![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Нам победа как воздух нужна
История с мельдонием неожиданно показала, как много людей интересуется тем, как работают мышцы человека, чем они питаются, как увеличить их эффективность... Оказывается, не все еще привязаны к дивану, и это хорошо.
Как обещал, расскажу, почему мельдоний, тормозя использование очень доброго субстрата, каким являются жирные кислоты, может увеличивать эффективность мышц. Для этого мне придется пойти на многие упрощения (иначе мой рассказ будет слишком длинным и скучным) и вначале сделать некоторое введение.
Первая важная и крайне упрощенная вещь заключается в том, что существует два типа мышечных волокон. Одни (назовем их белые) очень крупные, мощные, развивают большую силу, почти не потребляют кислорода и не могут работать долго. Другие (назовем их красные) более тонкие, не очень сильные, но могут работать без устали очень долго. Им постоянно нужен приток кислорода.
Образцы людей с пребладанием белых волокон мы можем видеть среди спортсменов Карибского бассейна. У них рельефная мускулатура и они могут за секунды разгоняться до огромных скоростей. Идеал – Усэйн Болт. Однако эти люди не могут показывать хороших результатов, скажем, в марафоне.
Жители Восточной Африки, напротив, имеют генетически преобладающие красные волокна. Худощавые кенийцы или эфиопы могут бежать часами, не уставая. Но их мышцам надо все время подавать кислород.
Принципиальная разница в энергетике мышц заключается в том, что производство молекул АТФ, источника энергии для мышечного сокращения, в белых мышцах очень медленное. Поэтому такие мышцы заготавливают этот АТФ заранее, переводят его в резервную форму в виде фосфокреатина и используют этот большой энергетический запас в течение короткого времени, но уж на полную катушку. Во время усилий им кислород и не нужен, все равно они ничего не сумеют наработать за короткое время. Белые волокна вовсю используют спринтеры, штангисты, гимнасты.
Красные мышцы, напротив, постоянно поддерживают большое производство АТФ, этот резерв не истощается, поэтому могут работать долго. Типичная красная мышца это сердце, которое колотится всю жизнь без остановки. Однако такие мышцы критично зависят от подачи кислорода, которая может быть и ограничена – например, у больных с сосудистыми нарушениями или у здоровых, но при длительных больших физических нагрузках (марафон, спортивная ходьба, стайерское плавание, лыжная гонка), когда многим мышцам нужно постоянно много кислорода, чтобы сделать много АТФ, а на всех не хватает. Поэтому и врачи, и любители допинга ищут, как эту проблему решить.
Теперь нам нужно понять, как делается в клетке этот самый драгоценный АТФ. Как я уже писал, в результате распада двух источников (глюкозы и жирных кислот) выделяется химическая энергия, которая запасается в виде двух молекул, богатых электронами, обозначим их N и F. Потом в митохондриях (это такие пузырьки внутри клеток) эти молекулы отдают свои электроны кислороду. Вот для этого мы дышим, и без кислорода не можем жить.
Самое удивительное во всей этой истории то, что съеденные нами сладкие и жирные вещи сгорают, при том что непосредственно из этого нужный нам АТФ не образуется. А куда же девается энергия от сгоревших продуктов?
А вот куда. Когда N и F отдают свои электроны кислороду, выделенная химическая энергия тратится на откачку протонов из митохондрий. Получается, что внутри митохондрий их мало, а снаружи много, и они химически давят на стенку митохондрий. В стенке есть маленькая специальная дырочка, через которую протоны стремятся вернуться обратно внутрь. Когда они возвращаются, их поток крутит маленькую турбинку (точно как вода на ГЭС), а уж механическая энергия этого крутежа используется для производства АТФ (пока не очень ясно, как это происходит).
Окисление жирных кислот может дать очень много АТФ. Например, полное окисление молекулы стеариновой кислоты, которая содержит 18 атомов углерода, дает 146 молекул АТФ. Очень богато! А окисление трех молекул глюкозы (там тоже 18 атомов углерода) дает только 38х3= 114 молекулы АТФ. Значит сжигать жирные кислоты спортсмену выгоднее?!
Это как посмотреть. Это выгоднее, когда кислорода хоть попой ешь. А когда замучился уже дышать от усталости, как та же Шарапова к концу третьего сета или лыжник на втором часу гонки, это не выгоднее. И вот почему.
Стоимость производства АТФ в кислородных деньгах выражается отношением АТФ/кислород. Молекула N дает 3 молекулы АТФ на атом кислорода, а молекула F дает только 2 молекулы АТФ на атом кислорода. По сравнению с распадом глюкозы, распад жирных кислот дает относительно больше молекул F, не очень выгодных в кислородных деньгах.
Но, может быть, даже не это главная беда. Для того, чтобы начался процесс использования жирных кислот, их надо "зарядить", потратить немножко энергии. Когда с кислородом туго, таких "заряженных", но не окисленных, молекул накапливается много, они просто не успевают окисляться.И тогда они "разряжаются", энергия теряется, и их снова надо заряжать, энергию тратить. А что еще плохо, эти разряженные молекулы дурно влияют на стенку митохондрий, грубо говоря, делают в ней маленькие дырочки, и протоны, вместо того, чтобы крутить полезную турбинку, через эти дырочки бесполезно утекают внутрь митохондрий. Значит, еще больше кислорода требуется потратить, чтобы обратно эти протоны выкачать. Сплошные убытки!
Как мы видим, окисление жирных кислот слишком уж дорогое удовольствие, когда кислорода мало. Поэтому, когда язык от усталости вывалился, лучше это окисление задавить, а окислять глюкозу. Дешево и сердито!
А как задавить? Мельдонием! Мельдонием, который запретили.
Теперь представителям видов спорта, где важна выносливость, будет трудно, да. А штангистам наплевать.
Как обещал, расскажу, почему мельдоний, тормозя использование очень доброго субстрата, каким являются жирные кислоты, может увеличивать эффективность мышц. Для этого мне придется пойти на многие упрощения (иначе мой рассказ будет слишком длинным и скучным) и вначале сделать некоторое введение.
Первая важная и крайне упрощенная вещь заключается в том, что существует два типа мышечных волокон. Одни (назовем их белые) очень крупные, мощные, развивают большую силу, почти не потребляют кислорода и не могут работать долго. Другие (назовем их красные) более тонкие, не очень сильные, но могут работать без устали очень долго. Им постоянно нужен приток кислорода.
Образцы людей с пребладанием белых волокон мы можем видеть среди спортсменов Карибского бассейна. У них рельефная мускулатура и они могут за секунды разгоняться до огромных скоростей. Идеал – Усэйн Болт. Однако эти люди не могут показывать хороших результатов, скажем, в марафоне.
Жители Восточной Африки, напротив, имеют генетически преобладающие красные волокна. Худощавые кенийцы или эфиопы могут бежать часами, не уставая. Но их мышцам надо все время подавать кислород.
Принципиальная разница в энергетике мышц заключается в том, что производство молекул АТФ, источника энергии для мышечного сокращения, в белых мышцах очень медленное. Поэтому такие мышцы заготавливают этот АТФ заранее, переводят его в резервную форму в виде фосфокреатина и используют этот большой энергетический запас в течение короткого времени, но уж на полную катушку. Во время усилий им кислород и не нужен, все равно они ничего не сумеют наработать за короткое время. Белые волокна вовсю используют спринтеры, штангисты, гимнасты.
Красные мышцы, напротив, постоянно поддерживают большое производство АТФ, этот резерв не истощается, поэтому могут работать долго. Типичная красная мышца это сердце, которое колотится всю жизнь без остановки. Однако такие мышцы критично зависят от подачи кислорода, которая может быть и ограничена – например, у больных с сосудистыми нарушениями или у здоровых, но при длительных больших физических нагрузках (марафон, спортивная ходьба, стайерское плавание, лыжная гонка), когда многим мышцам нужно постоянно много кислорода, чтобы сделать много АТФ, а на всех не хватает. Поэтому и врачи, и любители допинга ищут, как эту проблему решить.
Теперь нам нужно понять, как делается в клетке этот самый драгоценный АТФ. Как я уже писал, в результате распада двух источников (глюкозы и жирных кислот) выделяется химическая энергия, которая запасается в виде двух молекул, богатых электронами, обозначим их N и F. Потом в митохондриях (это такие пузырьки внутри клеток) эти молекулы отдают свои электроны кислороду. Вот для этого мы дышим, и без кислорода не можем жить.
Самое удивительное во всей этой истории то, что съеденные нами сладкие и жирные вещи сгорают, при том что непосредственно из этого нужный нам АТФ не образуется. А куда же девается энергия от сгоревших продуктов?
А вот куда. Когда N и F отдают свои электроны кислороду, выделенная химическая энергия тратится на откачку протонов из митохондрий. Получается, что внутри митохондрий их мало, а снаружи много, и они химически давят на стенку митохондрий. В стенке есть маленькая специальная дырочка, через которую протоны стремятся вернуться обратно внутрь. Когда они возвращаются, их поток крутит маленькую турбинку (точно как вода на ГЭС), а уж механическая энергия этого крутежа используется для производства АТФ (пока не очень ясно, как это происходит).
Окисление жирных кислот может дать очень много АТФ. Например, полное окисление молекулы стеариновой кислоты, которая содержит 18 атомов углерода, дает 146 молекул АТФ. Очень богато! А окисление трех молекул глюкозы (там тоже 18 атомов углерода) дает только 38х3= 114 молекулы АТФ. Значит сжигать жирные кислоты спортсмену выгоднее?!
Это как посмотреть. Это выгоднее, когда кислорода хоть попой ешь. А когда замучился уже дышать от усталости, как та же Шарапова к концу третьего сета или лыжник на втором часу гонки, это не выгоднее. И вот почему.
Стоимость производства АТФ в кислородных деньгах выражается отношением АТФ/кислород. Молекула N дает 3 молекулы АТФ на атом кислорода, а молекула F дает только 2 молекулы АТФ на атом кислорода. По сравнению с распадом глюкозы, распад жирных кислот дает относительно больше молекул F, не очень выгодных в кислородных деньгах.
Но, может быть, даже не это главная беда. Для того, чтобы начался процесс использования жирных кислот, их надо "зарядить", потратить немножко энергии. Когда с кислородом туго, таких "заряженных", но не окисленных, молекул накапливается много, они просто не успевают окисляться.И тогда они "разряжаются", энергия теряется, и их снова надо заряжать, энергию тратить. А что еще плохо, эти разряженные молекулы дурно влияют на стенку митохондрий, грубо говоря, делают в ней маленькие дырочки, и протоны, вместо того, чтобы крутить полезную турбинку, через эти дырочки бесполезно утекают внутрь митохондрий. Значит, еще больше кислорода требуется потратить, чтобы обратно эти протоны выкачать. Сплошные убытки!
Как мы видим, окисление жирных кислот слишком уж дорогое удовольствие, когда кислорода мало. Поэтому, когда язык от усталости вывалился, лучше это окисление задавить, а окислять глюкозу. Дешево и сердито!
А как задавить? Мельдонием! Мельдонием, который запретили.
Теперь представителям видов спорта, где важна выносливость, будет трудно, да. А штангистам наплевать.
no subject
Это довольно новое слово.
Вам не составит труда объяснить массовое применение эритропоэтина в качестве допинга именно для длительных соревнований?
no subject
Ограничивающим фактором в большинстве случаев является митохондриальная плотность, и поэтому ЭПО далеко не всем что-то дает. Даже у меня - очень даже любителя - способность кровеносной системы переносить кислород легко достигает 6л/мин, при этом максимальное потребление кислорода едва переваливает за 4 литра. Больше просто не могут потребить мышцы - не хватает митохондрий. ЭПО мне не даст абсолютно ничего.
Естественно у профи ситуация немного другая, но и там эффективность ЭПО очень индивидуальна. И в любом случае оно ничего не дает для обычной работы в пелетоне. В критических режимах - да, может давать. Например на горных этапах ТдФ или на финишных отрезках. Но и в этом случае никакие милдронаты не нужны, ибо миоциты имеют собственные, очень эффективные регуляторы окисления жирных кислот. Вот к примеру:
www ncbi nlm nih gov/pmc/articles/PMC3381814/
no subject
Ещё раз по буквам
Я у себя в журнале приветствую вежливое поведение.
на большинстве режимов пульс определяется кислотностью крови
Напомню, что ирригация мышц определяется не пульсом, а минутным объемом, который зависит не только от частоты сердечных сокращений..
Митохондриальная масса у спортсменов экстра-класса изнурительных видов спорта исключительно велика. Тренировки приводят к увеличению пропорции волокон I типа, естественно, с большой митохондриальной массой. Поэтому при максимальных нагрузках кислород вполне может лимитировать окисление, что и обусловило в свое время массовое применение эритропоэтина, а потом его запрещение (зачем надо было запрещать бесполезное вещество?).
Что касается эффективности мельдония, то конечное заключение может дать только наблюдение за спортсменами, а уже потом наблюдаемый факт может быть объяснен с точки зрения биохимии. Система слишком сложна, неоднородна и зависит от условий, чтобы дать предсказание для каждого случая/режима нагрузки. Думаю, что результаты наблюдения за спортсменами были позитивными, что и привело к массовому применению, а потом запрещению.
no subject
В русском языке нет такого термина "ирригация мышц". И да, на всех субмаксимальных режимах экстракция кислорода мышцами далека от максимума.
Митохондриальная масса у спортсменов экстра-класса изнурительных видов спорта исключительно велика
В русском языке нет термина "изнурительных видов спорта". Есть циклические виды спорта.
Тренировки приводят к увеличению пропорции волокон I типа, естественно, с большой митохондриальной массой
Тренировки ведут к усилению митохондриального биогенеза во всех волокнах. Они также ведут к изменению соотношения экспрессии разных вариантов миозина.
no subject
Ну вот наконец пошла нормальная критика. А то "бред", "бред", а по сути ничего.
Я понимаю, в этом смысле интернет удобен, на докладе на конференции вы бы более озаботились аргументами.
Тренировки ведут к усилению митохондриального биогенеза во всех волокнах.
Это совершенно неверно в том смысле, что тренировка в оксидативных волокнах не меняет относительной митохондриальной массы. Митохондриальная масса если и изменяется, то точно в такой же степени, как и клеточный объем. Классический пример - миокард, когда тренировка совершенно не увеличивает митохондриальную массу в пересчет на вес ткани. Какая была митохондриальная масса в грамме ткани, такая и остается, и физилогически понятно, почему. Совсем иная картина в гликолитических волокнах, где тренировка вызывает специфическое усиление митохондриального биогенеза. Там любой митохондриальный параметр (цитрат синтаза, цитохромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа, дыхание волокон на любом субстрате) в пересчет на вес ткани растет, и очень сильно.
В этом принципиальная разница влияния тренировок на гликолитические и оксидативные волокна. И так же иммобилизация по-разному влияет на митохондриальный биогенез в разных волокнах.
И, пожалуйста, не надо бегать по другим журналам с криками "бред", "бред". Приходите сюда, цитируйте мой текст, который вам кажется неправильным, аргументируйте ссылками, и там посмотрим, у кого бред.
no subject
Пруф?
Классический пример - миокард, когда тренировка совершенно не увеличивает митохондриальную массу в пересчет на вес ткани
В миокарде митохондриальная плотность столь велика, что сердечная мышца никогда не закисляется. Там просто нет стимула её повышать.
Совсем иная картина в гликолитических волокнах, где тренировка вызывает специфическое усиление митохондриального биогенеза
Если быстрые волокна рассматривать относительно медленных, конечно там митохондриальный биогенез сильнее будет расти. Хотя это зависит от тренировок. Если делать интервалы - это будет очень справедливо. Если только slow steady - может и нет.
no subject
То, что тренированная сердечная мышца не увеличивает относительную митохондриальную массу, было уже давно известно.
Вот сравнение количества цитратсинтазы в сердце и смешанной скелетной мышце после тренировок.
В гликолитической белой gastrocnemius после тренировок митохондриальная ДНК растет на 30%, в сердце совершенно не увеличивается.
Чтобы не перегружать даю только ссылку, хотя есть и картинка со слайда
Murakami et al., Biochem. Mol. Biol. Int., 1995, 36: 285-290
Теперь о специфичности митохондриального биогенеза в скелетных мышцах.
Вот статья Яна Бюреля J Appl Physiol (1985). 2002 Jun;92(6):2429-38., которая показывает, что soleus (которая у крыс довольно оксидативная, но меньше, чем у мышей) после тренировки увеличивает максимальное поглощение кислорода на 21%, а красная gastrocnemius (которая у крыс очень сильно оксидативная) вообще не увеличивает поглощение кислорода после тренировки, не растет там митохондриальная масса.
И что очень важно, в скелетных мышцах человека увеличение митохондриальной массы после тренировок коррелирует с увеличением процента волокон I типа:
(по абсциссе - изменения плотности цитохромоксидазы в vastus lateralis, смешанная мышца)
JACC, 1997, 29, 1067.
Поэтому исходно очень оксидативные мышцы не увеличивают митохондриальную массу после тренировок, там уже некуда увеличивать процент волокон с высоким содержанием митохондрий. Гликолитические же мышцы очень сильно увеличивают митохондриальную массу наряду с появлением оксидативных волокон в своем составе.
И, наконец, еще важный факт - далеко не всегда изменения митохондриальной массы в скелетной мышце коррелируют с изменением профиля типа миозина.