Высокая интенсивность и митохондрии

Митохондрии — это небольшие двухмембранные органеллы, обнаруженные в клетках большинства живых организмов, включая человека. Их часто называют "электростанциями" клетки, поскольку их основная функция — выработка аденозинтрифосфата (АТФ), молекулы, которая служит основным источником энергии для клетки. Митохондрии вырабатывают АТФ посредством процесса, называемого клеточным дыханием, который включает окисление глюкозы и жирных кислот.

Во время клеточного дыхания митохондрии используют кислород для извлечения энергии из молекул углеводов или жирных кислот, образовывая при этом АТФ. Эта энергия необходима для различной клеточной активности, включая мышечные сокращения, передачу нервных сигналов и образование молекул, необходимых для роста, восстановления и поддержания работы организма.

Митохондриальные белки: от образования новых соединений до функциональных сетей

Митохондрии играют решающую роль в метаболическом здоровье и физической работоспособности благодаря своей центральной роли в производстве энергии и различных метаболических процессах, включая чувствительность к инсулину и производство энергии посредством метаболизма жиров и глюкозы.

Новые научные данные открыли несколько недооцененных свойств митохондрий, называемых митохондриальной динамикой, которые включают физическое соединение мембран в разных частях митохондриальной сети (так называемое слияние или fusion) и фрагментацию нефункционирующей митохондрий (так называемое деление или fission).

Слияние и деление являются важными регуляторами контроля качества митохондрий и производства энергии (АТФ) и активных форм кислорода.

Важно отметить, что многие, но не все, преимущества физических упражнений для здоровья связаны с улучшением функции митохондрий, а именно с улучшением VO2max и чувствительности к инсулину. Однако, когда дело доходит до улучшения функции митохондрий, не все упражнения одинаково полезны.

Упражнения на выносливость низкой, средней и высокой интенсивности приводят к значительному росту выработки митохондриальной энергии и чувствительности к инсулину, тогда как силовые тренировки могут быть менее эффективными в этом отношении. Сочетание аэробных и силовых тренировок может улучшить функцию митохондрий, если стимул компоненты выносливости достаточен.

Влияние различных режимов физических упражнений на вышеупомянутую митохондриальную динамику является областью, имеющей огромное значение для здоровья, но не являющейся темой большого количества исследований.

В исследовании, опубликованном в Journal of Applied Physiology, авторы изучали изменения в динамике работы митохондрий после 12 недель высокоинтенсивных аэробных тренировок, силовых тренировок или их комбинации (аэробные + силовые) и то, как эти изменения связаны с улучшением здоровья, наблюдаемым после каждого режима тренировок.

Полученные данные – это вторичный анализ ранее опубликованного исследования той же научной группы, в котором 12 недель высокоинтенсивных аэробных интервалов (HIIT), силовых тренировок и комбинированных тренировок повышали чувствительность к инсулину и мышечную массу у пожилых и молодых людей, но только HIIT и комбинированные тренировки улучшали аэробную емкость и функцию митохондрий скелетных мышц.

Улучшенная выработка белка лежит в основе улучшения метаболической и физической адаптации к различным режимам тренировок у молодых и пожилых людей

Всего в исследование были включены 19 молодых и 19 пожилых людей (средний возраст 47 лет, возрастной диапазон от 19 до 75 лет).

На 12 недель участники были рандомизированы в одну из трех групп:

Высокоинтенсивные интервальные тренировки (HIIT): 3 дня в неделю интервальные тренировки на велоэргометре (4 интервала по 4 минуты при >90% пикового значения VO2 с 3-минутным отдыхом между интервалами) и 2 дня в неделю ходьба на беговой дорожке (45 минут при 70% от пикового VO2).
Силовые тренировки (RT): 4 дня силовых тренировок в неделю (60 минут на тренировку: 2 дня тренировки нижней части тела и 2 дня тренировки верхней части тела; 8–12 повторений в упражнении, до 4 подходов в упражнении).
Комбинированная тренировка (CT): 5 дней в неделю велосипед (всего 30 минут из них 20 минут при 70% от пикеового VO2), за которыми следуют 30 минут силовых тренировок (4 дня в неделю по протоколу, аналогичному группе RT).

До и после вмешательств бралась мышечная биопсия, оценивалась сердечно-легочная тренированность (пиковый VO2, нормированный по безжировой массе), определялся состав тела, оценивали свойства митохондрий (включая морфологию, плотность, эффективность работы, количество митохондриальной ДНК и синтез белка) и чувствительность к инсулину.

Результаты

Все тренировочные режимы увеличивали безжировую массу и снижали процент жира в организме, хотя RT приводила к наибольшему увеличению безжировой массы по сравнению с группами HIIT и CT. Более того, жировая масса тела снизилась только в группе CT.

HIIT и CT усиливали эффективность работы митохондрий, синтез митохондриального белка и пиковый VO2 — это изменения не наблюдались после силовых тренировок. Чувствительность к инсулину улучшилась во всех трех группах.

Плотность митохондрий — процент мышечного объема, занимаемый митохондриями, — увеличилась в группе HIIT, но не в группах CT или RT.

Кроме того, количество митохондрий увеличивалось в группах HIIT и CT, но только HIIT приводила к увеличению размера митохондрий. RT не повлияла на количество или размер митохондрий.

Некоторые из митохондриальных адаптаций положительно коррелировали с улучшением производительности и другими биомаркерами, связанными с физическими упражнениями.

Независимо от тренировочного режима, увеличение плотности митохондрий было связано с улучшением работы митохондрий, синтеза митохондриального белка и пикового VO2. Аналогичные результаты наблюдались и в отношении изменения митохондриальной ДНК, которое было связано с улучшением синтеза митохондриального белка, дыхания и чувствительности к инсулину.

Никаких изменений в активности микроРНК и белков, связанных со слиянием митохондрий, после тренировок не наблюдалось. Однако, количество микроРНК и белков, связанных с делением митохондрий, снизилось после HIIT и CT. Уникальным является то, что HIIT изменили соотношение белков слияния и деления, что сместило баланс в пользу слияния, а не деления (это положительное изменение).

Подведем итоги

Основные выводы этого исследования заключались в том, что протокол HIIT, по сравнению с CT и RT, приводил к отчетливым изменениям размера и "связности" митохондрий (слияние). Протокол CT и RT, по-видимому, не влияли на размер, форму или динамику митохондрий, или, по крайней мере, для протокола CT они были меньше по величине, чем для протокола HIIT.

Кроме того, вызванные HIIT улучшения в митохондриях были положительно связаны с увеличением эффективности митохондрий, чувствительности к инсулину и пикового VO2, что указывает на роль митохондрий в этих адаптациях, хотя корреляция и не равна причинно-следственной связи.

Авторы предполагают, что тренировка на выносливость, выполняемая в рамках комбинированной программы (20 минут), была слишком короткой и недостаточно интенсивной, чтобы вызвать митохондриальные улучшения такого же масштаба, как и после HIIT, даже несмотря на то, что протокол HIIT включал всего 16 минут высокоинтенсивных тренировок.

Что касается силовых тренировок, то после них не наблюдалось никаких изменений в морфологии или динамике митохондрий. Означает ли это, что нельзя улучшить здоровье митохондрий, поднимая тяжести? Вероятно, нет — силовые тренировки в этом исследовании могли быть недостаточно интенсивным, чтобы стимулировать адаптацию митохондрий, а вот хорошо продуманная программа силовых тренировок достаточного объема и интенсивности могла привести к другому результату.

Тем не менее, результаты этой работы показывают, что если вы хотите улучшить свои митохондрии, вам придется подвергнуть их достаточному стрессу, чтобы "заставить" их адаптироваться. Вероятно, для этого потребуются какие-то высокоинтенсивные тренировки, хотя может быть достаточно и больших аэробных объемов.

Во-вторых, полученные результаты подчеркивают решающую роль функции и размера митохондрий для метаболического здоровья и работоспособности. Хотите улучшить свою чувствительность к инсулину VO2max? Стимулируйте митохондрии.

Большинство любителей живут в режиме, чем-то напоминающим комбинированные тренировки в этом исследовании, хотя, и с объемом тренировок на выносливость, который куда больше 150 минут в неделю (как был в этом исследовании).

Однако, следует подчеркнуть роль интенсивности упражнений. Тренировки во 2 зоне пользуются огромной популярностью, но высокоинтенсивные тренировки остаются, пожалуй, лучшим способом стимулировать мощную метаболическую, сердечно-сосудистую и митохондриальную адаптацию и эффективно использовать свое время.