Mišićna memorija – mit ili stvarnost?

Uvod

Povećanje broja mišićnih jezgara povezano je s rastom mišića uslijed treninga s otporom. Povećanja u sadržaju mišićnih jezgara kao odgovor na trening s otporom posredovana su mišićnim matičnim stanicama zvanim satelitske stanice. Ove satelitske stanice aktiviraju se kao odgovor na mehanički stres koji nameće trening s otporom i, barem djelomično, zbog oštećenja mišićne strukture. Ovaj proces aktivacije satelitskih stanica može dovesti do doniranja jezgara mišićima, pomažući u njihovoj regeneraciji i naknadnom rastu. Zapravo, Petrella i suradnici izvijestili su da su pojedinci koji su stekli najviše mišića kao odgovor na 16 tjedana treninga s otporom imali veći broj satelitskih stanica na početnoj razini i pokazali najveća povećanja broja mišićnih jezgara. S obzirom na ove rezultate, pretpostavlja se da povećanje broja mišićnih jezgara uzrokovano treningom, zajedno s epigenetskim procesima, mogu biti povezani s “mišićnom memorijom”. Mišićna memorija odnosi se na ideju da mišići “pamte” prethodni trening, što omogućuje brže ili učinkovitije ponovno treniranje nakon razdoblja detraininga (detraining = razdoblje bez treninga).

Prethodne studije imaju različite rezultate o tome zadržavaju li se jezgre dobivene treningom otpora tijekom razdoblja detraininga. Na primjer, Lee i suradnici izvijestili su da su mišićne jezgre stečene tijekom osam tjedana treninga otpora bile očuvane nakon dvadeset osam tjedana detraininga kod glodavaca. Bruusgaard i kolege također su izvijestili o “permanenciji mišićnih jezgara” kod glodavaca nakon preopterećenja skeletnih mišića sinergističkom ablacijom tijekom dva tjedna, nakon čega je uslijedila denervacija od dva tjedna. Dva tjedna ne zvuče kao dugo razdoblje, ali imajte na umu da se jedan dan za glodavce smatra otprilike ekvivalentom jednom mjesecu kod ljudi. Stoga ove studije na glodavcima sugeriraju da bi povećanje broja mišićnih jezgara uzrokovano treningom otpora moglo biti očuvano tijekom detraininga. Međutim, Rahmati i suradnici izvijestili su da povećanja u broju mišićnih jezgara uzrokovana treningom otpora ne izgledaju očuvana kod ljudi nakon detraininga u sustavnom pregledu i meta-analizi objavljenoj 2022. godine.

Ova nova studija *Cumming-a i kolega nastojala je popuniti prazninu u postojećim istraživanjima na ljudima kroz novi dizajn studije koji se bavi ograničenjima prethodnih istraživanja. Na primjer, prethodne studije uglavnom su se usredotočile na mišić vastus lateralis, koji se redovito koristi u svakodnevnim aktivnostima i teže ga je potpuno detraining-irati. Istraživači su se usredotočili na mišiće fleksora lakta (biceps brachii), koji su manje uključeni u svakodnevne aktivnosti, omogućujući jasnije ispitivanje učinaka detraininga i ponovnog treniranja. Osim toga, prethodne studije koristile su usporedbe između grupa, što može biti zbunjujuće zbog individualnih varijacija u odgovoru na trening. Ova nova studija koristila je dizajn unutar subjekata, uspoređujući prethodno treniranu ruku s netreniranom rukom kod iste osobe, smanjujući utjecaj individualnih varijacija. Nadalje, neke prethodne studije na ljudima nisu uspjele izazvati značajna povećanja broja mišićnih jezgara tijekom početnog treninga, a istraživači su osmislili protokol koji povećava vjerojatnost da će se dogoditi značajna povećanja broja mišićnih jezgara. Konačno, ova istraživačka skupina koristila je napredne analitičke postupke kako bi povećala povjerenje da su otkriveni točni sadržaji mišićnih jezgara. Također su koristili najsuvremeniju transkriptomiku kako bi otkrili razlike u transkripcijskoj regulaciji (tj. ekspresiji gena) između prethodno trenirane i netrenirane ruke.

*(Muscle memory in humans: evidence for myonuclear permanence and long-term transcriptional regulation after strength training.Cumming et al. (2024) )

Svrha ove studije bila je istražiti mehanizme iza mišićne memorije kod ljudi s fokusom na trajnost mišićnih jezgara i transkripcijsku regulaciju. Istraživači su postavili četiri pitanja na koja su željeli odgovoriti:

• Povećava li trening snage broj mišićnih jezgara u mišićnim vlaknima?
• Održava li se taj povećani broj mišićnih jezgara čak i nakon razdoblja detraininga (bez treninga)?
• Postoje li razlike u aktivnosti gena između prethodno treniranih i netreniranih mišića nakon detraininga?
• Vodi li povećani broj mišićnih jezgri i potencijalne razlike u aktivnosti gena do većeg rasta mišića i jačih dobitaka tijekom ponovnog treniranja, u usporedbi s netreniranim mišićima?

Iako hipoteze nisu bile izričito navedene s obzirom na istraživački karakter ove studije, neke su bile implicirane u uvodu i istraživačkim pitanjima. Na primjer:

• Početno razdoblje treninga od 10 tjedana dovelo bi do povećanja broja mišićnih jezgara, a ta bi povećanja bila očuvana tijekom 16 tjedana detraininga.
• Uočile bi se razlike u ekspresiji gena između prethodno trenirane ruke i netrenirane kontrolne ruke.
• Povećani broj mišićnih jezgara i razlike u ekspresiji gena između prethodno trenirane ruke i netrenirane ruke mogli bi biti povezani s većim dobicima u veličini i snazi mišića kao odgovor na drugo razdoblje treninga od 10 tjedana.

Što su ispitivali i kako?

Ova studija uključila je 12 netreniranih sudionika (8 žena i 4 muškarca). Njihova prosječna dob bila je 24 ± 3 godine. U prosjeku su imali tjelesnu masu od 72,7 ± 17,8 kg, prosječnu visinu od 172 ± 9 cm i indeks tjelesne mase (BMI) od 24,3 ± 3,6 kg/m².

Ukupno trajanje studije bilo je 38 tjedana. Bila su dva razdoblja treninga od 10 tjedana (TP1 i TP2) i jedno razdoblje detraininga od 16 tjedana između TP1 i TP2. Unilateralni trening provodio se tijekom TP1, gdje je jedna ruka nasumično određena kao trenirana ruka, dok je druga služila kao kontrola. Tijekom TP2, i prethodno trenirana ruka i kontrolna ruka prošle su isti protokol treninga. Testovi snage i mjerenja debljine mišića provedeni su prije i nakon svakog razdoblja studije. Mišićne biopsije prikupljene su iz trenirane ruke prije TP1, nakon TP1, nakon razdoblja detraininga i nakon TP2. Mišićne biopsije iz kontrolne ruke prikupljene su samo prije i nakon TP2. Unos prehrane procjenjivan je na početku svakog razdoblja treninga, a stroge upute dane su tijekom razdoblja detraininga kako bi se osiguralo da sudionici izbjegavaju aktivnosti koje uključuju fleksore lakta.

Protokoli treninga bili su isti za TP1 i TP2, osim što se tijekom TP1 koristila samo jedna ruka. Tijekom prvog i drugog tjedna, treninzi su se održavali dva puta tjedno. Od trećeg do desetog tjedna, tijekom svakog razdoblja treninga, treninzi su se održavali tri puta tjedno. Autori su naveli da su tijekom treninga izvođene jedna do dvije vježbe, ali nisu specificirali koje vježbe su korištene. Opisali su da su se opterećenja postupno povećavala tijekom razdoblja treninga koristeći kombinaciju “linearne i svakodnevne undulirajuće periodizacije”. Korištena opterećenja odgovarala su maksimalnim ponavljanjima sudionika za 6-12 ponavljanja (6-12 RM). Naveli su da se po sesiji izvodilo 2-6 serija, što je rezultiralo s 5-18 serija tjedno. Tijekom tjedana 3-10 svakog razdoblja treninga, serije su se izvodile do otkaza u dva treninga tjedno, dok su u jednom treningu tjedno bile zaustavljene 2-3 ponavljanja prije otkaza. Sve sesije bile su nadzirane kako bi se bolje osigurala pravilna izvedba i pridržavanje protokola treninga. Testovi maksimalnog ponavljanja (1RM) provodili su se prije i nakon svakog razdoblja studije.

Mjerenja

• Snaga
  • Testovi za jedno ponavljanje maksimalne težine (1RM) provodili su se koristeći spravu s kabelom i scottov bench za biceps pregib. Sudionici su izvodili tri do četiri serije zagrijavanja s postupno povećanim submaksimalnim opterećenjem (10, 7, 5 i 3 ponavljanja) i radili su na pokušaju s maksimalnim opterećenjem (1RM) podižući maksimalno opterećenje iz fleksiranog položaja do potpune ekstenzije lakta i natrag do fleksiranog položaja. Podaci su prikazani na slici 1.
• Poprečna površina mišićnih vlakana (fCSA) i debljina mišića
  • Mišićne biopsije uzimane su iz sredine mišića biceps brachii. Prije i nakon prvog razdoblja treninga (TP1) biopsije su uzimane samo iz trenirane ruke. Prije i nakon drugog razdoblja treninga (TP2), biopsije su uzimane iz obje ruke – trenirane i kontrolne. Biopsije su prikupljene najmanje 72 sata nakon bilo kakvog treninga ili testiranja snage. Mikroskopija i softver za analizu slika korišteni su za procjenu poprečne površine mišićnih vlakana (fCSA) i tipa vlakana. Ultrazvuk je korišten za mjerenje debljine srednjeg dijela mišića biceps brachii i brachialis prije i nakon svakog razdoblja studije. Podaci za fCSA prikazani su na slikama 2 i 3.
• Broj mišićnih jezgara i domena mišićnih jezgara
  • Mišićno tkivo rezano je na tanke presjeke pomoću mikrotoma i postavljeno na stakalca. Ovi presjeci obojeni su antitijelima kako bi se vizualizirale granice mišićnih vlakana, tip vlakana, mišićne jezgre i sve jezgre. Ovi presjeci snimljeni su pomoću mikroskopa. Mišićne jezgre ručno su brojane i povezane sa svojim tipom vlakana pomoću softvera. Također je izračunat postotak mišićnih jezgara u odnosu na ukupne jezgre. Podaci su prikazani na slikama 4 i 5.
• Ekspresija gena
  • RNA je ekstrahirana iz brzo smrznutog mišićnog tkiva. Koncentracija i kvaliteta RNA procijenjene su pomoću Bioanalyzer sustava, a knjižnice za sekvenciranje pripremljene su selekcijom poly-A ciljajući glasničku RNA (mRNA). Izvedeno je sekvenciranje RNA s dvojnim završetkom kako bi se istražile razlike u ekspresiji gena između trenirane i kontrolne ruke prije i nakon TP2. Razlike u ekspresiji gena između ruku istaknute su na slici 6.

Što su ispitivači pronašli?

Snaga

Slika 1

Obje ruke povećale su snagu tijekom početnog razdoblja treninga, pri čemu je trenirana ruka pokazala veći porast (50 ± 26%) od kontrolne ruke (9 ± 8%). Trenirana ruka izgubila je nešto snage tijekom detraininga (-7 ± 5%), dok je kontrolna ruka zadržala svoju snagu. Obje ruke povećale su snagu kao odgovor na TP2, s treniranom rukom koja je pokazala porast od 38 ± 19% i kontrolnom rukom porast od 61 ± 30%. Prosječna neto promjena u postotcima nakon 36 tjedana bila je ~81% za treniranu ruku i ~72% za kontrolnu ruku.

Poprečna površina mišićnih vlakana (CSA) i debljina mišića

Slika 2

 

Slika 3

U treniranoj ruci, početni period treninga doveo je do povećanja fCSA, ali to nije bilo statistički značajno (30 ± 43%, P = 0,069). Detreniranje je uzrokovalo značajan pad fCSA u svim tipovima vlakana u prosjeku od 21 ± 12% (P = 0,011). fCSA tipa 1 vlakana značajno je smanjen za 17 ± 12% (P = 0,012), a fCSA tipa 2 vlakana značajno je smanjen za 23 ± 13% (P = 0,01). Ponovni trening doveo je do značajnog porasta ukupnog fCSA za 22 ± 26% (P = 0,034) i fCSA tipa 2 za 30 ± 29% (P = 0,015), dok se fCSA tipa 1 povećao, ali ne značajno, za 14 ± 23%.

U kontrolnoj ruci, podaci o fCSA bili su dostupni samo kao odgovor na TP2 jer su biopsije u toj ruci uzimane samo prije i nakon TP2. Prosječno se fCSA povećao za 1,6 ± 19,1%, ali ova promjena nije bila statistički značajna. fCSA tipa 1 vlakana povećao se za 0,9 ± 12,2%, a fCSA tipa 2 za 14 ± 25%.

Trenirana ruka pokazala je početno povećanje debljine mišića s treningom, nakon čega je uslijedio pad tijekom detreniravanja, a zatim još jedno povećanje s ponovnim treningom. Kontrolna ruka, koja nije bila inicijalno trenirana, nije pokazala promjene tijekom razdoblja detreniranja, ali je doživjela značajan porast debljine kao odgovor na TP2, sličan po veličini početnom porastu trenirane ruke. Iako je trenirana ruka imala veću debljinu mišića od kontrolne ruke nakon početnog perioda treninga, ova razlika je nestala nakon detreniravanja i ponovnog treninga, gdje je neto postotna promjena u prosjeku bila ~18% u treniranoj ruci i ~16% u kontrolnoj ruci nakon 36 tjedana.

Broj mišićnih stanica i domena mišićnih stanica

Slika 4

Broj mišićnih jezgri po vlaknu značajno se povećao i u vlaknima tipa 1 (13 ± 17%, P = 0,017) i tipa 2 (34 ± 22%, P < 0,001) u treniranoj ruci kao odgovor na TP1. Kao odgovor na razdoblje detreniranja, nije bilo značajne promjene u broju mišićnih jezgri ni u vlaknima tipa 1 ni tipa 2, što ukazuje na to da su dobici u broju mišićnih jezgri održani unatoč razdoblju detreniravanja. Kao odgovor na TP2, broj mišićnih jezgri se značajno povećao i u vlaknima tipa 1 (8 ± 6%, P = 0,002) i tipa 2 (15 ± 7%, P < 0,001). U kontrolnoj ruci, broj mišićnih jezgri se također značajno povećao i u vlaknima tipa 1 (10,5 ± 9,9%) i tipa 2 (29,2 ± 15,5%).

Slika 5

Zapažena je značajna negativna korelacija između domene mišićnih stanica i promjene fCSA u vlaknima tipa 1 kao odgovor na drugi period treninga (r = −0,59, P = 0,009) s tendencijom značajnosti u vlaknima tipa 2 (r = −0,42, P = 0,086). Negativna korelacija između domene mišićnih stanica i promjene veličine vlakana sugerira da vlakna s većom gustoćom miojezgri (manja domena mišićnih stanica) prije ponovnog treninga imaju veći kapacitet za rast tijekom ponovnog treninga.

Ekspresija gena

Kao odgovor na TP2, kontrolni mišić imao je veći broj diferencijalno izraženih gena (1338) u usporedbi s treniranim mišićem (822), s 587 zajedničkih gena. Kontrolni mišić pokazao je opsežniju promjenu u ekspresiji gena, što očito odražava njegovu adaptaciju na novi trening stimulus, dok je trenirani mišić, koji je već prošao početnu adaptaciju od TP1, pokazao manje dramatičan odgovor. Tri gena (EGR1, MYL5, COL1A1) povezana s mišićnom izvedbom i razvojem bila su diferencijalno izražena između treniranog i kontrolnog mišića prije drugog perioda treninga, gdje je ekspresija EGR1 i COL1A1 bila viša u treniranom mišiću, a ekspresija MYL5 bila je viša u kontrolnom mišiću.

Što ovi rezultati znače?

Rezultati ove studije pružaju određenu podršku konceptu “trajnosti mišićnih stanica” kod ljudi, ali ova studija nije bez ograničenja. S tako malim uzorkom, netreniranom populacijom i s razdobljem detreniranja od 16 tjedana, možda je bolji izraz “otprornost mišićnih stanica” s ograničenim podacima kod ljudi. Ovi nalazi izazivaju prethodne ljudske studije koje su izvješćivale o smanjenju mišićnih jezgri nakon detreniranja povezanog s atrofijom. Ova neslaganja mogla bi biti povezana s metodološkim razlikama između studija u razlikovanju između mišićnih jezgri i drugih jezgri stanica (npr. satelitskih stanica) u prethodnim istraživanjima. Trenutna studija korištenjem specifičnih markera za mišićne jezgre uz metode bojanja mikroskopije i softversku analizu slike jača nalaze istraživača. Tim rečeno, nalazi pokazuju da se povećanje broja mišićnih jezgri postignuta kroz trening s utezima održavaju čak i nakon značajnog razdoblja detreniranja unatoč značajnim smanjenjima veličine mišića. Trenirana ruka pokazala je daljnje povećanje mišićnih jezgri tijekom ponovnog treninga, iako je samo vratila veličinu postignutu iz početnog perioda treninga prije detreniranja. Drugim riječima, trenirana ruka nije pokazala značajno veći rast kao odgovor na ponovni trening u usporedbi s kontrolnom rukom unatoč daljnjim povećanjima broja mišićnih jezgri kao odgovor na ponovni trening. To sugerira da povećanje broja mišićnih jezgri možda nije isključivo ovisna o veličini vlakana kako to implicira teorija domene mišićnih stanica. Umjesto toga, ovaj nalaz ukazuje da povećanje broja mišićnih jezgri mogu biti potaknuta relativno zahtjevnim treningom s utezima, a ne samo širenjem veličine stanica u usporedbi s prethodnim veličinama stanica postignutim iz prethodnog treninga.

Satelitske stanice nisu bile formalno mjerene u ovoj studiji, ali bilo bi zanimljivo vidjeti broj satelitskih stanica u uzorcima biopsije tijekom vremena kako bi se bolje razumjeli temeljni mehanizmi. Trenutna literatura pokazuje da se ove mišićne matične stanice aktiviraju putem treninga s utezima i mogu na kraju donirati svoju jezgru mišićnoj stanici, čime povećavaju njezin broj jezgri. Jednostavno rečeno, trening preopterećenja koji narušava ultrastrukturu mišića može biti slično snažan signal koji potiče povećanje jezgri izvan povećanja veličine stanica. Studija također pruža dokaze o transkripcijskom komponenti mišićnog pamćenja. Identificirala je tri gena (EGR1, MYL5 i COL1A1) koji su bili diferencijalno regulirani u prethodno treniranom mišiću u usporedbi s netreniranim mišićem nakon detreniranja. To sugerira potencijalno “molekularno pamćenje” na razini ekspresije gena, možda povezano s epigenetičkim modifikacijama kako je pokazala studija Seaborne. EGR1 stoji za “Early Growth Response 1” i transkripcijski je faktor koji je indiciran da igra ulogu u promicanju ekspresije gena uključenih u rast i popravak mišića. MYL5 stoji za Myosin Light Chain 5 i gen je koji kodira regulatorni protein lakih lanaca koji je dio miozinskog proteinskog kompleksa uključenog u mišićnu kontrakciju. COL1A1 stoji za Collagen Type I Alpha 1 Chain koji kodira glavni komponent tipa I kolagena, fibrilarni kolagen koji se nalazi u većini vezivnih tkiva, uključujući hrskavicu. Uzevši sve u obzir, čini se da trenutni dokazi ukazuju na transkripcijsku komponentu mišićnog pamćenja koja doprinosi poboljšanoj ekspresiji gena kako bi se promicala sinteza kontraktilnih i vezivnih tkiva.

 

Take home message!

Iako ova studija pruža mehanističke informacije koje pomažu razumjeti fiziologiju mišićnog pamćenja, prethodno trenirana ruka nije pokazala značajno veće dobitke u veličini i snazi kao odgovor na razdoblje ponovnog treninga. Drugim riječima, otpornost dodanih mišićnih jezgri iz prvog perioda treninga tijekom 16 tjedana detreniranja nije rezultirala većim dobitcima u veličini i snazi kao odgovor na ponovni trening u ovoj studiji. Iako je moguće da bi se razlike mogle pojaviti iz duljeg perioda treninga od 10 tjedana, ovi nalazi naglašavaju važnost prioritiziranja dosljednog treninga za maksimiziranje rasta i snage mišića tijekom vremena.

Ako trebate napraviti pauzu od treninga, ova studija može pružiti određeni mir jer ćete vjerojatno moći vratiti barem izgubljenu veličinu i snagu. Doista, mišići se čine da zadržavaju molekularno pamćenje prošlog treninga koje može podržati vašu sposobnost da vratite mišićnu masu i snagu kada nastavite trenirati u kraćem vremenu od vremena koje ste pauzirali s treningom (npr. 10 tjedana za vraćanje naspram 16 tjedana detreniranja). Potrebno je više istraživanja u različitim populacijama i tijekom duljih vremenskih horizonata kako bi se bolje razumio fenomen mišićnog pamćenja i njegove implikacije za praktičnu primjenu. Imajte na umu da je ova studija provedena na mladim, netreniranim pojedincima sa samo 10-tjednim periodima treninga i 16-tjednim razdobljem detreniranja te je uzimao u obzir samo biceps brachii mišić.

Konačno, redovito treniranje promicalo je povećanje broja mišićnih jezgri. Istraživači su izvijestili o značajnoj, negativnoj korelaciji između veličine domene mišićne stanice i promjena u fCSA. To ukazuje da svaka novo dodana jezgra može potencijalno potaknuti rast mišića. Da biste dodali više jezgri i promicali maksimalni rast mišića, čini se ključnim progresivno povećavati zahtjeve koje postavljate svojim mišićima kroz tehnike preopterećenja poput povećanja težine, ponavljanja i/ili izazovnih serija tijekom vremena. Imajući ovo na umu, korištenje povremenih razdoblja smanjenog opterećenja treninga (npr. deload) kako bi se podržao oporavak kada je potrebno, ima potencijal pripremiti mišić za daljnji rast. Habanje od preopterećujućeg treninga treba uravnotežiti s kvalitetnim periodima odmora. Budući da se dodatne jezgre iz tjedana zahtjevnog treninga čine otpornim na nekoliko tjedana detreniranja, uzimanje povremenog lakšeg tjedna ili dva može pomoći smanjiti preopterećenje i učestalost ozljeda tijekom vremena bez brige o gubitku svih svojih dobitaka.