Митохондрии: что это и как они работают при беге

Митохондрии. Наверняка каждый, кто серьёзно увлекается бегом, слышал это слово и знает, что от митохондрий зависят выносливость и результаты в беге. Но как это работает — для многих остаётся загадкой.

Что такое митохондрии, как они влияют на спортивные результаты и, главное, можно ли увеличить их количество и как это сделать, рассказываем в статье.

Что такое митохондрии и зачем они нужны бегунам

Митохондрии — это органеллы клетки, основная задача которых — выработка энергии. Этакие «энергетические станции». Именно такое определение можно встретить в большинстве источников.

Но какую энергию они вырабатывают? Как? Для чего она организму? Для понимания процесса копнём немного глубже и коснёмся биохимических процессов, происходящих в клетках.

Механизм мышечного сокращения

Мы двигаемся благодаря тому, что мышцы, сокращаясь, двигают кости друг относительно друга. Скелетные мышцы состоят из длинных клеток, миоцитов, достигающих нескольких сантиметров в длину, которые, в свою очередь, состоят из миофибрилл, включающих нити актина и миозина.

Во время сокращения мышцы эти нити скользят друг относительно друга: на миозиновых нитях есть специальные головки, которые как бы цепляются за актин в центрах связывания и подтягивают его. В состоянии покоя эти центры закрыты тропонином, и «сцепления» актина и миозина не происходит. 

АТФ — волшебные 3 буквы

Чтобы актин связывался с миозином и происходило сокращение, нам и нужна энергия. Но энергия в организме находится не в каком-то абстрактном виде, а в виде высокоэнергетических связей молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). 

Когда поступает нервный импульс (сигнал от мозга к мышце —  «сокращайся»), а буквально — разряд тока, концентрация ионов кальция вблизи миофибрилл повышается. Он связывается с тропонином, и участки связывания на актине открываются.

И вот настаёт черед АТФ. Молекула АТФ расщепляется на АДФ (аденозиндифосфат) и фосфат, а в результате этого выделяется энергия, благодаря которой осуществляется связь актина с миозином и то самое «скольжение» нитей.

Как митохондрии производят энергию

Наконец, мы подобрались к главному вопросу — зачем нам митохондрии. Дело в том, что АТФ не появляется из ниоткуда. Она образуется в митохондриях из углеводов и жиров при участии кислорода. Этот сложный процесс называется окислительным фосфорилированием.

Очевидный для всех момент: чтобы жить, нужно дышать и есть. Но вот вопрос, зачем именно это нужно, может поставить в тупик. Так вот, одна из функций поступающей в организм пищи и кислорода — превращение в АТФ, из которой потом образуется энергия, необходимая для функционирования организма. 

Любая физическая активность продолжительностью более 2-3 минут обеспечивается преимущественно за счёт окисления (аэробный механизм энергообеспечения), поэтому митохондрии нужны бегунам, а от их количества и качества работы во многом зависит выносливость и, соответственно, результаты.

Что ещё делают митохондрии

Производство энергии — основная, но не единственная функция митохондрий. Перечислим ниже, что ещё они делают.

• Утилизируют лактат

Одна из причин развития утомления и невозможности продолжать физическую активность заданной интенсивности — накопление лактата. Поэтому чаще всего лактат воспринимается как ненужный клеточный «отход».

Однако он является активным клеточным метаболитом, который может использоваться для ресинтеза глюкозы в клетках печени, а также участвовать в энергетическом обмене клеток, окисляясь непосредственно в митохондриях.

• Участвуют в гомеостазе кальция

Благодаря своему расположению рядом с кальциевыми каналами в мембране клеток, митохондрии играют важную роль в гомеостазе кальция, который необходим для мышечного сокращения в том числе.

• Играют важную роль в иммунной системе

Различные компоненты митохондрий выступают в качестве иммуностимуляторов, активируют противовоспалительные процессы, являются частью врождённого иммунного ответа, ответственного за антимикробную защиту хозяина.

Как митохондрии влияют на выносливость и спортивные результаты

Митохондрии оказывают непосредственное влияние на выносливость и результаты в беге. Достигается это благодаря тому, что:

• Митохондрии производят энергию, необходимую для работы мышц во время аэробной нагрузки.

Соответственно, чем больше митохондрий в клетках и чем выше активность ферментов, участвующих в реакциях, в них протекающих, тем лучше мышцы обеспечиваются энергией и тем выше выносливость.

• Митохондрии препятствуют накоплению лактата, используя его в качестве «топлива» для производства энергии.

Это позволяет несколько отсрочить закисление и, соответственно, продолжать бег.

Как тренировки влияют на митохондрии

Возникает резонный вопрос: если митохондрии так нужны и важны, можно ли на них как-то повлиять? Ответ — да, количество и размер митохондрий увеличивается под влиянием тренировок. 

Основная цель любого тренировочного процесса — запустить адаптационные изменения в организме. Адаптацией к тренировкам на выносливость будет совокупность изменений, позволяющих дольше выполнять физическую работу заданной интенсивности (применительно к бегу — например, бежать дольше и быстрее на том же пульсе). 

Заключается она в изменениях как на уровне систем, отвечающих за получение кислорода из воздуха и доставку его к мышцам, так и на клеточном уровне, где происходит его использование: мало просто получить кислород, нужно его ещё и эффективно использовать. И последнее как раз происходит в митохондриях.

Чтобы «прокачать» митохондрии, нужны разные виды тренировок.

Аэробные тренировки

Это основа. Именно они позволяют увеличить количество и плотность митохондрий, повышая тем самым выносливость. Выполнять их следует во 2-ой пульсовой зоне.

Высокоинтенсивные интервальные тренировки (HIIT)

Применительно к бегу — это те самые интервалы. Дело в том, что во время низкоинтенсивных аэробных тренировок задействуются в основном окислительные мышечные волокна, и рано или поздно наступает момент, когда они достигают максимальной степени аэробной подготовленности. Образование новых митохондриальных структур становится уже невозможным. 

Это говорит о том, что для подготовленных спортсменов только низкоинтенсивные тренировки уже неэффективны, нужно использовать другие виды нагрузки, чтобы тренировать другие типы мышечных волокон.

Гипоксические тренировки

Тренировки в среднегорье давно зарекомендовали себя как средство повышения выносливости у спортсменов циклических видов. Адаптация к гипоксии происходит на клеточном уровне: растёт количество митохондрий и их объём, повышается количество митохондриальных ферментов и скорость фосфорилирования, увеличивается способность митохондрий использовать кислород.

Получить аналогичный эффект можно и не выезжая в горы, а используя гипоксические интервальные тренировки на специальных аппаратах, во время которых чередуются чётко выверенные по времени интервалы гипоксии и гипероксии

Силовые тренировки

Казалось бы, их влияние на митохондрии неочевидно, но есть исследования, подтверждающие положительное влияние силовых тренировок на рост митохондрий и синтез АТФ.

Получается, что для того, чтобы «прокачать» митохондрии, нужно выполнять различные виды тренировок, а не только длительные пробежки умеренной интенсивности. Это вполне соответствует общим принципам построения тренировочных планов у бегунов, куда мы включаем не только медленный бег, но и всевозможные интервалы, переменный бег.

Сколько нужно бегать, чтобы «прокачать» митохондрии

Ну и самое главное. Как быстро митохондрии адаптируются к тренировкам и сколько нужно бегать, чтобы увеличить их количество?

В целом адаптация к любому виду тренировок происходит 2-4 месяца. Это то минимальное время, которое нужно всем системам организма на перестройку, вплоть до клеточного уровня, и спустя которое вы заметите результаты. Согласно исследованиям, при регулярных тренировках количество митохондрий может увеличиться до 50%. 

Если вы начинаете бегать с нуля, то поначалу, а именно в эти 2-4 месяца, для прогресса и адаптации всех систем к нагрузкам, в том числе и для того, чтобы увеличить количество митохондрий, достаточно только медленного бега. Монотонный бег на низком пульсе — это та база, которая «прокачивает» общую выносливость и растит митохондрии.

Подробнее об этом: Бег на низком пульсе: как и зачем тренироваться с низкой интенсивностью

Однако по мере того, как организм адаптируется к такому бегу, только его будет уже недостаточно. Нужно добавлять другие виды беговых тренировок.

Как ещё увеличить количество митохондрий

Помимо тренировок, митохондрии чувствительны к питанию и образу жизни. Далее перечислим, что для них полезно.

1. Качественное полноценное питание

Ограничение простых углеводов в рационе, исключение трансжиров, употребление клетчатки, витаминов (особенно группы B, C, D, K), минералов (цинк, селен, железо), омега-3, антиоксидантов (они содержатся, например, в зелёном чае, куркуме, кофе, винограде, чесноке).

2. Переключение субстратов

Режим питания, когда мы переключаемся с одного источника на другой, то есть с углеводов на жиры и обратно, а не употребляем преимущественно углеводы постоянно. Это развивает метаболическую пластичность митохондрий и повышает эффективность их работы.

3. Интервальное голодание

Даже 10-12 часов между приёмами пищи уже будут положительно влиять на митохондрии. Это не так сложно: достаточно ужинать за 3-4 часа до сна.

Это интересно: Интервальное питание для спортсменов: да или нет?

4. Сон

Минимум 7-9 часов сна ежедневно, желательно с отбоем до полуночи.

5. Восстановление

Больше тренировок не значит лучше. Нужно соблюдать баланс между нагрузками и отдыхом, ведь избыточные нагрузки, наоборот, разрушают митохондрии.

Пригодится: 14 советов по восстановлению после бега

6. Свежий воздух

Митохондриям нужен кислород, поэтому регулярные прогулки на свежем воздухе необходимы.

А вот список того, что митохондрии не любят и что сокращает их количество:

• Вредные привычки (алкоголь, курение)
• Неправильное питание (избыток жиров, простых углеводов)
• Недостаток сна
• Низкий уровень физической активности
• Токсины (в том числе, из окружающей среды)
• Эндокринные нарушения (в первую очередь, дисфункция щитовидной железы, избыток инсулина)
• Стрессы
• Инфекционные заболевания

Как можно видеть, для митохондрий не нужно ничего экстраординарного: ответственное отношение к себе и своему здоровью, обычный ЗОЖ без перегибов. 

Как понять, что митохондрии работают эффективно

Митохондрии — это не просто места, где производится энергия, это органеллы, которые участвуют и регулируют многие обменные процессы в организме. Соответственно, сбой в их работе отражается на всех системах.

Точно оценить состояние митохондрий можно только в лабораторных условиях (самый точный метод — биопсия). Однако если с ними что-то не так, вы это почувствуете: отсутствие энергии, хроническая усталость, мышечная слабость или боли, неврологические и метаболические нарушения, проблемы с сердцем.

Если же, наоборот, вы бодры, полны сил и энергии, не жалуетесь на проблемы со здоровьем, то, скорее всего, и с митохондриями у вас проблем нет.

Как влияют перерывы в тренировках на митохондрии

Как мы отметили выше, митохондрии не любят отсутствие физической активности. На этом моменте остановимся поподробнее.

Под влиянием тренировок растёт количество и масса митохондрий. Но это работает и в обратную сторону: как только мы прекращаем тренировки, происходит «откат» до заводских настроек, и количество митохондрий возвращается к обычному уровню.

К сожалению, это происходит довольно быстро. Уже через 10 дней после прекращения тренировок количество митохондрий начинает снижаться, падает активность ферментов и, соответственно, окислительные способности мышц. Проявляется это снижением выносливости: бежится тяжелее, пульс выше на том же темпе, приходится снижать объёмы и интенсивность бега, чтобы остаться в нужных пульсовых зонах. 

5-6 недель отсутствия физической активности приводят к снижению плотности митохондрий на 20-40%. Что интересно, спустя 8 и 35 дней снижение примерно одинаково, то есть сильное падение показателей происходит в первую неделю после прекращения тренировок, далее идёт более плавное снижение.

Через 10-12 недель после прекращения занятий (то есть те же 2-3 месяца, что уходят на адаптацию и выращивание митохондрий) происходит фактическое возвращение к исходному уровню.

Правда ли, что с возрастом снижается эффективность митохондрий

Механизмы старения активно изучаются в последние годы с целью найти волшебную таблетку, которая поможет жить долго и счастливо. Одно из направлений — исследование митохондрий, которые влияют на процессы старения. 

Существует мнение, что именно снижение выработки АТФ в митохондриях лежит в основе старения и многих заболеваний. Митохондриальная дисфункция участвует в развитии онкологии, болезней Альцгеймера и Паркинсона, сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, тревожных расстройств.

Дегенеративные изменения в митохондриях начинаются ещё задолго до появления симптомов старения или заболеваний, поэтому важно работать на их предупреждение.

Дело в том, что в ходе работы митохондрий образуется, так скажем, побочный продукт — АФК (активные формы кислорода), который приводит к повреждению клеток. Избыток АФК нейтрализуется антиоксидантами. Какое-то их количество есть в организме, но с возрастом эффективность антиоксидантной системы снижается, и повреждения клеток накапливаются, вызывая старение.

Другой механизм разрушения митохондрий — мутации. Митохондрия — сложная штука, которая даже имеет свою ДНК. Так вот, с возрастом мутации накапливаются, что и приводит к гибели клеток и старению.

Третий и, пожалуй, самый очевидный механизм уменьшения выработки митохондриальной АТФ с возрастом — банальное снижение мышечной массы. Чем меньше мышц, тем меньше митохондрий в них. Но здесь виноват не столько возраст, сколько образ жизни.

Помогает ли бег предотвратить старение

Если два первых механизма старения ещё плохо изучены и не до конца доказаны, то с третьим мы в силах побороться. Нормальный уровень физической активности, поддержание мышечной массы, качественное питание и сон, минимизация стрессов, насколько это возможно, — вот простой, но действенный рецепт долголетия. 

И это подтверждают исследования. Так, в исследовании NHANES 2023 года изучалась взаимосвязь между количеством времени, которое человек тратит на бег трусцой или обычный бег каждую неделю, и длиной теломер лейкоцитов (концевые участки хромосом) у 4458 случайно выбранных взрослых жителей США. 

Длина теломер — хороший показатель клеточного старения. Более длинные теломеры свидетельствуют о более долгой жизни, а здоровый образ жизни связан с более длинными теломерами.

Так вот, если заниматься бегом трусцой и/или бегом не менее 75 минут в неделю, теломеры будут длиннее, чем при отсутствии пробежек. Более того, биологический возраст бегунов оказался в среднем на 12 лет меньше. То есть бег действительно помогает затормозить процессы старения.

Итоги

Митохондрии — это части клеток, вырабатывающие энергию, которая нужна не только для бега, но и просто для жизни. От количества и эффективности работы митохондрий зависят общая выносливость и активность, иммунитет. Они помогают лучше восстанавливаться и замедляют процессы старения.

Митохондрии можно вырастить с помощью тренировок: аэробные нагрузки умеренной интенсивности, высокоинтенсивные тренировки, гипоксические и даже силовые — всё это способствует увеличению митохондриальной сети.

Поддержать митохондрии очень просто и сложно одновременно. Многочисленные исследования приходят всё к тому же рецепту: адекватная физическая активность, свежий воздух, качественное питание и сон.