Mikä aiheuttaa lihasten kasvua?

Useiden vuosisatojen ajan olemme tienneet, että painojen nostaminen lisää voimaa ja lihasmassaa.

Tuhansia vuosia sitten Crotonin Milo kehitti valtavan voiman olympiapainiin nostamalla vasikan olkapäilleen päivittäin. Kasvava isompi ja vahvempi, kun se kasvoi raskaammaksi.

Viime aikoina, 1800-luvun lopulla, Eugen Sandowin kaltaiset voimallit sisällyttivät rutiinit painoa nostavien esitystensä lopussa osoittaakseen harjoituksensa avulla saavuttamansa lihaksen kehityksen.

Toisin sanoen oivalimme jo kauan sitten, että asteittain raskaampien painojen nostaminen oli välttämätöntä vahvuuden lisäämiseksi. Kuitenkin vasta viime aikoina tutkijat aloittivat voimaharjoittelujen tutkimuksen ja käyttivät tieteellistä menetelmää tunnistaakseen tarkalleen, mikä aiheuttaa lihaksen kasvua, tutkimalla mekanismeja ja prosesseja, joiden avulla painojen nostaminen aiheuttaa liikakasvua.

Tämä tutkimus on tärkeä voimavara ymmärtääksemme voimaharjoittelua. Oppimalla mekanismeista ja prosesseista, joilla voimaharjoittelu aiheuttaa lihaskasvua, voimme rakentaa harjoitusohjelmamme maksimoidaksesi saavutettavat tulokset.

Tämä on toinen artikkeli sarjasta, joka käsittelee lihasten kasvua. Tässä on ensimmäinen osa.

Mitkä ovat mekanismit ja prosessit, jotka johtavat lihasten liikakasvuun?

Prosessissa on kolme päävaihetta, joiden kautta voimaharjoittelu aiheuttaa lihasten kasvua. Tutkijat ovat tutkineet jokaisen näistä vaiheista, vaikka joillekin on kiinnitetty enemmän huomiota kuin toisiin.

Ensinnäkin on olemassa alkuperäinen ärsyke, jota usein kutsutaan ensisijaiseksi mekanismiksi. Koska lihaskasvu tapahtuu pääasiassa yksittäisten lihaskuitujen koon lisääntymisen kautta, lihassolujen sisällä olevien reseptorien on havaittava tämä. Toiseksi lihaksen sisällä on molekyylisignaalitapahtumia. Nämä kestävät useita tunteja, ja johtuvat alkuperäisestä ärsykkeestä. Kolmanneksi, väliaikaisesti lisääntyy lihasproteiinien synteesinopeus, jonka laukaisevat molekyylin signalointitapahtumat. Juuri tämä lisää lihaskokoa, joka voidaan sitten mitata eri tavoin.

# 1. Alkuheräte

Tutkijat ovat yksilöineet kolme päämekanismia, jotka voivat stimuloida lihasten kasvua: (1) mekaaninen jännitys, (2) aineenvaihdunnan stressi ja (3) lihasvauriot. Nämä mekanismit ovat ympäristöolosuhteita, jotka voidaan havaita yksittäisillä lihaskuiduilla, jotka stimuloivat sitten molekyylisignaalitapahtumia, jotka lisäävät lihasproteiinien synteesinopeuksia ja aiheuttavat myöhemmin proteiinin kertymisen yksittäisten lihaskuitujen sisään.

Tällä hetkellä meillä on melko selkeä malli siitä, kuinka mekaaninen jännitys laukaisee lihasten kasvun, vaikka mekaanisten reseptoreiden sijainti ja identiteetti lihaskuiduissa on edelleen tuntematon. Sitä vastoin lihasvaurioiden ja aineenvaihdunnan stressin roolit eivät ole paljon selkeitä lähinnä näiden tekijöiden tutkimiseen liittyvien ongelmien vuoksi.

Suurin vaikeus, jonka tutkijat kohtaavat yrittäessään ymmärtää mekaanisen jännityksen, lihasvaurioiden ja aineenvaihdunnan stressin itsenäisiä vaikutuksia, on se, että on erittäin vaikeaa stimuloida lihaksia joko lihasvaurioilla tai aineenvaihdunnan stressillä samalla, kun ei tarjota mekaanista jännitysstimulia samalla aika.

Jotkut tutkijat ovat myös ehdottaneet, että motoristen yksiköiden rekrytoinnista johtuva lihaskuidun aktivointi on ensisijainen mekanismi, jonka kautta lihaksen kasvua stimuloidaan. Mutta näin ei voi olla, koska moottoriyksikön täydelliseen rekrytointiin lähestytään suurten nopeuksien lihassupistuksia, jotka aiheuttavat vähän lihaksen kasvua.

Lisäksi, kun lihaksen aktivoituminen pidetään vakiona korkeana, supistumisnopeuden lisääminen vähentää liikakasvua. Tämä näyttää tapahtuvan, koska nopeammat supistumisnopeudet vähentävät kunkin lihaskuidun tuottamaa mekaanista jännitystä ja siten sen mekaanisten reseptoreiden havaitsemaa mekaanisen kuormituksen määrää.

# 2. Molekyylisignalointi

Tutkijat ovat paljastaneet monimutkaisen joukon signalointireittejä, jotka aktivoituvat vastauksena voimaharjoitteluharjoitteluun ja jotka näyttävät osallistuvan lihasproteiinien synteesin lisäämiseen ja aiheuttavan proteiinin kertymistä lihaskuituihin.

Tunnetuin näistä molekyylireiteistä on mTOR-signalointireitti, jolla on alavirran tavoite (p70S6K), joka on ollut läheisessä yhteydessä lihaksen koon pitkäaikaiseen lisääntymiseen sekä eläimissä että ihmisissä. Lisäksi monilla harjoittelumuuttujilla, jotka on liitetty suurempaan lihaskasvuun, näkyy myös kohonnut p70S6K-signalointi, mukaan lukien harjoituksen määrä.

Joillakin harjoittelumuuttujilla, jotka eivät näytä edistävän lihaskasvua, näkyy myös kohonneita p70S6K-signalointeja, mukaan lukien eksentriset (verrattuna samankeskisiin) supistuksiin. Tämä voi tarkoittaa, että mTOR-signalointi on mukana myös muissa prosesseissa, kuten lihasvaurioiden korjaamisessa, koska pidentyvät supistukset aiheuttavat enemmän lihasvaurioita kuin lyhentävät supistuksia.

Itse asiassa on jopa tilanteita, joissa mTOR-signalointia voidaan stimuloida ja fosforyloida p70S6K: ta, ja silti lihasproteiinien synteesinopeudet eivät ole nousseet. Tästä on ilmoitettu ylikuormitustapauksissa, jotka voivat aiheuttaa lihaksen menetystä ja joissa oksidatiivinen stressi näyttää estävän lihasproteiinien synteesiä lisääntymistä.

Tällaisten kokeiden tulokset antavat varovaisen huomautuksen, että meidän ei pidä olettaa, että mTOR-signaloinnin suurempi nousu * aina * aiheuttaa lihasproteiinien synteesinopeuksien suuremman lisääntymisen ja sitä seuraavan lihaskoon pitkäaikaisen lisääntymisen.

# 3. Lihasproteiinien synteesi

Aivan viime aikoihin asti tutkijat eivät olleet kyenneet yhdistämään lihasproteiinien synteesinopeuden nousua harjoituksen jälkeen pitkäaikaisiin lihaskokohyötyihin sellaisen harjoitusohjelman sisältävän voimaharjoitteluohjelman jälkeen, vaikkakin he havaitsivat usein siirtymävaiheen lisääntymisen jälkeen yksi harjoitus.

Vaikka lihaskuidun proteiinipitoisuus määräytyy lihasproteiinien synteesin jatkuvan tasapainon ja lihasproteiinien hajoamisnopeuden mukaan, tämä oli silti turhauttavaa, koska oli olemassa hyviä todisteita siitä, että lihaksen proteiinien synteesinopeuden nousu oli vastuussa lihaksen koon muutoksesta ajan myötä.

Tämän seurauksena se oli todellinen läpimurto, kun tutkimusryhmä havaitsi äskettäin, että lihasten (myofibrillaaristen) proteiinien synteesin nousut voivat liittyä lihaskoon pitkäaikaisiin lisäyksiin sen jälkeen kun lihasproteiinien synteesinopeuden korotukset, jotka vaaditaan vaurioituneen lihaskudoksen korjaamiseksi, ovat poistuneet. .

Tämä löytö oli tärkeä, ei vain siksi, että se vahvisti lihasproteiinien synteesinopeuden lisäämisen keskeistä merkitystä hypertrofian aiheuttamisessa, mutta myös sen vuoksi, että se vihjasi, että vaikka lihasvaurioiden korjaus ja lihasten kasvu ovat hyvin samankaltaisia ​​prosesseja, lihasvaurioiden korjaaminen ei todennäköisesti paranna lihaksen koko.

Lisäksi tutkimus viittaa myös siihen, että suosittu tutkimussuunnitelma, jossa mitataan treenin jälkeisiä lihasproteiinisynteesin nousuja, ei välttämättä ole yhtä hyödyllinen kuin aiemmin toivoimme. Koska lihasproteiinien synteesinopeuksia lisätään sekä lihasvaurioiden korjaamiseksi (mikä ei paranna liikakasvua) että myös lihaskuituproteiinipitoisuuden lisäämiseksi (mikä aiheuttaa liikakasvua), tällaiset tutkimukset voivat johtaa meihin siihen johtopäätökseen, että * väärin *, että enemmän lihaksia vahingoittava harjoitukset johtavat suurempaan lihaksen kasvuun.

Siksi, kuten molekyylisignaloinninkin kanssa, meidänkin tulee olla varovaisia ​​tulkitsemalla sellaisten tutkimusten tuloksia, joissa tutkitaan lihaksen proteiinien synteesin muutoksia harjoituksen jälkeen, koska tällaiset muutokset voisivat heijastaa helposti lihasvaurioiden korjaamista mieluummin kuin lihaskudoksen kasvua.

Mitä me tiedämme mekaanisesta jännityksestä?

esittely

Mekaanisen jännityksen merkityksestä lihaksen kasvussa ajatellen on otettava huomioon kolme tärkeää aluetta: (1) aktiivisen ja passiivisen mekaanisen jännityksen luonne, (2) ulkoisen vastuskyvyn merkitys ja (3) väsymyksen vaikutukset.

# 1. Aktiivinen ja passiivinen mekaaninen jännitys

Lihakset voivat kokea mekaanisia jännitteitä joko aktiivisesti supistuessaan tai kun ne ovat passiivisesti venytettyjä. Aktiivisesti supistuessaan ne voivat tuottaa voimaa joko lyhentämällä, pidentämällä tai pysyessään vakiopituudella (isometrinen). Kaikissa tapauksissa mekaanisen jännityksen määrä on liitetty myöhempään lihaksen koon muutokseen, mikä vahvistaa tämän mekanismin avainroolin hypertrofiassa.

Vaikka olemme tottuneimpia lihaskasvuun, joka tapahtuu voimaharjoituksen jälkeen käyttämällä aktiivisia lihaskontraktioita, hypertrofiaa on myös ilmoitettu passiivisen inaktiivisen lihaksen venytyksen jälkeen sekä ihmisillä että eläimillä, ja siihen liittyy todennäköisesti jonkin verran samanlainen molekyylisignalointi mTOR-reitin kautta.

Mielenkiintoista näyttää kuitenkin olevan todennäköistä, että lihaskuidut voivat havaita aktiivisten supistumien ja passiivisen kuormituksen aikaansaaman mekaanisen jännityksen välisen eron.

Tämä heijastuu mTOR-reitin läpi kulkevan molekyylisignaloinnin luonteessa ja myös pitkäaikaisissa mukautuksissa voimaharjoitteluun, jotka ovat usein suurempia aktiivisen ja passiivisen kuormituksen yhdistämisen jälkeen, jopa kun lihasvoimat ovat tasavertaisia. Käytännössä tämä viittaa siihen, että lihasten supistukset ja venytys tarjoavat itsenäisiä ja additiivisia ärsykkeitä, jotka johtavat lihaksen kasvuun.

# 2. Ulkoisen vastustuksen merkitys

Tapa, jolla mekaaninen jännitys aiheuttaa lihaskasvua, ymmärretään usein väärin, koska meillä on taipumus ajatella ulkoista vastustusta mekaanisena ärsykkeenä. Vaikka tämä on tarkoituksenmukaista ajatellessasi lihaskudoksen passiivista venytystä, se ei ole pätevä ajatellessaan voimaharjoittelua, johon liittyy aktiivisia lihassupistuksia.

Hypertrofiaan johtava mekaaninen jännitesignaali havaitaan yksittäisillä kuiduilla, ei lihaksella kokonaisuutena, mekanoreseptoreilla, jotka sijaitsevat todennäköisesti kunkin lihassolun kalvolla. Tämä on tärkeä tekijä, koska se tarkoittaa, että meidän on määritettävä mekaaninen jännitysstimulaatio suhteessa voimiin, joita jokainen yksittäinen lihaskuitu kokee, ei koko lihakseen.

Tässä suhteessa on kaksi avainkysymystä.

Ensinnäkin aktiivisessa lihassupistuksessa lihaskuidun havaitsema vetolujuus on olennaisesti voima, jonka se itse tuottaa. Silti ilman väsymystä, ulkoinen vastus määrää nopeuden, jolla kuitu voi supistua. Koska hitaammat supistumisnopeudet sallivat enemmän aktiini-myosiinin ristisidoksia muodostua kuidun sisäpuolelle, suuremmat ulkoiset resistanssit lisäävät siten kunkin kuidun tuottamaa jännitystä, koska kiinnittyneiden aktiini-myosiini-ristisidosten lukumäärä määrää kuidun tuottaman voiman.

Tosiaankin, kun resistenssin on oltava lihaksen ulkopuolella, se voi olla kehon sisäinen, kuten esimerkiksi kun agonisti- ja antagonistilihakset supistuvat samanaikaisesti.

Toiseksi, lihaskuidut ovat vuorovaikutuksessa keskenään, pullistumalla ulospäin sarkomeerin keskelle ja kohdistaen voimaa sivusuunnassa, ja koko lihas taipuu ja muuttaa muotoa supistumisen aikana. Tämä tarkoittaa, että lihaksen supistuminen altistaa sen kuidut monille ulkoisille rajoituksille. Tämä johtaa erilaisiin kuitujen lyhenemisnopeuksiin, mekaaniseen jännitykseen ja pituuden muutoksiin, ja tämä vaikuttaa joidenkin alueiden kuituihin enemmän kuin toisiin. Luultavasti tästä syystä lihakset eivät sopeudu tasaisesti voimaharjoituksen jälkeen, mutta jotkut alueet lisäävät kuidun halkaisijaa ja / tai pituutta enemmän kuin toiset.

# 3. Väsymyksen vaikutukset

Kun tehdään useita toistuvia lihaksen supistuksia, väsymys kehittyy.

Tämä tarkoittaa, että työmoottoriyksiköiden hallitsemat lihaskuidut eivät kykene tuottamaan vaadittua voimaa, ja tämä saa aikaan rekrytoimaan korkeamman kynnyksen moottoriyksiköt, ja sitten niihin liittyvät lihaskuidut aktivoituvat.

Lisäksi väsymys saa työskentelevät lihaskuidut vähentämään niiden supistumisnopeutta sarjan yli. Tämä supistumisnopeuden väheneminen liittyy läheisesti lihasten metabolisen stressin määrään.

Tämän seurauksena väsymisen aikana minkä tahansa kuorman kanssa aktivoituvat korkean kynnyksen moottoriyksiköt, jotka kasvavat voimaharjoituksen jälkeen, ja niiden lihaskuidut supistuvat hitaalla nopeudella. Koska lihaskuidut lyhenevät hitaalla nopeudella, muodostuu suuri määrä kiinnittyneitä aktiini-myosiini-ristisidoksia, ja tämä aiheuttaa kuidulle mekaanisen jännityksen, joka stimuloi sitä kasvamaan.

Mitä tiedämme aineenvaihdunnasta?

Raskaiden tai kevyiden kuormien harjoittelu tuottaa samanlaista lihaksen kasvua (niin kauan kuin sarjat suoritetaan epäonnistumiseen), ja kevyt kuormitusharjoittelu, jolla on verenvirtausrajoitus, tuottaa myös samanlaiset lihaksen koon kasvut kuin raskaan kuormituksen harjoittelu.

Sellaisia ​​havaintoja on joskus käytetty tukemaan metabolisen stressin merkitystä hypertrofiassa. Kuten edellä on todettu, on olemassa hyvin yksinkertainen selitys, kuinka väsymys johtaa lisääntyneisiin mekaanisiin jännitteisiin korkean kynnyksen moottoriyksiköiden lihaskuiduissa, stimuloimalla niitä kasvamaan.

Itse asiassa tämän väsymyksen vaikutuksesta mekaaniseen jännitykseen on erittäin vaikea tutkia aineenvaihdunnan stressin itsenäisiä vaikutuksia lihaskasvuun.

Jotkin tutkijat voivat kiertää ongelman. Jotkut tutkijat ovat kokeilleet verenvirtauksen rajoituksen soveltamisen lihakseen säännöllisin väliajoin ilman minkäänlaisia ​​samanaikaisia ​​lihasten supistuksia joko erillisenä jyrsijöiden interventiona tai heti harjoituksen jälkeen ihmisillä. Tämän tutkimuksen tulokset ovat kuitenkin olleet ristiriitaisia. Siksi tällä hetkellä näyttää todennäköiseltä, että metabolisen stressin vaikutukset * ovat suurelta osin * väsymyksen välittämiä, sikäli kuin väsymys lisää lihasten kasvua lisäämällä mekaanista kuormitusta.

Mitä tiedämme lihasvaurioista?

Usein ajatellaan, että epäkeskoharjoittelu aiheuttaa suurempaa lihaksen kasvua kuin samankeskinen harjoittelu. Samoin pitkien lihasten pituudella harjoittaminen (mukaan lukien venytys) aiheuttaa usein (mutta ei aina) enemmän lihaksen kasvua kuin harjoittelu lyhyillä lihaspituuksilla.

Koska sekä epäkeskeiset supistukset että pitkien lihasten harjoittelu aiheuttavat enemmän lihasvaurioita kuin samankeskiset supistukset ja lyhyen lihaksen pituuden harjoittelu, näitä havaintoja on käytetty tukemaan lihasvaurion merkitystä liikakasvuissa.

Vaikka eksentrikot aiheuttavat enemmän lihasvaurioita kuin samankeskiset, tämä ei tarkoita suurempaa hypertrofiaa jyrsijämalleissa. Ja ihmisillä epäkeskeisten supistumisten lihaksia vahingoittavien vaikutusten tukahduttamisella näyttää olevan vain vähän vaikutusta lihaksen kasvuun, ja jos eksentrikot aiheuttavat enemmän lihaksen kasvua kuin samankeskukset, vaikutus on melko pieni. Eräissä tutkimuksissa havaitut epäkeskeisen ja samankeskisen koulutuksen väliset erot voivat liittyä käytettyihin mittausmenetelmiin: uusi tutkimus on osoittanut, että eksentrikset aiheuttavat suurempia lisäyksiä lihaskuitujen pituudessa, kun taas keskittymät lisäävät kuidun halkaisijan lisäyksiä, kun taas yleinen hypertrofia on samanlainen.

Ehkä tärkeämpää on, että huolellisesti kontrolloitu jyrsijöiden tutkimus on osoittanut, että erityyppisten lihasten supistumisten (samankeskiset, epäkeskoiset ja isometriset) vaihtelevat vaikutukset lihaksen kasvuun selitetään melkein kokonaan mukana olevan mekaanisen jännityksen määrällä. Toisin sanoen, vaikka jotkut epäkeskeiset harjoitusohjelmat saattavat todellakin tuottaa suurempaa lihaksen kasvua kuin vertailukelpoinen samankeskinen harjoitteluohjelma, vaikutusta välittää todennäköisimmin korkeampi mekaaninen jännitys ja / tai tehty työ, joka voidaan saavuttaa pidentämällä supistuksia.

Samoin lisääntyneen lihaksen pituuden merkitys lihaskasvun stimuloinnissa on epäselvä. Vaikka passiivinen venytys voi aiheuttaa lihaksen kasvua sekä ihmisillä että eläimillä, on epäselvää, tapahtuuko tämä jännityksen havaitsemismekanismin vai vaurioita havaitsevan mekanismin takia. Koska passiivinen venytys aiheuttaa harvoin lihaskipua (toisin kuin voimaharjoittelu), vaikuttaa uskottavalta, että mekanismi käsittää jännityksen tunnistamisen eikä vaurioitumisen.

Siksi tutkijat ehdottavat yhä enemmän, että lihasvaurioiden korjaaminen on erillinen prosessi lihaksen kasvusta. Itse asiassa tutkimukset ovat osoittaneet, että lihasproteiinien synteesin nousut liittyvät vain lihaskoon pitkäaikaisiin hyötyihin sen jälkeen, kun lihaksen proteiinien synteesinopeuden korotus on poistettu vaurioituneen lihaskudoksen korjaamiseksi.

Kaikissa yllä olevissa tutkimuksissa tehtiin kuitenkin johtopäätöksiä voimaharjoitteluharjoitteluista, joissa sekä mekaaninen jännitys että lihasvauriot olisivat voineet stimuloida liikakasvua. Kuten aineenvaihdunnan stressissä, on erittäin vaikea tutkia mekaanisen jännityksen ja lihasvaurioiden riippumattomia vaikutuksia lihaksen kasvuun.

Jotta ongelmasta päästäisiin eroon, jotkut tutkijat ovat kokeilleet muun tyyppisten mekaanisten kuormitusten, kuten mekaanisen puristuksen, pitkäaikaisia ​​vaikutuksia lihaksen kasvuun. Mekaaninen puristus tuottaa samanlaisia ​​lihasvaurioita kuin mekaaniset jännitteet, jopa aiheuttaen halkaistuja lihaskuituja joissakin tapauksissa, ja kaikenlaiset lihasvauriot näyttävät korjautuvan samalla tavalla.

Jos lihasten korjausprosessi puristuskuormituksen jälkeen laukaisi liikakasvun, se olisi hyvä todiste siitä, että se on ensisijainen mekanismi, joka johtaa lihaksen kasvuun. Toistaiseksi tutkimukset kuitenkin viittaavat siihen, että se ei aiheuta, ja voi itse asiassa aiheuttaa joidenkin lihaskuitujen menetyksen vaurioiden seurauksena. Muut tutkimukset ovat myös osoittaneet, että liiallinen lihasvaurio aiheuttaa todennäköisesti sekä ylikuormituksen että lihasten menetyksen, kun ne annetaan mekaanisen jännityksen ohella sekä ihmisillä että eläimillä.

Siksi tällä hetkellä näyttää todennäköisimöltä, että kaikki lihasvaurioiden ilmeiset vaikutukset ovat * suurelta osin * lihaksia vahingoittavan harjoituksen funktio, joka käsittää joko (1) suuremman mekaanisen kuormituksen tai (2) venytyksen tunnistamisen.

Mikä on takeaway?

Prosessissa on kolme päävaihetta, joiden kautta voimaharjoittelu aiheuttaa lihasten kasvua, joita tutkijat ovat tutkineet: (1) primaarinen mekanismi, (2) molekyylin signalointitapahtumat ja (3) muutokset lihaksen proteiinien synteesinopeuksissa, jotka ovat joka on vastuussa proteiinien pitkäaikaisesta kertymisestä lihaskuitujen sisään ja lihaskoon lisääntymisestä.

Tällä hetkellä meillä on selkeä malli, kuinka mekaanisen jännityksen ensisijainen mekanismi voi tuottaa lihaksen kasvua, ja sen määrää kunkin lihaskuidun tuottama ja havaitsema jännitys. Tätä jännitystä tuottaa kiinnittyneiden aktiini-myosiini-ristisidosten lukumäärä, mikä on suurempi hitaammissa kuidun supistumisnopeuksissa. Kuidun supistumisnopeutta (ja siten mekaanisen jännityksen määrää) voidaan vähentää joko suuremmalla ulkoisella vastuksella tai suuremmalla väsymyksellä.

Sitä vastoin aineenvaihdunnan stressin ja lihasvaurioiden roolit eivät ole yhtä selkeitä lähinnä siksi, että niitä on vaikea tutkia itsenäisesti mekaanisesta jännityksestä. Metabolisen stressin merkitys voidaan tällä hetkellä selittää väsymyksen vaikutuksilla mekaanisen jännityksen lisääntymiseen. Samoin mahdolliset lihasvaurioiden vaikutukset, jotka voivat syntyä, kun harjoitetaan epäkeskoharjoittelua tai pitkien lihasten pituuden harjoittelua, voidaan yhtä helposti selittää suuremmalla mekaanisella kuormituksella tai venytyksen tunnistuksella.