышечной массы.

Список литературы:

1. Kraemer WJ, Adams K, Cafarelli E, Dudley GA, Dooly C, Feigenbaum MS, Fleck SJ, Franklin B, Fry AC, Hoffman JR, Newton RU, Potteiger J, Stone MH, Ratamess NA, Triplett-McBride T. American College of Sports Medicine position stand Progression models in resistance training for healthy adults. Med Sci Sports Exerc 34: 364–380, 2002.
2. 31. McCall GE, Byrnes WC, Dickinson A, Pattany PM, Fleck SJ. Muscle fiber hypertrophy, hyperplasia, and capillary density in college men after resistance training. J Appl Physiol 81: 2004–2012, 1996.
3. Holz, M.K., Ballif, B.A., Gygi, S.P., and Blenis, J. (2005). mTOR and S6K1 mediate assembly of the translation preinitiation complex through dynamic protein interchange and ordered phosphorylation events. Cell 123, 569–580
4. Dorrello, N.V., Peschiaroli, A., Guardavaccaro, D., Colburn, N.H., Sherman, N.E., and Pagano, M. (2006). S6K1- and betaTRCP-mediated degradation of PDCD4 promotes protein translation and cell growth. Science 314, 467–471.
5. Jewell, J.L., Kim, Y.C., Russell, R.C., Yu, F.X., Park, H.W., Plouffe, S.W., Tagliabracci, V.S., and Guan, K.L. (2015). Metabolism. Differential regulation of mTORC1 by leucine and glutamine. Science 347, 194–198.
6. Satoshi Fujita, Takashi Abe, Micah J. Drummond, Jerson G. Cadenas, Hans C., Dreyer, Yoshiaki Sato, Elena Volpi and Blake B. Rasmussen. Blood flow restriction during low-intensity resistance exercise increases S6K1 phosphorylation and muscle protein synthesis. Science 207, 95–101.
7. Takashi Abe, Charles F. Kearns and Yoshiaki Sato. Muscle size and strength are increased following walk training with restricted venous blood flow from the leg muscle, Kaatsu-walk training. Med Sci Sports Exerc 34: 354–369, 2005.
8. Yudai Takarada, Haruo Takazawa, Yoshiaki Sato, Shigeo Takebayashi, Yasuhiro Tanaka, Naokata Ishii. Effects of resistance exercise combined with moderate vascular occlusion on muscular function in humans. Journal of Applied Physiology 512, 134-139.