Кратко и по существу — ключевые клеточные и молекулярные адаптации, которые лежат в основе роста силы и выносливости скелетных мышц при регулярных тренировках.
1) Общая схема сигналов (от нагрузки/метаболического стресса к ответу)
- Механический стресс, изменения Ca${}^{2+}$, снижение АТФ/увеличение AMP и ROS запускают сигнальные каскады: $IGF-1$, $C{a}^{2+}$-зависимые пути, $AMPK$, MAPK и др. Эти пути направляют либо синтез контрактильных белков (гипертрофия) либо митохондриальную биогенезу и окислительный метаболизм (выносливость).
2) Силовые адаптации (гипертрофия, увеличение силы)
- Анаболический путь: $IGF-1\to PI3K\to Akt\to mTORC1$ — повышает синтез белка, рибосомную биогенезу и рост CSA (cross‑sectional area) мышечных волокон.
- Снижение ингибирования роста: снижение активности миостатина ($myostatin/SMAD$) облегчает рост.
- Сателлитарные клетки: $HGF$, $Notch$, $FGF$ активируют satellite cells → добавление миоядер (myonuclei), что поддерживает длительную гипертрофию.
- Уменьшение протеолиза: при адаптации снижаются экспрессия E3‑убиквитинлигаз (например, $MuRF1$, $Atrogin-1$), по сравнению с состояниями атрофии.
- Нервно-мышечные изменения: улучшение рекрутирования моторных единиц, синхронизация, увеличение фаст‑твитч силы и скорость напряжения.
3) Адаптации для выносливости (митохондриальная биогенезa, окислительный метаболизм)
- Центральный регулятор митохондриальной биогенеза: $PGC-1\alpha$. Он активируется через $AMPK$, $CaMK$, $p38MAPK$ и SIRT1 (деацетилирование):
$AMPK/CaMK/p38/SIRT1\to PGC-1\alpha \to NRF1/NRF2\to TFAM\to$ репликация/транскрипция mtDNA и рост митохондрий.
- Повышение числа и функции митохондрий: увеличение белков ОЭФ (цитохромы, цитохромоксидаза), ферментов цикла Кребса (цитратсинтаза), КПТ1, CD36 — улучшение окисления FA и капацитета ОФЭ.
- Улучшение митохондриального качества: увеличенная митофагия (PINK1/Parkin) и ремоделирование митохондрий.
- Сдвиг профиля волокон: частичный переход в сторону более окислительных волокон (тип $I$ и $IIa$) под контролем $PGC-1\alpha$ и кальциневрина ($calcineurin/NFAT$).
- Ангиогенез: увеличение экспрессии $VEGF$ → рост капиллярной сети, улучшение доставки O2 и субстратов.
- Повышение транспорта и утилизации глюкозы: увеличение экспрессии и транслокации $GLUT4$; увеличение запасов гликогена и окислительных ферментов.
4) Изменения в экспрессии генов и эпигенетика
- Транскрипционные коактиваторы/факторы: $PGC-1\alpha$, NRF1/2, MEF2, NFAT, FOXO и др. меняют транскрипционный профиль в пользу митохондриальных, капиллярных и окислительных генов.
- Эпигенетические модификации: изменения метилирования ДНК и ацетилирования гистонов, деацетилирование SIRT1; эти изменения обеспечивают «память» тренировочного ответа и облегчают повторную адаптацию.
- МикроРНК и посттранскрипционные регуляторы: модифицируют стабильность/перевод mRNA мышечных белков и метаболических ферментов.
5) Метаболические и функциональные улучшения
- Увеличение ёмкости окисления (VO2max), запасов гликогена и способности окисления жиров.
- Снижение утомления: улучшенный антиоксидантный потенциал (SOD, каталаза), эффективный митохондриальный ремоделинг.
- Улучшение Ca${}^{2+}$-обработки и ЭЦП: изменения в SR (SERCA), белках реста и деполяризации → более быстрые/эффективные сокращения и восстановление.
6) Коротко о временной динамике
- Нейронные адаптации и улучшение рекрутирования — недели.
- Сателлитарная активация и заметная гипертрофия — недели–месяцы.
- Митохондриальная биогенезa и капилляризация — уже через несколько тренировок недели/месяцы, стабильные изменения при длительных тренировках.
Вывод: рост силы опирается главным образом на $IGF-1/PI3K/Akt/mTOR$, сателлитарные клетки и нейронную реорганизацию; повышение выносливости — на $AMPK/CaMK/p38/SIRT1\to PGC-1\alpha \to NRF/TFAM$ с дальнейшим увеличением числа и качества митохондрий, ангиогенезом и сдвигом в окислительный профиль генов.