Bez wątpienia napięcie mechaniczne będzie bardzo ważnym bodźcem dla indukowania mechanizmów hipertroficznych mięśnia. Nie ma sensu ich tutaj przytaczać – powstało wiele artykułów na ten temat. Pytanie co jeszcze będzie przyczyniać się do wzrostu naszej muskulatury. Dziś na tapetę mleczan, a może kwas mlekowy, a może kwas mleczny/mleczanowy.. no właśnie. Spróbuje dziś rozwiać wszelkie wątpliwości na temat tego związku i zobaczyć co literatura mówi odnośnie jego wpływu na jakże w tych czasach popularną hipertrofię mięśniową.
Historia mleczanu
Na początek warto zaznaczyć, że mleczan to sól kwasu mlekowego. Często pojęcia te są stosowane zamiennie. Kwas mlekowy jest w ponad 99% zdysocjowany na aniony La i protony (H+) przy fizjologicznym pH. Jest to kluczowe rozróżnienie i będzie to istotne przy czytanie tego artykułu. W 1780 roku niemieckojęzyczny szwedzki aptekarz i chemik Carl Wilhelm Scheele odkrył kwas mlekowy w.. kwaśnym mleku [1]. Między pierwszym odkryciem kwasu mlekowego w 1780 roku a badaniami przeprowadzonymi przez Fletchera i Hopkinsa w 1907 r., szczególnie popularnym odkryciem Berzeliusa z 1808 r. było podwyższone stężenie kwasu mlekowego w „mięśniach upolowanych jeleni”, a jego stężenie zależało od tego, jak blisko zwierzę zostało doprowadzone do wyczerpania [2]. Zasugerowało to, że związek ten może być produkowany w sytuacji intensywnego wysiłku. Zaczęto się więc zastanawiać po co i dlaczego? Jako, że zwierzę przy ucieczkę oczywiście się męczy można było zacząć teoretyzować, iż związek ten może być odpowiedzialny za zmęczenie. Tutaj warto wspomnieć, że mleczan jest jonem naładowanym ujemnie, więc po wyekstrahowaniu z krwi cząsteczka połączyłaby się z protonem, tworząc to, co wielu zna dzisiaj jako kwas mlekowy. Niestety, to historyczne nieporozumienie spowodowało, że laktat został oznaczony jako czynnik zmęczenia mięśni lub związek powodujące słynne „palenie” mięśni [3].
Przełomowe badanie przeprowadzone przez Fletchera i Hopkinsa w 1907 r. wykazało, że w spoczynku poziomy mleczanu w mięśniach płazów były niskie, podczas gdy podwyższony poziom tego związku obserwowano w przypadku bodźca wysiłkowego [4]. Wykazali również, że laktat gromadzi się do znacznie wysokich poziomów podczas stymulacji mięśni do zmęczenia i odkryli, że gdy zmęczone mięśnie są umieszczone w środowisku bogatym w tlen, mleczan następnie zanika [4]. W 1930 roku laureat Nagrody Nobla Otto Meyerhof zidentyfikował również akumulację laktatu i brak tlenu w ćwiczących mięśniach, co dało początek hipotezie, że powstawanie mleczanu jest wynikiem lub oznaką niedotlenienia.
Powstał więc nowy koncept – próg przemian beztlenowych, definiowany wówczas jako zużycie tlenu(VO2), przy którym współczynnik wymiany oddechowej nagle wzrósł w sposób nieliniowy podczas wprowadzania progresywnego przyrostowego intensywności w teście wysiłkowym. Następnie opracowano nieinwazyjną procedurę w celu zbadania związku między wydychanym przepływem powietrza (tj. CO2 vs. O2) a częstością akcji serca (HR) w różnych punktach czasowych, aby wskazać, kiedy „kwasica mleczanowa” występuje podczas ćwiczeń intensywnych. Inni badacze zastosowaliby bardziej bezpośrednie podejście do pomiaru krwi o różnej intensywności podczas ćwiczeń, w tym biopsję mięśnia obszernego bocznego (VL) i próbki krwi pobrane z płatka ucha lub palca wskazującego [5].
Dziś już wiemy, że produkcja mleczanu to nie tylko objaw niewystarczającej ilości tlenu, że nie tylko warunki hipoksji są odpowiedzialne za wytwarzanie końcowego produktu glikolizy beztlenowej. Dla przykładu kilka badań przeprowadzone przez Connett et al. (1983, 1984, 1986) [6-8] wykazali, że mleczan może akumulować się we włóknach wolno kurliczwych (oksydacyjnych, typu I) w warunkach całkowicie tlenowych, nie wyjaśniając przy tym ograniczonej przez tlen produkcji ATP w mitochondriach.
Smart Intra od testosterone.pl – poprawi Twoje wyniki treningowe
Metabolizm mleczanu
Metabolizm mleczanu na pierwszy rzut oka może wydawać się skomplikowany – przecież związek ten przez większość ludzi jest nawet źle nazywany, nieodłącznie kojarzy się z powstawaniem zakwasów, zmęczenia, a być może nawet z wyginięciem dinozaurów. Dla usystematyzowanie wiedzy, mleczan to nic innego jak końcowy produkt glikolizy beztlenowej, reakcji, która odpowiedzialna jest za wytwarzanie adenozynotrifosforanu (ATP) – bezpośredniego źródła energii dla skurczu mięśnia. Reakcja ta zachodzi bez koniecznej obecności tlenu – innymi słowy gdy nasz wysiłek staje się wysoko-intensywny. W skrócie, glikoliza to 10-etapowa sekwencja reakcji enzymatycznych zachodzących w cytoplazmie komórek, w wyniku których powstają dwie cząsteczki pirogronianu lub dwie cząsteczki mleczanu. Warto zauważyć, że poprzednie prace sugerują, że laktat jest prawie zawsze końcowym produktem glikolizy. Podczas glikolizy jedna cząsteczka glukozy powoduje powstanie dwóch bogatych w energię ATP wytworzonych z dwóch adenozynodifosforanów (ADP) i dwóch NADH wytworzonych z redukcji NAD+. Jeśli szlak glikolityczny zaczyna się od cząsteczki glikogenu, powstają trzy ATP – wynika to z ufosforylowania substartu (glukozo-6-fosforan) [9,10]. Ostatnia reakcja glikolizy jest katalizowana przez enzym dehydrogenazy mleczanowej (LDH).
Wiecej niż produkt glikolizy – hipoteza lactate shuttle
Mleczan jest produkowany w cytozolu, komórki zarówno w spoczynku jak i wysiłku. Laktat można traktować jako nośnik łączący metabolizm glikolityczny i oksydacyjny między komórkami, które są „wytwornikami i konsumentami” jonów mleczanu” we wszystkich tkankach i narządach. Glikoliza może wystąpić w obu typach komórek, chociaż stężenie mleczanu jest największe w wysoce glikolitycznych komórkach produkujących (tj. włóknach mięśniowych typu IIa i typu IIx), a najniższe w komórkach konsumenckich o wysokim stopniu utleniania (tj. włóknach mięśniowych typu I). Stężenie soli kwasu mlekowego we krwi definiuje się jako różnicę między akumulacją a usuwaniem mleczanu we krwi [11]. W mięśniach występują specjalne transportery MCT – to dzięki nim (MCT1 i MCT4) mleczan oraz jony wodorowe mogą wydostawać się do krwi. Laktat, który przedostał się do cyrkulacji może następnie trafiać do innych tkanek i narządów jak wątroba, serce, nieaktywne mięśnie czy nawet mózg [12]. Następnie związek produkowany w procesie glikolizy może zostać wykorzystany ponownie jako energia np. w cyklu kwasu cytrynowego – kolejnej reakcji, której zadaniem jest wytworzenie ATP dla pracujących mięśni. Do tego dodać należy wymianę mleczanu pomiędzy neuronami i astrocytami – jednak to temat na osobny artykuł.
WPC80 od testosterone.pl – pomoc w budowaniu mięśni
Mleczan i hipertrofia?
Produkcja mleczanu w czasie wysiłku może przyczyniać się następnie do podwyższenia poziomu testosteronu – hormonu, który produkowany jest przez komórki Leydiga w jądrach, stymulowana mleczanem produkcja cAMP może przyczyniać się do wzrostu wcześniej wspomnianej produkcji. Testosteron jest uważany za hormon anaboliczny, odgrywający główną rolę w kinazy mTOR, czyli ważnego regulatora syntezy białek mięśniowych [MPS] [14,15]. Bardzo ważne jest jednak, że nie wykazano, aby endogennie podwyższony poziom testosteronu po treningu oporowym miał znaczący wpływ na hipertrofię mięśni [16]. Co więcej, potrzeba więcej badań u ludzi by sprawdzić dokładnie jak mleczan przyczynia się u nich do podwyższenia poziomu testosteronu. W związku z tym na tą chwilę ten mechanizm raczej nie wydaje się być przekonywujący pod kątem stymulacji wzrostu masy mięśniowej u ludzi.
Kolejnym aspektem będzie wpływ na ekspresję genów – to z reguły na tym bazują adaptacje treningowe. Jak dotąd, w kontekście mięśni szkieletowych, rola mleczanu w modyfikacji histonów, a także metylacji DNA i tłumienia genów związanych z nc-RNA pozostaje niejasna, dlatego jest to obszar, którym z pewnością w przyszłości nauka będzie musiała się zająć.
Jednym z potencjalnych mechanizmów, na które może wpływać mleczan, jest miogeneza komórek mięśniowych. Krótko mówiąc, miogeneza to proces, w którym powstają nowe komórki mięśniowe. Wiadomo, że proces ten zachodzi w komórkach embrionalnych (tj. embriogeneza). Miogeneza obejmuje proces, w którym aktywowane są komórki satelitarne specyficzne dla mięśni szkieletowych co kończy ich stan spoczynku i wchodzi w cykl komórkowy. Komórki satelitarne następnie różnicują się w mioblasty, które mogą łączyć się z uszkodzonymi włóknami mięśniowymi lub mogą nawet potencjalnie pomagać w rozwoju nowych włókien mięśniowych w celu przebudowy tkanki mięśniowej [17-19]. Bezpośredni mechanizm wpływu mleczanu na miogeneze mięśniową pozostaje niejasny. Być może chroniczna ekspozycja organizmu na mleczan będzie wpływać na komórki satelitarne i w konsekwencji przyczyniać się do przerostu mięśni szkieletowych.
Kreatyna od testosterone.pl – poprawi Twoje zdolności wysiłkowe oraz regeneracyjne
A zatem?
Systemy energetyczne ( w tym wypadku glikoliza) dostarczają ATP w celu wsparcia wymaganego zapotrzebowania energetycznego pracujących mięśni podczas treningu oporowego. Trening zorientowany na hipertrofię opiera się na glikolizie, co w konsekwencji zwiększa produkcje mleczanu. Niektóre dowody sugerują, że glikoliza może regulować sygnalizację mTOR, a także sygnalizację mTOR/4E-BP1 indukowaną skurczami mięśni, jednak sygnalizacja mięśniowej syntezy białek i mTOR/p70SK6 jest indukowana przez pracę skurczu mięśni niezależnie od glikolizy [21]. Powszechnie uważa się, że to napięcie mechaniczne będzie kluczowym aspektem w kontekście wpływu na hipertrofię i tak naprawdę trudno się z tym nie zgodzić. Pamiętać należy, że znaczące napięcie mechaniczne nie będzie z reguły możliwe do osiągnięcia bez gromadzenia się niektórych metabolitów, w tym mleczanu. Oczywiście w tym wszystkim musi być także logika – gdyby to mleczan był głównym zapalnikiem stymulującym hipertrofie wtedy to np. trening interwałowy nawet niekoniecznie z użyciem obciążenia zewnętrznego byłby najskuteczniejszy w treningu pod kątem hipertrofii. W związku z tym napięcie mechaniczne oczywiście pozostaje w tym aspekcie bardzo istotne, pytanie jednak jest w jaki sposób i czy w ogóle mleczan może podnosić nasze efekty pracy na siłowni. Z pewnością będzie to ciekawy kierunek, w którym warto by przeprowadzać badania. Mleczan wiele lat był uznawany za największe zło, jednak w obecnych czasach jego rola w naszym organizmie stale się rozszerza- oczywiście na skutek rozwoju nauki.
[1] Benninga, H.A. A History of Lactic Acid Making; Kluwer Academic Publishers: Amsterdam, the Netherlands, 1990; Volume 1.
[2] Brooks, G.A.; Gladden, L.B. The Metabolic Systems: Anaerobic Metabolism (Glycolytic and Phosphagen). In Exercise Physiology; American Psychological Association: Oxford, 2003; pp. 322–360. doi.org/10.1007/978-1-4614-7543-9_8.
[3] Hall, M.M.; Rajasekaran, S.; Thomsen, T.W.; Peterson, A.R. Lactate: Friend or Foe. PMR 2016, 8, S8–S15. doi.org/10.1016/j.pmrj.2015.10.018
[4] Fletcher, W.M.; Hopkins, F.G. Lactic Acid in Amphibian Muscle1J. Physiol. 1907, 35, 247–309. doi.org/10.1113/jphysiol.1907.sp001194.
[5] Gladden, L.B. Lactate Metabolism: A New Paradigm for the Third Millennium. J. Physiol. 2004, 558, 5–30. doi.org/10.1113/jphysiol.2003.058701
[6] Connett, R.J.; Gayeski, T.E.J.; Honig, C.R. Lactate Production in a Pure Red Muscle in Absence of Anoxia: Mechanisms and Significance. Adv. Exp. Med. Biol. 1983, 159, 327–335. doi.org/10.1007/978-1-4684-7790-0_28.
[7] Connett, R.J.; Gayeski, T.E.; Honig, C.R. Lactate Accumulation in Fully Aerobic, Working, Dog Gracilis Muscle. Am. J. Physiol. – Heart Circ. Physiol. 1984, 246, H120–H128. doi.org/10.1152/ajpheart.1984.246.1.h120.
[8] Connett, R.J.; Gayeski, T.E.; Honig, C.R. Lactate Efflux Is Unrelated to Intracellular PO2 in a Working Red Muscle in Situ. J. Appl. Physiol. 1986, 61, 402–408. doi.org/10.1152/jappl.1986.61.2.402.
[9] Rogatzki, M.J.; Ferguson, B.S.; Goodwin, M.L.; Gladden, L.B. Lactate Is Always the End Product of Glycolysis. Front. Neurosci. 2015, 9, 22. doi.org/10.3389/fnins.2015.00022.
[10] Robergs, R.A.; McNulty, C.R.; Minett, G.M.; Holland, J.; Trajano, G. Lactate, Not Lactic Acid, Is Produced by Cellular Cytosolic Energy Catabolism. Physiology 2018, 33, 10–12. doi.org/10.1152/physiol.00033.2017
[11] Bonen, A. The Expression of Lactate Transporters (MCT1 and MCT4) in Heart and Muscle. Eur. J. Appl. Physiol. 2001, 86, 6–11. doi.org/10.1007/s004210100516
[12] Ide, K.; Secher, N.H. Cerebral Blood Flow and Metabolism during Exercise. Prog. Neurobiol. 2000, 61, 397–414. doi.org/10.1016/s0301-008200057-x.
[13] Cumming, D.C.; Brunsting, L.A.; Strich, G.I.; Ries, A.L.; Rebar, R.W. Reproductive Hormone Increases in Response to Acute Exercise in Men. Med. Sci. Sports Exerc. 1986, 18, 369–373.
[14] Wang, X.; Proud, C.G. The MTOR Pathway in the Control of Protein Synthesis. Physiology 2006, 21, 362–369. doi.org/10.1152/physiol.00024.2006.
[15] White, J.P.; Gao, S.; Puppa, M.J.; Sato, S.; Welle, S.L.; Carson, J.A. Testosterone Regulation of Akt/MTORC1/FoxO3a Signaling in Skeletal Muscle. Mol. Cell. Endocrinol. 2013, 365, 174–186. doi.org/10.1016/j.mce.2012.10.019.
[16] Morton, R.W.; Sato, K.; Gallaugher, M.P.B.; Oikawa, S.Y.; McNicholas, P.D.; Fujita, S.; Phillips, S.M. Muscle Androgen Receptor Content but Not Systemic Hormones Is Associated with Resistance Training-Induced Skeletal Muscle Hypertrophy in Healthy, Young Men. Front. Physiol. 2018, 9, 1373. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01373.
[17] Oishi, Y.; Tsukamoto, H.; Yokokawa, T.; Hirotsu, K.; Shimazu, M.; Uchida, K.; Tomi, H.; Higashida, K.; Iwanaka, N.; Hashimoto, T. Mixed Lactate and Caffeine Compound Increases Satellite Cell Activity and Anabolic Signals for Muscle Hypertrophy. J. Appl. Physiol. 2015, 118, 742–749. doi.org/10.1152/japplphysiol.00054.2014.
[19] Bentzinger, C.F.; Wang, Y.X.; Rudnicki, M.A. Building Muscle: Molecular Regulation of Myogenesis. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012, 4, a008342. doi.org/10.1101/cshperspect.a008342.
[20] Friedrichs, M.; Wirsdöerfer, F.; Flohé, S.B.; Schneider, S.; Wuelling, M.; Vortkamp, A. BMP Signaling Balances Proliferation and Differentiation of Muscle Satellite Cell Descendants. BMC Cell Biol. 2011, 12, 26. doi.org/10.1186/1471-2121-12-26.
[21] Suginohara, T.; Wakabayashi, K.; Ato, S.; Ogasawara, R. Effect of 2-Deoxyglucose-Mediated Inhibition of Glycolysis on the Regulation of MTOR Signaling and Protein Synthesis before and after High-Intensity Muscle Contraction. Metabolism 2021, 114, 154419. doi.org/10.1016/j.metabol.2020.154419.
