Объем мышечных клеток. Анаболическая оргия в ваших мышцах

Вот то, что Вы должны знать:

1) Объем клетки - крайне важный показатель, влияющий на транспортировку в клетку аминокислот, а также таких важных веществ, как креатин.

2) Объем клетки и интенсивность работы клеточного насоса (механизм транспорта веществ через клеточную мембрану), хотя и связаны, но все же не являются одним и тем же показателем. Объем клетки говорит нам о количестве жидкости внутри мышечных клеток, а клеточный насос(КН) имеет отношение как жидкости внутри клетки, так и за ее пределами, то есть в межклеточном веществе.

3) Несмотря на то, что объем клетки и работа КН это разные показатели, высокая интенсивность работы КН может способствовать увеличению объема клеток и, как следствие, ускорению темпов роста.

После тренировки нет ничего лучше, чем приятное ощущение тяжести в мышцах. Это говорит нам о том, что мы поработали как следует. Мышцы, которым мы уделяли внимание на тренировке, порой настолько забитые, что даже небольшое движение - непростая задача, и мы буквально чувствуем, как по сосудам течет кровь.

Тот факт, что в период ускоренного роста мышц они кажутся нам тяжелыми и забитыми, не случаен. Забитая мышца- мышца с активно протекающими процессами анаболизма, а увеличение объема мышечных клеток - основная причина этих процессов.

Принято считать, что лучший способ увеличить объем клетки - увеличить интенсивность работы КН, тренируясь в зале. Однако, как уже было упомянуто, увеличение объёма клетки и увеличение интенсивности работы КН напрямую связаны между собой, однако, по смыслу не являются одним и тем же.

Объем клетки это фактический объем воды внутри мышечных клеток, а КН насос является системой транспорта между жидкостью внутри клетки и жидкостью, окружающей клетку снаружи(то есть жидкость межклеточного вещества, иначе говоря интерстиция). Причем стоит отметить, что во время работы мышц вследствие повышения кровоснабжения функционирующей мышечной ткани(физиологический термин «рабочая гиперемия» - от греч. hyper - сверх, aem - кровь, то есть по-русски полнокровие), повышается как объем клетки, так и объем межклеточной жидкости.

Несмотря на это важное различие двух понятий, при определенных условиях высокая интенсивность работы КН может содействовать увеличению объема клеток. Если до этого Вы не рассматривали этот факт как часть Вашей стратегии питания, Вам стоит задуматься об этом. Объем клетки чрезвычайно важен для поступления аминокислот в клетку, активации синтеза белка и подавления распада белка до, во время и после тренировки.

Итак, как же клетка увеличивается в объеме?

В ответ на упражнения высокой интенсивности локальное расширение сосудов увеличивает приток крови к работающим мышцам, что способствует более интенсивной доставке кислорода и питательных веществ, а также удалению различных метаболитов. Эта рабочая гиперемия приводит к фильтрации плазмы крови через стенку сосудов и попаданию жидкости в межклеточное пространство, окружающее работающие мышечные клетки. Повышение содержания плазмы крови и других метаболитов(например лактат) в интерстиции повышает осмолярность интерстициальной жидкости. Это создает градиент концентрации, который «тянет» воду из просвета сосуда в межклеточное пространство(то есть вода переходит из зоны более низкой концентрации в зону более высокой концентрации, как бы пытаясь уравнять содержание различных веществ в сосуде и интерстиции). Поскольку КН обычно считается синонимом объема клеток, для Вас может оказаться неожиданным, что повышение осмолярности интерстициальной жидкости на самом деле вызывает уменьшение объема клеток, а не увеличение. По крайней мере на бумаге это так. Так как концентрация различных веществ(что по сути и есть осмолярность) в межклеточной жидкости возросла, то она становится выше, чем внутри клетки. Соответственно вода выходит из клетки, чтобы восстановить равновесие, то есть уравнять осмолярность жидкости внутри клетки и интерстициальный жидкости. Идет разбавление межклеточного вещества, а уменьшение количества воды внутри клетки наоборот повышает осмолярность внутриклеточной жидкости.

Такие же процессы с уменьшением объема клетки протекали бы и в мыщцах, но к счастью мышечные клетки хорошо оснащены и справляются с этой проблемой. С помощью различных процессов мышечные клетки способны сохранить или даже увеличить свой объем несмотря на увеличение осмолярности внеклеточной(она же интерстициальная, она же межклеточная) жидкости. Эти процессы осуществляются с помощью клеточных насосов.

Анализ того, как это работает, даст Вам не только академические знания, которые расширят Ваш кругозор. Разбор этих механизмов имеет основополагающее значение для понимания роли объема клетки в анаболических процессах. Объем клетки увеличивается засчет координированной работы клеточных насосов - транспортных белков, расположенных в клеточной мембране. На первом этапе Na+/K+-АТФазный насос перемещает три иона Na+ из клетки, а два иона K+ наоборот перемещаются в клетку. Поскольку концентрация Na+ вне клетки в 10-20 раз выше, чем внутри клетки, то чтобы перекачать ионы Na+ против градиента коцентрации, требуется энергия в форме АТФ. На втором этапе другой мембранный насос, называемый натрий-калий-хлорид-котранспортный насос(используется английская аббревиатура NKCC-насос), одновременно переносит один ион Na+ , один ион K+ и два иона Cl+ из межклеточного вещества внутрь клетки. Если посчитать результат скоординированной работы этих двух насосов, то получается, что как результат мы имеем закачку ионов в клетку и, следовательно, повышение осмотического давления внутри клетки, осмотическое давление внутри клетки становится выше, чем в интерстициальной жидкости, и в итоге вода идет в клетку, увеличивая тем самым ее объем. Важно отметить, что увеличение объема клеток при посредничестве NKCC-насоса регулируется градиентом Na+ , создаваемым Na+/K+-АТФазным насосом. На рисунке ниже вы можете увидеть, как это работает:

Объем клетки и транспорт аминокислот.​

Внеклеточный градиент Na+ , создаваемый Na+/K+-АТФазным насосом важен не только для увеличения объема клеток. Потребление аминокислот клеткой также определяется этим градиентом. Чтобы восстановить мышечную ткань мы должны доставить аминокислоты в клетку, тем самым активируя синтез белка. И хотя все незаменимые аминокислоты активируют синтез белка в определенной степени, лейцин оказывает наиболее мощное влияние. Транспорт лейцина в клетку осуществляется с помощью так называемого «третичного активного транспорта». Разбирать этот порцесс подробно в нашей статье не имеет смысла, поэтому остановимся на главных моментах. Чтобы начать процессы роста и регенерации мышечной ткани, клеткам необходим лейцин. Поглощение лейцина клетками регулируется объемом клетки, а также зависит от внеклеточного градиента Na+ , создаваемого Na+/K+-АТФазным насосом, который, еще раз напомню, выводит Na+ из клетки, повышая его коцентрацию в межклеточном веществе. Стоит еще раз подчеркнуть, что транспорт аминокислот в клетку зависит не только от ее объема, но и от концентраций Na+, K+, АТФ и количества воды в ткани.

Объем клетки, синтез и разрушение белка.​

Увеличение объема клетки тормозит распад белка и стимулирует его синтез в ряде типов клеток, в том числе в скелетных мышцах. Так как тренировки вызывают как синтез, так и распад белка, то по сути мы ведем войну против распада белка после каждой тренировки. Если мы склоним баланс между синтезом и распадом в сторону первого, то мы выиграем эту «войну» за рост мышц, и увеличим их размеры и силу. Исходя из того, что обмен белка существенно увеличивается через несколько минут и остается высоким до нескольких часов после тренировки, мы должны максимально увеличить объем мышечных клеток с помощью оптимального питания в этот период, это имеет чрезвыйчайно важное значение для долгосрочного прогресса.

Как увеличить объем клетки? План действий.​

Теперь, когда мы понимаем,как это все работает, мы должны разобрать те шаги, которые позволят нам увеличить объем клеток, а следовательно и анаболизм.

1) Пейте.

Это очень просто, но вместе с тем важно. Вода обеспечивает оптимальный объем клеток на самом базовом уровне. А следовательно, способность наших клеток активировать синтез белка и затормозить его распад также зависит от этого. Даже если Вы хоть немного обезвожены, производительность и способность к регенерации у мышечных клеток будет снижена.

2) Оптимизируйте концентрации электролитов.

Чтобы доставить воду в клетку и тем самым увеличить ее объем, мы также нуждаемся в осмолитах(это осмотически активные молекулы, которые «затягивают» воду в клетку). С этой целью нам следует поддерживать оптимальный уровень Na+ , K+ , Mg+ . Это чрезвычайно важно. Также будет не лишним обратить внимание на уровень Са+ , Cl- , PO43-(фосфор). Как уже было сказано, Na+ и К+ необходимы для увеличения объема клетки и активизации поглощения аминокислот клеткой. Для начала, не забывайте снабжать организм натрием до и после тренировки. Артериальное давление очень зависимо от уровня натрия, и если Вы натрием во время тренировки обделены, то не следует ждать увеличения объема мышечных клеток. Также обязательно регулярно потребляйте продукты, богатые калием. Картофель, брокколи, бананы, кабачок, тыква - лишь немногие продукты, которые могут быть использованы как истоничики калия. Функция Na+/K+-АТФазного и NKCC-насоса также зависит от магния, поэтому если у Вас дефицит магния(а он встречается у многих людей), клетка не сможет увеличиваться в объеме.

3) Креатин.

Невозможно рассказывать об объеме клетки и не упомянуть креатин, который хранится в мышечных клетках в форме креатинфосфата и поставляет фосфатную группу для синтеза АТФ во время мышечных нагрузок. Креатин влияет на клеточный объем как непосредственно, так и опосредованно. Прямое влияние заключается в том, что креатин - важный мышечный осмолит, который «притягивает» дополнительную воду в клетку, увеличивая тем самым ее объем. Косвенное влияние осуществляется через снабжение Na+/K+-АТФазного насоса « свежими» молекулами АТФ. Na+/K+-АТФазного насос, как мы уже изучили, использует энергию АТФ, чтобы переместить Na+ из клетки в межклеточное вещество, где концентрация Na+ и так выше( то есть против градиента концентрации). Функция Na+/K+-АТФазного насоса настолько важна, что 30%(!) всех запасов АТФ клетки тратится на работу этого насоса. Итак, 5 граммов креатина в день будет достаточно, чтоб положительно повлиять на увеличение объема клеток.

4) Правильное питание до, во время и после тренировки.

Правильно питание в околотренировочный период может или улучшить, или ухудшить способность Ваших мышц к восстановлению и росту. Если рассматривать питание с точки зрения макроэлементов, то здесь следует держать самых обычных и распространенных практик. Аминокислоты это не только источник материала для синтеза белка, но они сами по себе являются осмолитами, и, попадая внутрь клетки, «притягивают» за собой воду, увеличивая объем клеток. Инсулин не только активирует транспорт аминокислот, но и увеличивает объем клетки путем активации поглощения глюкозы. И хотя макроэлементы и время их поступления в организм важны, есть другие аспекты питания, которые следует учитывать, если Вы хотите максимизировать потенциал увеличения объема клеток :

- за 45 минут до тренировки. Углеводы (например, декстрины) для поддержания высокого уровня инсулина, быстродействующие белковые гидролизаты. Также важно для увеличения объема клетки потреблять необходимое количество натрия и воды. Стоит обратить внимание на поступление в организм калий, магния и кальция.

- за 15 минут до тренировки и во время тренировки. Углеводы и быстродействующие белковые гидролизаты в жидкой форме. Также для максимального поглощения веществ клеткой и увеличения клетки в объеме чрезвычайно важны электролиты и вода. Чтоб не стараться самому угадать нужное количество того или иного вещества, рекомендуется использовать продукты, разработанные специально для таких целей, в них как правило содержатся углеводы, быстродействующие пептида из казеина, необходимый набор электролитов в правильном соотношении. Креатин также будет полезен в этот период, и лабораторные опыты подтверждают, что это оптимальное время для его потребления. Эффективность поглощения креатина может возрасти вследствие увеличения осмолярности интерстициальной жидкости, которое вызывает увели чение объема клетки во время тренировок.

- после тренировки. Вам неоходимы белок, вода и отдых. Белковые гидролизаты также будут способствовать дальнейшему синтезу белка. И также не забывайте о том, что необходимо пить в достаточных количествах воду с электролитами, чтобы поддержать на должном уровне и увеличить объем клетки.

5) Максимальное напряжение.

Хотя объем клетки является основным фактором роста и восстановления, напряжение мышц не менее важно. Одним из механизмов активации синтеза белка при увеличении клетки в объеме - это напряжение цитоскелета клетки, которое повышает интенсивность синтеза белка засчет возрастания эффективности трансляции мРНК. Растяжение также напрямую активирует поглощение аминокислот , частично засчет активациии Na+/K+-АТФазного насоса.

Автор - doctor Bill Wills
Перевод был осуществлён
специально для сайта Do4a.com,
Цацулин Борис.

Если у вас есть интересные статьи и материалы на английском языке - присылайте ссылки в ЛС, самые интересные будут переведены и опубликованы!

Научные исследования, на которых основана эта статья:

1. Lindinger MI, Spriet LL, Hultman E, Putman T, McKelvie RS, Lands LC, et al. Plasma volume and ion regulation during exercise after low- and high-carbohydrate diets. Am J Physiol 1994;266:R1896-R1906.

2. Lundvall J, Mellander S, Sparks H. Myogenic response of resistance vessels and precapillary sphincters in skeletal muscle during exercise. Acta Physiol Scand 1967;70:257-68.

3. Lundvall J. Tissue hyperosmolality as a mediator of vasodilatation and transcapillary fluid flux in exercising skeletal muscle. Acta Physiol Scand Suppl 1972;379:1-142.

4. Lindinger MI, Leung M, Trajcevski KE, Hawke TJ. Volume regulation in mammalian skeletal muscle: the role of sodium-potassium-chloride cotransporters during exposure to hypertonic solutions. J Physiol 2011;589:2887-99.

5. Baird FE, Bett KJ, MacLean C, Tee AR, Hundal HS, Taylor PM. Tertiary active transport of amino acids reconstituted by coexpression of System A and L transporters in Xenopus oocytes. Am J Physiol Endocrinol Metab 2009;297:E822-E829.

6. Haussinger D, Hallbrucker C, vom DS, Decker S, Schweizer U, Lang F, et al. Cell volume is a major determinant of proteolysis control in liver. FEBS Lett 1991;283:70-2.

7. Haussinger D, Hallbrucker C, vom DS, Lang F, Gerok W. Cell swelling inhibits proteolysis in perfused rat liver. Biochem J 1990;272:239-42.

8. Stoll B, Gerok W, Lang F, Haussinger D. Liver cell volume and protein synthesis. Biochem J 1992;287 ( Pt 1):217-22.

9. Low SY, Rennie MJ, Taylor PM. Involvement of integrins and the cytoskeleton in modulation of skeletal muscle glycogen synthesis by changes in cell volume. FEBS Lett 1997;417:101-3.

10. Low SY, Rennie MJ, Taylor PM. Signaling elements involved in amino acid transport responses to altered muscle cell volume. FASEB J 1997;11:1111-7.

11. Drummond MJ, Dreyer HC, Fry CS, Glynn EL, Rasmussen BB. Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling. J Appl Physiol 2009;106:1374-84.

12. WHANG R, WELT LG. Observations in experimental magnesium depletion. J Clin Invest 1963;42:305-13.

13. Flatman PW. The effects of magnesium on potassium transport in ferret red cells. J Physiol 1988;397:471-87.

14. Alfieri RR, Bonelli MA, Cavazzoni A, Brigotti M, Fumarola C, Sestili P, et al. Creatine as a compatible osmolyte in muscle cells exposed to hypertonic stress. J Physiol 2006;576:391-401.

15. Kimball SR, Farrell PA, Jefferson LS. Invited Review: Role of insulin in translational control of protein synthesis in skeletal muscle by amino acids or exercise. J Appl Physiol (1985 ) 2002;93:1168-80.

16. Goldspink DF. The influence of immobilization and stretch on protein turnover of rat skeletal muscle. J Physiol 1977;264:267-82.

17. Vandenburgh HH, Kaufman S. Stretch-induced growth of skeletal myotubes correlates with activation of the sodium pump. J Cell Physiol 1981;109:205-14.

18. MacKenzie MG, Hamilton DL, Murray JT, Taylor PM, Baar K. mVps34 is activated following high-resistance contractions. J Physiol 2009;587:253-60.