Изследователите са разработили математически модел, който може да предскаже оптималния режим на упражнения за изграждане на мускули, пише Phys.org.
Учени от Университета в Кеймбридж са използвали методи за теоретична биофизика, за да конструират модела, който може да каже колко конкретно натоварване ще накара мускула да расте и колко време ще отнеме. Моделът може да бъде в основата на софтуерен продукт, където потребителите биха могли да оптимизират режимите си на упражнения, като въведат няколко подробности за тяхната индивидуална физиология.
Моделът се основава на по-ранна разработка на същия екип, който установи, че компонент на мускула, наречен титин, е отговорен за генерирането на химически сигнали, които влияят върху мускулния растеж.
Резултатите, докладвани в Biophysical Journal, предполагат, че има оптимално тегло, при което да се правят тренировки за съпротива за всеки човек и конкретната цел за мускулен растеж. Мускулите могат да бъдат близо до максималното си натоварване за много кратко време и именно натоварването, свързано с времето, активира клетъчния сигнал, който води до синтез на нови мускулни протеини. Но под определена стойност натоварването е недостатъчно, за да предизвика достатъчно силен сигнал, а времето за упражнения ще трябва да се увеличи експоненциално, за да компенсира. Стойността на това критично натоварване вероятно ще зависи от конкретната физиология на индивида.
Всички знаем, че упражненията изграждат мускули. Но така ли е? „Изненадващо, не се знае много защо или как упражненията изграждат мускули: има много анекдотични знания и придобита мъдрост, но много малко по пътя на твърди или доказани данни“, казва професор Юджийн Теренджев от Кеймбриджската лаборатория Кавендиш, един от авторите на статията.
Когато тренирате, колкото по-голямо е натоварването, толкова повече повторения или с по-голяма честота, толкова по-голямо е увеличаването на мускулния размер. Въпреки това, дори когато се гледа целият мускул, защо или каква част от този процес се случва, не е известно. Отговорите на двата въпроса стават още по-трудни, тъй като фокусът пада върху конкретен мускул или неговите отделни влакна.
Мускулите са изградени от отделни влакна, които са само 2 микрометра дълги и по-малко от микрометър – в диаметър, по-малки от размера на мускулната клетка. „Поради това част от обяснението за мускулния растеж трябва да бъде в молекулен мащаб“, каза съавторът Нийл Ибата. „Взаимодействията между основните структурни молекули в мускулите бяха анализирани само преди около 50 години. Как по-малките, допълнителни протеини се вписват в картината, все още не е напълно ясно.“
Това е така, защото данните са много трудни за получаване: хората се различават значително по своята физиология и поведение, което прави почти невъзможно провеждането на контролиран експеримент за промени в размера на мускулите при истински човек. „Можете да извлечете мускулни клетки и да ги разгледате поотделно, но това игнорира други проблеми като нивата на кислород и глюкоза по време на тренировка“, каза Теренджев. „Много е трудно да разгледаме всичко това заедно.“
Теренджев и колегите му започват да разглеждат механизмите на механосензирането – способността на клетките да усещат механичните сигнали в своята среда – преди няколко години. Изследването е забелязано от Английския институт по спорт, който се интересува дали това може да е свързано с техните наблюдения в мускулната рехабилитация. Заедно те откриват, че мускулната хипер/атрофия е пряко свързана с изследванията, направени в Кеймбридж.
През 2018 г. изследователите от Кеймбридж започват проект за това как протеините в мускулните нишки се променят под сила. Те открили, че основните мускулни съставки, актин и миозин, нямат места за свързване на сигналните молекули, така че трябва да е третият най-разпространен мускулен компонент – титин, който е отговорен за сигнализирането на промените в приложената сила.
Всеки път, когато част от молекула е под напрежение за достатъчно дълго време, тя преминава в различно състояние, излагайки скрита преди това област. Ако след това тази област може да се свърже с малка молекула, участваща в клетъчната сигнализация, тя активира тази молекула, генерирайки химическа сигнална верига. Титинът е гигантски протеин, голяма част от който се разширява при разтягане на мускул, но малка част от молекулата също е под напрежение по време на мускулната контракция. Тази част от титина съдържа така наречения титин киназен домейн (ензим, който катализира трансфера на фосфатни групи от високоенергийни молекули, даряващи фосфати, към специфични субстрати), който генерира химическия сигнал, влияещ върху мускулния растеж.
По-вероятно е молекулата да се отвори, ако е под по-голяма сила или когато се държи при същата сила по -дълго. И двете условия ще увеличат броя на активираните сигнални молекули. След това тези молекули индуцират синтеза на по-предавана РНК, което води до производство на нови мускулни протеини, а напречното сечение на мускулната клетка се увеличава.
Това разкритие доведе до настоящата работа, започната от Ибата, който е запален спортист. „Бях развълнуван да разбера по-добре както причината, така и начина на мускулен растеж“, каза той. „Толкова много време и ресурси могат да бъдат спестени при избягване на нископроизводителните режими на упражнения и максимизиране на потенциала на спортистите с редовни сесии с по-висока стойност, като се има предвид специфичен обем, който спортистът е в състояние да постигне.“
