Trening interwałowy o wysokiej intensywności zwiększa wydajność mitochondrialnych „elektrowni” w mięśniach

Badacze z University of Southern Denmark przeanalizowali, w jaki sposób ośmiotygodniowy program treningu interwałowego o wysokiej intensywności (HIIT) wpływa na strukturę mitochondriów – organelli komórkowych odpowiedzialnych za produkcję energii w komórkach mięśniowych. Wyniki badania wskazują, że trening nie tylko zwiększa liczbę mitochondriów, ale także powoduje rozbudowę ich aktywnej błony wewnętrznej, czyli tzw. grzebieni mitochondrialnych (cristae).

Nowe dane pogłębiają wiedzę o mechanizmach produkcji energii w mięśniach

– Przeanalizowaliśmy próbki mięśni pobrane od uczestników badania. Udało się wykazać, że po ośmiu tygodniach treningu liczba mitochondriów wzrosła, a co szczególnie istotne, zwiększyła się także powierzchnia aktywnej błony wewnątrz mitochondriów. Oznacza to, że trening nie tylko prowadzi do powstania większej liczby „elektrowni komórkowych”, lecz także sprawia, że stają się one bardziej wydajne – wyjaśnia dr Martin Eisemann de Almeida, pracownik Department of Clinical Research, Department of Sports Science and Clinical Biomechanics oraz Steno Diabetes Center Odense.

Uzyskane wyniki sugerują, że trening o wysokiej intensywności może znacząco poprawiać zdolność mięśni do produkcji energii. W dłuższej perspektywie może to wpływać na zwiększenie wydolności fizycznej oraz poprawę funkcjonowania układu mięśniowego.

Adaptacja mięśni zachowana także u pacjentów z cukrzycą typu 2

Efekt treningu zaobserwowano nie tylko u osób zdrowych, ale także u uczestników z nadwagą oraz u pacjentów z cukrzycą typu 2.

Wyniki badania wskazują, że zdolność mięśni do adaptacji treningowej jest zachowana również u osób z cukrzycą typu 2, mimo wcześniejszych hipotez sugerujących możliwość jej upośledzenia. Odkrycie to podważa utrwalone przekonanie, że cukrzyca może ograniczać adaptacyjne odpowiedzi mięśni na wysiłek fizyczny.

Nowe spojrzenie na mechanizmy produkcji energii w mięśniach

Dotychczasowe badania nie były w stanie jednoznacznie wykazać zmian w wewnętrznej strukturze mitochondriów pod wpływem treningu fizycznego. Nowa praca pokazuje jednak, że możliwe są modyfikacje struktury aktywnej błony wewnętrznej mitochondriów – grzebieni mitochondrialnych.

Unikalność badania wynika z bardzo wysokiej precyzji analizy ultrastrukturalnej.

– Poświęciliśmy około roku na ręczną analizę blisko 11 000 pojedynczych mitochondriów. Dzięki temu mogliśmy wykryć zmianę rzędu około 7% w powierzchni aktywnej błony mitochondrialnej – różnicę, której wcześniejsze badania treningowe nie były w stanie uchwycić – wyjaśnia dr Eisemann de Almeida.

Analizy wykazały, że po zakończeniu programu treningowego zwiększyła się gęstość grzebieni mitochondrialnych. Innymi słowy, wewnętrzna architektura mitochondriów zmieniła się w sposób sprzyjający bardziej efektywnej produkcji energii.

Potrzebne są większe badania

Autorzy podkreślają jednak, że badanie miało ograniczenia metodologiczne.

– Jest to stosunkowo niewielkie badanie obejmujące wyłącznie mężczyzn. Aby móc formułować bardziej jednoznaczne wnioski, konieczne będzie powtórzenie tych analiz w większych i bardziej zróżnicowanych populacjach – zaznacza dr Eisemann de Almeida.

Badanie nie pozwala również określić, czy obserwowane zmiany utrzymują się w długim okresie. Naukowcy przypuszczają jednak, że kontynuowanie treningu może utrwalać lub dodatkowo wzmacniać adaptacje mitochondrialne, natomiast zaprzestanie aktywności fizycznej prawdopodobnie doprowadzi do powrotu mitochondriów do stanu wyjściowego.

Projekt badania

W badaniu uczestniczyło 44 mężczyzn w wieku 40–65 lat. Zostali oni podzieleni na trzy grupy:

• 15 osób z nadwagą i cukrzycą typu 2
  • 15 osób z nadwagą bez cukrzycy
  • 18 osób z prawidłową masą ciała

U wszystkich uczestników wykonano biopsję mięśnia – niewielkie pobranie tkanki mięśniowej – zarówno przed rozpoczęciem programu treningowego, jak i po jego zakończeniu. Dzięki temu możliwa była szczegółowa analiza wpływu ośmiotygodniowego treningu interwałowego o wysokiej intensywności na mitochondria mięśniowe.

Program treningowy obejmował trzy sesje tygodniowo z wykorzystaniem ergometru wioślarskiego oraz roweru stacjonarnego. Trening składał się z krótkich, bardzo intensywnych interwałów przedzielonych okresami odpoczynku.

Pobrane próbki mięśniowe z uda analizowano przy użyciu mikroskopii elektronowej, która umożliwia wizualizację mitochondriów i ich struktur wewnętrznych z bardzo wysoką rozdzielczością.

Trzy pytania do dr Martina Eisemanna de Almeidy

Co było celem badania?
Celem było określenie, w jaki sposób ośmiotygodniowy trening interwałowy o wysokiej intensywności wpływa na strukturę mitochondriów w mięśniach zarówno u osób zdrowych, jak i u pacjentów z cukrzycą typu 2.

Jakie jest najważniejsze odkrycie?
Oprócz zwiększenia liczby mitochondriów trening powoduje także zwiększenie ilości aktywnej błony wewnętrznej – grzebieni mitochondrialnych – co prawdopodobnie poprawia zdolność mitochondriów do produkcji energii.

Jakie znaczenie mają wyniki badania?
Wyniki pokazują, że mitochondria mięśniowe są bardziej plastyczne, niż wcześniej sądzono. Wiedza ta pogłębia nasze rozumienie mechanizmów, dzięki którym trening fizyczny poprawia zdolność mięśni do wytwarzania energii i może mieć znaczenie dla przyszłych strategii treningowych oraz terapeutycznych, szczególnie w kontekście zdrowia metabolicznego i leczenia cukrzycy typu 2.

Mitochondria i grzebienie mitochondrialne – dlaczego są tak ważne?

W komórkach mięśniowych mitochondria pełnią funkcję mikroskopijnych „elektrowni”. To właśnie w nich energia pochodząca z substratów metabolicznych jest przekształcana w ATP – podstawową formę energii wykorzystywaną przez komórki mięśniowe podczas pracy.

Wnętrze mitochondriów zawiera silnie pofałdowaną strukturę – grzebienie mitochondrialne (cristae). Tworzą one aktywną błonę, na której zachodzi większość reakcji łańcucha oddechowego odpowiedzialnego za produkcję ATP.

Im więcej fałd i im większa jest ich gęstość, tym większa jest powierzchnia reakcyjna umożliwiająca wytwarzanie energii.

Dlatego zwiększenie liczby i zagęszczenia grzebieni mitochondrialnych oznacza, że mitochondria mogą produkować więcej energii w tej samej objętości komórki. Oznacza to poprawę wydajności systemu energetycznego mięśni bez konieczności zwiększania całkowitej liczby mitochondriów.

Finansowanie badań

Badanie zostało sfinansowane przez Steno Diabetes Center Odense wspierane przez Novo Nordisk Foundation (NNF17SA0030962-1). Projekt otrzymał także finansowanie z Region of Southern Denmark (19/37137), Odense University Hospital, Novo Nordisk Foundation (NNF150C0015986), University of Southern Denmark, Christenson-Ceson Family Foundation oraz Jeppe Juhl and wife Ovita Juhl Memorial Grant.

Źródło: Diabetologia, Mitochondrial cristae density is increased following high-intensity interval training in men with type 2 diabetes
DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00125-026-06694-6