AMPK/mTOR – minus i plus zasilania muskulatury

Wydrukuj ten artykuł

Autor: Sławomir Ambroziak

Słowa kluczowe: AMPK, mTOR, trening wytrzymałościowy, trening siłowy, kinazy, fosforylacja, czynniki transkrypcyjne, insulina, IGF-1, testosteron, AICAR, kreatyna, leucyna, kwasy tłuszczowe omega 3, resweratrol, astaksantyna, anabolizm białek, autofagia, masa mięśniowa

Odkrycie i scharakteryzowanie najważniejszych funkcji dwóch szczególnych enzymów – kinazy AMPK i kinazy mTOR – znacznie przybliżyło nas do poznania mechanizmów adaptacji wysiłkowej. Przez moment wydawało się nawet, że znaleźliśmy w tych dwóch molekułach ‘klucze’ do owych mechanizmów… Aktywowana treningiem siłowym mTOR pobudza bowiem anabolizm a hamuje katabolizm białek, przez co rozwija siłę i masę mięśniową, podczas gdy aktywowana ćwiczeniami aerobowymi AMPK hamuje kinazę mTOR, ale jednocześnie pobudza spalanie tłuszczów i biogenezę mitochondriów, co prowadzi do wzrostu wytrzymałości. To znakomicie tłumaczy – dlaczego uprawianie sportów siłowych skutkuje, zaś wytrzymałościowych nie skutkuje przerostem (hipertrofią) tkanki mięśniowej. Szybko uknuto też wniosek, który pozornie zdawały się potwierdzać wcześniejsze badania, że ćwiczenia aerobowe zakłócą wręcz rozwój muskulatury i należy z nich zrezygnować, jeżeli zależy nam na monstrualnej masie mięśni. Dzisiaj jednak nie wygląda to już tak prosto… Najnowsze badania ujawniły skomplikowaną sieć powiązań (cross-talk) splatającą, niczym pajęczyna, szlaki sygnałowe kontrolowane przez AMPK i mTOR. Wyłania się z nich wniosek, że oba te enzymy nie są antagonistami w pełnym tego słowa znaczeniu, a raczej współpracują ze sobą – jak plus i minus na klemach akumulatora – kierując ostatecznie potencjał metaboliczny w stronę rozwoju muskulatury. O tyle warto bliżej przyjrzeć się tym zagadnieniom, że rożne programy treningowe i dietetyczne, środki dopingowe i suplementy sportowe oddziałują właśnie poprzez wpływ na jeden i/lub drugi z enzymów…

Kinazy

Kinazy to enzymy katalizujące przeniesienie rodników fosforanowych z ATP na inne substraty. Bodaj najlepiej znaną sportowcom kinazą jest kinaza kreatynowa, przenosząca rodniki fosforanowe z mitochondrialnego ATP na kreatynę, a następnie – z wytworzonej tym sposobem fosfokreatyny – na ADP, co odtwarza cząsteczki ATP w innym przedziale komórkowym. Dzięki tej reakcji, niezbędny do przebiegu procesów życiowych, uniwersalny przenośnik energii i informacji – ATP – może pojawiać się w każdym zakątku komórki, bo powstaje tylko w mitochondriach ze spalania energetycznych składników pokarmowych, a sam nie ma zdolności przenikania przez błonę mitochondrialną. To właśnie sprawność reakcji katalizowanej przez kinazę kreatynową decyduje o wydajności pracy mięśni, gdyż skurcze ich włókienek napędzane są właśnie przez ATP.

Jednak AMPK i mTOR należą do szczególniej grupy kinaz, przenoszących rodniki fosforanowe z ATP na substraty białkowe, więc nazywanych z tego tytułu – kinzami białkowymi. W reakcjach katalizowanych przez kinazy białkowe rodniki fosforanowe nie pełnią funkcji energetycznych, tylko – informacyjne. Przeniesienie rodnika fosforanowego z ATP na białko sygnalizacyjne (fosforylacja) – albo pobudza, albo hamuje jego aktywność. Kinazy białkowe pełnią więc rolę przekaźników informacji – rozpowszechniają we wnętrzu komórek informacje o obrazie hormonalnym organizmu, stanie jego odżywienia, a nawet natężeniu wykonywanej w danej chwili pracy. Najczęściej fosforylują inne enzymy komórkowe (często – kolejne kinazy), katalizujące rozliczne reakcje biochemiczne, oraz czynniki transkrypcyjne, pobudzające geny do produkcji rozmaitych białek – strukturalnych, enzymatycznych, transportowych, funkcyjnych i sygnałowych. Każda kinaza białkowa jest zdolna fosofrylować ogromną liczbę kolejnych białek, co tworzy skomplikowaną sieć połączeń krzyżujących się szlaków sygnałowych. Od niedawna staramy się śledzić te szlaki, co jest przedsięwzięciem niezmiernie trudnym i przypomina poszukiwanie drogi w labiryncie, zważywszy, że zidentyfikowano już dzisiaj kilkaset kinaz, fosforylujących ponad 30% wszystkich białek naszego organizmu, zaś geny kodujące molekuły kinaz tworzą łącznie ok. 2% ludzkiego genomu.

Jak mTOR rozwija mięśnie, a jak jej przeszkadza AMPK…?

Najlepiej poznaną funkcją kinazy mTOR jest kataliza etapu procesu syntezy (anabolizmu) białek, nazywanego fachowo translacją, prowadzonego przez organelle komórkowe, uznawane za ‘fabryki białek’ – rybosomy. Tutaj fosforylowanymi przez nią substratami są: kinaza białek rybosomalnych S6K1 i białko wiążące eukariotyczny czynnik inicjacji translacji 4E-BP1.
Kinaza mTOR fosforyzuje i aktywuje kinazę S6K1, która wtedy pobudza inicjację syntezy białek przez fosforylację rybosomalnego białka S6 i innych białek biorących udział w translacji (np. eIF4B). S6K1 fosforyluje też zwrotnie samą kinazę mTOR, co zwiększa jej aktywność na drodze dodatniego sprzężenia zwrotnego.
Natomiast, niefosforylowane białko 4E-BP1 wiąże się silnie z czynnikiem inicjacji translacji eIF4E, zapobiegając jego dołączeniu do rybosomalnego kompleksu inicjacyjnego. Wskutek fosforylacji przez mTOR, 4E-BP1 uwalnia białko eIF4E, które może wtedy pełnić swoje funkcje komórkowe, polegające na inicjacji translacji.

Omówiona tutaj translacja jest drugim etapem procesu syntezy białek. Pierwszy etap – transkrypcja – polega na stymulacji genów jąder komórkowych przez wspominane wyżej czynniki transkrypcyjne. Czynniki transkrypcyjne pobudzają geny do produkcji białek, najczęściej w odpowiedzi na działanie hormonów anabolicznych. I tak np. czynnik transkrypcyjny AR (receptor androgenowy) ulega aktywacji pod wpływem testosteronu, zaś czynnik NFkB – między innymi – na skutek aktywności IGF-1. Widzimy więc, że mTOR – stymulując syntezę białek na późniejszym etapie translacji – jest niejako uniwersalnym katalizatorem całego tego procesu: nieważne, jaki hormon anaboliczny pobudza syntezę białek, mTOR zawsze wzmaga jego aktywność anaboliczną.
Kinaza mTOR może jednak również sama aktywować różne czynniki transkrypcyjne – albo bezpośrednio je fosforylując, albo pośrednio – fosforylując kontrolujące te czynniki kinazy czy też inne enzymy katalizujące proces transkrypcji. I chociaż są to relatywnie słabo poznane reakcje – to jednak wiadomo, że mTOR fosforyluje czynnik HIF1 alfa, co pobudza syntezę białka VEGF, a za pośrednictwem niezidentyfikowanego jeszcze czynnika pobudza też syntezę białka IGF-2. Natomiast oba te białka to czynniki wzrostowe, silnie zaangażowane w proces miogenezy – regeneracji mięśni na drodze odbudowy komórek mięśniowych. (Generalnie mTOR jest nieodzownym stymulatorem miogenezy, tyle że jej roli w przebiegu tego procesu jeszcze całkowicie nie wyjaśniono.)
Dodatkowo – za pośrednictwem kinazy S6K1 pobudza silnie anaboliczny czynnik transkrypcyjny ER (receptor estrogenowy), zaś za pośrednictwem kinazy PKB/Akt – AR i NFkB – oba intensywnie stymulujące syntezę rozmaitych białek mięśniowych.
Kinaza mTOR aktywuje też czynnik transkrypcyjny YY1, pobudzający geny do produkcji białek mitochondrialnych, katalizujących procesy związane ze spalaniem energetycznych składników pokarmowych i pozyskaniem energii użytecznej do napędzania wszelakich procesów życiowych, w tym – syntezy białek i skurczów włókienek mięśniowych.
Dla odmiany – fosforylacja kinazy ULK1 przez mTOR znosi aktywność tego pierwszego enzymu. A ponieważ jest on kluczowym czynnikiem inicjującym autofagię (samotrawienie) – proces, w którym ulegają rozpadowi (katabolizmowi) liczne białka mięśniowe – dlatego mTOR wywiera tu ostatecznie efekt antykataboliczny.

‘Grzechem pierwotnym’ AMPK jest jej ujemny wpływ na kinazę mTOR…! Najsilniejszym aktywatorem mTOR pozostaje bowiem znana nam już kinaza PKB/Akt. Enzym ten fosforyzuje i na tej drodze blokuje kompleks białek TSC1/TSC2, który normalnie hamuje aktywność mTOR. Ostatecznie – aktywność naszego enzymu wzrasta. Co ciekawe: AMPK również fosforyzuje ten kompleks, ale w innym miejscu, przez co wzmaga jego hamujący wpływ na mTOR. AMPK fosforyluje jednocześnie białko Raptor, wchodzące w skład kompleksu mTOR, co również obniża aktywność naszego enzymu.
AMPK fosforyzuje kinazę czynnika elongacyjnego typu 2 (eEF-2), a za jej pośrednictwem – sam czynnik eEF-2, co ostatecznie prowadzi do hamowania syntezy białek, gdyż czynnik ten jest jednym z kluczowych punktów kontroli tego procesu.
AMPK fosforyluje kinazę ULK1 – tę samą, która – jak wiemy – fosforyzowana jest i inaktywowana przez mTOR. Lecz tutaj znowu fosforylacja odbywa się w innym miejscu, co dla odmiany aktywuje ten enzym i ostatecznie pobudza autofagię, sprzyjającą katabolizmowi białek mięśniowych.
AMPK fosforyluje też czynniki transkrypcyjne FOXO, które pobudzają geny do produkcji enzymów katabolicznych (szczególnie atroginy-1/MAFbx i MuRF1), degradujących białka mięśniowe. I to jest kolejny mechanizm, poprzez który enzym ten sprzyja procesom katabolicznym.

Prosta recepta na wielkie muskuły

Chyba każdy z nas wie, że mięśnie zbudowane są głównie z białka, więc nikomu nie trzeba tłumaczyć, że wzrost anabolizmu i spadek katabolizmu białek owocuje przyrostem masy mięśniowej. Tak więc i kinaza mTOR, stymulująca syntezę i hamująca degradację białek, jest jednym z najważniejszych przekaźników komórkowych, sprzyjających rozwojowi monstrualnej muskulatury.
Na kluczową rolę mTOR w procesie budowania mięśni wskazuje też fakt, że – jako jednym z przekaźników – posługują się nią trzy, najsilniejsze hormony anaboliczne: insulina, IGF-1 (insulinopodobny czynnik wzrostu typu 1) i testosteron.
Kinazę mTOR aktywuje trening siłowy oraz dobry stan odżywienia, kiedy do mięśni dociera duża ilość składników pobudzających pracę tego enzymu – glukozy, aminokwasów egzogennych (szczególnie leucyny) oraz kwasów tłuszczowych (szczególnie szeregu omega 3). Kinaza mTOR jest bowiem sensorem stanu odżywienia i gdy wyczuwa w swoim otoczeniu bogactwo składników energetycznych i budulcowych, uruchamia procesy anaboliczne, związane z ich gromadzeniem.

AMPK też jest sensorem stanu odżywienia, tyle że działającym przeciwległym biegunie metabolizmu. Żywo reaguje na niedostatek energii, mierzony stosunkiem AMP do ATP. Pamiętamy bowiem, że ATP przekazuje bogatoenergetyczne rodniki fosforanowe do procesów informatycznych i energetycznych. Kiedy odda już wszystkie, zamienia się w AMP. Rodniki te uzupełniane są z ponownym odtworzeniem ATP w efekcie spalania energetycznych składników pokarmowych – głównie glukozy i kwasów tłuszczowych, a częściowo również i aminokwasów. Jeżeli w środowisku komórkowym wzrasta więc stężenie AMP – sytuacja ta świadczy pośrednio o niedostatku składników energetycznych i budulcowych – cukrów, kwasów tłuszczowych i aminokwasów. Wtedy AMPK wyhamowuje wysoce energochłonny proces syntezy białek, zużywający w spoczynku ok. 90% energii komórkowej, a intensyfikuje szlaki związane z rozpadem białek, dokomórkowym transportem glukozy, aminokwasów i kwasów tłuszczowych oraz spalaniem składników energetycznych, co służy poprawie statusu energetycznego ‘wygłodniałej’ komórki mięśniowej. Dlatego właśnie kinazę AMPK aktywuje trening wytrzymałościowy, zużywający gros energii komórkowej, jak również stan niedożywienia lub długa przerwa pomiędzy posiłkami, kiedy to składniki energetyczne nie docierają z układu trawiennego do wnętrza komórek mięśniowych.

Wydaje się, że – wzbogaceni o powyższe informacje – możemy już skreślić prostą receptę na wielkie muskuły: „Jedz dużo i ciężko trenuj siłowo, unikaj ćwiczeń aerobowych i minimalizuj przerwy pomiędzy posiłkami, a mięśnie będą rosły, jak na drożdżach.”

Wszystko to bardzo piękne, tyle że na tym gładkim witrażu, malującym prosty przepis na muskularną sylwetkę, pojawiają się w pewnych miejscach głębokie rysy, trudne do zatarcia jednym pociągnięciem pędzla. Jak mamy np. wytłumaczyć fakt, że – skoro AMPK ‘obsługuje’ rzekomo tylko kataboliczne i antyanaboliczne szlaki sygnałowe – środki aktywujące ten enzym wypływają w badaniach paradoksalnie, wyraźnie pozytywnie na stan umięśnienia…? Ale, po kolei…

Problem pierwszy: tłuszcz!

Pamiętamy, że mTOR uruchamia procesy anaboliczne, związane z gromadzeniem składników energetycznych i budulcowych. Wpływa więc dodatnio nie tylko na gromadzenie białek, ale również i tłuszczów. Kontroluje tutaj przebieg lipogenezy i adipogenezy – produkcję molekuł i rozwój komórek tłuszczowych.
W pierwszym procesie – aktywuje głównie czynnik transkrypcyjny SREBP, który pobudza geny do produkcji białek enzymów lipogenetycznych, katalizujących reakcje związane z syntezą kwasów tłuszczowych i cząsteczek tłuszczu zapasowego.
W drugim – mTOR aktywuje czynnik trnaskrypcyjny PPAR gamma, który steruje procesem dojrzewania komórek tłuszczowych (adipogenezy) oraz pobudza geny do produkcji enzymów wprowadzających kwasy tłuszczowe do wnętrza tychże komórek.

Natomiast AMPK sprzyja redukcji tkanki tłuszczowej. Np. fosforyzuje i w ten sposób blokuje ACC – kluczowy enzym ze szlaku syntezy kwasów tłuszczowych. Obniża też aktywność GPAT – enzymu wiążącego kwasy tłuszczowe z glicerolem i produkującego w ten sposób cząsteczki tłuszczu zapasowego.
Generalnie, AMPK silnie intensyfikuje spalanie tłuszczu w tkance mięśniowej, dzięki czemu wyczerpuje jego zasoby, zgromadzone w tkance tłuszczowej. Jest bowiem enzymem specyficznym tkankowo, produkowanym w stopniu wielokrotnie wyższym w mięśniach, aniżeli w pozostałych tkankach. Przede wszystkim zwiększa więc w błonie komórkowej miocytów stężenie białka translokazy FAT/CD36, która wprowadza kwasy tłuszczowe do wnętrza komórek mięśniowych. Jednocześnie aktywuje CPT1 – enzym wiążący kwasy tłuszczowe z karnityną, wprowadzającą je do mitochondriów, gdzie te ulegają spaleniu z wytworzeniem energii użytecznej w postaci ATP. Wykorzystując szlak sygnałowy PGC-1/PPAR delta, o czym więcej później napiszę, AMPK stymuluje syntezę i zwiększa stężenie ogromnej liczby białek funkcjonalnych, zaangażowanych w spalanie kwasów tłuszczowych w komórkach mięśniowych: między innymi znanych nam już białek FAT/CD36 i CPT1, ale przede wszystkim termogenicznych białek rozprzęgających UCP, sterujących intensywnym spalaniem tłuszczów z rozproszeniem energii termicznej.
Co ważne – AMPK obniża jednocześnie aktywność czynnika PPAR gamma, a więc działa tu przeciwstawnie do mTOR, co objawia się głównie hamowaniem rozwoju komórek tłuszczowych (adipogenezy).

Oporność na IGF-1 i insulinę

Chyba każdy, kto interesuje się tymi zapadniami, wie, że wszystkie szlaki hormonalne w naszym organizmie mają wbudowany jakiś mechanizm samoograniczający. Tak więc i szlak mTOR nie jest tu wyjątkowy, gdyż – jak pamiętamy – jest to jedna ze ścieżek działania hormonów, głównie insuliny i IGF-1. Pamiętamy kinazę S6K1, fosforylowaną przez mTOR, która z kolei aktywuje odpowiednie substraty zawiadujące syntezą białek…? Ta sama kinaza fosforyluje też tzw. substrat receptora insulinowego – IRS1 – a na tej drodze pozbawia go aktywności. To z kolei skutkuje opornością tkanki mięśniowej na insulinę (insulinoopornością) i IGF-1, gdyż IRS1 przenosi anaboliczne sygnały obu tych hormonów do wnętrza komórki mięśniowej. W ten sposób – nadmierna, anaboliczna aktywność mTOR ogranicza (via S6K1) anaboliczną aktywność insuliny i IGF-1, co tworzy mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego, samoograniczającego anaboliczną aktywność obu tych hormonów.

AMPK – jak pamiętamy – wyhamowuje szlak mTOR, ograniczając negatywną fosforylację IRS1 przez S6K1, ale to raczej pomniejszy mechanizm, poprzez który enzym ten poprawia (z czego jest znany) wrażliwość tkanki mięśniowej na insulinę i IGF-1… Okazuje się, że AMPK również fosforyzuje IRS1, tyle że w innym miejscu, a w ten sposób aktywuje to białko, znosi negatywny wpływ fosforylacji dokonanej przez S6K1 i ostatecznie zwiększa wrażliwość tkanki mięśniowej na oba anaboliczne hormony.

Biogeneza mitochondriów

Powróćmy teraz do wspominanego wyżej szlaku: PGC-1 alfa/PPAR delta… AMPK fosforyzuje koaktywator transkrypcji PGC-1 alfa, jak również zwiększa jego aktywność drogą okrężną: fosforylując wspominane wyżej czynniki transkrypcyjne FOXO, pobudza produkcję sirtuin (później powrócę jeszcze do tych enzymów), które z kolei dodatkowo aktywują PGC-1 alfa. Koaktywatory transkrypcji współpracują generalnie z czynnikami transkrypcyjnymi; jak sama ich nazwa wskazuje – aktywują je wspólnie z innymi cząsteczkami sygnałowymi, np. kinazami lub hormonami, jeżeli dany hormon sam bezpośrednio aktywuje jakiś czynnik transkrypcyjny, bez pośrednictwa konkretnej kinazy. PGC-1 alfa współaktywuje znaczną liczbę czynników transkrypcyjnych, ale nas będą w tej chwili interesowały jedynie dwa z nich – PPAR delta (do którego jeszcze powrócę), aktywowany kwasami tłuszczowymi, i znany nam już YY1, aktywowany kinazą mTOR. Oba one biorą bowiem udział w biogenezie mitochondriów, tak że aktywacja PGC-1 alfa skutkuje ostatecznie wzrostem liczby i sprawności tych organelli w komórkach mięśniowych.

Do tej pory zdążyliśmy już pewnie pogodzić się z myślą, że AMPK jest przeciwnikiem mTOR w procesach anabolicznych, a tu tymczasem – niespodzianka…! Aktywując PGC-1, AMPK zarówno sama wpływa dodatnio, jak też wzmaga wpływ mTOR na syntezę białek mitochondrialnych…

Katabolizm kontra katabolizm, czyli: złe – wrogiem gorszego

Aktywujący wpływ AMPK na enzymy kontrolujące autofagię utożsamiamy niesłusznie, jedynie ze znienawidzonym katabolizmem, niszczącym białka mięśniowe. Musimy jednak pamiętać, że proces ten usuwa w pierwszej kolejności białka zużyte lub zniszczone podczas treningu, na skutek wypełniania właściwych im zadań metabolicznych, destrukcyjnej aktywności przeciążeń mechanicznych czy też powstających gremialnie podczas wysiłku, wolnych rodników tlenowych. Aminokwasy pozyskane w procesie samotrawienia tych bezużytecznych cząsteczek stanowią znakomity materiał budulcowy, wykorzystywany natychmiast przez mechanizmy anaboliczne do odbudowy białek – nowych i funkcjonalnych. Wysiłek pobudza więc w naturalny sposób zarówno katabolizm, jak też anabolizm, co skutkuje ogólnym wzrostem obrotu białkowego (protein turnover), który stanowi nieodzowny warunek rozwoju masy mięśniowej.
Proces autofagii usuwa nie tylko zniszczone, drobne molekuły białkowe, ale również i całe, zużyte organelle komórkowe – np. rybosomy i mitochondria. Rybosomy, jak pamiętamy, to ‘fabryki białek’, więc usuwanie tych nieczynnych organelli robi miejsce dla nowych i funkcjonalnych, co ostatecznie podnosi wydajność procesów anabolicznych.
Usuwanie uszkodzonych mitochondriów ma równie doniosłe znaczenie… Organelle te magazynują bowiem nie tylko pożyteczne białka, sterujące procesami energetycznymi, ale również niszczycielskie ‘białka śmieci’, a pośród nich silne enzymy kataboliczne – kaspazy. Mitochondria są szczególnie podatne na uszkodzenia wysiłkowe, gdyż podczas ćwiczeń tempo ich pracy wzrasta nawet 100-krotnie. Kiedy uszkodzone mitochondrium nie ulegnie szybkiej eliminacji w procesie autofagii, kaspazy przenikają do środowiska komórki i niszczą białka mięśniowe, a szczególnie wrażliwa na ich niszczycielską działalność pozostaje aktyna – jedno z białek kurczliwych włókienek mięśniowych. Jeżeli uszkodzone mitochondria zaleją komórkę większą ilością niszczycielskich białek, ta może ulec całkowitemu zniszczeniu i zanikowi w tzw. procesie apoptozy.

Widzimy więc, że ‘każdy kij ma dwa końce’ i że katabolizm oraz sterujące nim enzymy (np. właśnie AMPK) mogą mieć również pozytywny udział w procesach prowadzących do rozwoju masy mięśniowej.

Katabolik – anabolikiem

Omówiony wcześniej czynnik transkrypcyjny PPAR delta, a za jego pośrednictwem – AMPK, stymuluje geny nie tylko do produkcji białek mitochondrialnych i innych molekuł zaangażowanych w procesy energetyczne, ale również przynajmniej dwóch białek kurczliwych włókienek mięśniowych, pełniących kluczową rolę w akcji skurczowej mięśni szkieletowych: troponiny I i ciężkiego łańcucha miozyny. Wzmożona aktywność PPAR delta prowadzi do przerostu włókien mięśniowych – głównie typu II A, które w największym stopniu odpowiadają za rozwój masy mięśniowej. W treningu kulturystycznym to właśnie te włókna rozwijają się w największym stopniu i to – jak się uważa – najprawdopodobniej właśnie dzięki temu kulturyści osiągają tak wielkie rozmiary muskulatury.

Jak pamiętamy, AMPK fosforyluje czynniki transkrypcyjne FOXO, które pobudzają geny do produkcji sirtuin. O sirtuinach zrobiło się głośno, gdy ustalono, że to te enzymy mogą odpowiadać właśnie za wydłużenie życia w odpowiedzi na tzw. restrykcje kaloryczne – ograniczenie poboru pokarmu. W kontekście dzisiejszych rozważań – sirtuiny mają te ciekawe właściwości, że (pamiętamy) aktywują czynniki transkrypcyjne PPAR delta za pośrednictwem koaktywatora PGC-1 alfa, jak również obniżają stężenie białek hamujących cykl komórkowy – p21 i p27 – i tym sposobem stymulują rozmnażanie (proliferację) komórek satelitarnych, czyli młodych komórek mięśniowych. Jednocześnie sirtuiny ograniczają aktywność miogenicznych czynników transkrypcyjnych MyoD i MEF2, przez co hamują kolejny etap miogenezy – proces dojrzewania (różnicowania) komórek satelitarnych do dorosłych komórek mięśniowych. Podobnie działają aktywowane przez AMPK czynniki FOXO, które z kolei wiążą i inaktywują beta kateninę – białko pełniące kluczową rolę w procesie miogenezy.
W odpowiedzi na trening siłowy, mięśnie wzrastają głównie w ten sposób, że dojrzałe komórki mięśniowe pobierają młode, sprawne metabolicznie jądra komórkowe od komórek satelitarnych, co pozwala im intensyfikować anabolizm i powiększać masę, gdyż to właśnie jądra zawierają matryce białkowe w postaci genów i przeprowadzają pierwszy etap syntezy białek – transkrypcję. Dla rozwoju masy mięśniowej ogromne znaczenie ma więc bezwzględna liczba komórek satelitarnych, a co za tym idzie – gotowych do pobrania, młodych i sprawnych metabolicznie jąder komórkowych. Tak więc proliferacja komórek satelitarnych jest zjawiskiem ze wszech miar pożądanym w adaptacji mięśni do wysiłków siłowych, chociaż generalnie cały proces miogenezy – jak dowodzą badania – warunkuje wzrostową odpowiedź mięśni na przeciążenia mechaniczne. Nowe komórki mięśniowe zastępują bowiem stare, zużyte przeciążeniami, a dodatkowa ich liczba zwiększa masę mięśniową. Ponadto – niektóre elementy szlaku miogenezy biorą udział w regeneracji i przebudowie mięśni oraz przekształcaniu włókien mięśniowych w typy bardziej podatne na przerost. A tutaj sama AMPK wydaje się całkowicie znosić negatywny wpływ sirtuin i FOXO na kolejne etapy miogenezy, kandydując do miana jednego z najsilniejszych aktywatorów całego tego procesu…! Mechanizm ten wymaga baczniejszej uwagi, gdyż może okazać się punktem zwrotnym w naszym myśleniu o AMPK, odwracającym całą sytuację o 180 stopni.

Brzydkie kaczątko przemienia się w pięknego łabędzia

Okazuje się, że enzym nasz aktywuje miogenezę przynajmniej na dwa sposoby…

AMPK aktywuje miogenny czynnik wzmacniający –MEF2, który jest jednym z kluczowych czynników transkrypcyjnych, stymulujących miogenezę. Jego aktywacja odpowiada również w największej mierze za transformację włókien mięśniowych typu II B do II A, który to proces wydaje się być nieodzownym warunkiem zaistnienia hipertrofii mięśniowej w odpowiedzi na trening oporowy. MEF2 ulega też aktywacji w odpowiedzi na skurcze włókienek mięśniowych, insulinę i IGF-1, co z kolei wydaje się być nieodzownym warunkiem pojawienia się anabolicznych efektów działania treningu oporowego i obu tych hormonów. Wydaje się, że skurcze włókienek mogą aktywować MEF2 poprzez jedną z form mięśniowych IGF-1 (mIGF-1), gdyż te powstają lokalnie w komórkach mięśniowych, jak np. MGF (mechaniczny czynnik wzrostu), w odpowiedzi na naprężenia mechaniczne. Co ciekawe: insulina i IGF-1 aktywują MEF2 za pośrednictwem kinazy MAPK, a zablokowanie szlaku sygnałowego obu tych hormonów nie znosi aktywującego wpływu AMPK na miogenne czynniki wzmacniające. Tak więc aktywacja MEF2 (a co za tym idzie – rozwoju muskulatury) przez AMPK jest zjawiskiem równoległym, niezależnym od insuliny i IGF-1.

W młodych i dojrzałych komórkach mięśniowych egzystuje pewne białko o niezwykle doniosłej roli dla rozwoju muskulatury – beta katenina. Białko to jest z natury niestabilne, bo ulega destabilizacji przez kinazę GSK3, a kiedy traci stabilność – zostaje szybko zdegradowane przez tzw. kompleks promujący anafazę (APC). Stabilność zapewniają z kolei beta kateninie specjalne białka Wnt oraz niektóre kinazy. Stabilna beta katenina przenika do jądra komórkowego, gdzie wiąże i aktywuje przede wszystkim czynniki transkrypcyjne z rodziny TCF/LEF, ale również – jak niedawno zaobserwowano – receptory androgenowe (AR). Czynniki transkrypcyjne, aktywowane beta kateniną, pobudzają geny do produkcji znacznej liczby mięśniowych białek strukturalnych i funkcjonalnych – np. białek włókienek mięśniowych – desminy i ciężkiego łańcucha miozyny, czynników transkrypcyjnych zaangażowanych w kolejne etapy miogenezy – MyoD, miogeniny, Myf5 i PPAR delta, czy też znanego na już czynnika wzrostu – VEGF. Beta katenina jest tak ważna dla rozwoju muskulatury, że – gdy zablokowano wytwarzanie tego białka – doszło do całkowitego zniesienia odpowiedzi wzrostowej włókien mięśniowych na przeciążenia mechaniczne. I odwrotnie: kiedy doprowadzono do nadekspresji (nadprodukcji) beta kateniny – procesy naprawcze mięśni uległy znacznemu nasileniu, co przejawiało się między innymi intensywną aktywacją i proliferacją komórek satelitarnych oraz zahamowaniem redukcji ich liczby na drodze apoptozy. Uznano więc, że beta katenina to czynnik niezbędny do stymulowanej treningiem hipertrofii tkanki mięśniowej, będący centralnym, molekularnym ogniwem, na którym zbiegają się liczne szlaki sygnałowe, kontrolujące rozwój umięśnienia.
Pamiętamy, że stabilizacja beta kateniny jest nieodzownym warunkiem wzrostu jej poziomu i aktywności w komórkach mięśniowych. Pamiętamy również, że stabilizację taką zapewniają jej białka Wnt oraz niektóre kinazy. Do tej pory zidentyfikowano trzy enzymy, które fosforylują i poprzez ten mechanizm stabilizują nasze białko: kinazę PKA, kinazę PKB/Akt oraz… (i tutaj klucz programu!)… właśnie kinazę AMPK. Jak się okazuje – AMPK zwiększa poziom beta kateniny jeszcze w inny sposób: fosofryluje i zmniejsza tym sposobem aktywność negatywnych koregulatorów (korpersorów) transkrypcji genów naszego białka, co w konsekwencji prowadzi do wzrostu jego produkcji.

Kinaza PKA jest przekaźnikiem ze szlaku sygnałowego noradrenaliny i podobnych do niej leków z grupy tzw. beta adrenomimetyków, takich jak popularny w sporcie, anaboliczny środek dopingujący – Clenbuterol. Wprawdzie dotychczasowe leki z tej grupy średnio sprawdzają się jako anaboliki, to jednak naukowcy zidentyfikowali już tutaj związki o silniejszym wpływie na rozwój muskulatury, które mają nadzieje wykorzystać w leczeniu starczego zaniku mięśni – sarkopenii. Ważnym mechanizmem ich anabolicznej aktywności może być właśnie wpływ na stabilizację beta kateniny via PKA.
Kinaza PKB/Akt jest z kolei, jak już wiemy, ważnym przekaźnikiem ze szlaku sygnałowego insuliny i IGF-1. Enzym ten stabilizuje beta kateninę na dwa sposoby – nie tylko fosforyzuje to białko, ale jednocześnie inaktywuje kinazę GSK3, która – jak pamiętamy – destabilizuje beta kateninę i sprzyja jej degradacji. A że GSK3 hamuje jednocześnie translację, dlatego jej blokowanie przez PKB/Akt jest ważną komponentą anabolicznej aktywności insuliny i IGF-1. PKB/Akt aktywuje też mTOR (wiemy), a ta z kolei – zwrotnie – tę pierwszą kinazę, co tworzy dodatnie sprzężenie zwrotne pomiędzy tymi dwoma enzymami. A że PKB/Akt, wspólnie z AMPK, fosforyluje i tym sposobem stabilizuje beta kateninę, mamy w tym miejscu kolejny przykład owocnej współpracy AMPK z mTOR w procesach anabolicznych.
Przypomnijmy: długi czas uważano, że kinaza AMPK nie jest przekaźnikiem ze szlaku żadnego, ważnego hormonu anabolicznego. Wiedzieliśmy, że posługują się nią jako przekaźnikiem dwa hormony tkankowe – leptyna i adipokina, których potencjału anabolicznego jeszcze do tej pory nie oceniono. Jakie więc było zaskoczenie, gdy ustalono, że AMPK jako przekaźnik wykorzystują na swoim szlaku sygnałowym androgeny – męskie hormony płciowe, takie jak testosteron oraz jego pochodne – steroidy anaboliczno-androgenne. To właśnie androgeny stymulują AMPK w procesie rozwoju mięśni, a za jej pośrednictwem intensyfikują miogeniczny szlak beta kateniny, który to mechanizm stanowi istotną komponentę ich aktywności anabolicznej (w badaniach nad relacjami pomiędzy androgenami, AMPK i beta kateniną wykorzystano popularny pośród sportowców steryd anaboliczny – trenbolon).

Warto dodać, że beta katenina hamuje generalnie różnicowanie komórek macierzystych w kierunku komórek tłuszczowych, a stymuluje – w kierunku mięśniowych. Przy jej wysokiej aktywności, mniej preadipocytów (młodych komórek tłuszczowych) przemienia się do adipocytów (dojrzałych komórek tłuszczowych), jak również komórki satelitarne przekształcają się chętniej do dojrzałych miocytów, aniżeli do adipocytów, bo komórki te mają potencjalną zdolność przemiany w komórki tłuszczowe. Kiedy więc poziom beta kateniny wzrasta na skutek aktywności AMPK, organizm intensywnie produkuje komórki i białka mięśniowe, a gromadzi znacznie mniej tłuszczu podskórnego, trzewnego i wewnątrzmięśniowego, co, jak nietrudno zgadnąć, fenomenalnie przekłada się na rzeźbę i separację mięśni – podstawowy wykładnik kulturystycznej formy.

Zrozumieć AMPK

Z najaktualniejszego i bardziej komplementarnego stanu wiedzy wyraźnie wynika, że chyba początkowo nazbyt pochopnie oceniono AMPK w kulturystyce – negatywnie. Jej udział w redukcji tkanki tłuszczowej jest wyraźny i niezaprzeczalny, a przecież praca nad rzeźbą to istotny element przygotowań startowych w tym sporcie. Natomiast wpływ AMPK na rozwój masy mięśniową jest trudny do jednoznacznej oceny. Aby taką ocenę ułatwić czytelnikom i samemu sobie, stworzyłem poniższą grafikę:

Widzimy, że liczba plusów przeważa nad liczą minusów, czyli możemy uznać, że AMPK sprzyja rozwojowi masy mięśniowej, a nie – jak jeszcze do niedawna sądzono – przeszkadza. Opinia ta znajduje zresztą potwierdzenie w licznych obserwacjach… W badaniach, w których podawano zwierzętom aktywatory AMPK, takie jak np. resweratrol, omega 3, CLA czy AICAR, odnotowywano wyraźny, pozytywny ich wpływ na stan umięśnienia, skorelowany z obniżeniem poziomu tłuszczu całkowitego (w przypadku CLA i omega 3 – potwierdzono ten efekt na ludziach). Oczywiście, podawanie trenbolonu, testosteronu, innych androgenów czy sterydów anabolicznych daje silne efekty w postaci rozwoju tkanki mięśniowej, o czym wiemy już od ponad 100 lat, co potwierdzono licznymi badaniami na ludziach i zwierzętach, i co dobrze znają wszyscy sportowcy z powszechnej praktyki dopingowej. Powyżej przytoczony argument, że najsilniejsze hormony anaboliczne posługują się jako przekaźnikiem mTOR, a nie AMPK, też nie jest – jak widać – idealnie trafiony. Testosteron wykorzystuje z równym powodzeniem mTOR i AMPK. Natomiast siła takich anabolików, jak GH (hormon wzrostu – stymulator IGF-1), IGF-1 i insulina też bywa mitologizowana. Wiadomo bowiem z praktyki dopingowej, co potwierdzają jednocześnie badania, że stosowanie tych hormonów nie daje oszałamiających efektów w postaci przyrostu masy, jeżeli nie jest dodatkowo fortyfikowane podawaniem testosteronu lub sterydów anabolicznych, a najlepiej jeszcze do tego – hormonów tarczycy. Ponieważ androgeny i hormony tarczycy aktywują AMPK, dlatego może właśnie tutaj tkwi cały szkopuł – może mięśnie wtedy rozwijają się najszybciej i osiągają największe rozmiary, kiedy dochodzi do silnej, jednoczesnej aktywacji mTOR i AMPK…?
Może do tej pory źle pojmowaliśmy zasadę współpracy pomiędzy AMPK a mTOR…? Wszystko bowiem wskazuje na to, że oba antagonistyczne enzymy nie znoszą wzajemnie efektów swojego działania na mięśnie, ale raczej – tak jak plus i minus na klemach akumulatora – tworzą potencjał czynnościowy, napędzający przyrost ich masy.
Dlatego pewnie właśnie złożone ‘kuracje dopingowe’, pobudzające jeden i drugi enzym, dają lepsze efekty anaboliczne, aniżeli pojedyncze hormony stosowane solo, pobudzające jedynie mTOR. W zastępstwie hormonów, naturalni zawodnicy mogą wykorzystywać tutaj suplementy aktywujące mTOR (węglowodany, białka serwatkowe, EAA, BCAA, HMB, leucyna, arginina, tauryna, astaksantyna) w zestawieniu z suplementami aktywującymi AMPK (ALA, CLA, resweratrol, kwercetyna, glukozamina, kofeina, kapsaicyna, kurkumina, chrom, wanad, cynamon, zielona herbata, żeń-szeń, cordyceps, czosnek, hibiskus, raishi, malwa).
Warto podkreślić, że najgruntowniej przebadany i najwyżej ceniony przez pakerów legalny suplement anaboliczny – kreatyna – jest, tak samo jak testosteron, jednoczesnym aktywatorem AMPK i mTOR. Dotyczy to również kwasów omega 3 – też nieźle przebadanych, jako anaboliki i reduktory tłuszczu.
Wydaje się, że takie łączenie suplementów aktywujących mTOR z aktywującymi AMPK ma bardzo głęboki sens, gdyż w badaniu, w którym podawano szczurom argininę razem z CLA, osiągnięto wyraźny spadek poziomu tkanki tłuszczowej przy znacznym przyroście beztłuszczowej masy ciała, czyli tkanki mięśniowej.

Z teorii wynika, że nie powinniśmy obawiać się ćwiczeń aerobowych w programach rozwoju masy mięśniowej. No, oczywiście, jeżeli nie przesadzamy z ich objętością, ale żaden kulturysta nie trenuje przecież, jak maratończyk. Potwierdzają to również aktualniejsze badania… W tych bowiem pracach, z których wyłoniły się pochopne zalecenia unikania łączenia ćwiczeń aerobowych z siłowymi przy rozwoju masy, badano wpływy danego rodzaju treningu na profil genetyczny tkanki mięśniowej zwierząt i ludzi; wzrost ekspresji genów odpowiedzialnych, jak uważano, za wytrzymałość lub masę uznano za wskazówkę – jak dany charakter wysiłku i łączenie ćwiczeń wpływa na stan umięśnienia. Do tego – na najważniejszy marker wybierano tu właśnie AMPK; natężenie ekspresji genu i poziom białka tego enzymu miały właśnie głównie zaświadczać o tym – czy dany program treningowy rozwija mięśnie bardziej w kierunku siły i masy, czy wytrzymałości, zakłócając rozwój tych pierwszych dwóch cech. W kolejnych eksperymentach, w których postawiono na sprawdzenie praktycznej strony tego zagadnienia, zaobserwowano, że łączenie wysiłków aerobowych i oporowych przez wolontariuszy daje taki sam efekt w postaci rozwoju siły, jak same ćwiczenia oporowe, natomiast lepszy – w postaci rozwoju masy mięśniowej i redukcji tkanki tłuszczowej.

W tym świetle wydaje się również zyskiwać uzasadnienie – jako alternatywa dla tradycyjnego modelu żywienia kulturystów opartego o częste posiłki – manipulacja dietetyczna, znana jako ‘dieta JEM / NIE JEM’, w której to spożywa się obfite racje w krótkim (około 6-godzinnym) wycinku dnia, a przez resztę doby utrzymuje całkowitą wstrzemięźliwość pokarmową, co naprzemiennie aktywuje – w okresie sytości – mTOR, w okresie głodu – AMPK. Dietę tę można dodatkowo wspomagać suplementami; w okresie sytości – aktywującymi mTOR, w okresie głodu – AMPK. Taka dieta nie spodoba się pewnie wyczynowcom, szczególnie stosującym anaboliki, ale może być dobrym rozwiązaniem dla amatorów kulturystycznej sylwetki, stroniących od środków dopingowych, gdyż w pewnym sensie naśladuje mechanizmy działania ‘kuracji anabolicznej’.

Be Sociable, Share!
Be Sociable, Share!

Reklama na stronie slawomirambroziak.pl:

biuro@wydawnictwopiktogram.pl
Katarzyna Ambroziak - 601 312 342