Механизм повышения проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 06.11.2024
1 Владивостокский филиал ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения
Установление патогенетических механизмов развития бронхиальной астмы (БА) остается одной из актуальных проблем пульмонологии. Изучен состав жирных кислот (ЖК) и мембранный потенциал митохондрий (МПМ) клеток крови у больных контролируемой и частично контролируемой бронхиальной астмой. Состав ЖК мембран митохондрий в тромбоцитах исследовали методом газожидкостной хроматографии. МПМ лейкоцитов определяли методом проточной цитофлюориметрии с использованием реагента MitoProbe™ JC-1 Assay Kit (Life Technologies, USA). Установлена модификация состава ЖК, снижение мембранного потенциала мембран митохондрий клеток крови у лиц с БА. Выявлено усиление корреляционных взаимодействий между МПМ и основными семействами ЖК при прогрессировании заболевания, что свидетельствуют о важном значении жирных кислот в развитии митохондриальной дисфункции в патогенезе БА.
1. Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы (пересмотр 2014 года). Под. ред. А.С. Белевского. – М: Рос. респираторное общество, 2015. – 148 с.
2. Денисенко Ю.К., Виткина Т.И., Новгородцева Т.П., Кондратьева Е.В., Жукова Н.В., Борщев П.В. Спектр жирных кислот мембран митохондрий тромбоцитов больных хроническим необструктивным бронхитом // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. – 2013. – № 50. – С. 34-38.
3. Денисенко Ю.К., Новгородцева Т.П., Кондратьева Е.В., Жукова Н.В., Антонюк М.В., Кнышова В.В., Минеева Е.Е. Морфофункциональное состояние митохондрий клеток крови при бронхиальной астме // Клиническая медицина. – 2015. – № 10. – С. 47-52.
4. Лобанова Е.Г., Кондратьева Е.В., Минеева Е.Е., Караман Ю.К. Мембранный потенциал митохондрий тромбоцитов у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких // Клиническая лабораторная диагностика. – 2014. – № 6. – С. 13-16.
5. Титов В.Н. Функция митохондрий, карнитин, коэнзим-А, жирные кислоты, глюкоза, цикл Рендла и инсулин (лекция). Клин. лаб. диагностика. 2012; 2: 32-42.
6. Aravamudan B., Thompson M.A., Pabelick C.M., Prakash Y.S. Mitochondria in Lung Diseases. Expert Rev Respir Med. 2013; 7(6): 631–646. doi: 10.1586/17476348.2013.834252.
7. Novgorodtseva T.P, Denisenko Yu.K., Zhukova N.V., Antonyuk M.V., Knyshova V.V. Gvozdenko T.A. Modification of the fatty acid composition of the erythrocyte membrane in patients with chronic respiratory diseases // Lipids in Health and Disease. 2013, 12:117.
Бронхиальная астма (БА) остается одной из актуальных проблем пульмонологии, однако вопросы патогенетической основы данного заболевания продолжают дискутироваться [1]. В последнее время большой интерес сфокусирован на изучении митохондриальной активности при развитии респираторной патологии [2, 3, 6]. Установлена триггерная роль митохондрий в запуске процессов свободнорадикального окисления, механизмов апоптоза, развитии гипоксии при заболеваниях органов дыхания [2, 4, 6]. Остается открытым вопрос о детерминирующих сигнальных механизмах, запускающих развитие митохондриальной дисфункции.
Одним из маркеров митохондриальной активности и жизнеобеспеченности клеток является мембранный потенциал митохондрий (МПМ) [4]. Считается, что включение этой органеллы в процесс программируемой клеточной гибели происходит после падения величины ее трансмембранного потенциала. Данный показатель снижается под влиянием самых разнообразных сигнальных стимулов (нарушения соотношения АДФ/АТФ, повышение уровня кальция в цитозоле, истощение глутатиона и др.). Увеличение проницаемости внешней и внутренней мембраны митохондрии является триггерным механизмом изменения МПМ. Следовательно, эффективное функционирование митохондрий связано с интегральной целостностью их структурных компонентов, важнейшими из которых являются жирные кислоты (ЖК). Основной пул ЖК преимущественно вовлечен в окислительные энергетические процессы и поддержание мембранного гомеостаза митохондрий, что способствует нормальному функционированию всей клетки в целом [2, 7]. Однако литературных данных недостаточно чтобы говорить о роли ЖК в индукции митохондриальной дисфункции при патологии органов дыхания.
Исходя из вышеизложенного целью работы явилось изучение модификации состава жирных кислот, мембранного потенциала митохондрий клеток крови у больных контролируемой и частично контролируемой БА; установление роли жирных кислот в индукции митохондриальной дисфункции при БА.
Материалы и методы исследования
В исследовании приняли участие 50 человек на условиях добровольного информированного согласия. Из них 20 пациентов с контролируемой бронхиальной астмой (первая группа), 10 больных с частично контролируемой БА (вторая группа), принимавших базисную терапию, в возрасте 23 – 57 лет (37,4 ± 2,36 лет). Диагноз БА выставляли согласно Глобальной стратегии лечения и профилактики БА (GINA 2011) [1]. В контрольную группу вошли 20 здоровых добровольцев в возрасте 23 – 55 лет (32,2 ± 8,2 лет), не курящих и никогда не куривших, без отягощенного аллергического анамнеза. Критериями исключения являлись наличие профессиональных заболеваний бронхолегочной системы, сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь) и их осложнений, сахарного диабета, заболеваний щитовидной железы, острых патологических состояний и обострений хронических болезней.
Исследовали качественный и количественный состав ЖК мембран митохондрий в тромбоцитах. Митохондрии из клеток крови получали стандартным методом дифференциального центрифугирования в сахарозной среде. Анализ состава жирных кислот проводили методом газожидкостной хроматографии на газожидкостном хроматографе Shimadzu GC-2010 (Япония). Результаты выражали в процентах от общей суммы ЖК. Измерение мембранного потенциала митохондрий лейкоцитов производили с использованием реагента MitoProbe™ JC-1 Assay Kit (Life Technologies, USA). На проточном цитометре BD FACS CANTO II (BD Biosciences, USA) оценивали процентное содержание клеток со сниженным МПМ.
Статистическую обработку данных проводили в программе Statistica 6.0. Проверку нормальности распределения признаков проводили с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Количественные признаки представлялись в виде среднего значения (М), стандартной ошибки среднего (m). Критерий Стьюдента использовался после проверки соблюдения условий равенства дисперсий групп сравнения по критерию Левена. Корреляционный анализ проводили по методу Пирсона. В таблице представлены только статистически значимые связи. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез р = 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В составе ЖК мембран митохондрий обследованных групп выделено 39 индивидуальных жирных кислот насыщенных, моноеновых и полиненасыщенных, нормального и изостроения с длиной цепи от С12 до С24, как с четным так и нечетным числом углеродных атомов. В табл. 1 представлены наиболее значимые жирные кислоты мембран митохондрий тромбоцитов больных БА.
Состав жирных кислот и мембранный потенциал мембран митохондрий клеток крови у пациентов с бронхиальной астмой (М ± m)
Механизм повышения проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)
• Белки семейства Bcl-2 играют центральную роль в митохондриальном пути апоптоза
• Известно три класса Bcl-2 белков, которые являются индукторами, непосредственной причиной или ингибиторами повышения проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР).
• Белки Bax и Bak играют существенную роль в повышении МОМР и необходимы для реализации митохондриального пути апоптоза
• Вероятно, Bax и Bak непосредственно нарушают целостность мембраны, что является причиной повышения МОМР
Во время апоптоза МОМР тщательно контролируется, и вопрос увеличения МОМР играет основополагающую роль при принятии решения о жизни и смерти клетки. Принятие такого решения является функцией белков семейства Bcl-2.
Было известно, что эти белки играют важную роль в положительной и отрицательной регуляции апоптоза, однако их функции представлялись не совсем понятными до тех пор, пока не был исследован митохондриальный путь апоптоза. Сейчас мы знаем, что белки семейства Bcl-2 в основном контролируют апоптоз на уровне регуляции МОМР.
На рисунке ниже показано, что для этих белков характерно присутствие до четырех гомологичных доменов (ВН). Известные на сегодняшний день белки, принадлежащие к семейству Bcl-2, структурно близки друг к другу. Более того, их строение напоминает структуры некоторых порообразующих белков бактерий, включая В цепь дифтерийного токсина. Это позволило предположить, что белки этого семейства могут обладать функциями, имеющими отношение к порам.
Известно три подсемейства Bcl-2 белков. Они включают антиапоптотические белки, проапоптотические «мультидоменные» белки (которые также обозначаются ВН1, -2, и -3 белки, поскольку они содержат ВН1, -2 и -3 домены), и проапоптотические ВИЗ белки (содержащие только ВИЗ домен). Антиапоптотические Bcl-2 белки содержат домен ВН4 и предотвращают повышение МОМР, в то время как проапоптотические Bcl-2 белки не содержат этот домен и повышают МОМР.
Однако ингибирование повышения МОМР не связано просто с функционированием ВРИ домена.
Белки Вах и Вак представляют собой два мультидоменных белка, относящихся к семейству Bcl-2. Эти белки повышают МОМР и, вероятно, образуют поры, через которые из межмембранного пространства митохондрий происходит диффузия белков. Как следует из рисунка ниже, белки Вах или Вак под действием ВНЗ-белка, например Bid, образуют олигомеры в мембране митохондрий.
Исследования на мышах с выключенной функцией мультидоменных белков позволили выяснить роль этих белков в повышении МОМР. Было показано, что мыши, дефектные по мультидоменному белку Bak, развивались совершенно нормально, а у мышей, дефектных по Bax, проявлялись незначительные дефекты развития, но в целом животные также развивались вполне нормально. Существенный прогресс в исследовании был достигнут при проведении экспериментов на мышах с двойным нокаутом, дефектных по обоим белкам.
Животные умирали в эмбриональном и перинатальном периодах, и у них отмечались различные нарушения апоптоза. Наиболее важным оказалось наблюдение, что в ответ на воздействие различных стимулов клетки этих мышей не проявляли признаков повышения МОМР или апоптоза.
Не только клетки, полученные от мышей с двойным нокаутом, оказались полностью устойчивыми ко многим формам апоптоза, но в дальнейших исследованиях также был сделан один важный вывод принципиального характера. Выживаемость культуры клеток дикого типа, имеющих неопухолевое происхождение (а часто даже и опухолевых клеток), зависит от наличия ростовых факторов. Последние не только предотвращают апоптоз, но и включают механизмы, необходимые для усвоения питательных компонентов и протекания метаболизма.
Однако, когда клетки, полученные от мышей с двойным нокаутом, культивировали без ростовых факторов, они не погибали, а у них проявлялась аутофагия («самопоедание»). Таким образом, клетки под держивали свое существование в течение нескольких дней за счет переваривания собственных компонентов. В отсутствие белков Bax и Bak, клетки оказались неспособны включить митохондриальный путь апоптоза и поэтому вместо гибели длительное время продолжали существовать.
Вывод заключается в том, что в отсутствие апоптоза жизнь клетки (даже если для нее необходима аутофагия) является для нее состоянием «по умолчанию». Если не нарушен митохондриальный путь апоптоза, то клетка, лишенная питательных факторов, погибает. Поскольку в многоклеточном организме ростовые и прочие жизненные факторы для одного типа клеток обычно продуцируются другим типом, то «сообщество клеток», которое мы называем животным организмом, в основном поддерживается за счет апоптоза (и, по крайней мере, у позвоночных за счет его митохондриального пути).
Белки, относящиеся к семейству Bcl-2, содержат до четырех гомологичных доменов (ВН)
и могут проявлять антиапоптотические или проапоптотические свойства.
К проапоптотическим белкам относятся мультидоменные белки, а также белки, содержащие только домен BH3. Структура антиапоптотических белков Bcl-2 (например, Bcl-xL)
аналогична структуре проапоптотических белков этого семейства (Bax, Bid).
Структуры построены по данным из Protein Data Bank files 1PQ0,1F16 and 1DDB. После активации ВАХ или ВАК белками, содержащими только BHЗ домен (или даже пептидами, соответствующими этому домену),
они встраиваются в наружную мембрану митохондрий и олигомеризуются.
По-видимому, это влечет за собой увеличение ее проницаемости, хотя и по неизвестному механизму.
Представлена схема эксперимента, иллюстрирующего олигомеризацию Bax.
Митохондриальные липидные везикулы инкубировали с белком ВАХ и добавляли активный белок BID, который представляет собой Bcl-2,
содержащий только BH3 домен, или контрольный белок.
Сшитые белки фракционировали методом электрофореза и в продуктах выявляли наличие Вах методом иммуноблоттинга. Активный BID вызывал олигомеризацию ВАХ.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Механизм гибели клетки при повышении проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)
• При повышении МОМР клетки обычно погибают, даже если блокируется активация каспаз или эти ферменты подвергаются деградации. Механизмы, ответственные за эту форму гибели клеток, изучены недостаточно
При митохондриальном пути апоптоза, когда произошло повышение МОМР, клетки погибают, даже если блокируется активация каспаз или эти протеазы разрушаются. Как отмечалось выше, программированная клеточная гибель в процессе развития мышей с нарушенными функциями APAF-1 или каспазы-9 все-таки происходит, даже несмотря на то что вместо апоптоза наблюдается другая форма клеточной гибели.
Например, происходит гибель клеток межпальцевых перегородок (необходимая для формирования пальцев конечностей). Однако этот процесс не сопровождается конденсацией хроматина, наблюдаемой у мышей дикого типа. На рисунке ниже показано, как выглядят эти клетки.
Аналогичным образом, ингибиторы каспазы, блокирующие апоптотическую форму клеточной гибели, не влияют на клетки, у которых поизошло повышение МОМР при такой «каспазо-независимой» клеточной гибели. Напротив, Bcl-2, который блокирует повышение МОМР, в этих же условиях снижает гибель клеток.
Предложено два механизма гибели клеток, независимой от каспаз. Согласно первому механизму, после повышения МОМР митохондрии начинают медленно терять свою функцию (показано, что после повышения МОМР наступает быстрая потеря функции митохондрий, вызванная активированными каспазами). Такая медленная потеря функции митохондрий может быть причиной клеточной гибели, даже в отсутствие активации каспаз.
По второму механизму (возможно, не являющемуся альтернативой первому), гибель клеток без участия каспаз может вызываться белками, которые выходят из митохондриального межмембранного пространства. К числу таких белков относятся ДНКаза, эндонуклеаза G, Omi, и фактор индукции апоптоза (A1F). Все они при гиперэкспрессии в клетке способны вызывать ее гибель. (Способность белка Omi вызывать клеточную гибель не связана с его ингибиторной активностью по отношению к IAP.)
Однако, поскольку каждый из этих белков, по-видимому, также способен выполнять в митохондриях другие важные функции, необходимые для жизнедеятельности клетки, трудно определить, какие из них участвуют в клеточной гибели, вызываемой повышением МОМР. Ни для одного из этих белков не было однозначно показано, что в любых физиологических условиях при повышении МОМР они способны вызывать клеточную гибель.
Некоторые клетки способны переносить повышение МОМР, не вступая на путь гибели, независимой от каспаз. Например, лишение зрелых нейронов ростового фактора индуцирует в клетках повышение МОМР, однако если при этом блокировать активацию каспаз, то клетки можно вернуть в жизнеспособное состояние при повторном добавлении ростовых факторов. Пока неизвестно, могут ли способные к делению клетки выдержать повышение МОМР.
Живая клетка (слева).
Апоптотическая клетка межпальцевой перегородки у мыши дикого типа (в середине).
Клетка перегородки у мутантной мыши APAF-1 -/- (справа).
Механизм и схема митохондриального пути апоптоза
• У большинства клеток млекопитающих при апоптозе происходит разрыв наружной мембраны митохондрий и выход в цитозоль содержимого их межмембранного пространства
• Ключевым событием при этом является повышение проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)
Большинство форм апоптоза у позвоночных реализуется не через рецепторы клеточной гибели, а по митохондриальному пути. При этом происходит разрыв наружной мембраны митохондрий, и растворимые белки межмембранного пространства (расположенного между наружной и внутренней мембраной) выходят в цитозоль.
Проницаемость наружной мембраны митохондрий (MOMP) представляет собой тонко регулируемый процесс, и ее повышение является ключевым событием в запуске апоптоза.
На рисунке ниже представлены этапы митохондриального пути запуска апоптоза, которые мы детально обсудим в последующих статьях на сайте (рекомендуем пользоваться формой поиска выше).
К числу белков, высвобождающихся при повышении MOMP, относится холоцитохром с, который, контактируя с белками цитозоля, играет основную роль в активации каспаз. Эта его роль полностью отлична от той, которую он играет в митохондриях, осуществляя перенос электронов в транспортной цепи от комплекса III к комплексу IV.
В активации каспаз при митохондриальном пути запуска апоптоза также участвуют другие белки, выходящие в цитоплазму при повышении МОМР.
Когда при апоптозе повышается проницаемость митохондрий, это происходит внезапно, и через короткое время из всех митохондрий в клетке выходят белки. При апоптозе в клеточной популяции невозможно предугадать, когда произойдет повышение МОМР в отдельной клетке, но если оно наступило, то через несколько минут завершается. Поэтому нецелесообразно исследовать повышение МОМР на клеточной популяции, и большая часть современных сведений об этом процессе получена на иозированных митохондриях или на одиночных клетках.
Рисунок ниже иллюстрирует выход цитохрома с (область, флуоресцирующая зеленым цветом) из митохондрий (флуоресцируют красным).
Сигнал индукции апоптоза запускает серию процессов с участием семейства белков Bcl-2, которые функционируют как ингибиторы (антиапоптотические белки) или промоторы апоптоза (проапоптотические белки).
В результате, происходит активация проапоптотических мультидоменных белков семейства BcL-2, и во всех митохондриях клетки увеличивается проницаемость наружных мембран.
При нарушении проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР) белки, содержащиеся в межмембранном пространстве, включая цитохром с, диффундируют в цитозоль.
Цитохром активирует APAF-1. При этом активируется инициаторная каспаза-9, которая расщепляет и активирует эффекторные каспазы, вызывая апоптоз. Для идентификации митохондрий клетки, экспрессирующие цитохром с в комплексе с зеленым флуоресцирующим белком (цитохром c-GFP),
были прокрашены тетраметилродаминэтиловым эфиром (красная флуоресценция) (фотография слева).
После индукции апоптоза из митохондрий в цитозоль внезапно начал выходить цитохром c-GFP (фотография справа сделана через несколько часов после индукции).
Подтверждение активации каспаз было получено через несколько минут.
- Вернуться в содержание раздела "генетика" на нашем сайте
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Методы гиперплазии миофибриллярных митохондрий
Цель аэробной подготовки развитие в мышечных волокнах митохондрий. Митохондриальный белок синтезируется на 85–95 % в цитоплазме и только 5–15 % белкового содержимого является продуктом собственно митохондриальной трансляции (Ленинджер А., 1966; Лузиков В. Н., 1980).
Белки, синтезируемые на митохондриальных рибосомах, включаются во внутреннюю митохондриальную мембрану. Внешняя мембрана, межмембранное пространство и матрикс комплектуются белками, продуцируемыми на цитоплазматических рибосомах. Набухание митохондрий является одним из проявлений их деградации. Причиной набухания митохондрий могут быть (Лузиков В. Н., 1980; Шмелинг с соав., 1985; Friden et al, 1988; Gollnick et al., 1986) нарушения трансформации энергии (например, за счет исчерпания эндогенных субстратов, при подавлении переноса электронов, при изменении проницаемости внутренней мембраны по отношению к водородным ионам). Предполагается, что исчерпание внутримитохондриального запаса АТФ вызывает набухание митохондрии, что приводит к разрыву внешней мембраны и растеканию компонентов в межмембранное пространство. Имеется естественное старение митохондрий и отдельных ее компонентов (время полужизни — от 1 до 10 суток). Формирование митохондрий в клетке контролируется на основании принципа отбора по функциональному критерию. Согласно этому принципу, митохондриальные структуры, собранные так, что они не могут эффективно трансформировать энергию, элиминируются в ходе митохондриальной дифференцировки (Лузиков В. Н., 1980).
Одним из естественных факторов, приводящих к деструктурированию митохондрий, является гипоксия (например, пребывание в среднегорье) и сопровождающий ее анаэробный метаболизм. В условиях кислородного голодания ухудшаются показатели капилляризации скелетных мышц, появляется внутриклеточный отек, очаговые нарушения сократительного (миофибриллярного) аппарата, деструктивно дегенеративные изменения митохондрий, расширение саркоплазматического ретикулума и резкое снижение содержания гликогена (Шмелинг с соав., 1985)
Аналогичные структурные перестройки имеют место при проведении гликолитических тренировок.
Суммирование положений многочисленных исследований позволяет сделать следующее обобщение:
— митохондрии являются энергетическими станциями клетки, поставщиками АТФ за счет аэробного метаболизма;
— синтез превышает распад митохондрий в случае интенсивного их функционирования (окислительного фосфорилирования);
— митохондрии имеют тенденцию к образованию в тех местах клетки, где требуется интенсивная поставка энергии АТФ;
— усиление деструктуризации митохондрий происходит в условиях интенсивного функционирования клетки с привлечением анаэробного метаболизма, вызывающего значительное или длительное (как в условиях высокогорья) накопление в клетке и в организме ионов водорода.
В соответствии с этими положениями можно разработать методику аэробной подготовки мышцы.
Каждую скелетную мышцу можно условно разделить, например, на три части:
— регулярно активируемые — те мышечные волокна, которые активируются в повседневной жизни (ОМВ);
— обычно активируемые только в условиях тренировок, при средних напряжениях мышц (ПМВ);
— редко активируемые — включаются в работу только при выполнении максимальных усилий, например, при выполнении прыжков, спринта (ГМВ).
Мышечные волокна, которые регулярно рекрутируются (ОМВ) с предельной для них частотой импульсации, имеют максимальную степень аэробной подготовленности. Максимальная степень аэробной подготовленности ОМВ достигается в том случае, когда все миофибриллы оплетаются митохондриальной системой так, что образование новых митохондриальных структур становится невозможным. Такое явление хорошо показано для миокардиоцитов (Физиология и патофизиология сердца, 1990; Хоппелер Г., 1987). Гипертрофия миокардиоцита не сопровождается увеличением концентрации ферментов аэробного метаболизма. Косвенно эту точку зрения подтверждают многочисленные исследования, посвященные влиянию аэробной тренировки, выполняемой с мощностью до аэробного порога (Аулик И. А., 1990; Зациорский В. М., 1970; Карпман В. Л., 1974, 1978, 1982, 1985, 1988 и др.). Все эти исследования убедительно показывают, что эффективность таких тренировок для уже подготовленных спортсменов равна нулю.
Следовательно, для повышения аэробных возможностей ОМВ необходимо создать в МВ структурную основу новые миофибриллы; после этого около новых миофибрилл образуются новые митохондриальные системы. Если согласиться с этим методом повышения аэробных возможностей, то увеличение силы (гиперплазия миофибрилл) ОМВ должно привести к росту потребления кислорода на уровне АэП и АнП.
Эффективными для повышения МПК или потребления кислорода на уровне АнП являются непрерывные упражнения на уровне АнП или повторный метод тренировки с мощностью работы на уровне МПК. В этом случае рекрутируются как ОМВ, так и более высокопороговые ПМВ, в которых мало митохондрий. Увеличение мощности требует рекрутирования все более высокопороговых ДЕ, в МВ которых преобладает анаэробный гликолиз, что ведет к закислению ГМВ, а затем ОМВ и крови. Закисление ГМВ и ПМВ ведет к деструктивным изменениям в митохондриях, снижению эффективности аэробной тренировки.
Теоретически рассчитанные митохондриальные изменения под влиянием продуктов анаэробного гликолиза совпадают с теми наблюдениями, которые имеют место при ишемии (Friden, 1984; Hoppeler Н., 1986). В этом случае многочисленные ненормальные митохондрии были заметны под сарколеммой. Эти митохондрии имеют увеличенную плотность, измененную форму и паракристаллические включения. Кристаллические включения в митохондриях обнаруживаются при различных патоло-гических состояниях (смотрите, например, обзор Carpenter and Karpati, 1985). Это дает основание к предположению, что структурно нарушенные клетки не могут функционировать нормально. Полирибосомы располагаются либо под сарколеммой, либо рядом с поврежденными миофибриллами; предполагается их участие в процессе реконструкции поврежденного материала. Авторы делают вывод, что частое использование такого варианта тренировки может привести к серьезным повреждениям в мышцах.
Одним из аргументов против предложенной методики увеличения аэробных возможностей ОМВ за счет роста силы (МФ) является мнение: с увеличением размера МВ затрудняется процесс диффузии О2 к центру МВ. Однако, исследования Т. Gayeski e. a. (1986) показали, что рО2 не коррелирует с диаметром МВ. Минимальное рО2 наблюдается не в центре МВ. Эти экспериментальные данные хорошо воспроизводят модели, которые учитывают облегченную диффузию кислорода внутрь МВ посредством миоглобина (Р. Stroeve, 1982). Следовательно, размер МВ не является препятствием к росту аэробных возможностей ОМВ.
Правила методики аэробной подготовки могут быть представлены так:
— интенсивность: не превышает мощности АнП;
— продолжительность: 5–20 мин., большая продолжительность может привести к значительному закислению крови и ПМВ в случае превышения заданной мощности;
— интервал отдыха: 2–10 мин., необходим для устранения возможного закисления организма;
— максимальное количество повторений в тренировке ограничивается запасами гликогена в активных мышцах (примерно 60–90 мин. чистого времени тренировки);
— тренировка с максимальным объемом повторяется через 2–3 дня, т. е. после ресинтеза гликогена в мышцах.
Высокую эффективность имеет вариант аэробной подготовки, который в последнее время получил большое распространение в практике подготовки спортсменов в циклических видах спорта. Это тренировки, требующие проявления «мышечной выносливости». Смысл их заключается в том, что в циклическом упражнении каждое сокращение мышцы должно выполняться с околомаксимальной интенсивностью, но средняя мощность упражнения не должна превышать мощности АнП. В этом случае в упражнении активны все или почти все МВ, однако, благодаря управлению паузой отдыха или периодом расслабления мышцы, должно полностью обеспечиваться устранение продуктов метаболизма анаэробного гликолиза.
Упражнения с околомаксимальной мощностью сокращения мышц и редким темпом изучали J. Karlsson e. a. (1981). Было показано, что упражнения с темпом 4 максимальных сокращения в минуту вызывают снижение концентрации АТФ на 20 %, КрФ — на 40 %, концентрация лактата в мышце увеличивается до 4,5 мМ/л. В целом упражнение было аэробным, энергия поступала из эндогенного гликогена ОМВ и ГМВ. Экспериментальные данные эффективности скоростно-силовой интервальной тренировки были получены так же Алексеев Г. ВА., 1981; Волков Н. И., 1990, 1995; Cheetham M. et al, 1984; Holmyard D. Et al., 1987; Jacobs I. Et al., 1983; Thorstensson A. Et al., 175, 1976).
Рост аэробных возможностей может происходить на основе увеличения силы ММВ, т. е. можно заниматься статодинамическими упражнениями для гиперплазии миофибрилл в ММВ, и одновременно будут разворачиваться процессы по обеспечению новых миофибрилл новыми митохондриями. Это предположение подтверждается результатами экспериментов С. К. Сарсании (1972).
Студенты-добровольцы ИФК были разбиты на две группы: экспериментальную и контрольную. Обе группы выполняли одинаковую программу силовых упражнений с напряжением мышц 60 % произвольного максимума (ПМ). Упражнения выполнялись по кругу (круговая тренировка) на мышцы-разгибатели рук, сгибатели рук, разгибатели ног, разгибатели спины, мышцы живота. В каждом подходе груз медленно поднимался 10 раз, последние два раза выполнялись с явным локальным утомлением, но не до отказа. Каждый испытуемый проходил три круга. В неделю было 3 тренировки, тренировались 4 недели. Экспериментальная группа (8 человек) принимала анаболические препараты (ритоболил или нейробол) по 0,18 мг/кг массы тела (терапевтическая доза). В контрольной группе был прием плацебо в виде комплекса витаминов.
До и после эксперимента все испытуемые прошли антропометрическое и функциональное тестирование в ступенчатом тесте с определением потребления кислорода.
1) Увеличение силы всех мышечных групп на 25 %, что составило 2 % за одно занятие. Когда силовая тренировка идет без применения стимуляторов, то средний прирост составляет за трнировку. Тощая масса увеличилась на 3,55 кг.
2) Уменьшение массы общего жира на 0,88 кг. Стресс стимулирует выход в кровь гормонов гипофиза и активизирует симпатическую нервную систему. В результате начинается выделение гормонов мозгового вещества надпочечников (катехоламинов) — адреналина и норадреналина (норадреналин также выделяется из окончаний симпатической нервной системы). Эти гормоны, а также тестостерон и соматотропин, стимулирует выход жирных кислот из жировых депо в кровь. Повышенная концентрация гормонов и полирибосом удерживается в тканях тела в течение что повышает основной обмен и использование жирных кислот из жировых депо для функционирования сердца, дыхательных мышц и пластических процессов в скелетных мышцах.
3) Увеличилось потребление кислорода (МПК) на 0,231 мл О2 и мощность на пульсе 170 уд/мин на 22,7 Вт (136 Кгм/мин). Увеличение потребления кислорода (МПК) и мощности PWC-170 подтверждает ранее высказанное предположение о том, что с ростом силы ОМВ, т. е. с ростом в них числа миофибрилл, создаются морфологические предпосылки для разрастания всех необходимых для деятельности клетки органелл (теория симморфоза), поэтому увеличивается саркоплазматический ретикулум и митоходрии. Изменение последних было зафиксировано в виде прироста МПК и мощности PWC-170.
Таким образом, статодинамические упражнения являются эффективным средством усиления пластических процессов в скелетных мышцах. Применение анаболических препаратов в терапевтических дозах значительно интенсифицирует анаболические процессы, что ускоряет проверку эффективности разработанных вариантов тренировочного процеса; статодинамические упражнения стимулируют обмен белка, жировой обмен, повышают аэробные возможности медленных мышечных волокон (В. Н. Селуянов В. Н. с соав. , 1991, 1995).
Совокупность изменений в результате применения статодинамических упражнений дает основание к предположению о высокой эффективности применения их в физической подготовке борцов.
Читайте также: