A harántcsíkolt vázizom méretének növelése

A harántcsíkolt izomrostban vannak kontraktilis (összehúzódásra képes) összetevők, a miofibrillumok, valamint van az ezeket körülvevő kontrakcióra nem képes folyadék, a szarkoplazma, és van egy, az egész izomsejt stabilitását biztosító (strukturális) dinamikus fehérje-vázrendszer, a citoszkeletális rendszer.

A miofibrillum az izomrost összehúzódásra képes szerkezeti és funkcionális alapegysége, amely szarkomerekből épül fel.

• A szarkomer az izom legkisebb funkcionális egysége. Alapja két izomfehérje, az aktin és a miozin, melyek az izom hosszirányában felváltva követik egymást, és az izom összehúzódásakor egymásba csúsznak.

A szarkoplazma az izomrost összehúzódásra nem képes sejtplazmája, amely a miofibrillumok közti teret tölti ki. Tartalmazza a raktározott tápanyagokat (glikogén, trigliceridek, kreatin-foszfát, adenozin-trifoszfát), ionokat, számos enzimet és fehérjét (ún. nem kontraktilis, tehát összehúzódásra képtelen fehérjét). A szarkoplazmában találhatóak a mitokondriumok is, melyek az energia előállításában és elraktározásában játszanak szerepet, ill. a szarkoplazma részét képezi az izomban megkötött víz is.

Az izomsejt felépítéséről bővebben itt.

A kifejlett vázizom-rostok posztmitotikus syncytiumnak (nem osztódó, több sejtmagot tartalmazó sejtegység) tekinthetők és terminálisan differenciáltak (felvették a sejttípusra jellemző morfológiai és funkcionális jellegeket), de korántsem állandóak. Továbbra is alkalmazkodnak a külső/belső környezeti hatásokhoz (pl. a beidegzés változása, terhelés, hormonok, növekedési faktorok).

• Az élő szervezetekben a sejtek anyagcseréjét, differenciálódását és működését a sejt genetikai anyagán kívül a sejt és környezete között lejátszódó kölcsönhatások határozzák meg.

Az izmok igénybevételhez való alkalmazkodását különböző jelutak szabályozzák, amelyek által lehetővé válik, hogy az izomsejt reagáljon az anyagcsere-igény változásaira és a funkcionális igényekre.

Hipertrófia

Hipertrófiának vagy túltengésnek nevezzük, amikor egy szövet térfogata megnő anélkül, hogy a sejtek száma lényegesen nőne. Az izomhipertrófiát elsősorban az izom keresztmetszetére vonatkoztatjuk, az izomrostok vastagodnak, viszont azok száma nem növekedik.

A harántcsíkolt vázizom hipertrófiája természetes úton két módon valósulhat meg. Az egyik a funkcionális izomtömeg növekedése (miofibrilláris hipertrófia), a másik a szarkoplazma mennyiségének növekedése (szarkoplazmatikus hipertrófia).

• Az izomrost méretét és minőségét (izomsűrűség) a miofibrillumok és a szarkoplazma együttes mérete és aránya határozza meg.

Damas és munkatársai (2018) szerint az "igazi" hipertrófia a kontraktilis és strukturális izomfehérjék felhalmozódása az izomrostokkal párhuzamosan, azaz a miofibrilláris hipertrófia.

Miofibrilláris hipertrófia

A fitness mainstreamben evidenciaként kezelt az a leegyszerűsített nézet, miszerint az izomnövekedés a fokozott fehérjeszintézis és a csökkent fehérjebontás következménye.

• A testmozgás elősegíti az új fehérjék szintézisét, de egyidejűleg aktiválja az autofágia/lizoszóma, ill. az ubiquitin/proteaszóma lebontó-rendszereket is (Grumati és munkatársai, 2011).

A szervezet fehérjeállományának nagy része folyamatosan megújul, a fehérjék lebomlanak és szintetizálódnak. A vázizom hipertrófiája egy komplex génszabályozó hálózat (környezettel való kölcsönhatás által meghatározott) működésének eredménye lehet, és végső soron a pozitív izomfehérje-egyensúlytól függ, amikor a fehérjeszintézis meghaladja a lebontást (Phillips, 2009), és az kevésbé lényeges, hogy milyen sebességgel történik.

A változatlan számú izomrostban az azt felépítő szarkomerek száma nő, új szarkomerek képződnek párhuzamosan a többivel (Paul és Rosenthal, 2002), így az egyes izomrostok átmérője növekszik, ez által pedig a teljes izom vastagabb lesz. Ez a fajta adaptáció lassúbb, de maradandóbb alapja az izomnövekedésnek.

• Az izom tartós, passzív nyújtása is szarkomer-szaporulathoz (az izomtömeg, azaz az izomszövet térfogatának növekedéséhez) vezet (Caiozzo és munkatársai, 2002), de ez csak hosszirányú növekedés, nem vezet a szarkomerek számának keresztirányú növekedéséhez, azaz az izom vastagodásához.

A miofibrilláris hipertrófia alapfeltétele

Mivel az izomsejtben egy sejtmag csak adott sejttérfogathoz szükséges mennyiségű fehérje képzését képes ellátni (Allen, 1999), az izom funkcionális növekedésének feltétele (legalábbis a kezdő szinten túlhaladva), hogy az izomsejt regenerációja során növekedjen a sejtmagok száma.

• Amikor az izom terhelés hatására nő, akkor pozitív összefüggés van az izomsejt-magok száma és a rostok keresztmetszeti növekedése között. Ha az izomsejtek nem növelik a sejtmagjaik számát, akkor az izom nem képes érdemben növelni a teljes proteintartalmát, így pedig nem is növekedhet.
• Értelemszerűen, kezdőként vagy újrakezdőként (amikor a fehérjetartalom nincs a meglévő sejtmagok általi kapacitás maximumán) a fejlődés még megtörténik a sejtmagok számának növekedése nélkül is (Bamman és munkatársai, 2018), azaz az edzés minőségének ilyenkor még naturálként sem kell elérni azt a színvonalat, amely a sejtmagok számbeli növekedését képes kiváltani (szerhasználóként később sem). Ez a magyarázat arra, hogy a kezdők miért nőnek gyakorlatilag bármilyen terheléstől egy rövid ideig (ha a tápanyagbevitelük rendben van).

Tekintve, hogy nem osztódik sem az izomsejt, sem annak magjai, az új sejtmagoknak "kívülről" kell érkezni (valójában ezek is az izomsejthez tartoznak, csak inaktívak).

• Az endomízium és az izomrost sejtmembránja között találhatóak a szatellit sejtek, amelyeket elektronmikroszkópos vizsgálatai során Alexander Mauro észlelte először 1961-ben.

A terhelés hatására bekövetkező hipertrófia során az izomtömeg növekedését új sejtmagok beépítése előzi meg, amelyek forrásai a szatellit sejtek (Schiaffino és munkatársai, 1976; Bruusgaard és munkatársai, 2010; Wang és Rudnicki, 2012).

Korábban általánosan elfogadott volt, hogy amikor egy izom növekszik (hipertrófia) vagy zsugorodik (atrófia), a sejtmagok száma ennek megfelelően változik (myonuclear domain hypothesis). Vagyis, a sport oldaláról megközelítve, az edzés hatására többletként beépült sejtmagok elvesznek az edzés beszüntetése után tapasztalható izomtömeg-csökkenés (atrófia) következtében. Ma viszont már nagyon úgy tűnik, hogy nem (Schwartz, 2019), az egyszer már megszerzett sejtmagok megmaradnak, így az edzések ismételt megkezdése után gyorsabb és hatékonyabb az izomtömeg gyarapodása (re-hipertrófia) az eredeti állapot eléréséig (Bruusgaard és munkatársai, 2010).

• A mozgástanulás során egyszer már megszerzett képességek mellett, ezt fedi a sokszor emlegetett "izommemória".

Érdemes itt is megemlíteni a szerhasználatot, mivel a szteroidhasználatról kimutatták, hogy növeli a sejtmagok számát (Eriksson és munkatársai, 2005).

• Azaz, ha egy inaktív (pl. éppen "visszavonult") versenyző (aki ez alatt az idő alatt nem áll antidopping kötelezettségek alatt) tiltott módon elérte a sejtmagok számának növekedését, az megmarad a szerhasználatot (a szer kiürülését) követően is. Vagyis visszatérése után, az ellenőrzéseken "üres" lesz, ugyanakkor a sportteljesítményének háttere nem éppen szeplőtelen.

A miofibrilláris hipertrófia folyamata

A miofibrilláris hipertrófia közvetlen kiváltója az edzések során bekövetkező mikrosérülés. A szokatlan fizikai aktivitás hatására egyes szarkomerekben szerkezeti változások következnek be, mikrosérülések keletkeznek.

A sérült izom bontása

A miofibrillumok leszakadt részei elhalnak, rendezett gyulladási folyamat indul be, amelyet fájdalomként érzékelünk. A folyamatot a Tumor Necrosis Factor-α (TNF-α), ill. az Interleukin-1β (IL-1β) segíti elő (Ciciliot és Schiaffino, 2010).

• 1-6 óra elteltével neutrofil granulociták (a fehérvérsejtek csoportjába tartozó, az immunrendszeri védekezésben részt vevő sejtes elemek) vándorolnak be, és oxidatív és proteolitikus úton bontják a károsodott szövetet, elősegítve ezzel a fagocitózist (az elhalt szövet eltakarítását).


• 6-12 óra elteltével a leszakadt anyagok magukhoz vonzzák a vérben kerengő monocitákat (a fehérvérsejtek egy másik csoportja), amelyek makrofágokká (nagy falósejtek) alakulnak át, és a gyulladási környezetben prosztaglandint termelnek, ami fokozza a szabad idegvégződések (nociceptorok) mechanikai, kémiai és hőérzékenységét a sérülést követő 3-4 napig (késleltetett izomfájdalom; DOMS, azaz izomláz).
• Ezek a korai inváziós ("gyulladásos") makrofágok (amelyeket a CD68 felületi marker expressziója jellemez) igen jól specializálódtak arra, hogy fagocitózissal eltakarítsák a pusztuló és halott sejteket, valamint az utánuk maradt törmeléket.
• A gyulladásos folyamatok elején még a neutrofil granulociták (mikrofágok) vannak többségben, majd 48 óra után elkezdenek tömegesen pusztulni, és felfalják őket a makrofágok.


• A második populáció a "gyulladásos" makrofágokból származó (CD68^-/CD163⁺ fenotípus kapcsoló) "gyulladásgátló" makrofágok, amelyek gyulladásgátló citokineket szekretálnak, mint például az Interleukin-10 (IL-10), amelyek hozzájárulnak a gyulladás megszűnéséhez (Ciciliot és Schiaffino, 2010).

Az izomsérüléstől számított 6 órán belül a NOS mRNS szintje szignifikánsan növekszik mind a sérült izomrostokban, mind a beszivárgó makrofágokban, ezáltal megemelve a sérülés helyén az nitrogén-monoxid (NO) szintjét (Stamler és Meissner, 2001; Rubinstein és munkatársai, 1998; Park és munkatársai, 1996), amelynek jelentős szerepe van az izomregenerációban.

• Az izomkárosodás korai szakaszában elősegíti, hogy a makrofágok a ROS-tól (reactive oxygen species) függetlenül bontsák a károsodott szövetet, így a sejtek védve legyenek a ROS károsodásoktól (Tidball, 2005). Később a NO a hosszan tartó gyulladásból származó ROS-t csökkenti, védi az aktivált szatellit sejteket a ROS-stressz és az apoptózis ellen.
• A ROS-ok oxigén eredetű szabadgyökök, ebben az esetben a szuperoxidanion (O₂^-), amely a fagociták aktiválódásakor is keletkezik (Kowalski és munkatársai, 2005), és többek között károsítja a DNS-t (Hracskó, 2009).


• A szatellit sejtek aktiválásához is hozzájárul, valószínűleg a mátrix metalloproteinázok aktiválása révén, amelyek indukálják a Hepatocyte Growth Factor (HGF) extracelluláris mátrixból történő felszabadulását (Tatsumi és munkatársai, 2006).

A sérült izom újraépítése

Az izomsérülés hatására (a károsodott szövet bontásával párhuzamosan) megindul egy úgynevezett izomjavító (repaire), vagy újrarendeződési (remodeling) folyamat (Yu és munkatársai, 2003).

• A terhelés után néhány órával egy szabályzó fehérje, a miosztatin mennyisége lecsökken, ami lehetővé teszi a mikrosérülések kijavításának megkezdését (Costa és munkatársai, 2007).

• A miosztatin és gátlása
  (lenyíló, katt ide!)

  Az 1990-es években fedezték fel a TGF-β (Transforming Growth Factor-beta) növekedési faktor fehérje szupercsaládba tartozó miosztatint (más néven Growth and Differentiation Factor-8; GDF-8), amely a vázizomfejlődés és növekedés specifikus, negatív regulátora (McPherron és munkatársai, 1997).

  A miosztatin hatása és gátlása

  A miosztatin kifejezetten az izomszövetben expresszálódik az izomnövekedés és differenciálódás megelőzése érdekében (Joulia-Ekaza és Cabello, 2007).

  Növeli a Pax7, és elnyomja a MyoD expressziós szintjét, hogy megakadályozza a szatellit sejtek aktiválódását (McFarlane, 2008; Amthor és munkatársai, 2002).

  Fenntartja a szatellit sejtek inaktív állapotát és megakadályozza az önmegújításukat a p21CIP expresszió indukciójával (McCroskery és munkatársai, 2003), visszaszorítja a sejtciklus előrehaladását (Pallafacchina és munkatársai, 2010).

  Gátolja a sejtosztódást és a differenciálódást indukáló géneket, például a miogenint és a MyoD-t (Trendelenburg és munkatársai, 2009), ill. gátolja a fehérjeszintézist és serkenti a fehérjék degradációját.

  A miosztatin hatásának egyik fő élettani célpontja a miogenin, amely egy izomspecifikus transzkripciós faktor, és főleg az izomspecifikus gének direkt aktivációjában játszik szerepet (Zádor, 2015).

  A szatellit sejtek aktiválódásának visszaszorítása mellett a miosztatin gátolja a mioblasztok és makrofágok migrációját, így általánosságban véve lassítja és gátolja a regenerációt, hatásának felfüggesztése elengedhetetlen a normális vázizom-regenerációs folyamatok végbemeneteléhez (McCroskery és munkatársai, 2005).

  A miosztatin gátlása

  Az izomsérülés hatására termelődő NO antagonizálja a TGF-β szatellit sejteket gátló hatásait (Darmani és munkatársai, 2004).

  A NO a miosztatin inhibitorként ismert follisztatin termelését is serkenti.

  Emellett a nehéz munka a tesztoszteron szintjének növekedését váltja ki (Vingren és munkatársai, 2010), ami szintén gátolja a miosztatint (Orr és Fiatarone Singh, 2004; Kawada és munkatársai, 2006; Mendler és munkatársai, 2007)

  Számos növekedési faktor (köztük az FGF, és a tesztoszteron hatására is növekvő szintű IGF) antagonizálja a TGF-β gátló hatásait, és aktiválja a szatellit sejteket az izomregeneráció során, bár a mechanizmusok még nem ismertek (Fu és munkatársai, 2015).

  Miosztatin mutáció

  A mutáció az örökítőanyag spontán, maradandó megváltozása, amelynek során új genetikai tulajdonság keletkezik.

  A kutatók előállították a Gdf8^-/- mutáns, hipermuszkuláris fenotípusú egeret, amelynek vázizom-tömege két-, háromszorosa a vad típusú egérének, amelyet a miotubulusok számbeli és méretbeli növekedése együttesen okoz. Az izomtömeg növekedése jellemző a mutáns egér összes vázizom-típusára, amitől ezek az egerek sokkal nagyobb méretűek, mint a vad típusú társaik.

  A miosztatin mutáns felnőtt állatokra jellemző hiperplázia, vagyis a miotubulusok számának emelkedése még az embrionális fejlődési szakaszban alakul ki (Matsakas és munkatársai, 2010). Kifejlett állatokban a miosztatin jelátvitel blokkolását követően már nem tapasztalható növekedés az izomrostok számában (Matsakas és munkatársai, 2009; Foster és munkatársai, 2009; Cadena és munkatársai, 2010). Hipertrófia viszont a felnőtt egyedek izomzatában is indukálható (Amthor és Hoogaars, 2012).

  Természetes miosztatin mutációk is kialakíthatják az ún. duplán izmolt fenotípust, mivel a mutáns egyedek is szaporodóképesek maradnak, és a megváltozott miosztatin működés következtében fellépő vázizom hipertrófia generációról generációra öröklődik.

  A Belgian Blue szarvasmarhafajtát fenotípusos szelekcióval tenyésztették ki Belgiumban a 19. század elején. A megnövekedett izomtömeg hátterében a miosztatin génben található 11 bázispárt érintő deléció (a DNS-szekvenciából való báziskiesés) áll, amely a leolvasási keret eltolódását eredményezi. Ennek következtében ezek az állatok egy inaktív, csonka miosztatin fehérjét termelnek (Szláma, 2016).

  A natív miosztatin fehérje hiányában bekövetkező izomtömeg-növekedés emberben is kimutatható.

  Pl. Németországban egy rendellenesen izmos kisfiú esetében kimutatták a miosztatin gén érintettségét. Esetében a miosztatin gén nem-kódoló régióját érintő nukleotidcsere miatt az mRNS splicing nem megfelelően megy végbe, ami közvetlen bizonyítékkal szolgál az emberi miosztatin fehérje izomnövekedést gátló hatását illetően (Schuelke és munkatársai, 2004).

Először a HGF aktiválja a szatellit sejtek egy részét, még nem teljesen tisztázott molekuláris mechanizmus útján, de a HGF-hez kötött c-Met jelenlétét tekintik a szatellit sejt aktiválódás kezdeti lépésének (Anderson, 2000; Tatsumi és munkatársai, 1998).

• Az inaktív szatellit sejtek az extracelluláris mátrixban olyan komponenseket expresszálnak (pl. versican, fibrillin-2 és glypicans), amelyek kötik a növekedési faktorokat, hogy csökkentsék a szatellit sejtek körüli hatékony koncentrációt. Az izomsérülés hatására ezek a növekedési faktorok felszabadulnak, és aktiválják a szatellit sejteket (Fu és munkatársai, 2015).
• A kontrakciók által indukált sérülés mind a lokális, mind a szisztémás HGF-reakciót magában foglalhatja (O'Reilly és munkatársai, 2008), amelynek mértéke korrelál a kezdeti sérülés súlyosságával (Nguyen és munkatársai, 2019).



• A szatellit sejt aktiválása
  (lenyíló, katt ide!)

  Izomkárosodás esetén a HGF felszabadul az extracelluláris mátrixból, elősegítve a nyugvó szatellit sejtek belépését a sejtciklusba (Allen és munkatársai, 1995; Tatsumi és munkatársai, 1998; Sheehan és munkatársai, 2000).

  Az aktivált szatellit sejtek szintén kifejezik a HGF-et, ezért a szatellit sejtek HGF általi aktiválása mind parakrin, mind autokrin módon végbemegy (Sheehan és munkatársai, 2000).

  A nehéz és nagy mennyiségű munka hatására a szarkolemma és az endomízium is sérül, ami lehetővé teszi a kalcium beáramlását, és a HGF felszabadulásának fokozását az extracelluláris mátrixból (Allen és munkatársai, 1995; Tatsumi és munkatársai, 1998; Sheehan és munkatársai, 2000; Maina és munkatársai, 1996; Wozniak és Anderson, 2007).

  A HGF felszabadulását az izomsérülés hatására felszaporodó NO is serkenti (Ganea és munkatársai, 2007). Bővebben a NO fokozásáról itt.

  Az izomkárosodás után röviddel jelentősen megnövekszik a fibroblast growth factor receptor-1 (FGFR1) expressziós szintje is, ami korrelál a szatellit sejtek aktiválódásával (Sheehan és Allen, 1999).

  A fibroblast növekedési faktorok (FGF-ek) kötődése az FGFR-hez a receptor dimerizációjához és autofoszforilációjához vezet, amivel a sejtek túlélését, proliferációját, migrációját, differenciálódását és a morfogenezist szabályozó jelátviteli útvonalakat aktiválnak.

  Az FGF szabályozhatja a kalcium-közvetített jelátvitelt is. Az FGF2 által indukált megnövekedett intracelluláris kalciumszint kiváltja az NFATc3 és az NFATc2 transzlokációját, ami megkönnyíti a MyoD expresszióját a szatellit sejtekben, és az aktiválásukhoz vezet (Fu és munkatársai, 2015).

  A TNF-α szintén részt vesz a szatellit sejtek aktiválásában és felgyorsítja a sejtciklusban a G₁-S-fázisú átmenetet (Li, 2003).

  Az IL-6 jel is összekapcsolódik az izomhipertrófiával a szatellit sejtek és a mioblasztok proliferatív kapacitásának szabályozásán keresztül (Muñoz-Cánoves és munkatársai, 2013).

  Az IL-6 edzés által kiváltott növekvő termelése a szatellit sejtek proliferációjához vezet, és elsődlegesen aktiválja a JAK1/STAT1/STAT3 útvonalat, ami a Pax7/MyoD medence átépülését eredményezi (Begue és munkatársai, 2013).

  A szatellit sejtek aktiválásában fontos szerepet játszik még az immunglobulin szupercsalád egyik tagja, a HMGB1 által aktivált RAGE (receptor for advanced glycation end-products), amely a sérült izmokban elhelyezkedő szatellit sejtekben átmenetileg expresszálódik, és visszaszorítja a Pax7 expresszióját a p38-MAPK jelátvitel aktiválásával (Riuzzi, Sorci és Donato, 2006 és 2007; Riuzzi és munkatársai, 2012; Sorci és munkatársai, 2004).

A létrejött izomprekurzor sejtek a károsodás utáni 2-3. nap körül osztódnak, normál növekedési körülmények között először 42 és 60 óra között (Allen, 1995).

• Ezért nem lehet összefüggés az edzést közvetlenül követő (egyébként létező) fokozott fehérjeszintézis, és az izom funkcionális növekedése között. Bővebben itt.

Az izomprekurzor sejtekből létrejövő mioblasztok tovább osztódnak, és viszonylag kis átmérőjű, centrális elhelyezkedésű magot tartalmazó miociták jönnek létre, amelyek fúzionálnak az izomsejttel, vagy primitív, sokmagvú miotubulust létrehozva először egymással (attól függően, hogy a miofibrillum mérete növekedik vagy új miofibrillum jön létre), és differenciálódnak a sérülést követő 10-12. napra.

• Az FGF kötődése a receptorához aktiválhatja az ERK jelátviteli kaszkádot, megkönnyítve a G1 és S fázis közötti átmenetet a mioblasztokban, ezáltal fokozva azok proliferációját (Jones és munkatársai, 2001).

A fúzió révén az izomsejtbe felvett sejtmagok a centrális elhelyezkedésből a sejtmembrán közelébe, a rost perifériás részébe kerülnek. Az érett, regenerálódott izomrost megnövekedett átmérővel rendelkezik (vastagabb és erősebb).

• A funkcionális beidegzés a rostok 97%-ában 10 nap alatt áll helyre (Grubb és munkatársai, 1991).

A mikrosérülés

A mikrosérülés az izomkontrakció során keletkezik. Az aktin és miozin filamentumok által létrehozott kereszthidak erőcsapásainak energiája (vagy excentrikus kontrakció esetén a kereszthidak mechanikus "szétszakadása" során keletkező energia) a Z-vonalban összpontosul (ahol az aktin kapcsolódik hozzá), és ez az erőhatás károsítja a Z-vonal szerkezeti fehérjéit (és végül a szarkomerszerkezet felbomlását eredményezi). Minél nagyobb ez az erőhatás és minél többször ismétlődik, annál több mikrosérülés keletkezik.

• A mikrosérülések által keltett gyulladást jellemzően negatív jelenségnek tartják, és változatos módszerekkel és szerekkel igyekeznek azt minél hamarabb megszüntetni, azonban emberben a gyulladás gátlása csökkenti az aktivált szatellit sejtek számát, ezáltal gátolja az izomregenerációt (Mackey, 2007; Mikkelsen és munkatársai, 2011; Ziltener és munkatársai, 2010). Bővebben itt és itt.
• Érdemes lehet itt megemlíteni, hogy az anabolikus szteroid hatására expresszálódó IGF-1 a gyulladás hiányában is képes a szatellit sejteket visszaléptetni a sejtciklusba, így szerhasználóként nem hat negatívan az izomregenerációra és -növekedésre pl. a masszázs, a krioterápia vagy bármilyen egyéb gyulladáscsökkentő praktika, míg naturálon igen.


• Nyilván, egy az egészségért vagy a szabadidő hasznos eltöltéseként "fitneszező" ezt sosem fogja korlátként megtapasztalni, hiszen sem az erőkifejtése, sem az izomtömege nem fogja megközelíteni sem a genetikai határait. Azonban egy, a korlátait feszegetni próbáló naturál sokkal hamarabb fog platóra kerülni (majd onnan visszapattanni), ha gátolja a szükséges élettani folyamatokat.

A vérerek

Az izom sérülésekor az erek is szakadnak, a vaszkularizáció (érképződés) és az angiogenezis (érfejlődés) az izomregeneráció alapvető lépései. A sérülést követően az érrendszeri endotélsejtek növekedési faktorokat szabadítanak fel, mint például az érrendszeri endothel növekedési faktor (VEGF), a vérlemezke eredetű növekedési faktor (PDGF) és a HGF (Ceafalan és munkatársai, 2014).

• Ezek a növekedési faktorok az erek helyreállításának érdekében elősegítik a szatellit sejtek aktiválását és proliferációját (Montarras és munkatársai, 2013; Ziche és Morbidelli, 2000; Anderson és Wozniak, 2004).

Hipertrófia mikrosérülés nélkül

A mikrosérülések hatására az izomrostok nem halnak el, hanem regenerálódnak, normális szarkomerek alakulnak ki újra. Tulajdonképpen arról van szó, hogy a szervezet érzékeli, hogy az adott izomban és adott helyen nem a genetikai információnak megfelelő állapotok uralkodnak. Ezután az izom méretét szabályozó gének aktivitásának függvényében zajlik le az izomjavító (repair) vagy újrarendeződési (remodeling) folyamat, és válaszként egy nagyobb, erősebb izomszövet alakulhat ki.

• Az emberi testben mintegy 650 vázizom van, és nem lehet mindegyiket olyan mértékben munkába vonni, hogy az hipertrófiát kiváltó mennyiségű mikrosérülést eredményezzen. Viszont az összes kisebb izomnak is adaptálódni kell a fő munkavégző izmokkal együtt, mivel a teljes izomtömeg és a testtömeg aránya kontroll alatt áll (Zádor, 2015).
• Az egyes megedzett izmok hipertrófiája az egész test izomtömegének folyamatos szisztémás kontrollja mellett fordul elő, ami megváltoztathatja a testmozgás ingereire adott helyi válaszokat (Attwaters és Hughes, 2021).

Az izomtömeg genetikus és hormonális szabályozás alatt áll. Az, hogy növekedhet egy izom vagy nem, attól függ, hogy az izomsejt milyen üzeneteket kap, és ennek hatására mely gének aktiválódnak.

• Raue és munkatársai (2012) 661 olyan gént azonosítottak, amelyek az edzésterheléssel összefüggésben hatást gyakoroltak az izomhipertrófia nagyságrendjére.
• Az izomjavítás (izomnövekedés) mögöttes molekuláris mechanizmusai egy interakciós hálózatban működnek, amely sokkal több, mint az egyes komponenseinek összessége. Az érintett szignálmolekulák és transzkripciós faktorok szinergiában vagy antagonizmusban működhetnek a visszacsatolt (feed-back) és az előrecsatolt (feed-forward) folyamatokban. Ez a számtalan szabályozó bemenet lehetővé teszi és összehangolja az embrionális miogenezis útvonalainak újraaktiválását a felnőtt izomszövetben (Bentzinger és munkatársai, 2012).

A vázizomsejtek számos miokin faktort (az izmok által termelt hormonok összefoglaló neve) szekretálnak a sejten kívüli térbe, ezek a szisztémás keringésbe jutva távoli szervek működésére is jelentős befolyással vannak (Iizuka és munkatársai, 2014). Továbbá erőedzést követően megnövekszik egyes citokinek szintje a véráramban, mint például a TNF-α, az IL-1β és az IL-6 (Conceicao és munkatársai, 2012; Peake és munkatársai, 2005; Smith és munkatársai, 2000).

• Az IL-6 az izomösszehúzódás eredményeként választódik ki az érrendszerbe (Pedersen és Febbraio, 2008), ennek révén a vázizmok kapcsolatba léphetnek a központi és perifériás szervekkel (Pedersen és munkatársai, 2003). Az IL-6 keringési szintjét mind az izmok összehúzódásának időtartama, mind intenzitása befolyásolja (Steensberg és munkatársai, 2000; Helge és munkatársai, 2003).
• Az IL-6 jel összekapcsolódik az izomhipertrófiával a szatellit sejtek és a mioblasztok proliferatív kapacitásának szabályozásán keresztül (Muñoz-Cánoves és munkatársai, 2013).


• A TNF-α, ill. az IL-1β az izomregenerációt iniciáló gyulladásos folyamatot segíti elő (Mann és munkatársai, 2011).


• A kontrakciók által indukált sérülés hatására HGF szabadul fel (O'Reilly és munkatársai, 2008), és elősegíti a nyugvó szatellit sejtek belépését a sejtciklusba (Allen és munkatársai, 1995; Tatsumi és munkatársai, 1998; Sheehan és munkatársai, 2000).
• A HGF autokrin, parakrin vagy endokrin módon is szabályozhatja a szatellit sejtek működését (Zheng és munkatársai, 2016).

A nehéz és egyszerre sok izmot igénybe vevő alapgyakorlatok a foszfatidsav hipertrófiát kiváltó szintjét eredményezik (bővebben az mTOR lenyílóban), amely a plazmában (a növekedési faktorokkal, hormonokkal és egyéb mediátorokkal együtt) az összes vázizomba eljut, amelyek így a genetikus szabályozásnak megfelelően növelhetik a fehérjetartalmukat, annak ellenére is, hogy bennük adott esetben nem keletkezett ahhoz elegendő mikrosérülés.

• Mindez magyarázza, hogy a sok nagy tömegű izmot egyszerre aktiváló alapgyakorlatokkal szemben az izmok koncentrált igénybevétele miért vezet eredménytelenséghez, amennyiben nincs külső anabolikus "támogatás" mellé.
• Az izoláltan terhelt kis tömegű izmok által a keringésbe bocsátott jelmolekulák mennyisége nem tudja kiváltani a nagy tömegű izmokban (és mivel az izomtömeg aránya is genetikai szabályozás alatt áll, a kicsikben sem) a hipertrófiát eredményező biokémiai válaszokat, míg fordítva igen.

Vagyis a vázizom is egy endokrin szerv, amely az edzésterhelés hatására különböző mediátorokat bocsát a keringésbe, emellett a terhelés hatására a hormonrendszer működése is változik.

• A különböző jelmolekulák a növekedés kiváltásához szükségest elérő terhelést kapó izomból eljuthatnak azokba az izomsejtekbe is, amelyek nem voltak kifejezetten "célkeresztben", és a vázizomtömeg arányosan növekedhet a teljes test vonatkozásában a genetikus szabályozásnak megfelelően.

Természetesen a sportmozgással fokozottan igénybevett izmokban a nem funkcionális növekedés is fokozottan jelenik meg (lásd lejjebb a szarkoplazmatikus hipertrófiát), és ezt, valamint a helyi ödémásodást értelemszerűen az izoláló munka (pl. bicepszezés) is eredményezheti, ami látszólag ellentmond a fentieknek.

• Azonban ez a téma pont arról szól, hogy meg kell különböztetni a kétféle térfogat-növekedést, mert míg a miofibrilláris hipertrófia valódi, funkcionális izomtömeg-növekedés, addig az izolált "pumpálással" elért szarkoplazmatikus hipertrófia és ozmotikus duzzadás csak szemfényvesztés, az izom funkció nélküli és rövid életű "felfújása".

A genetikai információ és az izomtömeg

A mikrosérülések keletkezése, azaz a szarkomerszerkezet felbomlása szükséges, de nem elégséges feltétele az izomhipertrófiának.

• Maratoni futás után is nagyon magas kreatin-kináz (CK) koncentrációt lehet mérni, amelyet a futóciklus excentrikus fázisának több ezerszeri ismétlődése okoz, ennek ellenére a hosszútávfutókon nem nagyon lehet az izomhipertrófia jeleit tapasztalni.
• A CK egy szarkomerfehérje, ami a sérült szarkomerről leszakadva a véráramba kerül. Az egyik leggyakrabban mért mikrosérülés marker.

Az élőlények felépítését és működését a bennük található genetikai információ a környezettel való kölcsönhatás során határozza meg. Ez a DNS-ben tárolt információ határozza meg azt is, hogy az izom növekedhet vagy nem.

• A génátírás és a fehérjeszintézis
  (lenyíló, katt ide!)

  A genetikai szabályozó rendszer főszereplői a nukleinsavak és a fehérjék.

  A nukleinsavak feladata az örökletes információk tárolása, átadása, a fehérjék szintézisének vezérlése.

  A fehérjék feladata az élőlény struktúrájának biztosítása, s azoknak a kémiai folyamatoknak az irányítása, amelyeken az élő szervezet működése alapszik, amelyek meghatározzák tulajdonságait, viselkedését.

  A nukleinsavak három alkotórészből épülnek fel: foszforsavból, egy öt szénatomos cukorból és nitrogénbázisból.

  A cukor és a bázis alkotja a nukleozidot, míg a három együtt nukleotidot.

  A nukleinsavak egyik képviselője a dezoxiribonukleinsav (DNS), amely az információk tárolására, őrzésére szolgál, a másik a ribonukleinsav (RNS), amely átírja, átkódolja, szállítja az információt, azaz feladata a fehérjék szintézise.

  A DNS általában kromoszómának nevezett makromolekulákba van "csomagolva". A kromoszómák párokat alkotnak (apai és anyai), így hozzák létre a génállományt, amely (ill. az általa meghatározott genetikai információk összessége) a genotípus.

  A DNS-láncnak három "kitüntetett" szakasza van:
  

  a két végén található telomérák, végszakaszok, amelyek megakadályozzák a lánc lebomlását;

  a centroméra, amelyhez a sejtosztódáskor az orsófonalak hozzátapadnak, s amely általában a szál közepén található;

  a kezdőpontok (iniciációs zónák), amelyeken megkezdődik a másolás.

  Az RNS-t a vegyi összetételében meglevő eltérések mellett az különbözteti meg a DNS-től, hogy nem alkot kettős spirált, egyszálú. Aszerint, hogy milyen szerepet tölt be az információ átvitelének folyamatában, az RNS három csoportját különböztethetjük meg: hírvivő, messenger (mRNS), szállító, transfer (tRNS) és riboszomális (rRNS).

  Az mRNS-ek nukleotid-szekvenciája szolgál alapul a fehérjék aminosav-szekvenciájának létrehozásához;

  A tRNS-ek szállítják a megfelelő aminosavakat a fehérjeszintézis helyére;

  Az rRNS-ek a riboszómákban találhatóak, ahol RNS-fehérje komplexeket alkotnak. A riboszómák felületén történik a polipeptidláncok szintézise.

  A gén egy tulajdonság átörökítésért felelős egység, a DNS-molekulának az a szakasza, amely a meghatározott tulajdonságért felelős fehérjemolekulák bioszintézisét irányítja.

  A gén megnyilvánulása a fén (bélyeg, tulajdonság, jelleg), és a genotípus érvényre jutó része a fenotípus. Azaz a genotípus a kódolt információ, a fenotípus mindaz, ami ebből érvényre jut, de ebben a környezeti tényezőknek is jelentős szerepe van.

  A sejtekben minden génből két példány található, az egyik apai, a másik anyai eredetű. Azokat a géneket, amelyek azonos tulajdonságokat határoznak meg, és a homológ kromoszómák azonos lokuszain helyezkednek el, alléloknak nevezik.

  Lokusznak nevezzük a kromoszómán azt a helyet, ahol egy bizonyos gén elhelyezkedik.

  Ha egy gén két allélja azonos (az egyed az illető tulajdonságra nézve homozigóta), akkor a két gén egyértelműen határozza meg a tulajdonságot. A fenotípus híven tükrözi a genotípust.

  Ha a két allél különböző, a szervezet heterozigóta. Ha az allélpár egyik tagja teljesen elnyomja a másikat, akkor teljes egészében az általa meghatározott jelleg, tulajdonság fog érvényre jutni (teljes dominancia). Bizonyos mértékig a másik allél is érvényesülhet (inkomplett dominancia), ill. a két allél egyenlő mértékben is érvényesíti a hatását (ko-dominancia).

  Vannak olyan tulajdonságok, amelyeket egyetlen lokusz génjei határoznak meg, de sok tulajdonság kialakulásához több (4, 8, 10 vagy még több) gén alléljainak együttes jelenlétére van szükség. Ilyen esetben a fenotípus kialakulásának a lehetőségei sokkal bonyolultabbak.

  A génben rejlő információ megjelenése (a gén kifejeződése) valamilyen fehérjében vagy RNS-ben soklépcsős folyamat. A megfelelő gének megfelelő sorrendben és megfelelő időben történő kifejeződése döntő fontosságú. Az egyedi géneket adott időben be lehet "kapcsolni" (a hatásukat felhasználni), vagy ki lehet "kapcsolni" a sejt szükségleteinek és körülményeinek (a környezet vagy más gén hatásának) megfelelően.

  A génátírás (transzkripció) az a biokémiai folyamat az élő sejtekben, amivel egy DNS-szakasz (gén) genetikai információja (nukleinbázis-sorrendje) átvivődik egy hírvivő (messenger) RNS molekulába (annak bázissorrendjébe) a fehérjeszintézis első lépéseként, pontosan meghatározva annak aminosav-sorrendjét.

  A DNS bázissorrendje a fehérjék aminosav-sorrendjévé a genetikai kód segítségével fordítódik le, amelyet a négyféle bázis (a timin, a citozin, az adenin és a guanin) összesen 64 lehetséges hármas kombinációja, a kodonok alkotnak, mindegyikük meghatározott aminosavat kódolva.

  A sejtmagban a gén értelmes (kodogén) DNS-szála irányításával készül egy vele komplementer RNS-szál a DNS-től függő RNS-polimeráz enzim által katalizálta reakció során.

  A DNS-től függő RNS-polimeráz a gén promoteréhez kötődik, és ha a gén operátor szakasza nyitva van, akkor megindítja az RNS-szál szintézisét a ribonukleotid-trifoszfátokból a DNS-szál mentén haladva egészen a terminációs régióig, aminél a génátírás véget ér. Közben más fehérjék és enzimek (a génátírást végző transzkriptoszóma egyéb alkotórészei) a DNS két szálát elválasztják egymástól, ill. elválasztva tartják.

  A génátírást transzkripciós faktorok szabályozzák, speciális enhancer, ill. silencer bázissorrendekhez kötődve elősegítik vagy gátolják egy-egy gén kifejeződését, vagyis, hogy róluk mRNS-átíródás (transzkripció) történjen.

  A transzkripciós faktorok a miogenezis során különböző időpontokban fejeződnek ki, és kulcsfontosságú szerepet töltenek be az izmok differenciálódásában, ill. az izomfejlesztés és regeneráció során.

  Az eukarióta génekben a fehérjét kódoló régiókat (exonok) olyan DNS szakaszok szakítják meg, melyek az adott fehérjét nem kódolják (intronok).

  Az elsődleges transzkriptum (pre-mRNS) még egyaránt tartalmazza az exonokat és az intoronokat is. Az intoronok a pre-mRNS érése során vágódnak ki, és ekkor kerülnek egymás mellé a kódoló exon szakaszok (splicing).

  Az eukarióták esetében a transzkripció és az mRNS érése a sejtmagban, míg a fehérjék szintézise a citoszólban történik. A sejtmagból csak a teljesen érett mRNS jut ki, a hibásan szintetizálódott vagy félkész mRNS nem szolgál templátként a fehérjék szintéziséhez.

  A fehérjeszintézis

  A fehérjék szintézise (transzláció) az a folyamat, amelynek során az mRNS-re átíródó információ alapján a riboszómák egymáshoz kapcsolják az aminosavakat, polipeptidláncot alakítva ki.

  A fehérjeszintézishez szükség van riboszómákra, aminosavakra, tRNS és mRNS molekulákra, ill. a genetikai kódra.

  A folyamatban segítő fehérjék is részt vesznek: az iniciációhoz iniciációs faktorok (IF), az elongációhoz elongációs faktorok (EF), a terminációhoz pedig release faktorok (RF) szükségesek.

  A riboszómák kb. 25-30 nm átmérőjű, megközelítőleg gömb alakú, önszerveződő képződmények, amelyek rRNS-ekből és fehérjékből spontán szerelődnek össze.

  Egy átlagos sejtben több millió példányban fordulnak elő, részben szabadon a citoszolban, részben az endoplazmatikus retikulum membránfehérjéihez kötődve.

  Minden eukarióta riboszóma egy kisebb (40S) és egy nagyobb (60S) alegységből áll. A kis alegység fő funkciója az mRNS dekódolása, míg a peptidkötés kialakulásának katalízise a nagy alegység területén zajlik.

  Az "S" érték a részecske ülepedési sebességét jellemző mutató, amely arányban áll a tömegével.

  A tRNS lóhere vagy fordított L alakú molekula, amely a fehérjeszintézis helyére szállítja a citoszólból a megfelelő aminosavat. Ehhez először aktiválni kell az aminosavakat, majd a megfelelő szállító tRNS-t fel kell tölteni velük, vagyis ATP terhére meg kell szintetizálni az aminoacil-tRNS molekulákat.

  A 20-féle aminosavnak megfelelően minden élőlényben 20-féle aminoacil-tRNS-szintetáz működik. Tehát minden aminosavhoz egyetlen specifikus tRNS-szintetáz tartozik. Ez felismeri a neki megfelelő aminosavat, és egyúttal az adott aminosavhoz tartozó tRNS-eket.

  Mindegyik tRNS molekula rendelkezik egy aminosavkötő karral és egy antikodon karral, amely az mRNS megfelelő kodonjait ismeri fel specifikusan.

  A riboszómák a tRNS-ek által szállított, aktivált állapotú aminosavakból történő fehérjeszintézis összetett szupramolekuláris gépei. Itt kerül leolvasásra az mRNS-en kódolt információ, és itt zajlik ez alapján a lineáris polipeptid aminosav egységenkénti felépítése.

  A riboszóma képes az mRNS-hez kötődni, és kötőhellyel rendelkezik a tRNS-ek számára is (E, P és A hely), biztosítják az aminoacil-tRNS belépés, a peptidkötés kialakítás és az üres tRNS távozás összehangolását.

  Az A (aminoacil) az aminosavakat szállító tRNS, a P (peptidil) a növekvő peptidszálat hordozó tRNS számára biztosít kötőhelyet, és kodon-antikodon kapcsolatban van az mRNS-sel, az E (exit) helyen lévő tRNS, amelyik éppen távozóban van, már nem alakít ki ilyen kapcsolatot.

  A polipeptidlánc szintézisénél három szakaszt különítünk el: az iniciációt, az elongációt és a terminációt.

  A fehérjeszintézis a lánckezdő (iniciációs) komplex kialakulásával indul, ennek során az első aminosavat (ez metionin) hordozó tRNS kötődik a kis alegységhez az eukarióta iniciációs faktor-2 (eIF-2) segítségével. Az mRNS is kapcsolódik a kis alegységhez, amelyet a (riboszóma lokalizációját ellátó) Kozak szekvencia segíti.

  Eukarióta mRNS-eknél a transzláció kezdőpontját (START kodon) is magában foglaló és az azt körülvevő konszenzus szekvencia (az ún. Kozak szekvencia) alapján ismeri fel a riboszóma.

  A transzláció iniciációjához, a riboszóma kötődéshez az eukarióta mRNS-ek 5' végi cap része és 3' végi poliA farka is szükséges (Deák, 2014).

  Az iniciáció második lépéseként a nagyobbik alegység rákötődik az iniciációs komplexre: ezzel összeáll a működőképes riboszómakomplex.

  A fehérjeszintézis második lépése a lánchosszabbítás (elongáció), amelynek során az A helyre egy aminoacil-tRNS molekula kötődik, ezáltal olyan közel kerül a P helyen levő aminosavhoz, hogy lehetőség lesz a peptidkötés kialakítására az előző aminosav karboxi csoportjával, és végül a riboszóma egy kodonnal áthelyeződik (tovább lép).

  A peptidkötést a riboszóma peptidil transzferáz aktivitása katalizálja, és elongációs faktorokat igényel a citoszolból.

  A riboszóma transzlokációja során az A helyen levő polipeptidil-tRNS a riboszóma elmozdulásával a P helyre kerül át, és az A hely üresen marad, bekötődhet rá a következő aminoacil-tRNS. Újabb és újabb aminosavak épülnek be a peptidláncba, miközben a riboszóma végighalad az mRNS-en 5'→3' irányban.

  Egy-egy aminosavat az mRNS-en egy-egy bázishármas (triplet) kódol, melyet az aminosavat hordozó tRNS-en levő komplementer bázishármas (antikodon) ismer fel.

  Egy mRNS-ről egyszerre több riboszóma is képes fehérjét szintetizálni (poliszóma), a sejt így tudja fokozni a szintézis intenzitását. A poliszómák különösen gyakoriak intenzív fehérjeszintézist folytató sejtekben.

  A növekvő peptidláncot a P hely tartalmazza, és az onnan nyíló csatornán (exit tunnel) keresztül tolódik ki a riboszómából.

  A folyamat végén az üres tRNS az E helyre kerül, ahonnan a citoszólba távozik.

  Amikor a lánchosszabbítás során a riboszóma eléri az mRNS 3' végének közelében elhelyezkedő STOP kodont, leáll a szintézis (termináció), a peptidlánc leválik a riboszómáról, mely kis és nagy alegységre disszociál, és maga is leválik a mRNS-ről.

  Az mRNS-ek nem transzlálódó (untranslated) régiókkal is rendelkeznek (5' UTR és 3' UTR), a ténylegesen aminosav sorrenddé fordítódó szakasz a START kodon és a STOP kodon közötti rész (Deák, 2014).

  Az 5' UTR fontos szerepet tölt be a riboszóma mRNS-hez kötődésében.

  A fehérjeszintézis egyike a legenergiaigényesebb folyamatoknak: minden egyes aminosav beépítése 4 nagy energiájú foszfátkötés (1 ATP, 3 GTP) hasításával jár. Egy átlagos méretű (kb. 200-400 aminosavból álló) fehérje szintézise eukarióta riboszómákon kb. 1 perc alatt megy végbe.

  A transzláció szabályozásában fontos szerepe van a nemkódoló RNS-eknek. Ha ezek bázisszekvenciája komplementer egy mRNS bázis-sorozatával, fel tudják ismerni, és a bázispárosodás szabályai szerint hozzákötődnek, ún. csendesítő komplexeket képeznek. Megakasztják az átírást, vagy kiváltják az adott mRNS degradációját.

  A hatás specifikus: csak azon mRNS-ek transzlációját gátolják, melyekkel szemben a komplementaritás fennáll.

  A fehérjeszerkezet kialakítása

  A fehérjeszerkezet kialakításában és fenntartásában fontos szerepet játszanak a hidrogén hidak, az elektrosztatikus kölcsönhatás és a hidrofób kölcsönhatás. Mivel a fehérjék vizes közegben nyerik el a rájuk jellemző szerkezetet és itt is működnek, az élő rendszerekben jelen levő poláros vízmolekulák a fehérjék hidrofil csoportjaival kialakított kötéseik révén stabilizálják a fehérjék térszerkezetét.

  A fehérjék feltekeredése, foldingja az a folyamat, amelynek során a fehérjék elnyerik a rájuk jellemző térbeli szerkezetet. Ez metastabil köztes állapotok során történik, először az egyes részek egymástól függetlenül feltekerednek, majd azok tovább rendeződnek, hogy végül elérjék a fehérjére jellemző energia minimumot.

  A fő hajtóerő a fehérjeszerkezet kialakításában a hidrofób kizárás entrópiája, amely annak tulajdonítható, hogy az apoláros oldalláncok nem képesek a vízzel kölcsönhatni. A folding során a vízmolekulák kizáródnak, ezért a víz entrópiája nő. A feltekeredett, globuláris fehérjék esetében a hidrofób aminosavak belül, a hidrofil aminosavak pedig kívül helyezkednek el.

  Az elkészült fehérje lokalizációja

  Ahhoz, hogy a fehérjék funkciójukat teljesíteni tudják, a rendeltetési helyükre kell kerülniük. Mivel a sejt riboszómapopulációja egyidejűleg több száz, vagy akár több ezer különböző fehérjét szintetizál, ez csak akkor lehetséges, ha válogatási, célbajuttatási lépések követik a szintézist.

  A szintézis során a fehérjékbe rövid aminosav-sorozatokból álló válogatási jelek épülnek be, melyeket jelfogó molekulák (más fehérjék) ismernek fel, és a jel-jelfogó kölcsönhatás határozza meg az adott fehérje lokalizációját.

  Ha egy fehérjén semmiféle válogatási jel nincs, a citoszolba kerül (pl. vázfehérjék, glikolitikus enzimek). A citoszolba kerülő fehérjék más csoportjai válogatási jeleket hordoznak, és ezek irányításával a magba (NLS segítségével), a mitokondriumokba vagy a peroxiszómákba transzlokálódnak.

A vázizom növekedésének és fejlődésének szabályozása magában foglalja a teljes izomtömeg és a testtömeg arányának kontrollját. Bár ez rendkívül összetett feladat, a miosztatin meglepően alkalmasnak mutatkozik az ellátására.

• A miosztatin az izomnövekedés és fejlődés gátló faktora, amely általános és alapvető szerepet játszik az izomtömeg kialakításában (Grobet és munkatársai, 1997; Kambadur és munkatársai, 1997; Smith és munkatársai, 1997).
• A miosztatin az autokrin és parakrin hatásai mellett endokrin hatásokkal is rendelkezik, befolyásolja a májban az IGF-1 szintézisét és szekrécióját, ezáltal szabályozva a vérben keringő IGF-1 mennyiségét (Kocsis, 2017).

Az izomtömeg szabályozásában a miosztatin mellett az IGF-1 is kiemelt jelentőséggel bír, azonban az IGF-1 a vázizomzat növekedését pozitívan regulálja, viszont a mechanikai terhelés által indukált hipertrófiához nincs köze (bővebben az mTOR lenyílóban).

• A miosztatin és az IGF-1 kölcsönösen befolyásolják egymás jelátvitelét.

Izomjavítás vagy újrarendeződés?

Ahhoz, hogy az izom növelhesse a sejtmagjai számát, és az izomsejt növekedhessen, meg kell változnia a testünk felépítését (így az izom méretét is) meghatározó genetikai információnak.

• Márpedig a "semmiért" nem épít (a munkavégzésen kívül is) rendkívül energiaigényesen fenntartható izmot a szervezet.

A mikrosérüléseket kiváltó stressz (edzés) jellegétől függ, hogy az izom kijavítása, vagy az újrarendezése történik meg.

• Általános egyetértés van abban, hogy a miofibrilláris hipertrófia hatékonysága a terheléstől függ (load-dependent), vagyis a közös álláspont az, hogy a hipertrófia adaptív folyamatához a mechanikai munka (mechanical load) minimális küszöbértékét be kell tartani (Bamman és munkatársai, 2018), ami magában foglalja az intenzitás szükségességét is (Eftestol és munkatársai, 2016).

Vagyis, az izom méretét meghatározó genetikai információ megváltozása azon múlik, hogy a szervezet azt érzékelte-e, hogy nagy súly- és munkaterhelés érte, és az izomnak ellenállóbbnak kell lennie (nem állóképesebbnek) ahhoz, hogy ezt legközelebb könnyebben elviselje.

• Ennek hiányában csak az izomjavító folyamat zajlik le, az izomsejtben nem növekedik a sejtmagok száma, így a proteintartalma sem növekedhet, vagyis nem lesz vastagabb.

Az izom regenerációját (így a hipertrófiát is) számos hormon és gén szabályozza. Ha a szervezet azt érzékelte, hogy nagy súly- és munkaterhelés érte, akkor olyan változások következnek be, amelyek a nagyobb izmokat határozzák meg "alapállapotnak".

• Hogy ez megtörténik vagy nem, az attól függ, hogy a sejt milyen üzeneteket kap, s ezáltal milyen gének aktiválódnak.

A hormonszint, a genetikai információ és az izomtömeg szabályozása

A legfontosabb androgén anabolikus hormon, a tesztoszteron szintje (akár edzéssel elért, akár kívülről bevitt) hatással van az izom anabolikus folyamataira, de a hatása dózis és koncentráció függő (Bhasin és munkatársai, 2001), férfiakban a szérum tesztoszteron szintje korrelál az izomtömeggel (Grossmann és munkatársai, 2012), és nőkben is (lásd: Caster Semenya vagy a profi női testépítők).

• A harántcsíkolt izmokban a tesztoszteron komplexet alkot a receptorával (androgén receptor), és ez a komplex génreguláló hatást fejt ki (Tóth, 2009).
• A tesztoszteron gátolja a miosztatin termelődését (Orr és Fiatarone Singh, 2004), és mivel a miosztatin (a fenti hatásain túl) kifejezi a SMAD2/3 gént is, amely negatívan regulálja az izomtömeget (Schiaffino és munkatársai, 2013), ha növekszik a tesztoszteron szintje, akkor szabad az út az izom növekedése előtt (ismert a miosztatin hiányában jelentkező hipermuszkularitás, amely emberben is igazolt).


• A tesztoszteron emellett növeli az androgén receptorok számát, a GH (növekedési hormon) kibocsátást, az pedig az IGF-1 hormon szintjét (Bhasin és munkatársai, 2001), ami viszont serkenti a sejtek osztódását és differenciálódását.

A GH és IGF-1 növekedést elősegítő hatásai fiatal állatokban és emberekben jól dokumentáltak, de az izomtömeg növekedése általában arányos a testméret növekedésével. Felnőtt emberekben önmagában a GH (és a hatására kibocsátott IGF-1) nem befolyásolja az izmok tömegét (Velloso, 2008).

• A GH edzésprogrammal való kombinációjának sincs az izomtömeg növekedésére előnyös hatása. A GH-kezelés (2 hét) nem volt hatással sem a fehérjeszintézisre, sem a fehérjelebontásra fiatal, tapasztalt súlyemelőkben (Yarasheski és munkatársai, 1993).

Az IGF-1 beadása akut módon aktiválja az izomfehérje-szintézist (Fryburg és munkatársai, 1995), de a GH-hoz hasonlóan, az 1 éves adagolása sem növelte a száraz testtömeget (Friedlander és munkatársai, 2001).

• Önmagában sem a GH, sem az IGF-1 beadása nem biztosít előnyöket az izomtömegre egészséges egyéneknél, akiknél a GH funkció normális (ami nem meglepő, mivel a tesztoszteron izomtömegre vonatkozó génátírása hiányzik).

Az izomtömeg szabályozásának egyik legismertebb szereplője egy 289 kDa molekulatömegű szerin-treonin kináz, az mTOR (mammalian target of rapamycin), amely érzékeli a környezeti és intracelluláris változásokat (beleértve a tápanyag rendelkezésre állását és az energia állapotát), és koordinálja a különböző sejtszintű folyamatokat, így a sejtnövekedést, a differenciálódást, az autofágiát, a túlélést és az anyagcserét (Laplante és Sabatini, 2012).

• Az mTOR hipertrófiát kiváltó aktiválódását az izom jelentős mechanikai feszülése (nagy súly, sok munka), vagy a fiziológiást meghaladó tesztoszteron és a következményesen megnövekedett IGF-1 szint együttes hatása (azaz az anabolikus szteroidok alkalmazása) képes kiváltani. A szerhasználatról bővebben itt.

A hormonszint, az edzésmunka és a sejtszintű válasz

Naturálként a hormonszinttel nem érdemes különösebben foglalkozni, mert azt a megfelelő színvonalú edzésmunka (magas intenzitás és volumen) biztosítja a mikrosérülések mellett szükséges mértékben, ugyanez az izmot érő mechanikai stressz pedig aktiválja az mTOR-t.

• A tesztoszteron kiválasztása emelkedik magas súlyterhelésű és volumenű edzések esetén (Vingren és munkatársai, 2010), és csökken a hosszú időtartamú, alacsony terhelésű edzés hatására (Hackney, 2001). Tehát a tesztoszteron (természetes) szintjét a terhelés jellege befolyásolja, a súlyzós edzés terén mindenképp a nagy súlyokkal és volumennel végrehajtott gyakorlatok alkalmazása látszik célszerűnek.

Szerhasználóként jelentősen egyszerűsíthető a munka. Már heti 600 mg testosterone enanthate-ot alkalmazva van izomméret-növekedés edzés nélkül is (Bhasin és munkatársai, 1996). Hogy miért, arról bővebben itt.

Naturálként az elérhető hormonszint-emelkedés (az agyonhypeolt tesztofokozókkal is) önmagában, megfelelő edzésmunka nélkül kevés a hipertrófiához. Kell a nagy mennyiségű és magas intenzitású munka, ami jelzés a szervezet számára, hogy "kevés az izom".

• Anabolikus szteroidokkal viszont megspórolható a kemény és következetes edzésmunka, helyette mehet az ész nélküli pumpálás (a regeneráció képessége is megvan hozzá).

Az adaptáció körforgása

A nehéz edzés hatására felbomlott szarkomerszerkezet teljes helyreállítódása (egyéni adottságtól is függően) mintegy 14 napot vesz igénybe (Balogh és Engelmann, 2011). A sérült motoros egységek kikapcsolnak, és az épek (korai neurális adaptáció eredményeként) fokozzák elektromos aktivitásukat (Váczi és munkatársai, 2011), vagy új, addig nem használt egységek kapcsolódnak be (Váczi, 2015). Ha megfelelő a terhelés, akkor az újonnan bekapcsolt egységek is mikrosérüléseket szenvednek, majd ezek is regenerálódnak és adaptálódnak.

• Az izom funkcionális keresztmetszete akkor növelhető, ha megfelelően magas intenzitáson és kellően nagy volumennel okozunk mechanikai stresszt és mikrosérüléseket az izomban, ezt követően pedig biztosítjuk a tápanyagokat és a pihenést ahhoz, hogy a szervezet maradéktalanul életbe léptethesse a morfológiai és biokémiai válaszait a kihívást jelentő megterhelésére.
• Ha e feltételek közül bármelyik hiányzik, a válasz is korlátozottabb lesz (akár semmilyen), vagy a feltételek huzamosabb hiánya esetén akár negatív előjelű is lehet.

Az izomtömeg változásával együtt járnak a sejtek bioenergetikai és anyagcsere változásai is, amelyek mind okok, mind következmények lehetnek (Vainshtein és Sandri, 2020).

• A fehérjeszintézis a sejt ATP-fogyasztásának csaknem 30% -át teszi ki, ezért a fehérjeszintézis bármilyen változása erősen befolyásolja a sejten belüli energiaellátást és -igényt.
• Ezért a rosszul felépített edzés és/vagy táplálkozás az izomtömeg vesztését is okozhatja. Ez is adaptáció, csak nem az általunk vágyott előjelű.

Szarkoplazmatikus hipertrófia

Az összehúzódásra nem képes protein, az energiatermelő és melléktermékeket eltávolító elemek száma és a folyadék volumene növekszik. Növekszik az izmokban a raktározott glikogén és zsírcseppek mennyisége, ezáltal a szarkoplazma mennyisége. Ezen típusú növekedés nagyon gyors és lenyűgöző lehet, de kevésbé maradandó és nem társul hozzá arányos erőnövekedés.

• A szarkoplazmatikus expanzió, a glikolízisben részt vevő szarkoplazmatikus fehérjék és az ATP-regenerációhoz kapcsolódó egyéb anyagcsere-folyamatok upregulációja az edzés után 8 napig is fennállnak (Haun és munkatársai, 2019), de a gyakorlatból jól ismerjük, hogy az ezen módon történő "fejlődést" előtérbe helyezők az edzések beszüntetését követően villámgyorsan és látványosan hanyatlani kezdenek.

Természetes módon az izomrost csak egy adott arányban tartalmazhat szarkoplazmát a miofibrillumok méretéhez képest, jellemzően 1:3 a miofibrillum javára (Warris, 2000), vagyis a szarkoplazmát nem lehet csak úgy korlátlanul "felfújni" a proteintartalom növekedése nélkül. A nem funkcionális izomnövekedés leginkább pusztán extra glikogén (szénhidrát) tárolódása a szarkoplazmában. Az az izom, amelynek az energiaháztartását nagy mennyiségű szettel és ismétléssel terheljük, úgy alkalmazkodik, hogy több szénhidrátenergiát tárol el magában, ami vizet köt meg, és ez gyors és jelentős többletsúlyt és méretet hoz magával (a szerhasználat meg még többet).

• 1g glikogén 3-4g vizet képes megkötni (Olsson és Saltin, 1970).

A sejtduzzadás

Általánosan elterjedt nézet, hogy a sejtduzzadás (azaz a testépítős, kis súlyos pumpálással kiváltott metabolikus stressz) növeli az izomtömeget. A valóság viszont az, hogy az akut sejtduzzanat a sejtek kezdeti válasza a homeosztázis zavarára, a sejtkárosodás gyakori és alapvető kifejeződése.

• Bármely szövetben az akut sejtduzzanat egy degeneratív változás, amelyben a sejtek megnagyobbodása a megnövekedett vízmennyiség eredménye. Az akut sejtduzzanat tehát teljesen különbözik a hipertrófiától, amelyben a sejtek megnövekedését az organellumok számának és/vagy méretének adaptív növekedése okozza (Miller és Zachary, 2017).

Normál sejtekben a nátrium-kálium adenozin trifoszfatáz (Na⁺/K⁺-ATPáz, más néven Na⁺/K⁺ pumpa) a kationok aktív transzportereként funkcionálnak a sejtmembránokon keresztül. Minden hidrolizált ATP-molekula esetében a pumpa három Na⁺-t exportál a sejten kívüli térbe, és két K⁺-t importál a sejt belsejébe.

• Az így kapott elektrokémiai gradiens különösen fontos pl. a vázizomsejtek membránpotenciáljának, valamint pH-homeosztázisának megteremtésében és fenntartásában.
• Mivel a víz passzívan diffundál az ozmotikus gradiens mentén, a Na⁺/K⁺ pumpa a sejtek térfogatát is szabályozza.

Az akut izomsejt-duzzanat korai eseménye a hipoxia, amely akkor következik be, ha az izomsejt oxigénje kimerül, ill. ha az oxidatív anyagcsereút nem képes az izommunka megnövekedett energiaigényét kielégíteni (relatív hipoxia).

• Az első esetben az oxidatív foszforiláció leáll, a másodikban csak nem képes elég ATP-t termelni, de a sejtnek mindkét esetben át kell állnia az anaerob anyagcserére, azaz a glikolízisre, amelynek termékei az ATP, a piruvát és a hő.
• A glikolízis laktát felhalmozódáshoz vezet, csökkent intracelluláris pH-értékkel, valamint hőt termel, amely ha túlzott mértékű, károsíthatja a sejtet is.

A sejtes oxigén kimerülése vagy az erőltetett izommunka (túl sok munka a relatív hipoxiában) végül ATP-hiányhoz vezet, amely a Na⁺/K⁺ pumpák csökkent működését okozza. A citoszolban felszaporodik a Na⁺, Ca²⁺ és a víz, valamint K⁺ és Mg²⁺ veszteséget okoz.

• Az elektrolit-egyensúly hiánya és a víz beáramlása kiterjesztik a citoszolt, megduzzasztják a mitokondriumokat és a citoszkeletont.
• A citoszkeletális károsodás következtében a plazmamembrán is károsodik.

Hipertrófia a gyakorlatban

Az, hogy miofibrilláris vagy szarkoplazmatikus hipertrófia következik e be, függ az izom által végzett munka jellegétől. Optimális esetben (kiegyensúlyozott edzést feltételezve) mindkettő típusú hipertrófia jelen van, kiegészítik egymást, azonban az elvégzett munka meghatározza, hogy melyik érvényesülhet hangsúlyosabban.

Mark Rippetoe és Lon Kilgore, Starting Strength című könyvükben közreadtak egy táblázatot, amiben az intenzitás és ismétlésszámok edzéshatását mutatják be.

Vegyünk példának egy évek óta erőedzést végző sportolót, aki már nem edzetlen, és nem is kezdő. Egy alap 5x5 metódussal edz, ezt egészíti ki edzésenként 4 sorozat 10-12 ismétléses szettel, az intenzitás nagyságához igazodó, normál pihenőket alkalmazva. Tehát egy kiegyensúlyozott naturál erősportolóról beszélünk. Ha ő a továbbiakban is e szerint a módszer szerint edz, és folyamatosan tudja növelni a terhelést, akkor az ő izmai mérete növekedni fog oly módon, hogy a nehéz edzések hatására megnövekszik a miofibrillumainak száma és mérete, ezzel együtt arányosan a szarkoplazma mennyisége is. Ez a folyamat optimális esetben folyamatosan fenntartható a biológiai határ eléréséig (vagy addig, míg ez a volumen, vagy az intenzitás már kevés nem lesz).

Ha vált egy pumpáló jellegű edzésre, és mindent 12-nél több lassú ismétléssel végez sok sorozatban, rövid pihenőkkel, természetesen a sorozatok többségét bukásig teljesítve, akkor is növekedni fog az izmai mérete. Azonban ebben az esetben kizárólag a miofibrillumokat körülvevő szarkoplazma mennyisége gyarapodik, ami korlátozott. Bár néhány hétig látványos és gyors lesz a növekedés, utána nincs tovább, míg el nem kezd újra kiegyensúlyozottan edzeni, vagy el nem kezdi alkalmazni a probléma populáris megoldását.

Ellentmondás?

Ha (Rippetoe táblázata alapján) a legerősebb szarkoplazmatikus hipertrófiát kiváltó edzés is okoz némi miofibrilláris hipertrófiát is, akkor miért zsákutca mégis a magas ismétléses pumpáló edzés? Elvileg ott is lesz mindig egy kis többlet fehérjebeépülés, nem? Nem, legalábbis naturálon nem.

Nem mindegy, milyen szintű sportolóról beszélünk, hogy mennyire edzett már, persze önmagához képest.

Az ábrán három jellemző található:
Rate fo Adaptation: az alkalmazkodás mértéke. Azt mutatja, hogy adott edzés hatására mennyit javulhatnak a motorikus képességek, az anyagcsere, mennyivel lehetünk erősebbek, izmosabbak.
Training Complexity: az edzés összetettsége, ami azt mutatja, hogy az edzésmunkának mennyire kell tervezettnek lenni (gyakorlatok, súlyok, ismétlésszám, pihenő), vagy mehet akármi, amihez kedvünk van, és amennyire kedvünk van (legyen az akár kevés, akár túl sok).
Strength Performance: a teljesítőképesség. Ez azt jelzi, hogy (fizikális és mentális képességeink alapján) mennyire vagyunk terhelhetőek (intenzitás, volumen), mi az a terhelés, amit már fel se veszünk, és mi az, ami még kihívást jelent, és tud fejlődést kiváltani.

Edzetlenként (0-3 hónap), amikor a teljesítőképesség (sportolói szemmel nézve legalábbis) még a nullához konvergál, bármilyen edzéssel (alacsony összetettségű) nagyon nagy adaptációs válasz keletkezik, és ugyanilyen nagy lesz a szervezet terheléshez való alkalmazkodása is. Ebben az időszakban neurális adaptáció történik, és az izom keresztmetszeti növekedését szarkoplazmatikus hipertrófia adja. A funkcionális izomnövekedés ekkor még nincs jelen.

Kezdőként (3-9 hónap) már van egy kis alap teljesítőképesség, de azt vesszük észre, hogy egyre lassúbbá válik a fejlődés, majd meg is áll, és nem értjük, mit rontunk el, hiszen eddig működött. Csakhogy időközben a teljesítőképességünk jelentősen megnövekedett, mondjuk egy 4x12 ismétléshez használt súly által biztosított terhelés (habár volumen még mindig lenne benne) túl csekéllyé válik (az 1RM %-ában) az aktuális teljesítőképességhez mérten. A mikrosérülések mellett szükséges hormonális szintet és génaktivitást nem tudjuk vele biztosítani, ugyanúgy, ahogy a motoros képességek sem fejlődnek tovább. Így már sem hipertrófia, sem erőnövekedés nem érhető el. (A progresszió erőltetéséből pedig túledzés lesz.)

Középhaladóként és haladóként már egyre nehezebb olyan terhelést adni a szervezetnek, ami elég sokkoló, hogy fejlődést tudjon kiváltani, ugyanakkor ki is lehet pihenni. Ekkor már az edzések egyre komplexebbek (periodizáció) és egyre kevesebb fejlődést adnak egyre hosszabb idő alatt.

• Tapasztalt erősportolóktól is ezzel egybecsengő beszámolókat hallhatunk. A sportteljesítmény javulásával (a teljesítőképesség növekedésével) párhuzamosan az intenzitás növelése kritikussá vált. (Nem magának a súlynak a növelése, hanem az aktuális 1RM-hez képest, pl. ugyanakkora volumen mellett 75% helyett 80%.) Ezzel együtt pedig (az intenzitás fokozása miatt, az idegrendszer túlfáradását megelőzendő) a sorozatonkénti ismétlések csökkentése, hogy a szettek ne végződjenek bukással (pl. a kezdeti 6x5/75%, helyett 10x3/80%).

Haladóként (de már középhaladóként is) a jelentősen megnövekedett teljesítőképesség okán a szarkoplazmatikus hipertrófia kiváltásához alkalmazott 70%/1RM (de akár 50%/1RM) alatti munka már kevés ahhoz, hogy erő és funkcionális izomnövekedést idézhessen elő. Vagyis ami működik kezdőként, haladóként már nem.

Hiperplázia

A szövet térfogatbeli növekedését a sejtek számbeli növekedése okozza. Az elmélet szerint a szatellit sejtek új izomrostokat hoznak létre (azaz a miociták nem fuzionálnak az izomsejttel, hanem önálló izomsejtté alakulnak).

• Egyes kutatók azt feltételezik, hogy az edzés hatására megnövekedett izomrost egy idő múlva szétválik kisebbekre, mert a megnövekedett izomrostot a hajszálerek már nem tudják megfelelően ellátni vérrel és tápanyagokkal, ezért a nagy rostból két kisebb lesz, amit sokkal könnyebb erekkel behálózni, táplálni.

Ez vitatott, jelenleg az általánosan elfogadott álláspont az, hogy a jól differenciálódott emberi vázizomsejt nem osztódik, tehát a harántcsíkolt izomban nincs valódi hiperplázia (Glass, 2005; Egerman és Glass, 2013).

Bizonyos esetekben azonban találhatunk a korábbinál több izomrostot a megvastagodott izom keresztmetszetén, aminek oka lehet, hogy:

• a kemény munka (és/vagy dopping) hatására megvastagodott izomrostok felhasadnak (ez a hasadás nem fut végig az egész izomroston, de ha ott vizsgáljuk, ahol a hasadás történik, több izomrostot számolhatunk),
• az izomsérülést követő regeneráció során oldalágak képződnek, ez szintén a hiperplázia látszatát kelti.