Modelo Matemático Antecipa o Método Ideal para Construir Massa Muscular

Os cientistas estabeleceram um projeto matemático que pode antecipar o programa de exercícios máximo para construir o tecido muscular.

Os pesquisadores da Universidade de Cambridge usaram abordagens da biofísica teórica para criar a versão, que pode informar quanto uma certa quantidade de esforço físico fará com que um músculo cresça e quanto tempo isso levará. O desempenho pode formar a base de um produto de software, onde os usuários podem otimizar suas rotinas de exercícios entrando em poucas informações de sua fisiologia específica.

A versão é baseada no trabalho anterior da mesma equipe, que localizou que uma parte do músculo chamada titina é responsável por gerar os sinais químicos que impactam no desenvolvimento muscular.

Os resultados, relatados no Biophysical Journal, recomendam um peso ideal para fazer o treinamento de resistência para cada indivíduo e cada alvo de crescimento de tecido muscular. A massa muscular só pode ficar perto de sua carga máxima por um curto período de tempo, e são os lotes integrados com o tempo que ativam a via de sinalização celular que traz a síntese de proteínas saudáveis ​​de massa muscular totalmente novas. No entanto, abaixo de um determinado valor, as toneladas querem causar muita sinalização, e também o tempo de treino sem dúvida precisaria aumentar tremendamente para compensar. O valor desses lotes críticos provavelmente depende da fisiologia particular do indivíduo.

Todos nós reconhecemos que o treino constrói músculos. Ou não? “Notavelmente, não foi descoberto muito sobre por que ou exatamente como o exercício desenvolve os músculos: há muito conhecimento anedótico e também sabedoria, mas muito pouco nos meios de informação difícil ou comprovada”, disse o professor Eugene Terentjev, do Cavendish de Cambridge. Laboratório de pesquisa, um dos autores do artigo.

Quanto mais altas as toneladas, mais repetições ou, quanto mais significativa for a frequência, melhor será o aumento no tamanho da massa muscular. No entanto, ao olhar para todo o músculo, por que ou quanto isso ocorre não é compreendido. A resposta a ambas as perguntas fica mais difícil à medida que a ênfase diminui para um único tecido muscular ou suas fibras.

Os músculos são compostos de filamentos individuais, que têm apenas 2 micrômetros de comprimento e menos de um micrômetro de comprimento, menores que o tamanho da célula muscular. “Por isso, parte da explicação para o crescimento da massa muscular precisa ir para a escala molecular”, afirmou o co-autor Neil Ibata. “As comunicações entre as principais moléculas arquitetônicas no músculo foram apenas remendadas cerca de 50 anos atrás. Exatamente como as proteínas acessórias saudáveis ​​de tamanho menor se adaptam ao quadro ainda não está completamente claro.”

Isso ocorre porque os dados são extremamente difíceis de obter: os indivíduos variam substancialmente em sua fisiologia e comportamento, tornando virtualmente difícil conduzir um experimento controlado sobre modificações na dimensão do tecido muscular em um indivíduo genuíno. “Você pode remover as células do tecido muscular e analisá-las de forma independente, mas isso desconsidera vários outros problemas, como oxigênio e também os níveis de glicose durante o exercício”, disse Terentjev. “É realmente difícil verificar tudo junto.”

Terentjev e seus colegas começaram a verificar os sistemas de detecção mecânica da capacidade das células de detectar sinais mecânicos em sua atmosfera há vários anos. A pesquisa foi observada pelo English Institute of Sport, que queria saber se ela poderia ser associada às suas observações na reabilitação muscular. Juntos, eles descobriram que a hiper / atrofia do tecido muscular estava diretamente ligada ao trabalho de Cambridge.

Em 2018, os cientistas de Cambridge começaram uma tarefa sobre como as proteínas saudáveis ​​nos filamentos da massa muscular se alteram sob pressão. Eles descobriram que os principais componentes da massa muscular, actina e miosina, não tinham sites de ligação para moléculas de sinalização, então precisava ser o terceiro elemento de tecido muscular mais abundante – a titina – responsável por sinalizar as modificações na pressão aplicada.

Sempre que parte de uma molécula fica sob tensão por um tempo suficientemente longo, ela muda diretamente para vários estados, revelando uma região anteriormente oculta. Se essa região puder se ligar a uma pequena partícula associada à sinalização celular, ela aciona essa partícula, criando uma cadeia de sinalização química. A titina é uma proteína grande, grande parte da qual se prolonga quando a massa muscular é estendida, mas uma pequena parte da molécula também fica sob tensão durante a contração. Essa parte da titina tem o suposto nome de domínio da titina quinase, que é aquele que gera o sinal químico que influencia o desenvolvimento muscular.

A partícula provavelmente se abrirá sob pressão ainda maior ou quando mantida sob a mesma força por mais tempo. Ambos os problemas aumentarão a variedade de moléculas de sinalização ativadas. Essas moléculas, em seguida, geram a síntese de mais RNA mensageiro, provocam a produção de novas proteínas da massa muscular, e o corte transversal da célula muscular aumenta.

Essa constatação deu origem ao trabalho atual, iniciado pelo Ibata, ele próprio um grande atleta. “Fiquei emocionado ao adquirir uma melhor compreensão tanto do porquê quanto do modo de crescimento da massa muscular”, afirmou. “Muito tempo e também fontes poderiam ser conservados evitando rotinas de exercícios de baixa produtividade e maximizando as possibilidades dos atletas com sessões regulares de maior valor, desde que uma determinada quantidade que o atleta seja capaz de atingir.”

Terentjev e Ibata planejaram restringir um projeto matemático que pode fornecer previsões mensuráveis ​​sobre o desenvolvimento muscular. Eles começaram com uma versão básica que ficava de olho nas partículas de titina que se abriam com força e iniciavam a cascata de sinalização. Eles usaram dados de microscopia para estabelecer a probabilidade dependente da força de que um sistema de titina quinase certamente abriria ou fecharia sob força e também ativaria uma molécula de sinalização.

Depois disso, eles tornaram o design muito mais complexo, consistindo em detalhes adicionais, como troca de energia metabólica, tamanho de repetição e recuperação. O projeto foi verificado por meio de estudos de pesquisa de longo prazo anteriores sobre hipertrofia da massa muscular.

“Nosso projeto usa uma base fisiológica para a ideia de que o desenvolvimento do tecido muscular ocorre principalmente a 70% das toneladas máximas, que é a ideia por trás do treinamento de resistência”, afirmou Terentjev. “Listado abaixo disso, a taxa de abertura da titina quinase cai vertiginosamente, bem como impede que a sinalização mecanossensível aconteça. Acima disso, a exaustão rápida impede um bom resultado, que nosso modelo antecipou quantitativamente.”

“Entre as dificuldades na preparação de atletas profissionais de elite está a necessidade comum de maximizar as adaptações ao mesmo tempo em que harmoniza as compensações vinculadas, como despesas de energia”, afirmou Fionn MacPartlin, Técnico Sênior de Resistência e Condicionamento do Instituto Inglês de Esporte. “Este trabalho nos dá mais compreensão dos sistemas potenciais de como os tecidos musculares se recuperam, bem como respondem às toneladas, o que pode nos ajudar ainda mais especialmente projetar intervenções para cumprir esses objetivos.”

O modelo aborda da mesma forma o problema da atrofia muscular, que ocorre durante longos períodos de repouso na cama ou para astronautas em microgravidade, revelando quanto tempo um tecido muscular pode se dar ao luxo de continuar inativo antes de começar a se deteriorar, bem como o que programa de recuperação ideal poderia ser.

Em algum ponto, os cientistas esperam criar um aplicativo baseado em software amigável que possa fornecer regimes de treino individualizado para objetivos específicos. Os cientistas também pretendem impulsionar seu projeto estendendo sua avaliação com dados detalhados para homens e mulheres, já que muitos estudos de pesquisas de treino são fortemente preconceituosos em relação aos atletas do sexo masculino.

Referência : Neil Ibata, Eugene M. Terentjev. Por que o exercício constrói os músculos: o mecanossensor da titina controla o crescimento do músculo esquelético sob carga . Biophysical Journal , 2021; DOI:  10.1016 / j.bpj.2021.07.023