Гипертрофия мышечной ткани в ответ на аэробную работу у спортсменов силовых видов спорта. Поиск тренировочных методик под лампой физиологии

Скелетные мышечные клетки очень многочисленны, метаболически и гормонально активны, они хорошо реагируют на физическую нагрузку, повышая при этом общий метаболизм организма, что положительно сказывается на физическом и психическом здоровье человека. Помимо спортивных результатов и внешнего вида, более высокая доля мышечной массы снижает риск развития метаболического синдрома, потери костной массы и множественных осложнений, связанных с саркопенией. Предполагается, что аэробная работа влияет на «качество» силовой тренировки через остаточную усталость и/или истощение энергетических субстратов и/или компрометирует активированные молекулярные ответы, которые опосредуют гипертрофию мышечного волокна, что приводит к ухудшению силовых результатов спортсмена. Впервые проводится анализ возможного сочетанного применения аэробной и силовой работы для гипертрофии рабочих мышц. 

Симультанный тренинг стал актуальной темой для тренеров, спортивных врачей, спортсменов и исследователей силовых видов спорта, потому что аэробная работа является «Золотым стандартом» профилактики и лечения различных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Тем не менее, сочетанное применение силовой и аэробной работы в одном тренировочном занятии зачастую приводит к разным дивергентным, метаболическим и морфологическим адаптациям, которые нарушают процессы восстановления структур, участвующих в различных видах физической активности [14]. Поэтому представляется необходимым найти оптимальные комбинации симультанной нагрузки, чтобы получить максимальное одновременное развитие анаэробных и аэробных способностей спортсменов силовых видов спорта.  

Стоит продолжить мысль В.Н. Селуянова [2], что в теории и практике физиологии мышечной деятельности в делении тренировочной нагрузки для роста мышечной массы на силовую и аэробную нет необходимости. Для синтеза миофибрилл мышечной ткани необходимо иметь четыре фактора и соблюсти одно условие, это:

1. Фактор №1: наличие пула аминокислот в крови;
2. Фактор №2: повышенную концентрацию анаболических гормонов;
3. Фактор №3: наличие свободного креатина;
4. Фактор №4: повышенную концентрацию ионов Н;
5. Условие: поддержание основного обмена веществ не ниже 30 ккал/кг обезжиренной массы тела.

При построении аэробных высокоинтенсивных интервалов соблюдаются все четыре фактора: 

Фактор №1: наличие пула аминокислот в крови

Наличие аминокислотного пула достигается ежедневым приемом белковой пищи. Цель приема богатой белками пищи состоит в том, чтобы индуцировать анаболическое состояние, в котором синтез мышечного белка превышает над его разрушением. Несколько недавних исследований [44] показывают, что максимальная острая стимуляция синтеза мышечных белков происходит при употреблении 20-35 г. высококачественного белка, [23,53] что соответствует 0,24 г/кг массы тела для здоровых молодых людей [32]. Многие исследователи утверждают, что не все аминокислоты запускают синтез мышечного белка, а именно аминокислота лейцин [8, 19].

Фактор №2: Повышенная концентрация анаболических гормонов

Аэробная работа вызывает большой физиологический стресс, в результате которого отмечаются большие нейроэндокринные реакции гормональной системы человека. В частности, активируется гипоталамо–гипофизарно–надпочечниковая ось, в результате чего секретируются глюкокортикоидные гормоны, например, кортизол. А активация в результате физической активности аэробного характера оси гипоталамус–гипофиз-яички заставляет эндокринную систему человека секретировать анаболический–андрогенный стероид тестостерон. Эти два гормона уже давно изучены в качестве потенциальных биомаркеров для катаболического и анаболического состояния организма, так как они более активно участвуют в регуляции распада и синтеза белков мышечной ткани [17]. Нарушение регуляции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и повышение в результате дисрегуляции концентрации кортизола связывают с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний [51], вероятно, вследствие подавления системы оксида азота [27], эндотелиальной дисфункции [3] и нарушения липидного профиля крови [34], что ускоряет процесс атеросклероза.

Важной функцией глюкокортикоидов является индукция ферментов синтеза катехоламинов, главным образом синтез фенилэтаноламин-N-метилтрансферазы, которая катализирует метилирование норадреналина до адреналина [49]. Поэтому логично предположить, что чем выше мощность аэробной работы, тем больше стресс и активация симпатико-адреналовой реакции. Потребности в секреции адреналина растут, поэтому и запрос в кортизоле должен быть завышен. Виру М. и соавт. [50] подтверждают, что, когда аэробные нагрузки превышают интенсивность анаэробного порога, периферийные мышечные факторы (наличие протонов, усиленная активация механо-рецепторов, секреция цитокина IL-6 и проч.) увеличивают секрецию кортизола [24].   

В результате интенсивных аэробных сессий, происходит повышение уровня тестостерона и этот высокий уровень удерживается до 60 минут. Причем, чем больше мощность аэробной работы, тем выше уровень тестостерона отмечается, как и у молодых, так и пожилых людей [20, 25, 26]. Интерес вызывают исследования, в которых в результате длительных аэробных сессий ученые отметили снижение уровня тестостерона и повышение кортизола, но их реверсные значения приходили в норму через 48-72 часа, например, после соревнований по регби через 38 часов, футбольного матча через 24 часа [9,21]. Уровни восстановления кортизола и тестостерона в результате аэробной работы подтверждают гипотезу о том, что отрицательная динамика существуют только тогда, когда кортизол повышен >160% от исходных значений [6], если такого уровня кортизола не достигается, то реверсные значения гормонов восстанавливаются в течение 24 часов [48]. Важно помнить, что при интерпретации таких результатов исследований и составлении тренировочных протоколов необходимо учитывать сезонную циркадность уровней кортизола и тестостерона [4, 33] и их биологическую секрецию в течение суток, например, пиковые концентрации в слюне кортизола после тренировки с утра на 67% выше, чем в вечернее время [47]. Sedliak и соавт. показали, что интра-сессии силовой и аэробной работы в течение 2-3 месяцев в утренние и дневные часы одинаково эффективны для роста мышечной ткани [40]. Однако, когда период тренинга увеличивается до 6 месяцев, вечернее время для интра-сессий предпочтительней для гипертрофии рабочих мышц [41]. Также, длительные тренировки на выносливость средней интенсивности привели к увеличению мышечной силы (9 % прироста в 1 повторном максимуме), что сопровождалось значительным снижением концентрации кортизола после тренировки [5,29].

Одни исследователи отметили, что при секвенировании нагрузок в один тренировочный день и при использовании больших пластов мышечной массы в силовом протоколе и после аэробной работы отмечался повышенный уровень тестостерона, чем в обратной последовательности тренировочных воздействий [7,35]. Другие исследователи не обнаружили разницы в ответе тестостерона на разного рода секвенирование нагрузок аэробного и силового характера [11,38,45]. Причем уровень кортизола ниже в постренировочное восстановление, что может свидетельствовать о снижении катаболизма мышечной ткани, когда силовая тренировка предшествует аэробной сессии [46].

Фактор №3 и №4: наличие свободного креатина и повышенная концентрация ионов Н

Циклическая работа аэробного характера выше анаэробного порога или 60% от максимального потребления кислорода существенно понижает кислотность мышц [1] и повышает количество лактата в крови [10], причем высокоинтенсивные интервалы исчерпывают креатин фосфат высокопороговых единиц, что приводит к повышенной концентрации свободного креатина в цитоплазме мышечной клетки и сигнала для м-РНК [2].
Условие: поддержание основного обмена веществ не ниже 30 ккал/кг обезжиренной массы тела

Основной обмен веществ (ООВ) является научной концепцией, описывающей, сколько энергии доступно для основных функций обмена веществ организма, таких как построение костной ткани, создание гормонов, поддержание температуры тела и проч. ООВ получают путем вычитания энергии, которая расходуется на тренировке (ЭТ), из общего суточного потребления энергии (СПЭ) и деления на обезжиренную массу тела (ОМТ) [28]. Например, если СПЭ спортсмена 2800 ккал, и он затрачивает дополнительно 600 ккал на ЭТ и имеет 65 кг ОМТ, энергия его ООВ составляет 2200 ккал или ~ 34 ккал / кгОМТ ((2800-600)/65 = 33,8). Контролируемые лабораторные исследования показали, что понижение ООВ ниже 30 ккал/кг/ОМТ приводят к нарушениям: пульсативности лютеинизирующего гормона, секреции инсулина, трийодтиронина, гормона роста, инсулиноподобного фактора роста 1, лептина, глюкозы и увеличению производства кортизола и β-гидроксибутирата, а также снижаются иммунитет и мышечная масса [12].
Важно учитывать средства аэробной работы, например, бег имеет большой компонент эксцентрического растяжения мышц, что может привести к дальнейшему повреждению мышц после силовой работы и к увеличению срока их восстановления [52]. В то время как велоэргометрия состоит преимущественно из концентрической активности [16], которая имеет минимальный процент механического повреждения мышц, более быструю фазу их восстановления, соответственно, способствует росту мышечной силы ног и их гипертрофии [18, 22, 31, 39]. Таким образом, «Эффект порядка» при велоэргометрии и силовом тренинге не влияет на величину изменения роста мышц бедра, особенно при сочетании интра-сессий, частота которых не превышает 3 раз в неделю [30].

При построении аэробных высокоинтенсивных интервалов соблюдаются все четыре условия необходимых для гипертрофии мышечной ткани. Есть повышенная концентрация: анаболических гормонов, лактата и свободного креатина и, если соблюдаются необходимые дополнения, а именно, поддержание энергетического баланса не ниже 30 ккал/кгОМТ и рационального потребления диетического белка, при таком подходе мы невидим необходимости разделять работу на силовую и аэробную. Например, в день, когда целью спортсмена ставится гипертрофия мышц ног, можно проводить велоэргометрию, которая не только ускорит синтез мышечного белка, но и увеличит капилляризацию рабочих мышц, их окислительный потенциал и повысит выносливость и работоспособность всей сердечно-сосудистой системы в целом. Рост мышц в результате высокоинтенсивной, аэробной работы подтверждается многими исследователями [13, 15, 36, 37, 42, 43].

Список литературы
1. Мирошников А.Б. К вопросу о критике молочнокислого ацидоза. – Терапевт. - №3. – 2015. – с.16-21.
2. Селуянов В.Н. Подготовка бегуна на средние дистанции/В.Н. Селуянов. – М.: СпортАкадемПресс, 2001. – 31-35с.
3. Akaza I, Yoshimoto T, Tsuchiya K, Hirata Y: Endothelial dysfunction associated with hypercortisolism is reversible in Cushing's syndrome. Endocr J 57: 245-252, 2010.
4. Andersson A.-M., Carlsen, E., Petersen, J.H., and Skakkebaek, N.E. Variation in levels of serum inhibin B, testosterone, estradiol, luteinizing hormone, follicle-stimulating hormone, and sex hormone-binding globulin in monthly samples from healthy men during a 17-month period: possible effects of seasons. J. Clin. Endocrinol. Metab. 88(2), 2003, 932–937.
5. Bell GJ, Syrotuik D, Martin TP, Burnham R, Quinney HA: Effect of concurrent strength and endurance training on skeletal muscle properties and hormone concentrations in humans. Eur J Appl Physiol 81: 418-427,2000.
6. Brownlee KK, Moore AW, Hackney AC. Relationship between circulating cortisol and testosterone: influence of physical exercise. J Sport Sci Med 4(1):2005,76.
7. Cadore E. L., Izquierdo, M., Alberton, C. L., Pinto, R. S., Conceição, M., Cunha, G. Kruel, L. F. M. Strength prior to endurance intra-session exercise sequence optimizes neuromuscular and cardiovascular gains in elderly men. Experimental Gerontology, 47(2), 2012,164–169.
8. Caoileann H Murphy et al. Leucine supplementation enhances integrative myofibrillar protein synthesis in free-living older men consuming lower- and higher-protein diets: a parallel-group crossover study. Am J Clin Nutr, 2016; 104:1594–606.
9. Cunniffe B, Hore AJ, Whitcombe DM, Jones KP, Baker JS, Davies B Time course of changes in immuneoendocrine markers following an international rugby game. Eur J Appl Physiol 108(1), 2010, 113–122.
10. Denham J, Scott-Hamilton J, Hagstrom AD, Gray AJ. Cycling power outputs predict functional threshold power and maximum oxygen uptake. Journal of Strength and Conditioning Research, 2017, 1-29.
11. Eklund D., Schumann, M., Kraemer, W. J., Izquierdo, M., Taipale, R. S., & Häkkinen, K. Acute endocrine and force responses and long-term adaptations to samesession combined strength and endurance training in women. The Journal of Strength & Conditioning Research, 30 (1), 2016, 164–175.
12. Fagerberg P. Energy availability and natural male bodybuilding. International Journal of Sport Nutrition and Exercise. May 7, 2017, 1-31.
13. Forbes GB. Body fat content influences the body composition response to nutrition and exercise. Annals of the New York Academy of Sciences. 2000; 904:359–65.
14. Fyfe JJ, Bishop, DJ, and Stepto, NK. Interference between concurrent resistance and endurance exercise: molecular bases and the role of individual training variables. Sports Med 44, 2014, 743-762.
15. Garrow JS, Summerbell CD. Meta-analysis: effect of exercise, with or without dieting, on the body composition of overweight subjects. European journal of clinical nutrition. 1995; 49:1–10.
16. Gregor R.J., Broker, J.P., and Ryan, M.M. The biomechanics of cycling. Exerc. Sport Sci. Rev. 19, 1991, 127–169.
17. Hackney A, Dobridge J. Exercise and male hypogonadism: testosterone, the hypothalamic-pituitary-testicular axis, and physical exercise. In: Winters S (ed) Male hypogonadism: basic, clinical, and therapeutic principles. Humana Press, Totowa, 2003, pp 305–330.
18. Häkkinen K., Alen, M., Kraemer, W.J., Gorostiaga, E., Izquierdo, M., Rusko, H., et al. Neuromuscular adaptations during concurrent strength and endurance training versus strength training. Eur. J. Appl. Physiol. 2003, 89(1): 42–52.
19. Ham DJ et al., Leucine as a treatment for muscle wasting: A critical review, Clinical Nutrition, 2014, 1-10.
20. Herbert P, Hayes LD, Sculthorpe NF, Grace FM HIIT produces increases in muscle power and free testosterone in male master’s athletes. Endocrine Connections, 2017, 6, 430–436.
21. Ispirlidis I, Fatouros IG, Jamurtas AZ, Nikolaidis MG, Michailidis I, Douroudos I, Margonis K, Chatzinikolaou A, Kalistratos E, Katrabasas I, Alexiou V, Taxildaris K Time-course of changes in inflammatory and performance responses following a soccer game. Clin J Sport Med 18(5), 2008, 423–431.
22. Izquierdo M, Ha¨kkinen K, Ibanez J, Kraemer WJ, Gorostiaga EM. Effects of combined resistance and cardiovascular training on strength, power, muscle cross-sectional area, and endurance markers in middle-aged men. Eur J Appl Physiol. 2005; 94(1–2):70–5.
23. Kim IY, Schutzler S, Schrader A, Spencer HJ, Azhar G, Ferrando AA, Wolfe RR. The anabolic response to a meal containing different amounts of protein is not limited by the maximal stimulation of protein synthesis in healthy young adults. Am J Physiol Endocrinol Metab 310: 2016, E73–E80.
24. Kjaer M, Secher NH, Bach FW, Sheikh S, Galbo H: Hormonal and metabolic responses to exercise in humans: Effect of sensory nervous blockade. Am. J. Physiol. 257, 1989, E95–E101.
25. Koji Sato, Motoyuki Iemitsu, Keisho Katayama, Koji Ishida, Yoji Kanao, Mitsuru Saito Responses of sex steroid hormones to different intensities of exercise in endurance athletes. Exp Physiol 101.1, 2016, pp 168–175.
26. Lawrence D Hayes, Peter Herbert, Nicholas F Sculthorpe, Fergal M Grace Exercise training improves free testosterone in lifelong sedentary aging men. Society for Endocrinology and European Society of Endocrinology, 2017, 1-15.
27. Liu Y, Mladinov D, Pietrusz JL, Usa K, Liang M: Glucocorticoid response elements and 11 betahydroxysteroid dehydrogenases in the regulation of endothelial nitric oxide synthase expression. Cardiovasc Res 81, 2009, 140-147.
28. Loucks A. B., Kiens, B., & Wright, H. H. Energy availability in athletes. Journal of Sports Sciences, 29 Suppl 1, 2011, S7-15.
29. M. Grandys, J. Majerczak, J. Kulpa, K. Duda, U. Rychlik, J. A. Zoladz The Importance of the Training-Induced Decrease in Basal Cortisol Concentration in the Improvement in Muscular Performance in Humans. Physiol. Res. 65: 109-120, 2016,1-12.
30. Maria Küüsmaa, Moritz Schumann, Milan Sedliak, William J. Kraemer, Robert U. Newton, Jari-Pekka Malinen, Kai Nyman, Arja Häkkinen, and Keijo Häkkinen Effects of morning versus evening combined strength and endurance training on physical performance, muscle hypertrophy, and serum hormone concentrations. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 2016, 41: 1285–1294.
31. Mikkola J., Rusko, H., Izquierdo, M., Gorostiaga, E.M., and Häkkinen, K. Neuromuscular and cardiovascular adaptations during concurrent strength and endurance training in untrained men. Int. J. Sports Med. 2012, 33(9): 702–710.
32. Moore DR, Churchward-Venne TA, Witard O, Breen L, Burd NA, Tipton KD, Phillips SM. Protein ingestion to stimulate myofibrillar protein synthesis requires greater relative protein intakes in healthy older versus younger men. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 70: 2015, 57–62.
33. Persson R., Garde, A.H., Hansen, A.M., Osterberg, K., Larsson, B., Orbaek, P., and Karlson, B. Seasonal variation in human salivary cortisol concentration. Chronobiol. Int. 25(6), 2008, 923–937.
34. Reynolds RM, Labad J, Strachan MW, Braun A, Fowkes FG, Lee AJ, Frier BM, Seckl JR, Walker BR, Price JF: Elevated fasting plasma cortisol is associated with ischemic heart disease and its risk factors in people with type 2 diabetes: the Edinburgh type 2 diabetes study. J Clin Endocrinol Metab 95, 2010, 1602-1608.
35. Rosa C., Vilaça-Alves, J., Fernandes, H. M., Saavedra, F. J., Pinto, R. S., & dos Reis, V. M. Order effects of combined strength and endurance training on testosterone, cortisol, growth hormone, and IGF-1 binding protein 3 in concurrentlytrained men. The Journal of Strength& Conditioning Research, 29 (1), 2015, 74–79.
36. Ross R, Dagnone D, Jones PJ, et al. Reduction in obesity and related comorbid conditions after diet-induced weight loss or exercise-induced weight loss in men. A randomized, controlled trial. Ann Intern Med. 2000; 133:92–103.
37. Ross R, Janssen I, Dawson J, et al. Exercise-induced reduction in obesity and insulin resistance in women: a randomized controlled trial. Obes Res. 2004; 12:789–98.
38. Schumann M., Küüsmaa, M., Newton, R.U., Sirparanta, A.-I., Syväoja, H., Häkkinen, A., et al. Fitness and Lean Mass Increases during Combined Training Independent of Loading Order. Med. Sci. Sport. Exerc. 46(9), 2014, 1758–1768.
39. Schumann M., Walker, S., Izquierdo, M., Newton, R. U., Kraemer, W. J., & Häkkinen, K. The order effect of combined endurance and strength loadings on force and hormone responses: Effects of prolonged training. European Journal of Applied Physiology, 114, 2014, 867–880.
40. Sedliak M., Finni, T., Cheng, S., Lind, M., and Häkkinen, K. Effect of time-of-day-specific strength training on muscular hypertrophy in men. J. Strength Cond. Res. 23(9), 2009, 2451–2457.
41. Sedliak, M., Zeman, M., Buzgó, G., Cvecka, J., Hamar, D., Laczo, E., et al. Effects of time of day on resistance exercise-induced anabolic signaling in skeletal muscle. Biol. Rhythm Res. 44(5), 2013, 756–770.
42. Steven B. Heymsfield, M. C. Cristina Gonzalez, Wei Shen, Leanne Redman, and Diana Thomas Weight Loss Composition is One-Fourth Fat-Free Mass: A Critical Review and Critique of This Widely Cited Rule. Obes Rev. 2014 April; 15(4): 310–321.
43. Surabhi Bhutani, Eva Kahn, Esra Tasali, Dale A. Schoeller Composition of two-week change in body weight under unrestricted free-living conditions. Physiol Rep, 5 (13), 2017, e13336.
44. Symons TB, Sheffield-Moore M, Wolfe RR, Paddon-Jones D. A moderate serving of high-quality protein maximally stimulates skeletal muscle protein synthesis in young and elderly subjects. J Am Diet Assoc109: 2009,1582–1586.
45. Taipale R. S., & Häkkinen, K. Acute hormonal and force responses to combined strength and endurance loadings in men and women: The “order effect”. PloS One, 8(2), 2013, e55051.
46. Thomas W. Jones, Glyn Howatson, Mark Russell & Duncan N. French Effects of strength and endurance exercise order on endocrine responses to concurrent training, European Journal of Sport Science, 2016, 1-10.
47. Thuma JR, Gilders R, Verdun M, Loucks AB. Circadian rhythm of cortisol confounds cortisol responses to exercise: implications for future research. J Appl Physiol 1995, 78: 1657-64.
48. Travis Anderson, Amy R. Lane, Anthony C. Hackney Cortisol and testosterone dynamics following exhaustive endurance exercise. Eur J Appl Physiol. 2016, 1-8.
49. Viru A, Viru M Cortisol—essential adaptation hormone in exercise. Int J Sports Med 25(6):2004, 461–464.
50. Viru M, Hackney AC, Janson T, Karelson K, Viru A. Characterization of the cortisol response to incremental exercise in physically active young men. Acta Physiol Hung. 2008 Jun;95(2):219-27.
51. Vogelzangs N, Beekman AT, Milaneschi Y, Bandinelli S, Ferrucci L, Penninx BW: Urinary cortisol and six-year risk of all-cause and cardiovascular mortality. J Clin Endocrinol Metab 95, 2010, 4959-4964.
52. Wilson J.M., Marin, P.J., Rhea, M.R., Wilson, S.M.C., Loenneke, J.P., and Anderson, J.C. Concurrent training: a meta-analysis examining interference of aerobic and resistance exercises. J. Strength Cond. Res. 26(8), 2012, 2293–2307.
53. Witard OC, Jackman SR, Breen L, Smith K, Selby A, Tipton KD. Myofibrillar muscle protein synthesis rates subsequent to a meal in response to increasing doses of whey protein at rest and after resistance exercise. Am J Clin Nutr 99: 2014, 86–95.