Митохондрии

Автор: Андрей Антонов

Думаю, не погрешу против истины, сказав, что 3-4 года назад о самом таком понятии, как митохондрии в силовых видах спорта мало кто знал. Тем более об их роли в силовых упражнениях. Но с появлением в нашем журнале рубрики «Наука и спорт» и с опубликованием серии интервью с профессором В. Н. Селуяновым ситуация резко изменилась. Виктор Николаевич был первым ученым, досконально изучавшим проблемы локальной мышечной выносливости и доказавшим ее первостепенное значение в спорте. Ранее среди учёных превалирующим считалось развитие общей выносливости, которая определялась функциональными возможностями сердечнососудистой, дыхательной и нервной систем. Профессор доказал, что эти системы крайне редко являются причиной утомления, и что в основном работоспособность лимитирована самими мышцами, а именно количеством в них митохондриальной массы. По этой теме ученик Селуянова Евгений Борисович Мякинченко, автор более 40 научных и учебно-методических трудов в 1998 году защитил докторскую диссертацию. И речь шла о циклических видах спорта. А в силовых видах спорта об общей выносливости вообще надо забыть из-за крайне малого времени выполнения упражнения. Так кто же такие эти загадочные митохондрии, какова их роль и зачем они нужны спортсменам силовикам?

Митохондрии (от греч. μίτος — нить и χόνδρος — зёрнышко, крупинка) это клеточные органеллы ( так называют специализированные клеточные структуры), размером с бактерию. Они найдены в большом количестве почти во всех эукариотических клетках. Эукаритические клетки – это клетки, содержащие клеточное ядро. Впервые митохондрии обнаружены в виде гранул в мышечных клетках в 1850 году. По своему строению они представляют собой цилиндрические органеллы, встречающиеся в клетке в количестве от нескольких сот до 1—2 тысяч и занимающие 10—20 % её внутреннего объёма. Сильно варьируют так же размеры (от 1 до 70 мкм) и форма митохондрий. При этом ширина этих органелл относительно постоянна (0,5—1 мкм). Наружная мембрана митохондрии имеет толщину около 7 нм, не образует впячиваний и складок, и замкнута сама на себя. На наружную мембрану приходится около 7 % от площади поверхности всех мембран клеточных органелл. Основная функция — отграничение митохондрии от цитоплазмы. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки — кристы, существенно увеличивающие площадь её поверхности и, например, в клетках печени составляет около трети всех клеточных мембран.

Пространство ограниченное внутренней мембраной называется матрикс. В матриксе митохондрии находятся ферментные системы окисления пирувата, жирных кислот, а также ферменты цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса). Кроме того, здесь же находится митохондриальная ДНК, РНК и собственный белоксинтезирующий аппарат митохондрии. Примечательно, что митохондрии содержат собственную цепочку ДНК, благодаря этому они, в отличие от других органелл, способны к самовоспроизведению. Правда, лишь частично. Митохондриальный белок синтезируется на 85-95% в цитоплазме и только 5-15% белкового содержимого является продуктом собственно митохондриальной трансляции. Белки, синтезируемые на митохондриальных рибосомах, включаются во внутреннюю митохондриальную мембрану. Внешняя мембрана, межмембранное пространство и матрикс комплектуются белками, продуцируемыми на цитоплазматических рибосомах.

Митохондрии часто называют энергетическими станции клетки. Они занимаются ресинтезом (то есть обратным восстановлением) молекул АТФ с помощью окислительного фосфорилирования. Все мы знаем что АТФ – универсальный источник энергии в клетках. Отдавая свой фосфатный остаток, АТФ превращается в АДФ с выделением энергии. Энергетическая цель потребляемых нами углеводов, жиров и белков состоит в том, чтобы восстановить АТФ из АДФ. Для этого и нужны митохондрии. Они поглощают АДФ, Ф, кислород, пируват, жирные кислоты, глицерол, ионы водорода и выделяют ресинтезированные молекулы АТФ, углекислый газ и воду.

Гликоген и глюкоза не могут проникнуть в митохондрию сквозь ее мембрану. Поэтому они ресентизируют АТФ без участия митохондрий, в саркоплазме МВ, образуя конечным продуктом распада пируват. Пируват имеет две возможности для преобразования:

1) подойти к митохондриям, превратиться в ацетил-коэнзим-А, подвергнуться окислительному фосфорилированию до образования углекислого газа, воды и молекул АТФ. Этот метаболический путь - гликоген-пируват-митохондрия-углекислый газ и вода - называют аэробным гликолизом;

2) с помощью фермента ЛДГ-М (лактат-дегидрогеназы мышечного типа) пируват превращается в молочную кислоту. Этот метаболический путь - гликоген-пируват- молочная кислота – называется анаэробным гликолизом .

Молочная кислота состоит из аниона – отрицательно заряженной молекулы лактата и катиона – положительно заряженного иона водорода. Лактат крупная молекула, она не может участвовать в химических реакциях без участия ферментов, поэтому не может повредить клетке. Ион водорода самый маленький атом, заряженный, поэтому проникает в сложные структуры и приводит к существенным химическим разрушениям. Мембраны МВ не выпускают в кровоток отдельные протоны и анионы, а выпускают только нейтральные молекулы, поэтому в кровь ионы водорода выйти не могут, а может только молочная кислота.

Жирные кислоты могут ресинтезировать АТФ только в митохондриях.

Исходя из этого, понятна крайняя важность большой митохондриальной массы в рабочих мышцах спортсменов циклических видов спорта. Без наличия должного количества митохондрий пируват , при работе требуемой интенсивности, начнет частично превращаться в лактат. А образовывающиеся ионы водорода будут постепенно закислять мышцу, и в ней, соответственно, будет развиваться утомление. Основная задача спортсменов этих видов спорта – переделать свои ПМВ и ГМВ в ОМВ, и тогда они станут практически неутомимыми, на той мощности, которую им позволят развить их силовые способности. Если этой мощности будет недостаточно, то у них единственный путь дальнейшего прогресса – гипертрофировать свои ОМВ. В ОМВ митохондрии находятся на предельном уровне развития. В два слоя митохондрии не могут окружать миофибриллу. Поэтому окислительные мышечные волокна не поддаются развитию в плане увеличения выносливости. А вот если их гипертрофировать, то есть если в мышечном волокне будут добавляться новые миофибриллы, вокруг новых миофибрилл будут появляться митохондрии, то тогда аэробные возможности будут расти.

А в чём польза митохондрий для спортсменов силовых видов спорта? В том, что они могут поглощать ионы водорода в ГМВ и ПМВ. А это позволяет более длительно выполнять упражнение и быстрее восстанавливаться между подходами. Даже в таких скоростно-силовых видах спорта, как тяжелая атлетика, когда отдых между подходами составляет 2-3-5 минут, возникает проблема с восстановлением мышц. А они могут восстановиться только в том случае если молочная кислота уходит. А она частично уходит в кровь, а частично попадает в соседние мышечные волокна. Либо в тех же МВ попадает в митохондрии и превращается в воду. Так вот, если нет собственных митохондрий, то процессы выхода молочной кислоты в кровь или в соседние мышечные волокна достаточно длительны и спортсмен долго восстанавливается. Поэтому правильно подготовленный спортсмен-штангист, для того чтобы показывать стабильные результаты должен иметь в своих гликолитических волокнах митохондрии. Особенно это актуально на высшем спортивном уровне, когда в финале соревнований два или один спортсмена остаются со штангой и выходят на свой следующий подход практически через 3 минуты.

Очень важны митохондрии во всех видах единоборств, армрестлинге, гиревом спорте, многоповторном жиме, кроссфите.

Возникает вопрос, как силовикам тренировать митохондрии в своих ГМВ? Методы тренировок были разработаны в НИИ Фундаментальных и прикладных проблем физкультуры и спорта группой ученых под руководством профессора В. Н. Селуянова. Модель опиралась непосредственно на физиологию. Во-первых, по закону физиологии, чтобы тренировать ГМВ их надо включить в работу. Отсюда сразу вытекают требования к интенсивности работы, она должна быть в районе 80% от максимума. При такой нагрузке включаются практически все двигательные единицы. Надо помнить, что мышечные волокна рекрутируются не от веса как такового, а от той интенсивности, с которой прикладывается сила. Поэтому вес используемого отягощения должен быть не 80% от максимума. Его надо сбавить до 60-50, и даже 40 кг, а приложить силу соответствующую 80% психического напряжения. То есть выполнить движение почти с максимально возможной скоростью. Во-вторых, необходимо чтобы работа продолжалась достаточное время для того, чтобы возбудить те самые механизмы, которые будут потом обеспечивать гипертрофию митохондрий. Необходимо легкое закисление, появление свободного креатина, повышение концентрации анаболических гормонов в крови и МВ. В. Н. Селуянов рекомендует делать 10 повторений в подходе, если спортсмен не может выполнить 10 повторений, то вес снижается, но психическое напряжение остается тем же. Спортсмен должен выполнять каждое движение более интенсивно. В этом случае рекрутируются все ДЕ (МВ), а степень накопления свободного креатина и ионов водорода становятся оптимальными для стимулирования транскрипции – считывания информации с ДНК. Во время такого упражнения тратится не более 30% АТФ и КрФ, поэтому во время 2 мин восстановления накопление ионов водорода и лактата не превысит критического уровня, разрушающего митохондрии. Увеличение количества подходов приводит к постепенному накоплению гормонов в крови и активной мышечной ткани, поэтому 10 подходов обеспечивают требуемую концентрацию гормонов в МВ. Главное условие – не перетренироваться! После 10-й серии должно ощущаться лишь легкое локальное утомление. Митохондрии поглощают ионы водорода, но при их избытке просто лопаются. Поэтому продолжительные тяжелые тренировки с сильным закислением не приводят к увеличению выносливости, а наоборот напрочь ее убивают.

Как часто нужно делать подобные тренировки? Не реже трех раз в неделю. Можно ежедневно. Новая митохондрия образуется за 4 дня. Период ее полужизни 7-10 дней. 3 недели без тренировок и вся приобретенная выносливость падает. Если человек по вынужденным обстоятельствам долго находится без движения, например в коме или в гипсе, то митохондрии уходят даже из ММВ, и они становятся меленными гликолитическими. Такой больной после выздоровления утомляется, сделав несколько шагов. Так что физическая работоспособность киногероев вышедших из долгой комы, спустя несколько дней после выздоровления, как например, у героини Умы Турман в фильме «Убить Билла», просто физически не возможна.

Организм устроен мудро и экономично. Если двигательные единицы задействованы постоянно, то миофибриллы в них просто оплетены митохондриями, и это ОМВ. Если в повседневной жизни они задействуются раз в неделю, а то и реже, то и митохондрий в них практически нет и это ГМВ. Зачем содержать и питать ненужные органеллы. Но, если образ жизни меняется на более интенсивный, выносливость растёт очень быстро. Как я уже писал, новые митохондрии образуются уже через 4 дня после тренировки. А через два месяца ежедневных тренировок достигают максимума своего развития.