Pamięć mięśniowa, czyli jak organizm „pamięta” twój trening?

Czy wiecie dlaczego łatwiej jest wrócić do formy (np. po kontuzji albo przerwie) niż zaczynać od zera? Albo dlaczego dopingowicze powinni być zdyskwalifikowani dożywotnio? Odpowiada za to tzw. „pamięć mięśniowa”, dzięki której możemy też wpływać na naszą sportową przyszłość. Dowiedzcie się, jak to działa i czemu warto pobiegać już dziś!

Motyla (umięśniona) noga

Zanim gąsienice staną się motylami, przechodzą proces przeobrażenia w poczwarce. Naukowcy badający zjawisko pamięci mięśniowej przebadali pewien gatunek ćmy z rodziny zawisakowatych (zawisak tytoniowy – Manducasexta), który przekształca się prawie całkowicie podczas 18-godzinnej metamorfozy.

Te nocne motyle pospolicie zamieszkują obie Ameryki, a ich larwy żerują na liściach wielu gatunków roślin, m. in. tytoniu. Wszystkie motyle z tej grupy znakomicie latają, potrafią odbywać wędrówki na znaczny dystans, osiągając prędkość 50 km/h, a spijając nektar z kwiatów zawisają w miejscu jak kolibry. Ich duże rozmiary (rozpiętość skrzydeł powyżej 10 cm) i mocna budowa pozwalają im na przeloty także w deszczu i przy silnym wietrze.

Gąsienice żyją około trzech tygodni (motyle dożywają do 50 dni), intensywnie żerując i szybko rosnąc. Ze stadium poczwarki następuje przepoczwarzenie do motyla, którydo tego procesuużywa silnych mięśni okolic brzucha, aby uciec z ograniczającego go egzoszkieletu. W swoim nowym życiu (jako ćma) dorosły osobnik nie potrzebuje już tych rozrośniętych mięśni brzucha, więc stopniowo je redukuje. W ciągu 3 dni mięśnie te stają się o 30% mniejsze. Jest to strata, która w ludzkich wartościach jest ekwiwalentem 80-letniego człowieka, który po trzech dekadach niećwiczenia ulega sarkopenii (czyli utracie masy mięśniowej, obniżaniu się funkcji mięśni i pogorszeniu sprawności fizycznej).

Jednak motyle, które poddano badaniom uzmysłowiły naukowcom bardzo ciekawe zjawisko: kiedy komórki mięśniowe zanikają, wszystkie jądra komórkowe (nukleusy) przeżywają. Wkrótce okazało się, że podobnie jest u ludzi.

Motylem jestem?

Jak podaje niedawno opublikowany artykuł w czasopiśmie naukowym Frontiers in Physiology, opracowany na Uniwersytecie Massachusetts przez Lawrence’a Schwartza, metamorfoza wspomnianej ćmy mówi nam wiele ciekawego o zjawisku pamięci mięśniowejwystępującym u ludzi. Artykuł podaje, że jeśli osiągniemy odpowiedni poziom sprawności fizycznej i później go stracimy, będzie nam później łatwiej wrócić do tego samego poziomu,niż gdyby próbować uzyskać ten poziom od zera.

Osoby trenujące już jakiś czas raczej wiedzą to z własnego doświadczenia, bo po przerwie zwykle dość szybko wracają na wcześniejszy poziom. Jest to powszechna wiedza wśród trenujących zarówno sporty siłowe, jak i wytrzymałościowe. Wpływają na to również czynniki psychologiczne, bo wiemy, że jeśli wcześniej osiągnęliśmy dany poziom, tostać nas na dany wynik.

Naukowcy określili również, jakie czynniki fizjologiczne się do tego przyczyniają. Mamy coraz więcej dowodów na to, że to właśnie znajdujące się w komórkach mięśniowych jądra komórkowe grają w tym procesie kluczową rolę.

Jak zmieniają się mięśnie?

Mięśnie szkieletowe są największymi tkankami w organizmie człowieka. Ich długość sięga zwykle od 1 do 5 cm, niekiedy zaśosiągają nawet do kilkunastu centymetrów. Aby zsyntetyzować wystarczającą ilość białek do utrzymania włókien mięśniowych w całości, potrzeba więcej niż jednego jądra komórkowego.

Teoria nazywana „Myonuclear Domain Hypothesis” sugeruje, że każde jądro komórkowe może wspierać tylko pewną część komórki mięśniowej, dlatego kiedy stają się one większe – poprzez trening na siłowni – powstaje proporcjonalna ilość dodatkowych jąder komórkowych. Dlatego właśnie komórki mięśniowe są dość nietypowe, ponieważ mogą mieć od kilkudziesięciu do kilkuset takich jąder, które są położone na obwodzie komórki, pod błoną sarkoplazmatyczną.

Komórki te są też mocno plastyczne, więc mogą podlegać dramatycznym zmianom zarówno w masie, jak i sile, w odpowiedzi na wiele środowiskowych wpływów. Komórki mięśniowe mogą rosnąć dzięki zwykłym ćwiczeniom na siłowni (i wystarczającej diecie), ale też poprzez stosowanie na przykład sterydów anabolicznych, które w połączeniu z wysiłkiem powodują dużą hipertrofię mięśni, czyli zwiększenie ich masy i przekroju poprzecznego, a tym samym wzrost siły. Poprzez trening, komórki mięśniowe stają się coraz większe, rozwijają też więcej jąder komórkowych (nukleus).

Naukowcy początkowo myśleli, że liczba jąder komórkowych zmniejsza się też proporcjonalnie do spadku masy mięśniowej, kiedy przestajemy ćwiczyć. Seria dokładnych eksperymentów rozpoczętych dekadę temu, prowadzonych przez norweskiego fizjologa – Kristiana Gundersena przeczy tej teorii. Dodatkowe jądra komórkowe pozostają w mięśniach, nawet jeśli nasz zapał do treningu spadnie.

Kiedy wracamy do treningu, nukleus dalej tam są, gotowe wesprzeć ponowną rozbudowę mięśni. W badaniach Gundersena, kiedy myszy przestawały ćwiczyć, ich mięśnie zmniejszyły się o około 50%. Jednak liczba nukleusów pozostawała taka sama.

Mięsień pamięta!

Badania Gundersena wyjaśniają mechanizm działania pamięci mięśniowej. Konkluzja z nich jest następująca: „jeśli jesteś w formie, a później przestajesz ćwiczyć, ciągle masz wszystkie dodatkowe nuklusy krążące w twoich mięśniach. Będzie ci więc łatwiej zbudować formę, kiedy ponownie zaczniesz swój trening”.

W jednym z eksperymentów Gundersena myszy, które wcześniej były wyjątkowo silne (a tym samym miały więcej aktywnych nukleus) osiągnęły o 36% większy rozmiar mięśni po wykonaniu programu treningowego. Pozostałe myszy, robiące ten sam program po raz pierwszy, osiągnęły tylko 6-procentowy przyrost.

Pamięć mięśniowa u biegaczy

Pamięć mięśniowa działa także w sportach czysto wytrzymałościowych. Grupa badawcza na Uniwersytecie Temple opublikowała pewne intrygujące dane ubiegłej jesieni. Większość wcześniejszych badań o pamięci mięśniowej koncentrowało się na rozmiarze mięśni. Zespół z Temple przyjrzał się mitochondriom, czyli tzw. elektrowniom, które generują energię dla pracujących mięśni.

Podczas treningu wytrzymałościowego następuje adaptacja do wysiłku, która wywołuje zwiększenie się ilości mitochondriów w komórkach. Kiedy przestajesz trenować, ich liczba ponownie się obniża. Dodatkowe jądra komórkowe, które jak wiemy krążą, zawierają informację genetyczną, która kontroluje również tworzenie się nowych mitochondriów.

Naukowcy z Temple zademonstrowali w swoim artykule, że kiedy zaczynasz trenować po przerwie, twoje komórki mięśniowe są już przygotowane na zwiększenie produkcji mitochondriów. Dzieje się to dużo szybciej, jeśli trenowaliśmy wcześniej. Jest to kolejny dowód na działanie pamięci mięśniowej. Tym razem to mięsień „pamięta” wcześniejszą liczbę mitochondriów.

Doping? Pomaga do końca życia!

Dość często dyskutowaną implikacją na temat pamięci mięśniowej jest to, że wyjaśnia ona działanie dopingu na mięśnie. Wiemy dzięki niej,że zawodnicy stosujący doping zyskują dożywotnią przewagę z okresu, w którym stosowali niedozwolone środki. Nawet wtedy, kiedy nie stosują już np. sterydów. Na przykład po odbyciu typowej, 4-letniej kary wykluczenia z rywalizacji, doping zostawi w „pamięci” ich mięśni dodatkowe nukleotydy, które pozwolą mięśniom zyskać dodatkową przewagę nad innymi. Dowodzi to, że dyskwalifikacja za doping powinna trwać do końca życia, bo stosowanie dopingu pomaga już na zawsze.

Badania Gundersona i jego kolegów podają na przykład, że myszy, którym podawano testosteron, po trzech miesiącach ciągle miały 28% więcej jąder komórkowych w mięśniach i były w stanie rozbudować tkankę mięśniową szybciej, niż myszy z grupy kontrolnej.

Pamięć mięśniowa a nasze zdrowie

Gunderson i jego koledzy opisali też, że zdolność tworzenia nowych nukleus wydaje się spadać wraz z wiekiem. Oznacza to, że jeśli zbudowanie formy nie jest łatwe tak, jak było to dla ciebiejakieś 20 lat temu, to może się okazać, że i tak ciągle będzie ci łatwiej zrobić to teraz, niż za kolejnych kilkadziesiąt lat.

Gunderson sugeruje nam, że im większą sprawność mięśniową uzyskamy w młodym wieku, tym więcej korzyści uzyskamy później na starość. Dzięki treningowi dzisiaj, nasze mięśnie będą bardziej „responsywne” na trening za kilkanaście, czy kilkadziesiąt lat. Pamięć mięśniowa jest związana nie tylko z bieganiem czy sportem w ogóle, ale z ogólnym zdrowiem, bo nasze mięśnie będą nam potrzebne…zawsze!

Podczas dojrzewania, wzrost mięśni jest kontrolowany przez hormony, właściwe odżywianie czy komórki macierzyste. Jeśli wcześniej zadbamy o nasze ciało, będziemy mogli z niego korzystać do późnej starości. To trochę jak z oszczędzaniem na emeryturę – nie odkładajmy tego na ostatnią chwilę.Wspomniana na początku artykułu ćma również potrzebowała silnych mięśni, by wydostać się z ograniczającego ją kokonu.Może więc to dobry pomysł, żeby już dzisiaj iść na siłownię albo pobiegać, by zmagazynować trochę nukleotydów i mitochondriów na kolejne lata?

Źródła:

Schwartz L. M. SkeletalMuscles Do Not UndergoApoptosisDuringEitherAtrophyorProgrammed Cell Death-Revisiting the MyonuclearDomainHypothesis. Front. Physiol., 25 January 2019. doi.org/10.3389/fphys.2018.01887

Bruusgaard JC, Johansen IB, Egner IM, Rana ZA, Gundersen K.Myonucleiacquired by overloadexerciseprecedehypertrophy and are not lost on detraining. Proc NatlAcadSci U S A. 2010 Aug 24;107(34):15111-6. doi: 10.1073/pnas.0913935107. Epub 2010 Aug 16.

Lee H, Kim K, Kim B, Shin J, Rajan S, Wu J, Chen X, Brown MD, Lee S, Park JY.A cellularmechanism of musclememoryfacilitatesmitochondrialremodellingfollowingresistancetraining. J Physiol. 2018 Sep;596(18):4413-4426. doi: 10.1113/JP275308. Epub 2018 Aug 12.

Szablewski P. Pamięć motyla z życia gąsienicy. 22.03.2008. Biotechnolog.pl