Matematica ne ajuta să ne refacem mușchii

Cercetătorii au dezvoltat un model matematic care poate prezice regimul optim de exerciții pentru construirea mușchilor.

Cercetătorii, de la Universitatea din Cambridge, au folosit metode de biofizică teoretică pentru a construi modelul , care poate spune cât de mult o anumită cantitate de efort va determina creșterea unui mușchi și cât va dura. Modelul ar putea sta la baza unui produs software, în care utilizatorii ar putea să-și optimizeze regimurile de exercițiu introducând câteva detalii ale fiziologiei lor individuale.

Modelul se bazează pe lucrările anterioare realizate de aceeași echipă, care a constatat că o componentă a mușchiului numită titină este responsabilă pentru generarea semnalelor chimice care afectează creșterea musculară.

Rezultatele, raportate în Biophysical Journal , sugerează că există o greutate optimă la care să efectueze antrenament de rezistență pentru fiecare persoană și pentru fiecare țintă de creștere musculară. Mușchii pot fi aproape de încărcătura maximă doar pentru o perioadă foarte scurtă de timp și sarcina integrată în timp activează calea de semnalizare a celulei care duce la sinteza proteinelor musculare noi. Dar sub o anumită valoare, sarcina este insuficientă pentru a provoca multă semnalizare, iar timpul de exercițiu ar trebui să crească exponențial pentru a compensa. Valoarea acestei sarcini critice depinde probabil de fiziologia particulară a individului.

Știm cu toții că exercițiile fizice construiesc mușchi. Sau noi? „În mod surprinzător, nu se știu prea multe despre motivul sau modul în care exercițiile fizice construiesc mușchii: există o mulțime de cunoștințe anecdotice și înțelepciune dobândită, dar foarte puțin în ceea ce privește datele dure sau dovedite”, a spus profesorul Eugene Terentjev de la Cambridge Cavendish Laboratory, unul dintre autorii lucrării.

La exerciții, cu cât greutățile folosite sunt mai mari, cu cât se fac mai multe repetări și frecvența este mai mare, cu atât crește dimensiunea mușchilor. Cu toate acestea, chiar și atunci când privim întregul mușchi, de ce sau cât de mult se întâmplă acest lucru nu se știe. Răspunsurile la ambele întrebări devin și mai complicate, deoarece accentul se reduce la un singur mușchi sau la fibrele sale individuale.

Mușchii sunt compuși din filamente individuale, care au doar 2 micrometri lungime și mai puțin de un micrometru lățime, mai mici decât dimensiunea celulei musculare. Din aceasta cauza, o parte din explicația creșterii musculare trebuie să fie la scară moleculară, a spus co-autorul Neil Ibata. „Interacțiunile dintre principalele molecule structurale din mușchi au fost realizate doar în urmă cu aproximativ 50 de ani. Modul în care proteinele mai mici se încadrează în imagine nu este încă pe deplin clar”.

Acest lucru se datorează faptului că datele sunt foarte dificil de obținut: oamenii diferă foarte mult prin fiziologie și comportament, ceea ce face aproape imposibil efectuarea unui experiment controlat asupra modificărilor dimensiunii mușchilor la o persoană reală. „Puteți extrage celulele musculare și le puteți privi individual, dar asta ignoră alte probleme, cum ar fi nivelul de oxigen și glucoză în timpul exercițiului”, a spus Terentjev. „Este foarte greu să privim totul în ansamblu”.

Terentjev și colegii săi au început să se uite la mecanismele mecanosensibilizării – capacitatea celulelor de a simți indicii mecanici în mediul lor – în urmă cu câțiva ani. Cercetarea a fost observată de Institutul Englez de Sport, care era interesat dacă s-ar putea referi la observațiile lor în reabilitarea musculară. Împreună, au descoperit că hiperatrofia musculară era direct legată de lucrarea de la Cambridge.

În 2018 cercetatorii au descoperit că principalii constituenți ai mușchilor, actina și miozina, nu au site-uri de legare pentru moleculele de semnalizare, așa că trebuia să fie a treia cea mai abundentă componentă musculară – titina – care era responsabilă pentru semnalizarea modificărilor forței aplicate.

Titina este o proteină gigantică, o mare parte din care este extinsă atunci când un mușchi este întins, dar o mică parte a moleculei este, de asemenea, sub tensiune în timpul contracției musculare. Această parte a titinei conține așa-numitul domeniu titin kinază, care este cel care generează semnalul chimic care afectează creșterea musculară.

Cel mai probabil molecula se deschide dacă se aplică mai multă forță sau dacă este menținută sub aceeași forță mai mult timp. Ambele condiții vor crește numărul de molecule de semnalizare activate. Aceste molecule induc apoi sinteza mai multor ARN mesager, ducând la producerea de noi proteine ​​musculare, iar secțiunea transversală a celulei musculare crește.

Apoi au făcut modelul mai complex prin includerea de informații suplimentare, cum ar fi schimbul de energie metabolică, precum și durata repetării și recuperarea. Modelul a fost validat folosind studii pe termen lung anterioare privind hipertrofia musculară.

„Una dintre provocările în pregătirea sportivilor de elită este cerința comună pentru maximizarea adaptărilor, echilibrând în același timp compromisurile asociate, cum ar fi costurile cu energia”, a spus Fionn MacPartlin, antrenor senior pentru rezistență și condiționare la English Institute of Sport. Această lucrare ne oferă mai multă perspectivă asupra mecanismelor potențiale ale modului in care mușchii simt si răspund la sarcina, ceea ce ne poate ajuta mai specific.

Modelul abordează, de asemenea, problema atrofiei musculare, care apare în perioade lungi de repaus la pat sau pentru astronauții în microgravitație, arătând atât cât își poate permite un mușchi să rămână inactiv înainte de a începe să se deterioreze, cât și regimul optim de recuperare.

În cele din urmă, cercetătorii speră să producă o aplicație software ușor de utilizat, care ar putea oferi regimuri de exerciții individualizate pentru obiective specifice. Cercetătorii speră, de asemenea, să-și îmbunătățească modelul extinzându-și analiza cu date detaliate atât pentru bărbați, cât și pentru femei, deoarece multe studii de exerciții fizice sunt puternic părtinitoare față de sportivii de sex masculin (altfel spus, prea ușoare).

Găsiți mai multe amănunte aici.

Articol de Simona Tanase