Для определения пригодности человека к определенному типу мышечных нагрузок используется пункционная биопсия мышц.
Обратимся к рисунку Строение поперечнополосатой мышцы. Большая «труба» – это мышечная клетка. Диаметр ее равен примерно толщине человеческого волоса, длина – от нескольких миллиметров до 12 см (в зависимости от вида мышц и их строения). Образуется эта суперклетка на этапе эмбрионального развития путем слияния большого числа обычных по размеру небольших клеток-предшественников (миобластов) в длинные трубчатые структуры. Таким образом, в мышечных клетках-волокнах оказывается не одно ядро, как в других клетках, а множество ядер (как правило, несколько тысяч), по числу клеток эмбриона, слившихся в волокно. Пока в волокне собираются миофибриллы, ядра занимают центральное положение вдоль всей длины волокна, а затем, после окончания формирования волокна ядра, перемещаются к поверхности волокна, где и пребывают в дальнейшем и откуда управляют синтезом белка.
Возникает вопрос, почему мышечное волокно не вырастает из одной клетки, а для его образования требуется слияние столь большого числа клеток? Ответ напрашивается сам собой. По-видимому, одной клетки, точнее, одного ядра, совершенно недостаточно для синтеза такого количества белка, которое требуется для формирования и дальнейшего обслуживания столь большой структуры, как мышечное волокно. К тому же, будь в мышечном волокне только одно ядро, даже если бы оно и могло обеспечить синтез белка в неограниченном количестве, то синтезированные белки пришлось бы доставлять от ядра на периферию волокна на слишком большие по молекулярным меркам расстояния. Благодаря же слиянию большого числа клеток воедино, ядра равномерно распределяются вдоль всего мышечного волокна, и объем волокна, который обслуживается одним ядром, оказывается кардинально не отличающимся от объема обычной одноядерной клетки.
Итак, сама многоядерность мышечных волокон свидетельствует о том, что объем мышечного волокна, который способен обслуживать одно клеточное ядро, ограничен.
Известно, что мышцы ребенка, чтобы достигнуть размера, характерного для взрослого человека, должны увеличиться примерно в 20 раз. Если исходить из того, что рост мышц связан с ускорением «синтеза белка ядрами», то следует признать, что по мере взросления человека объем мышечного волокна, обслуживаемый одним ядром, должен увеличиться в его мышцах примерно в двадцать раз, и в такой же пропорции должна возрасти скорость «синтеза белка одним ядром». На самом деле, конечно, ничего подобного не происходит. Исследования, проведенные еще в 70-е годы прошлого века, показали, что объем мышечного волокна, приходящийся на одно ядро, примерно одинаков в мышцах людей в возрасте от 1 года до 70 лет. А это означает, что в мышечных волокнах взрослого человека ядер примерно в 20 раз больше, чем в мышцах ребенка.
Откуда же в мышечных волокнах человека появляются новые ядра? Оказывается, при образовании мышечных волокон не все клетки эмбриона, из которых развивается мышечная ткань, полностью сливаются с мышечным волокном, часть эмбриональных клеток (примерно 3-10 %) становятся как бы «законсервированными» под оболочкой мышечного волокна. Эти клетки-спутники мышечного волокна получили название клеток-сателлитов, или миосателлитоцитов. При получении определенных химических сигналов клетки-спутники высвобождаются из оболочки волокна, интенсивно делятся, затем часть размножившихся клеток снова становится клетками-спутниками, а часть сливается с мышечным волокном, теряя свою оболочку, и ядра клеток-спутников становятся ядрами мышечного волокна. Тем самым в мышечном волокне увеличивается число ядер, способных «синтезировать белок», а вслед за этим увеличивается количество белка в волокне и, соответственно, увеличивается размер мышечного волокна.
Именно деление клеток-спутников и увеличение числа ядер в мышечном волокне, а вовсе не ускорение «синтеза белка существующими ядрами», является причиной гипертрофии мышц по мере роста молодого организма.
Но, может быть, рост мышц за счет деления клеток-спутников происходит только при возрастном росте мышц в длину, а увеличение мышц в диаметре, происходящее вследствие тренировки, не связано с увеличением числа клеточных ядер и является следствием ускорения «синтеза белка существующими ядрами»? Исследования мышц элитных пауэрлифтеров с экстремально развитой мускулатурой показало, что объем мышечного волокна, приходящийся на одно ядро (то есть объем волокна, обслуживаемый одним ядром), у спортсменов ничуть не больше, чем у нетренированных людей. А это, в свою очередь, указывает на то, что гипертрофия мышц, вызванная тренировкой, тесно связана именно с увеличением числа ядер в волокне.
Подтверждает этот вывод множество экспериментов, проведенных за последние 25 лет на людях и животных, у которых было напрямую зафиксировано как активирование клеток-спутников, так и увеличение числа ядер в мышечных волокнах после интенсивной нагрузки. В той или иной мере клетки-спутники активируются как после силовых тренировок со штангой, так и после тренировок на выносливость – например, после беговых тренировок или работы на велотренажере. При этом было замечено, что активация клеток-спутников является одной из первых реакций мышечной ткани на нагрузку. Активизация клеток-спутников фиксируется уже через 12–24 часа после перегрузки мышц, а вот существенная гипертрофия мышц наблюдается гораздо позднее, по прошествии многих дней и даже недель.
В защиту устаревших представлений можно было бы предположить, что мышечное волокно под воздействием тренировки сначала увеличивает свой размер за счет интенсификации «синтеза белка существующими ядрами», и только затем, вслед за увеличением объема мышечного волокна, клетки-спутники делятся и добавляют новые ядра в волокно, чтобы восстановить обычную плотность ядер. Факт активации клеток-спутников до, а не после гипертрофии мышц, опровергает это предположение. Таким образом, с уверенностью можно утверждать, что деление клеток-спутников является причиной гипертрофии мышц, а не ее следствием.
Потенциал роста мышц за счет деления клеток-спутников очень высок. Так, в одном из экспериментов за три месяца перегрузки мышц у кошек число ядер в медленных волокнах мышц увеличилось в два раза, а в быстрых волокнах – в четыре раза! Следует отметить, что деление клеток-спутников является не просто важным механизмом мышечной гипертрофии, но обязательным и, по сути, единственным.
Известно, что удаление у животных некоторых мышц приводит к резкому увеличению нагрузки на оставшиеся мышцы, выполняющие сходные функции (мышцы-синергисты), что приводит к значительной гипертрофии данных мышц. Оказывается, что если перед удалением части мышц мышцы животных облучить радиацией (радиация нарушает процессы деления клеток-спутников, но не нарушает механизмы синтеза белка), то компенсаторной гипертрофии оставшихся мышц не наблюдается. Это означает, что даже в условиях крайней потребности в увеличении размера мышц и при наличии соответствующих побуждающих стимулов, рост мышц без деления клеток-спутников и добавления новых ядер оказывается невозможным.
Как ускорить рост мышцы?
Сразу предупреждаю – мы с вами этого делать не будем! Хотя известно, что некоторые бодибилдеры употребляют что угодно, лишь бы «мышцу нарастить».
Гормон роста
Гормон роста (соматотропин) вырабатывается передней долей гипофиза. Он управляет процессами роста и развития, стимулирует синтез белков.
Известно, что инъекционное введение гормона роста или его посредника – IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста) способствует гипертрофии мышц. Но оказалось, что при применении данных препаратов, так же, как и при применении анаболических стероидов, увеличения объема мышечного волокна, приходящегося на одно ядро, не наблюдается. То есть главное анаболическое действие гормона роста и IGF-1 заключается в активации деления клеток-спутников.
О том, что гормон роста активизирует размножение почти всех клеток, способных к делению, было известно достаточно давно. Так, например, в любом учебнике по эндокринологии можно найти упоминание об активировании деления хрящевых клеток в так называемых зонах роста костей под воздействием гормона роста, за счет чего кости ребенка вырастают в длину. Хорошо известно также о влиянии данного гормона на внутренние органы – например, печень и кишечник. Разросшиеся хрящевые ткани на лицах элитных культуристов резко бросаются в глаза.
Но и это еще не все! Поговаривают также об увеличении внутренних органов у бодибилдеров, прибегающих к помощи гормона роста, существует даже такой термин – «гормональный живот». Вместе с тем воздействие гормона роста на мышечную ткань и ученые, и рядовые спортсмены упорно не желали связывать с клеточным делением, долгое время рассуждая лишь об общем ускорении синтеза белка под воздействием данного гормона. Осознание того факта, что сколько-нибудь существенный рост мышечной ткани возможен только за счет деления клеток-спутников, помогает более детально понять пути, которыми гормон роста приводит к гипертрофии мышц.
