Даниил Попов: «Берегите мышцы бедра!»

Лекция доктора биологических наук, профессора РАН, заведующего лабораторией физиологии мышечной деятельности Института медико-биологических проблем РАН Даниила Попова называлась «Как скелетная мускулатура влияет на метаболизм и продолжительность жизни?».

Разные нагрузки и различная адаптация мышц

На скелетные мышцы приходится 30–40% массы тела человека, это самая массивная ткань организма.

 Эндокринное взаимовлияние скелетной мускулатуры с другими внутренними органами и тканями. Berg R. J Physiol, 2026. DOI: 10.1113/JP289744

Помимо движения и поддержания позы, мышцы выполняют важную регуляторную функцию — секретируют в кровоток особые белковые молекулы, миокины, которые действуют на другие органы и системы, включая кишечник, сердце, сосуды и центральную нервную систему.

Метаболизм мышечной ткани резко меняется при переходе от покоя к активности: если в состоянии покоя на мышцы приходится около 10% кровотока, то при интенсивной нагрузке — до 90%, а скорость биохимических реакций в них возрастает более чем на порядок.

Ресинтез АТФ для мышечного сокращения идет тремя путями: за счет расщепления креатинфосфата (хватает на несколько секунд максимальной работы), гликолиза (обеспечивает работу продолжительностью до нескольких десятков секунд, сопровождается накоплением молочной кислоты) и окислительных реакций в митохондриях, которые способны обеспечивать энергией длительную нагрузку за счет окисления углеводов и жиров. Сочетание этих трех механизмов позволяет мгновенно развивать высокую мощность и одновременно поддерживать длительную работу мышц.

Регулярные силовые (высокоинтенсивные, кратковременные физические нагрузки) тренировки приводят к росту мышечной массы (примерно на 10% в месяц на начальном этапе) и совершенствованию нервной регуляции сокращения мышц, однако при этом выносливость почти не меняется. Регулярные тренировки на выносливость (низкоинтенсивные, длительные аэробные физические нагрузки), напротив, не увеличивают объем мышц, но повышают содержание митохондрий: за первый месяц регулярных занятий их количество может вырасти примерно на 50%. При прекращении тренировок оба эффекта — и рост мышечной массы, и рост числа митохондрий — обращаются вспять с сопоставимой скоростью.

Различие между изменениями, вызываемыми регулярными тренировками различной направленности, особенно заметно при сопоставлении профессиональных спортсменов. В качестве примера Даниил Попов показал фотографии двух британских спортсменов: спринтера Дуэйна Чемберса и бегуна на средние и длинные дистанции Мо Фара.

 Дуэйн Чемберс (слева) и Мо Фара

Многолетние тренировки на выносливость также вызывают ряд адаптационных изменений в сердце, которые получили название «спортивное сердце». Это увеличение максимального ударного объема и максимального сердечного выброса примерно в полтора раза по сравнению с нетренированными людьми, что связано с увеличением левого желудочка. У некоторых высококвалифицированных гребцов и лыжников, например, максимальный ударный объем достигает 200 мл, то есть сердце за один раз выбрасывает целый стакан крови!

Бегом от инсулинорезистентности и воспаления

Регулярная физическая активность любого типа снижает систолическое и диастолическое артериальное давление — в среднем на 5-10 миллиметров ртутного столба, при этом, неожиданно, наибольший эффект показали тренировки со статическими нагрузками. Также отмечается снижение уровня общего холестерина и холестерина низкой плотности у людей, регулярно занимающихся аэробными нагрузками, например, бегом трусцой. 

 Снижение систолического артериального давления при физической активности разной интенсивности. Edwards J. Br J Sports Med, 2023. DOI: 10.1136/bjsports-2022-106503

Особое внимание Даниил Попов уделил связи мышц с чувствительностью тканей к инсулину. Скелетные мышцы отвечают примерно за 90% потребления глюкозы организмом, вызванного увеличением уровня инсулина в крови (например, после еды), то есть являются основным регулятором инсулиновой чувствительности на уровне всего организма. Но уже семь дней постельного режима снижают инсулиновую чувствительность мышц вдвое. При регулярных тренировках ожидаемо наблюдается обратный эффект — повышение чувствительности к инсулину. Удивительно, что такой же эффект наблюдается уже после однократной часовой аэробной физической нагрузки, причем он сохраняется в течение одних-двух суток.

По литературным данным, физическая нагрузка изменяет метаболизм (активность) не только в двигательных отделах коры головного мозга, а примерно в 80% всей коры. Это связывают с резким притоком проприоцептивной информации от мышц, суставов и других анализаторов, а также с секрецией нейроактивных молекул, включая эндорфины и миокины, часть которых способна преодолевать гематоэнцефалический барьер.

Хроническое снижение двигательной активности сопровождается накоплением висцерального жира, в который проникают макрофаги, что запускает процесс системного хронического воспаления. Сокращение мышц стимулирует секрецию противовоспалительных цитокинов, и это объясняет снижение маркеров системного воспаления (в частности, С-реактивного белка и интерлейкина-6) у людей, поддерживающих регулярную физическую активность.

Частота респираторных заболеваний снижается по мере роста уровня тренированности и частоты занятий (1-4 раза в неделю), но лишь до определенных значений — дальнейшее повышение интенсивности тренировок (5 и более раз в неделю) уже не дает дополнительного эффекта.

 Частота инфекций верхних дыхательных путей (URTI) при разных уровнях тренированности (Fitness level) и частоты тренировок (Exercise frequency). Nieman D., et.al. Br J Sports Med, 2011. DOI: 10.1136/bjsm.2010.077875

Интенсивность нагрузки также имеет значение. Скандинавская ходьба в течение часа вызывает небольшие, преимущественно позитивные изменения показателей иммунного ответа, тогда как марафонский бег приводит к резкому, хотя и временному усилению воспалительного фона и негативному ответу иммунной системы. Таким образом, у людей с низкой и средней интенсивностью нагрузок заболеваемость снижается, а у спортсменов, тренирующихся с очень высокой интенсивностью, риск, напротив, возрастает.

Эффекты гиподинамии и старения

Постельный режим приводит к потере около 0,5% мышечной массы и около 1% мышечной силы в сутки, а также к сопоставимому по скорости снижению максимального потребления кислорода организмом — показателя, характеризующего аэробные возможности (выносливость). Хроническое снижение двигательной активности запускает цепь взаимосвязанных изменений: потерю мышечной массы, накопление жировой ткани, системное воспаление, снижение инсулиновой чувствительности, повышение риска атеросклероза и других патологий.

Самая волнующая тема для любой аудитории — это старение, заметил Даниил Попов. С возрастом, начиная примерно с 45 лет, мышечная масса снижается. При этом наибольшая скорость падение наблюдается в мышцах передней поверхности бедра. В первую очередь за счет быстро сокращающихся волокон второго типа — из-за того, что в повседневной жизни люди «продвинутого» возраста редко выполняют высокоинтенсивные движения, необходимые для вовлечения этих волокон.

Регулярные тренировки не останавливают возрастное снижение мышечной массы, но существенно замедляют его. При этом регулярные аэробные тренировки полностью сохраняют/восстанавливают функции митохондрий (скорость дыхания и продукции АТФ) и инсулиновую чувствительность скелетных мышц у пожилых людей, т.е. эти показатели не отличаются от молодых тренированных людей. Силовые тренировки увеличивают мышечную массу и у пожилых, однако прирост принципиально меньше, чем у молодых, — это связывают с так называемой анаболической резистентностью: у пожилых людей в ответ на сократительную активность практически не увеличивается скорость синтеза белка в нагружаемой скелетной мышце. То же самое наблюдается с подавлением прироста скорости синтеза белка в мышце в ответ на прием аминокислот.

Среди широко обсуждаемых потенциальных геропротекторов регулярная физическая активность — единственное воздействие с доказанной эффективностью для людей. Физически активные люди живут в среднем на два-три года дольше. При этом ключевой позитивный эффект регулярных тренировок связывают не столько с увеличением общей продолжительности жизни, сколько с сокращением периода «патологического старения» — за счет продления периода здоровой, активной жизни. Конечно, скептики могут возразить, что выигрыш во времени несопоставим с суммарным временем, которое человек тратит на сами тренировки, дорогу, душ после них и переодевание, то есть человек не выигрывает время, а просто тратит его иначе. Лектор согласился, но подчеркнул, что «обмен» все равно выгодный, поскольку продлевается здоровая жизнь, то есть увеличивается качество жизни пожилого человека.

Завершая лекцию, Даниил Попов описал простой эксперимент: двух крыс поместили в одинаковые клетки, но в одной из них было беговое колесо. Крысе с доступом к колесу не нужно было никакого стимула или принуждения, она пробегала около 5 км в день, просто потому что ей это нравится. А много ли людей пробегают по 5 км в день для удовольствия?

После лекции, во время обсуждения эффектов миокинов и попыток ученых синтезировать вещества, воспроизводящие эффект физической нагрузки без самой нагрузки, упомянули недавнюю новость, опубликованную в Nature Aging. Китайские ученые провели подкожную трансплантацию миоцитов, которые образовали мышечную ткань в месте инъекции и постоянно сокращались. Благодаря этому удалось частично воспроизвести некоторые эффекты, которые обычно дает регулярная физическая нагрузка: увеличение мышечной массы, рост плотности костей и замедление возрастных изменений. Значит ли это, что когда-нибудь удастся создать «волшебную таблетку», заменяющую тренировки?

Даниил Попов заметил, что подобные обнадеживающие публикации появляются в научной литературе регулярно. Эксперименты показывают впечатляющие эффекты на мышах, плодовых мушках или червях, но при переходе к приматам и тем более к людям результаты, как правило, воспроизвести не удается. По его словам, именно трансляция результатов с модельных животных на человека — главная проблема подобных разработок.