Характеристики мышечных волокон в ногах и руках тренированных лыжников

Давно хотел законспектировать эту работу - все руки не доходили. Года три лежит в архиве и вот наконец-то.

Снова мёд для любителей спортивной физиологии, а также для поклонников творчества нашего учителя профессора В.Н. Селуянова.

Посмотрим как соотносится тип мышечного волокна с количеством митохондрий и капилляров в тренированных руках и ногах.

Идея исследования

Изучить мышечные волокна типа 1 и типа 2 из мышц ног (широкая латеральная мышца бедра) и мышц рук (трехглавая мышца плеча) у тренированных лыжников.

Испытуемые и дизайн

10 норвежских лыжников-мужчин элитного уровня приняли участие в этом исследовании (22±1 год, 181±2 см, 79±8 кг, МПК 5,37±0,46 л/мин или 69±5 мл/кг/мин, рис. 1).

Рисунок 1. Данные по испытуемым.

Что измеряли

• Биопсия была взята из латеральной широкой мышцы бедра и трехглавой мышцы плеча;
• Эти мышцы были выбраны, потому что они проявляют высокую активность во время катания на лыжах по пересеченной местности.

Результаты

Распределение типов мышечных волокон

• Распределение типов мышечных волокон (МВ) в латеральной широкой мышце бедра и трехглавой мышце плеча было одинаковым с левой и правой стороны, со значительно более высокой долей МВ типа 1 в ногах (58±2%, диапазон 34-69%) по сравнению с руками (40±3%, диапазон 24-57%, рис. 2);
• Доля МВ типа 2A в ногах была ниже (41±2 против 60±3%, рис. 2);
• Примечательно, что два лыжника с самой высокой долей МВ типа 2A в руках (70 и 72%) были успешными лыжниками-спринтерами.

Рисунок 2. Мышечная композиция и активность ферментов в ногах и руках. CS - цитратсинтаза, HAD - 3-гидрокси-ацил-КоА-дегидрогеназа.

Активность ферментов

• Максимальная активность CS (цитратсинтазы) хорошо тренированных мышц рук и ног была одинаковой (рис. 2), несмотря на более высокое содержание МВ 1 в ногах, что демонстрирует независимость активности CS от типа МВ, определенного по цепям миозина;
• Напротив, максимальная активность ключевого фермента бета-окисления жирных кислот - HAD (3-гидрокси-ацил-КоА-дегидрогеназы) была на 52% выше в ноге по сравнению с мышцами руки (рис. 2);
• Соответственно, соотношение между активностью HAD и CS было на 45% выше в ноге, чем в руке (1,22 в ноге и 0,86 в руке), что предполагает относительно более высокую способность к окислению жира мышцами ног;
• Кроме того, не было никакой связи между активностью CS и распределением типов МВ (рис. 3В);

Рисунок 3. Отношения между содержанием МВ-1 и активностью 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы (HAD, n = 10) (A); активностью цитратсинтазы (CS, n = 9) (B); и относительной способностью окислять жир (соотношение HAD/CS) (C). Белый кружок - руки, черные квадрат - ноги. Для рук и ног в совокупности наблюдалась значимая корреляция между содержанием МВ-1 и активностью HAD, а также соотношением HAD/CS.

• Таким образом, активность CS в хорошо тренированных мышцах не связана с распределением типов МВ;
• Напротив, содержание МВ типа 1 было надежным предиктором активности HAD (Рис. 3).

Капилляризация и размер волокон

• Соотношение общего количества капилляров к общему количеству мышечных волокон и количество капилляров на площадь мышечного волокна не различалось между мышцами ног и рук (в среднем 2,9±0,1 капилляров на волокно и 417±14 капилляров/мм2, рис. 4);
• Среднее количество капилляров вокруг каждого волокна составляло 5,8±0,8 для ноги и 6,3±0,3 для руки (рис. 4);
• При рассмотрении количества капилляров вокруг каждого типа волокон наблюдалось значительно меньшее количество капилляров в МВ типа 2x по сравнению МВ типа 1 и 2a в мышцах ног (рис. 4);
• Различий по капиллярам в типах МВ в мышцах рук не было. Однако наблюдалась тенденция к более высокой капилляризации в МВ типа 2a;
• Кроме того, наблюдалась четкая разница в капилляризации между мышцами ног и рук в МВ типа 2а - на 14% больше капилляров на волокно было в мышце руки (рис. 4);

Рисунок 4 Размеры и капилляризация мышечных волокон разных типов.

• Не было значительной разницы в среднем размере между типами МВ в мышце ноги (рис. 4);
• Однако, в мышце руки МВ типа 2а были значительно больше, чем МВ типа 1;
• МВ типа 1 в мышцах ног и рук имели в среднем на 27% более высокую капилляризацию, чем волокна типа 2, без разницы между конечностями;
• Таким образом, большее количество капилляров на МВ типа 2а руки связано с большим размером волокна.

Митохондрии и клеточная локализация

• Изображения локализации митохондрий в скелетных мышцах у высококвалифицированных лыжников-гонщиков показаны на рисунке 5 и четко наблюдается очень высокий объем митохондрий в этих мышцах;

Рисунок 5. Изображения части мышечного волокна в разном масштабе.

• Митохондрии SS (субсарколеммальные) были в большом объеме неравномерно распределены под сарколеммой вблизи капилляров и вокруг ядер;
• Митохондрии IMF (межмиофибриллярные) были обернуты вокруг миофибрилл в основном по обе стороны от Z-линии;
• Эти митохондрии в районе I-диска часто связаны с соседней митохондрией в том же саркомере;
• Индивидуальные соотношения общего объема митохондрий к объему миофибрилл приведены на рисунке 6;

Рисунок 6. Содержание митохондрий в руках и ногах. Total - общий объем митохондрий на объем миофибриллы; IMFsUperflciai - межмиофибриллярный митохондриальный объем на объем миофибриллярного пространства в поверхностной области миофибриллы; IMFcentral - межмиофибриллярный митохондриальный объем на объем миофибриллярного пространства в центральной области миофибриллы; SS - субсарколеммальный митохондриальный объем на площадь поверхности миофибриллы. Представленные индивидуальные значения являются средними для 8-12 миофибрилл в биопсиях. Все данные приведены в объемных плотностях (кубический микрометр / кубический микрометр), за исключением случая SS, где они представляют собой объем на площадь SS (кубический микрометр / квадратный микрометр).

• Общий объем митохондрий в среднем составил 8,6±1,6 и 9±2 м3/м3 для МВ руки и ноги соответственно (рис. 6);
• У этих спортсменов митохондрии скелетных мышц имели аналогичное относительное распределение между локализациями IMF и SS как в мышцах ног, так и в мышцах рук, а также в волокнах типа 1 и 2 (рис. 6);
• 83-86% митохондрий локализованы в межмиофибриллярной области и 11-14% в субсарколеммальной;
• Содержание митохондрий и их локализация в различных типах МВ и на уровне всей мышцы ног и рук показаны на рисунке 7;

Рисунок 7. Содержание митохондрий в разных типах мышечных волокон.

• Наблюдалась тенденция к (10-20%) более низкому содержанию митохондрий в областях IMF и SS МВ мышц ног по сравнению с МВ мышц рук (рис. 7A);
• Это также наблюдалось при оценке общего (IMF + SS) содержания митохондрий (рис. 7B);
• С учетом мышечной композиции, общий объем митохондрий в мышцах ног и рук был схожим (рис. 3C);
• Была обнаружена значимая корреляция между общим содержанием митохондрий в мышцах рук и максимальным потреблением кислорода (л/мин), которая не была очевидна для мышц ног.

Выводы

• Ключевым открытием этой работы было то, что процент митохондриального объема и активность цитратсинтазы были одинаковыми в ногах и руках, несмотря на наличие более высокой доли мышечных волокон типа 2 в руках;
• Авторы показывают, что хорошо тренированные МВ типа 1 и типа 2 могут иметь схожую капилляризацию, независимо от того, расположены ли они в мышцах рук или ног, и что капилляризация не связана с типом мышечного волокна, что указывает на расхождение(!) между типом МВ и его аэробной метаболической емкостью;
• Кроме того, сопоставимые высокотренированные мышцы ног и рук продемонстрировали четкую разницу в их способности окислять жирные кислоты и, в сочетании с предыдущими данными о четырехкратном более высоком содержании внутримышечного жира в мышцах ног, это указывает на четкую разницу в метаболизме жира между мышцами ног и рук, и эта разница не может быть объяснена различным распределением типов мышечных волокон.

PS.

Видим, что метаболический профиль мышечных волокон может изменяться без каких-либо изменений в типе мышечного волокна, который был определен по цепям белка миозина (т.е. та самая "переделка" быстрых гликолитических в быстрые окислительные, на которую часто указывалось в работах В.Н. Селуянова).

Наблюдается "расхождение" между типом мышечного волокна и его типом доминирующего метаболизма, который тесно связан с использованием этого мышечного волокна.

В рамках этой работы, к сожалению, не приводятся конкретные данные по взаимосвязи мышечной композиции в руках и ногах с работоспособностью и с потреблением кислорода (просто говорится о взаимосвязи типов МВ в руках с МПК). Но, мы поизучаем этот вопрос.

Получить доступ к неопубликованным лекциям, статьям и другим материалам, а также поддержать нашу работу можно на Boosty

Сейчас там опубликованы следующие материалы:

1. Конкурентный тренинг (лекция).

2. Весогонка в единоборствах (лекция).

3. Плиометрика в фитнесе (лекция).

4. Метаболические эффекты упражнений (доклад).

5. Зона жиросжигания - что мы о ней знаем (лекция).

6. Физиология аэробного и анаэробного порогов, МПК (лекция).

7. Все про Дроп-Сет (лекция).

8. Локальное жиросжигание (лекция).

9. Ишемический тренинг. Часть 1 и 2 (научный доклад).

10. Физподготовка в волейболе (три лекции).

11. Биоэнергетика спорта (обзорная лекция).

12. Классификация аэробных и анаэробных упражнений (лекция).

13. Статодинамика: 30 лет обсуждений Часть 1 (лекция).

14. Семинар «Физиология жиросжигания» (3 лекции по 3 часа).

15. Разное количество повторений. Обзор эффектов для массы, силы и выносливости (лекция).

16. Предпосылки для локального жиросжигания (доклад).

17. Концепция физподготовки на примере игрового вида спорта (лекция).

18. Теория и методика интервальной тренировки (лекция 2 часа).

19. Некоторые экспериментальные факты о физической подготовке боксера (доклад).

20. Дефицит калорий: диета или упражнение? (лекция).

21. NEW! Влияние физкультуры на здоровье. Новые научные данные (лекция).

22. NEW! Теория и методика силовой тренировки. (Лекция. Часть 1 и 2).

Дополнительные материалы по этой теме:

Как меняются мышечные волокна в ответ на силовую тренировку

Силовая тренировка и рост капилляров

Мышечная композиция и взрывная сила у разных спортсменов

Выносливость рук после тренировки ног - какой перенос?

Источник: Ørtenblad N, Nielsen J, Boushel R, Söderlund K, Saltin B, Holmberg HC. The Muscle Fiber Profiles, Mitochondrial Content, and Enzyme Activities of the Exceptionally Well-Trained Arm and Leg Muscles of Elite Cross-Country Skiers. Front Physiol. 2018 Aug 2;9:1031.