Генетическая расположенность

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejsc.70095

Статья исследует один из центральных вопросов современной тренировочной физиологии: насколько индивидуальные ответы на силовую тренировку действительно «индивидуальны» в физиологическом смысле, а не являются следствием измерительных ошибок, случайных колебаний и краткосрочных факторов вроде усталости или мотивации.

Авторы специально ставят задачу проверить воспроизводимость изменений мышечной силы и размера при повторном прохождении одной и той же программы сопротивления и одновременно оценить, насколько редки или часты истинные «нереспондеры».

Введение строится на двух ключевых идеях. Во-первых, предыдущие работы демонстрировали чрезвычайно широкий диапазон индивидуальных ответов на стандартные протоколы силовой тренировки, как по мышечной массе, так и по силе, иногда от отрицательных изменений до очень крупных приростов. Приводятся диапазоны, например от примерно −11 до +30 % для мышечного поперечного сечения и до +250 % для силы, что подчёркивает масштаб гетерогенности. Во-вторых, авторы напоминают, что наблюдаемая вариативность складывается из трёх источников: измерительной ошибки, биологической ошибки и собственно биологической вариации между людьми. С точки зрения вопроса об «индивидуальной тренируемости» критично отделить истинные различия в физиологической адаптации от шума. Для этого, как подчёркивается, наиболее надёжный подход заключается в репликации одной и той же интервенции у тех же участников и сравнении изменений в повторных циклах. Теоретическим фоном служат несколько линий исследований.

С одной стороны, работы о «мышечной памяти» и протеомных и эпигенетических изменениях показывают, что молекулярные ответы на первую волну тренинга частично воспроизводятся при повторной тренировке после детренинга. В субвыборке этих же участников ранее было показано, что многие белки, повышавшиеся в первом периоде тренинга, менялись в похожем направлении во втором, что говорит о стабильной «молекулярной отзывчивости» к нагрузке.

С другой стороны, исследования выносливостной тренировки также демонстрируют хорошую воспроизводимость экспрессии генов при повторных нагрузках. На этом фоне центральный вопрос формулируется так: «останутся ли индивидуальные изменения в мышечной массе и силе после одного периода силового тренинга похожими при повторении идентичного протокола в будущем у того же человека». Дизайн исследования отвечает именно на этот вопрос.

Исследование выполнено в формате рандомизированного параллельного исследования с повторными измерениями. В него включили 55 ранее нетренированных мужчин и женщин 18–40 лет, без опыта регулярных силовых тренировок, без интенсивной выносливостной нагрузки в последние месяцы, с индексом массы тела 18,5–30 кг/м² и без заболеваний или медикации, которые могли бы влиять на тренируемость. После медицинского скрининга участники были рандомизированы в группу силовой тренировки и контроль, при этом стратификация по полу и парное сопоставление по возрасту и ИМТ обеспечивали базовую сопоставимость групп. В итоге в тренировочной группе завершили протокол 20 человек, в контроле 27, различий по антропометрии между группами на старте не было. Ключевой особенностью дизайна является последовательность «тренировка – детренинг – повторная тренировка». Участники тренировочной группы проходили два идентичных 10-недельных периода силовой тренировки, разделённых 10 неделями детренинга. Контрольная группа в этот же первый 10-недельный период не выполняла силовых тренировок и служила для оценки естественных колебаний и измерительной ошибки. Измерения мышечной массы и силы проводились до и после каждого из трёх периодов в тренировочной группе и до и после 10-недельного периода у контроля.

Схема исследования визуализирована на рисунке 1 на странице 3, где по оси времени показаны четыре ключевые точки тестирования и разделение на контроль и тренировочную ветвь. Силовая программа была типичной для гипертрофического тренинга, но при этом достаточно стандартизированной. Участники дважды в неделю выполняли упражнения на тренажёрах и со штангой: жим ногами, разгибание колена, жим лёжа в Смит-машине, сгибание рук со штангой стоя и тягу в наклоне с упором грудью. В каждом упражнении выполнялось 3–4 подхода по 8–10 повторений, с примерно 1–2 повторениями в запасе, за исключением последнего подхода второго занятия недели, который выполнялся до произвольного отказа. Нагрузка прогрессировала по классическому принципу: если на отказ выполнялось более 10 повторов, вес увеличивали, если менее восьми, снижали. Все занятия проходили под контролем инструкторов в лаборатории, что минимизировало вариации техники и соблюдения протокола. Период детренинга был строго ориентирован на прекращение силовой активности. Участникам разрешалось сохранять обычный образ жизни, но они должны были избегать силовых тренировок, высокоинтенсивной деятельности и непривычных нагрузок. Соответствие этим инструкциям проверялось анкетами физической активности и контактом по электронной почте в середине периода. То есть авторы пытались обеспечить честную «паузу» для мышечной системы, чтобы затем оценить, как исчезают приобретённые адаптации и насколько характер этого исчезновения индивидуален. Измерение изменения мышечной массы строилось на ультразвуковой оценке площади поперечного сечения двух мышц – латеральной широкой мышцы бедра и двуглавой мышцы плеча. Использовался панорамный B-режим с линейным датчиком 10 МГц, методика, ранее валидированная теми же авторами. Для стандартизации положение тела, анатомические ориентиры и место измерения фиксировались с помощью фотографий и разметки, зонд устанавливался с помощью специального держателя, что уменьшало вариации из-за угла или давления. Для каждой мышцы анализировалось несколько изображений, затем вычислялась площадь мышечного сечения с помощью ImageJ с предварительным контролем коэффициента вариации между повторными сканами. Тест–ретест вариабельность составляла около 1,6 % для широкой мышцы бедра и 2,3 % для бицепса, что говорит о высокой точности метода. Мышечную силу оценивали через одноповторный максимум в жиме ногами и сгибании рук со штангой. Тестирование проводили по стандартной схеме с разогревом, постепенным наращиванием нагрузки и 3 минутами отдыха между попытками, пока не находили максимальный вес, который участник мог выполнить один раз с заданной техникой. Силу нормировали на массу тела, причём для минимизации влияния изменений массы за время исследования использовали исходную массу для нормировки во всех последующих точках. Это важное методологическое решение: авторы стремились сравнивать относительную силу, исключая вклад возможных изменений в массе. Тест–ретест-ошибка для силы была несколько выше, но оставалась в разумных пределах, около 3–4 %.

Ключевой статистический блок связан с тем, как авторы определяли «индивидуальную ответную реакцию» и вычленяли её из шума. Сначала сравнивали дисперсию изменений за первые 10 недель в тренировочной и контрольной группах. Если разброс индивидуальных изменений в тренировочной группе существенно превышал разброс в контроле, это трактовалось как свидетельство истинной гетерогенности тренируемости. Для формализации использовалась величина SDIR – стандартное отклонение индивидуального ответа, рассчитываемое как корень из разности квадратов стандартных отклонений изменений в тренировочной и контрольной группах. Положительные значения SDIR интерпретируются как наличие межиндивидуальных различий в ответе, значения около нуля как доминирование измерительного и биологического шума. Для SDIR далее вычислялись доверительные интервалы; если нижняя граница была выше нуля, это расценивалось как статистически убедительное доказательство межиндивидуальной гетерогенности. Второй важный шаг – определение минимально детектируемого изменения. Авторы воспроизводят подход, рекомендованный в литературе по надёжности: сначала вычисляют типичную ошибку изменения TEΔ по данным контрольной группы, затем на её основе минимально детектируемое изменение MDC, то есть такой прирост или уменьшение, который с высокой вероятностью превосходит случайные колебания и погрешность измерения. Участника считают «нереспондером», если его изменение за период тренировки меньше MDC для данного показателя, «респондером», если больше, и «экстремальным респондером», если прирост превышает трёхкратное MDC в обоих периодах тренировки. Таким образом создаётся операциональное определение «ответа» и «неответа», основанное не на произвольном пороге прироста, а на статистической оценке надёжности измерений.

На уровне среднегрупповых эффектов результаты полностью подтверждают эффективность протокола. За первую 10-недельную тренировку площадь поперечного сечения широкой мышцы бедра увеличилась примерно на 16 % против 1,5 % в контроле, бицепса – на 17,5 % против 3,1 %, сила жима ногами на массу тела выросла на 21,7 % против 2,9 %, сила сгибания рук – на 25,4 % против 4,5 %. Все взаимодействия «группа × время» статистически значимы с p меньше 0,001, то есть тренирующиеся участники заметно превосходили контроль по всем индексам роста силы и массы. При этом авторы отмечают, что при повторном 10-недельном цикле величина прироста силы была несколько ниже, чем в первом, тогда как прирост мышечной массы в среднем был сопоставим для обеих тренировочных фаз.

Таблица 1 на странице 5 аккумулирует эти данные: видна ступенчатая динамика роста параметров в RT1, частичной потери на детренинге и нового роста в RT2, а также отсутствие выраженных изменений в контрольной группе. Разброс индивидуальных изменений оказывается при этом гораздо шире, чем можно было бы ожидать из одних только ошибок измерения. Для всех четырёх показателей SDIR отличался от нуля, а доверительные интервалы SDIR² не включали ноль, что авторы интерпретируют как убедительное подтверждение существенной межиндивидуальной гетерогенности ответов. Например, для площади широкой мышцы бедра SDIR² составляло примерно 5,1, что при достаточном отдалении нижней границы доверительного интервала от нуля показывает, что разброс истинных индивидуальных ответов не сводится к шуму.

Графики на рисунках 2 и 3 на страницах 6–7, где по каждому участнику проведены линии изменения по трём периодам, иллюстрируют эту гетерогенность: кривые расходятся веером, а на фоне средней колонки заметно, что у одних приросты близки к минимально детектируемому изменению, тогда как у других достигают весьма крупных значений. Заштрихованные голубые зоны на графиках обозначают диапазон MDC, что позволяет визуально отделить «истинный» ответ от вероятного шума. Главный вопрос статьи связан не с самим фактом гетерогенности, а с её воспроизводимостью. Для этого авторы анализируют корреляции между изменениями в первом и втором периодах тренировки для тех же людей. Оказалось, что для площади широкой мышцы бедра, площади бицепса и силы жима ногами коэффициенты корреляции находятся в диапазоне от примерно 0,67 до 0,76 с p менее 0,001, что соответствует умеренно сильным положительным связям. То есть участник, который в первом 10-недельном цикле получил большой прирост, с высокой вероятностью демонстрировал и во втором цикле относительно большой прирост по той же переменной, а тот, кто адаптировался слабее, в среднем оставался «слабым респондером» и при повторной тренировке. Для силы сгибания рук на массу тела корреляция была слабее, около 0,38, и не достигла традиционного уровня значимости, что авторы отмечают как «тренд», но не как вполне надёжный эффект.

Рисунок 4 на странице 8 показывает эти связи в виде диаграмм рассеяния с линией регрессии и отмеченным прямоугольником MDC вокруг начала координат. На основе MDC авторы классифицируют респондентов. «Нереспонденты», то есть те, чей прирост меньше MDC, были обнаружены по всем показателям, но очень редко совпадали между переменными и периодами. Например, для площади широкой мышцы бедра пять человек не превысили MDC после первого периода тренировки и один после второго, для площади бицепса в первом периоде все участники превысили MDC, во втором один был ниже порога. Для силы жима ногами три участника считались нереспондерами в первом цикле, двое во втором, один из них в обоих. Для силы сгибания рук три человека были ниже порога MDC в RT1 и сразу одиннадцать в RT2, что отражает менее благоприятную динамику этого упражнения при повторной тренировке. Ключевая деталь заключается в том, что не было ни одного участника, который бы оставался нереспондером по более чем одному показателю в обеих тренировочных фазах. Это позволяет авторам заявить, что «нереспонсивность встречается редко и не должна выводиться на основании одного показателя». В противоположном конце распределения выделяется группа «экстремальных респондентов», то есть тех, чей прирост превышал трёхкратное MDC в обоих периодах. Таких оказалось пять человек для площади бицепса, двое для широкой мышцы бедра и один для силы жима ногами. Причём один участник показывал экстремальный ответ и по мышечному размеру бедра и бицепса, и по силе жима ногами, другой по обеим мышечным CSA. Это наглядно показывает, что высокие и низкие ответы могут быть весьма специфичны по отношению к конкретному признаку и упражнению. Отдельный блок результатов посвящён детренингу. Здесь авторов интересовало, связаны ли размеры первоначального прироста с потерями в период без тренировок. Ответ оказался положительным. Чем больше участник увеличивал площадь бицепса и силу жима ногами в первом периоде, тем сильнее затем терял эти показатели в ходе 10-недельного детренинга, корреляции были отрицательными и умеренно сильными, порядка −0,49 для силы и −0,67 для CSA бицепса, что интерпретируется как достаточно устойчивая связь. Для CSA широкой мышцы бедра наблюдалась схожая тенденция, но не достигшая строгой статистической значимости.

На рисунке 5 на странице 8 это показано как диаграммы рассеяния между процентными изменениями на тренинге и детренинге. В среднем относительное уменьшение мышечного размера в период детренинга было больше по величине, чем уменьшение силы. Например, CSA широкой мышцы бедра снижалась почти на 10 %, тогда как сила жима ногами примерно на 5 %, аналогичная картина наблюдалась для бицепса и силы сгибания рук. Это согласуется с предыдущими данными о том, что силовые способности сохраняются лучше, чем мышечная масса, вероятно за счёт более устойчивых нейронных адаптаций. В разделе обсуждения авторы проводят чёткую линию между измерительными аспектами и физиологией. Во-первых, они подчёркивают, что надёжность методов измерения CSA и силы в их лаборатории высока и типичная ошибка невелика, что ограничивает вклад чисто технической вариативности. Во-вторых, наличие контрольной группы, чьи показатели колебались лишь в пределах небольшой естественной вариации за 10 недель, позволяет оценить масштаб «обычных» колебаний мышечной массы и силы без тренинга. На этом фоне заметное превышение ответов в тренировочной группе и ненулевая SDIR трактуются как свидетельство того, что «ответы на силовую тренировку в значительной степени определяются устойчивыми физиологическими характеристиками индивидума, а не случайными факторами».

Сильной стороной работы является также аккуратное использование понятия «нереспондер». Авторы демонстрируют, что если принять строгий, основанный на MDC критерий, то истинных нереспондентов немного и они не стабильны по разным признакам и периодам. На этом основании формулируется ключевой тезис: «определение отзывчивости по силе или гипертрофии на основе одного периода тренировки и одного исхода может приводить к ошибочным выводам о тренируемости индивида». Иначе говоря, человек, показавший низкий прирост в одном цикле и по одному упражнению, не обязательно является «плохим респондером» в более широком смысле, это может быть комбинация шума, специфики задачи и временных факторов. Интерпретация результатов детренинга подчёркивает зеркальность адаптаций. Люди, которые быстро «набирают», также быстро «теряют». Авторы предполагают, что скорость физиологических процессов, лежащих в основе гипертрофии и роста силы, может быть относительно постоянной характеристикой организма, проявляющейся как в адаптации, так и в дезадаптации, только в противоположных направлениях. Здесь логично вспоминаются работы, в которых обсуждаются генетические и молекулярные предикторы тренируемости – от особенностей экспрессии генов до эпигенетических меток, однако в данной статье эти механизмы не изучались непосредственно, и это честно отмечается как направление будущих исследований. Вместе с тем авторы признают ряд ограничений. Размер выборки относительно невелик для глубокого анализа структуры межиндивидуальных различий, особенно если пытаться выделять подгруппы по нескольким признакам одновременно. Протокол длится относительно недолго, 10 недель тренинга и 10 недель детренинга могут не полностью раскрывать долгосрочные траектории адаптации и потери. Участники – здоровые, относительно молодые, ранее нетренированные мужчины и женщины, следовательно, выводы не распространяются напрямую на пожилых, спортсменов или людей с хроническими заболеваниями. Кроме того, измерения ограничены двумя мышцами и двумя движениями, что неизбежно упрощает реальную многомерную картину тренируемости всего организма. И наконец, анализ потенциальных модераторов, таких как питание, сон, точное соблюдение нагрузки и психологические факторы, в этом исследовании не проводился, хотя авторы прямо упоминают их как вероятные источники вариаций, требующие систематического изучения. Если сопоставить эту работу с существующим полем, можно сказать, что она вносит важное уточнение в дискуссию об индивидуальной тренируемости. Ранее крупные исследования показывали широкий размах ответов на силовую тренировку, но обычно опирались на один период интервенции и не могли отличить устойчивые индивидуальные различия от случайных колебаний. Здесь же показано, что по крайней мере для мышечной массы и силы в базовых упражнениях профиль ответа имеет тенденцию повторяться при идентичном протоколе после перерыва. Это делает более правомерным поиск биологических маркеров «высоких» и «низких» респондентов и одновременно предостерегает от поспешных выводов о «нереспонсивности», основанных на одном измерении.

Практические выводы, которые авторами формулируются ближе к концу статьи, можно суммировать в непрерывной форме. В прикладном контексте тренер или специалист по реабилитации должен ожидать очень большой разброс индивидуальных ответов на силовую программу, от нескольких процентов до очень крупных приростов, но понимать, что большинство этих ответов выходят за рамки одного лишь измерительного шума. Это означает, что достаточно стандартные протоколы способны стабильно увеличивать силу и мышечную массу у большинства людей, и истинных «нулевых» ответов мало, особенно если оценивать несколько исходов и более одного цикла. При повторении похожей программы после перерыва тот же человек, скорее всего, будет реагировать в том же направлении и примерно с тем же относительным масштабом, а тот, кто быстро увеличивал мышечную массу и силу, при прекращении тренировок склонен столь же быстро терять эти адаптации. С точки зрения индивидуализации тренинга это означает, что поиск оптимального протокола следует вести, исходя из устойчивого особенностного профиля индивида, а не из единичного «неудачного» опыта, и что интерпретация понятия «нереспондер» должна быть статистически обоснованной и многоаспектной.