Интенсивные нагрузки оставляют в мышечных клетках вечный след. Именно благодаря ему тренированные люди восстанавливают спортивную форму быстрее, чем новички ее набирают.

После травмы, рождения ребенка и из-за множества других обстоятельств профессиональным спортсменам порой приходится на время прекращать тренировки. При этом накачанные мышцы атрофируются – уменьшаются в объеме. Но если атлеты решают вернуться в спорт и возобновляют тренировки, то возвращают физическую форму довольно быстро. Им требуется меньше времени, чтобы мышцы вернулись в накачанное состояние, чем новичкам, начинающим с нуля.

Явление мышечной памяти известно уже давно, а его причины спортивные медики связывали с работой нервной системы. Но норвежские ученые под руководством Кристиана Гундерсена (Kristian Gundersen) из университета Осло (University of Oslo) показали, что мышечные волокна обладают собственной памятью и ее механизм связан с появлением новых ядер.

Для справки: Мышца состоит из пучков мышечных волокон, окруженных соединительной тканью с кровеносными сосудами и нервными волокнами. Мышечное волокно – это одна многоядерная клетка, наполненная сократительными нитями – миофибриллами. Их назначение – сокращение мышечного волокна под действием нервного импульса. Миофибрилла состоит из нитей белков — актина и миозина. Клетки-сателлиты, примыкающие к мышечному волокну, способны к делению и участвуют в восстановлении мышц после микротравм. 

Мышечные волокна – клетки, составляющие мышечную ткань, — выглядят необычно. Они очень длинные (до 14 см) и тонкие (около 50 мкм). Обычно их длина равна длине мышцы. Кроме того, мышечные волокна содержат много ядер — это одни из немногих многоядерных клеток у позвоночных животных. Современный метод прижизненного наблюдения клеток (time-lapse in vivo imaging) позволяет при помощи конфокального микроскопа и флуоресцентного красителя, введенного прямо в мышечное волокно, пересчитать в нем ядра. Не во всем длинном волокне, а в какой-то его части. Животное при этом не гибнет.

Чтобы нагрузить мышцу, ее лишали партнера

Норвежские биологи проводили опыты на мышах, но не гоняли их в колесе, а сделали операцию. Чтобы нагрузить мышцу голени под названием extensor digitorum longus (лат.) (EDL) — длинный разгибатель пальцев, они частично удалили другую мышцу — tibialis anterior muscle (лат.), или переднюю большеберцовую. Так как частично удаленная мышца действует в том же направлении, что и изучаемая, в результате операции EDL получила дополнительную нагрузку.

Через разные сроки после операции ученые посмотрели, что происходит с мышцей. За 21 день мышечные волокна в EDL стали заметно толще: площадь поперечного сечения увеличилась на 35%. Но эти изменения оказались не единственными. В мышечных клетках-волокнах стало на 54% больше ядер (считали их число на один миллиметр). Причем, как показал анализ, увеличение числа ядер по времени предшествовало росту толщины. Ядра начали умножаться на шестой день усиленной нагрузки на мышцы, и их число стабилизировалось на 11−й день. А толщина волокна стала расти на девятый день и остановилась на 14−й.

Прибавка в ядрах прибавляет силу

У другой группы мышей проделали все то же самое и наблюдали за ними две недели. На 14−й день после операции в мышечных волокнах стало на 37% больше ядер, а толщина волокон увеличилась на 35%. После этого биологи имитировали прекращение тренировки мышцы – для этого они просто перерезали идущий к ней нерв. Наблюдения продолжали. В течение следующих 14 дней мышца атрофировалась: толщина волокон уменьшилась на 40% от наибольшего значения. А вот дополнительные ядра никуда не делись – их число осталось на прежнем уровне.

Рис. 1. Тренировка ведет к увеличению числа ядер в мышечном волокне. Мышечное волокно становится толще. После прекращения тренировки мышца атрофируется, но число ядер остается прежним. При возобновлении тренировки мышца быстро наращивает свой объем (J. C. Bruusgaard et al).

Эксперимент показал, что рост мышечной массы при тренировке – следствие увеличенного числа ядер в мышечных клетках. Больше ядер означает больше работающих генов, одновременно трудящихся над синтезом большего количества сократительных белков мышцы – актина и миозина. Это изменение надолго – дополнительные ядра не исчезли даже после трех месяцев мышечной атрофии. Последний результат удивил ученых: они ожидали, что лишние ядра вскоре будут уничтожены путем апоптоза, однако этого не произошло. Ядра просто снижали функциональную активность и ждали своего часа.

Исследователям стало ясно, что именно новые ядра и есть основа мышечной памяти. Она действует на уровне клетки. С возобновлением нагрузки дополнительные ядра начинают активно действовать, синтез белков усиливается и мышца растет; и все это происходит намного быстрее, чем при первой тренировке. Потому что для такого роста уже есть материальная база – лишняя ДНК. А сделать режим тренировок оптимальным тренерам помогают химики.

О возрасте и стероидах

Новые ядра в мышечных волокнах образуются благодаря клеткам-сателлитам, которые делятся путем митоза. С возрастом их способность к делению снижается. По этой причине пожилому человеку будет трудно накачать мышцы, если он не тренировался в молодости. А вот вернуть себе физическую форму, в принципе, возможно.

Другой важный практический вывод – анаболические стероиды, которые принимают для накачки мышц. Действуют они по тому же механизму, что и усиленные тренировки, – увеличивают количество ядер. Но это значит, что их допинговый эффект фактически постоянный, а не временный, потому что созданные ими ядра не исчезают.

Статья о том, где на самом деле хранится мышечная память, опубликована в журнале PNAS.

По материалам