Адаптации и механизмы тренировки

Тренировочные адаптации — это структурные, метаболические и функциональные изменения, которые претерпевают ткани организма в ответ на многократные физические нагрузки. Эта область исследует, как стимул, изначально нарушающий гомеостаз, при регулярном повторении становится движущей силой более совершенного фенотипа, а также прослеживает молекулярные и физиологические механизмы, которые преобразуют механический и метаболический стресс тренировки в устойчивые биологические изменения.

Definition

Тренировочная адаптация — это устойчивое изменение структуры или функции ткани или системы, которое является результатом повторяющихся стимулов упражнений и улучшает способность организма удовлетворять требования этого стимула; лежащие в основе механизмы — это пути молекулярной сигнализации и экспрессии генов, которые преобразуют каждую тренировку в кумулятивное фенотипическое ремоделирование.

Scope

Эта область знакомит читателя с основными видами тренировок и системами, которые они перестраивают: аэробные (выносливостные) тренировки и их кардиореспираторные и метаболические адаптации, силовые тренировки и гипертрофия скелетных мышц, биогенез митохондрий, лежащий в основе окислительной способности, и ремоделирование сосудистой системы, которое соответствует кровоснабжению потребностям. Она рассматривает их как взаимосвязанные справочные темы в рамках физиологии упражнений и интегративной физиологии, а не как предписывающую программу тренировок.

Sub-topics

• Aerobic Training Adaptations
• Mitochondrial Biogenesis and Oxidative Capacity
• Resistance Training and Muscle Hypertrophy
• Vascular Remodeling and Angiogenesis

Core questions

• Как одна тренировка инициирует сигнализацию, которая при повторении приводит к стабильной адаптации?
• Почему тренировки на выносливость и силовые тренировки приводят к расходящимся фенотипам из общей исходной ткани?
• Что определяет специфичность адаптации к режиму, интенсивности и объему тренировочного стимула?
• Как мышечные, митохондриальные и сосудистые адаптации интегрируются для повышения общей работоспособности организма?

Key concepts

• Перегрузка и прогрессия
• Специфичность (SAID) адаптации
• Обратимость и детренированность
• Острый ответ против хронической адаптации
• Механотрансдукция и метаболическая сигнализация
• Фенотипическая пластичность скелетных мышц
• Интеграция между системами органов

Key theories

Специфичность адаптации (принцип SAID)

Адаптации в значительной степени специфичны для налагаемого требования: режим, интенсивность и характер тренировочного стимула формируют, какие сигнальные пути активируются и, следовательно, какой фенотип возникает, поэтому тренировки на выносливость и силовые тренировки дают различные результаты.

Модель «сигнал-фенотип» тренировочной адаптации

Каждая тренировка временно активирует сигнальные киназы и транскрипционные регуляторы, которые вызывают кратковременные всплески экспрессии генов; повторяющееся накопление этих временных ответов, а не какая-либо одна тренировка, приводит к постепенному ремоделированию мышц и поддерживающих тканей.

Mechanisms

Физические упражнения нарушают клеточный гомеостаз посредством механической нагрузки, энергетического стресса, потока кальция, окислительно-восстановительных сдвигов и изменения напряжения кислорода. Эти нарушения воспринимаются сигнальными центрами, которые различаются в зависимости от режима тренировки: механическая нагрузка и путь mTORC1 преобладают в гипертрофическом ответе на силовые упражнения, тогда как энергетический стресс, действующий через AMPK, кальций-кальмодулиновую сигнализацию и транскрипционный коактиватор PGC-1 альфа, преобладают в окислительном ответе на упражнения на выносливость. Каждая тренировка вызывает временное увеличение транскрипции целевых генов, и повторение этих временных ответов на протяжении многих занятий накапливается в стабильные изменения содержания белка и архитектуры тканей. Полученные адаптации координируются между системами, при этом ремоделирование мышц, митохондрий и сосудов интегрируется таким образом, чтобы доставка кислорода и субстратов соответствовала повышенной метаболической способности тренированной ткани.

Clinical relevance

Понимание тренировочной адаптации лежит в основе того, как регулярная физическая активность улучшает кардиореспираторную выносливость, мышечную силу и метаболическое здоровье, и обеспечивает физиологическое обоснование рекомендаций по активности на протяжении всей жизни. Эта статья описывает механизмы, посредством которых организм перестраивается в ответ на физические упражнения, в качестве базовых знаний; она не является предписанием к тренировкам и не предоставляет индивидуальных рекомендаций по упражнениям или медицинских советов.

Evidence & guidelines

Большая часть механистических данных в этой области получена из контролируемых исследований физиологии человека и животных, а также из интегративных обзоров, которые их синтезируют; знаковые синтезы включают описание Коффи и Хоули молекулярных основ тренировочной адаптации и обзор Игана и Зирата метаболизма упражнений и адаптации скелетных мышц. Они описывают науку об адаптации и отличаются от рекомендаций по физической активности в области общественного здравоохранения, которые переводят эти и другие данные в рекомендации для населения.

History

Систематическое изучение тренировочной адаптации выросло из работ середины двадцатого века, показавших, что тренировки на выносливость увеличивают окислительные ферменты скелетных мышц и содержание митохондрий, установив, что упражнения перестраивают ткани на биохимическом уровне. Последующие десятилетия расширили картину до механического и молекулярного контроля роста мышц, открытия транскрипционных коактиваторов, которые координируют биогенез митохондрий, и признания того, что адаптация регулируется специфической для режима сигнализацией, что привело к интегративному, молекулярному взгляду на тренировочную адаптацию, который формирует эту область сегодня.

Key figures

• John Hawley
• Juleen Zierath
• Martin Gibala
• Vernon Coffey
• Brendan Egan

Seminal works

• coffey-hawley-2007
• egan-zierath-2013
• hawley-2014

Frequently asked questions

В чем разница между острым ответом на физическую нагрузку и тренировочной адаптацией?

Острый ответ — это временное изменение, которое следует за одной тренировкой, такое как временное повышение сигнальной активности и транскрипции генов; тренировочная адаптация — это стабильное, длительное изменение структуры или функции ткани, которое накапливается, когда эти острые ответы повторяются на протяжении многих занятий.

Почему тренировки на выносливость и силовые тренировки дают такие разные результаты?

Потому что адаптация специфична для стимула: упражнения на выносливость акцентируют внимание на энергетической и окислительной сигнализации, которая развивает митохондриальную и капиллярную способность, в то время как силовые упражнения акцентируют внимание на механической нагрузке и сигнализации синтеза белка, которая развивает размер и силу мышц.