Корман Ш.-А. С., Лук’янцева Г. В.

УЛЬТРАСТРУКТУРНІ МЕХАНІЗМИ АДАПТАЦІЇ КИСЕНЬТРАНСПОРТНОЇ СИСТЕМИ ДО М’ЯЗОВОЇ РОБОТИ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Корман Ш.-А. С., Лук’янцева Г. В.

Рубрика:

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Фізичні вправи є одним із провідних чинників, що ініціює багаторівневу перебудову організму, зокрема тканин кисеньтранспортної системи. Ці зміни забезпечують відповідність між зростаючими енергетичними потребами та можливостями організму в умовах м’язової активності. Особливу роль відіграють ультраструктурні адаптації, які формують морфофункціональну основу для ефективного транспорту, дифузії та утилізації кисню. Мета – узагальнити сучасні дані щодо структурних механізмів адаптації серця, легень, скелетних м’язів і судинного ендотелію за умов фізичної активності різного типу, інтенсивності та тривалості на основі огляду наукової літератури. У статті систематизовано ключові морфологічні та функціональні зміни, що виникають у тканинах кисеньтранспортної системи під впливом м’язової роботи. Встановлено, що регулярні фізичні вправи викликають гіпертрофію та збільшення кількості мітохондрій у скелетних м’язах і кардіоміоцитах, що свідчить про активізацію процесів аеробного енергозабезпечення. Спостерігається також ремоделювання мікроциркуляторного русла, зокрема зростання щільності капілярів навколо м’язових волокон, що забезпечує покращення дифузійної здатності тканин до кисню. Встановлено посилення секреторної функції передсердних кардіоміоцитів, а також гіперплазію ендотеліоцитів, які беруть участь у формуванні аерогематичного бар’єру. Значні зміни також зафіксовано у легеневих альвеолоцитах II типу, відповідальних за продукцію сурфактанту. Ці зміни свідчать про глибоку інтеграцію структурних і функціональних механізмів адаптації. Особливу увагу приділено різниці між адаптаційними процесами в умовах тренованості та деструктивними реакціями у разі надмірного або неадекватного навантаження в нетренованому організмі. Це підкреслює важливість індивідуалізації фізичних програм відповідно до морфофункціонального статусу особи. Ультраструктурні перебудови є не лише індикатором адаптації, але й активним механізмом підвищення ефективності кисеньтранспортної системи. Подальші дослідження в цьому напрямі сприятимуть персоналізації тренувальних, реабілітаційних і профілактичних програм.

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Hansen C, Møller S, Ehlers T, Wickham KA, Bangsbo J, Gliemann L, Hellsten Y. Redox balance in human skeletal muscle-derived endothelial cells - Effect of exercise training. Free Radic Biol Med. 2022;179:144-155.
2. Egan B, Zierath JR. Exercise metabolism and the molecular regulation of skeletal muscle adaptation. Cell Metab. 2013;17(2):162-84. DOI: 10.1016/j.cmet.2012.12.012.
3. Bakunovskyi OM, Drozdovska SB, Ilyn VM, Filippov MM, Pastukhova VA, Skorobohatov AM, ta in. Zminy v systemi krovoobihu pid chas shvydkoho vidnovlennia pislia statychnoi roboty u osib z riznym indeksom masy tila. Visnyk problem biolohii i medytsyny. 2023;3(170):150- 8. [in Ukrainian].
4. Mortensen SP, Winding KM, Iepsen UW, Munch GW, Marcussen N, Hellsten Y, et al. The effect of two exercise modalities on skeletal muscle capillary ultrastructure in individuals with type 2 diabetes. Scand J Med Sci Sports. 2019;29(3):360-368. DOI: 10.1111/sms.13348.
5. Eken Ö, Kafkas ME. Effects of low and high intensity interval training exercises on VO2max and components of neuromuscular and vascular system in male volunteers. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2022;22(3):352-363.
6. Lukiantseva HV, Bakunovskyi OM, Pastukhova VA, Drozdovska SB, Babak SV, Ilin VM, ta in. Vplyv stato-dynamichnykh vprav na parametry sertsievo-sudynnoi systemy pry zaniattiiakh sylovym fitnesom. Visnyk Cherkaskoho universytetu. Seriia: Biolohichni Nauky. 2024;2:59-68. DOI: 10.31651/2076-5835-2018-1-2024-2-59-68. [in Ukrainian].
7. Kissane RWP, Hauton D, Tickle PG, Egginton S. Skeletal muscle adaptation to indirect electrical stimulation: divergence between microvascular and metabolic adaptations. Exp Physiol. 2023;108(6):891-911.
8. Pastukhova V, Goncharenko I, Buka G, Ilyin V, Skorobohatov A, Tytarenko V. Effect of Physical Activity on Changes in Mitochondrial Pool of Muscle Fibers. Sports science and health. 2024;14(1):23-7.
9. Liu Y, Christensen PM, Hellsten Y, Gliemann L. Effects of Exercise Training Intensity and Duration on Skeletal Muscle Capillarization in Healthy Subjects: A Meta-analysis. Med Sci Sports Exerc. 2022;54(10):1714-1728.
10. Hunina LM, Bielenichev IF, Rozova K, Ataman YuO, Voitenko VL, Bezugla VV. Enerhozabezpechennia sertsia ta skeletnykh miatsiv za fizychnykh navantazhen: mitokhondrialnyi vektor. Fiziolohichnyi zhurnal. 2022;68(5):67-78. DOI: 10.15407/fz68.05.067. [in Ukrainian].
11. Ross M, Kargl CK, Ferguson R, Gavin TP, Hellsten Y. Exercise-induced skeletal muscle angiogenesis. Eur J Appl Physiol. 2023;123(7):1415- 32. DOI: 10.1007/s00421-022-05128-6.
12. Mølmen KS, Almquist NW, Skattebo Ø. Effects of Exercise Training on Mitochondrial and Capillary Growth in Human Skeletal Muscle: A Systematic Review and Meta-Regression. Sports Med. 2025;55(1):115-144.
13. Platonov VN. Sovremennaya sistema sportivnoy podgotovki. Kyiv: Persha drukarnia; 2020. 704 s.
14. Lukiantseva HV, Pastukhova VA. Osoblyvosti variabelnosti sertsievoho rytmu ta dynamiky zbudzhennia u sertsie lehkoatletiv. Visnyk problem biolohii i medytsyny. 2019;3(152):344-347. [in Ukrainian].
15. Pelliccia A, Sharma S, Gati S, Back M, Borjesson M, Caselli S et al. Corrigendum to: 2020 ESC Guidelines on Sports Cardiology and Exercise in Patients with Cardiovascular Disease. Eur Heart J. 2021;42(5)548-59.
16. Meerson FZ, Pshennikova MG. Adaptatsiya k stressovym situatsiyam i fizicheskim nagruzkam. M.: Meditsina; 1988. 360 s.
17. Mankovska IM, Havenauskas BH, Nosar VI, Nazarenko AI, Rozova KV, Bratus LV. Mekhanizmy adaptatsii miazovoi tkanyny do hypoksii navantazhennia za umov dii intervalnoi hypoksychnoi hypoksii. Sportyvna medytsyna. 2005;1:3-11. [in Ukrainian].
18. Meerson FZ. Obshchiy mekhanizm adaptatsii i profilaktiki. M.: Nauka; 1973. 360 s.
19. Schöffl I, Wüstenfeld J, Jones G, Dittrich S, Lutter C, Schöffl V. Athlete’s Heart in Elite Sport Climbers: Cardiac Adaptations Determined Using ECG and Echocardiography Data. Wilderness Environ Med. 2020;31(4):418-25.
20. D’Andrea A, Formisano T, Riegler L, Scarafile R, America R, Martone F, et al. Acute and Chronic Response to Exercise in Athletes: The «Supernormal Heart». Adv Exp Med Biol. 2017;999:21-41.
21. Ghorayeb N, Stein R, Daher DJ, da Silveira AD, Ritt LE, Dos Santos D, et al. The Brazilian Society of Cardiology and Brazilian Society of Exercise and Sports Medicine Updated Guidelines for Sports and Exercise Cardiology. Arq Bras Cardiol. 2019;112(3):326-68. DOI:10.5935/abc.20190048.
22. Bogdanov V, Soltisz AM, Moise N, Sakuta G, Orengo BH, Janssen P, et al. Distributed synthesis of sarcolemmal and sarcoplasmic reticulum membrane proteins in cardiac myocytes. Basic Res Cardiol. 2021;116(1):63. DOI: 10.1007/s00395-021-00895-3.
23. Lavin KM, Coen PM, Baptista LC, Bell MB, Drummer D, Sara A, et al. State of Knowledge on Molecular Adaptations to Exercise in Humans: Historical Perspectives and Future Directions. Buford Compr Physiol. available in PMC 2023. Compr Physiol. 2022;12(2):3193-279.
24. Kenney LW, Wilmore JH, Costill DL. Physiology of sport and exercise. Champaign: Human Kinetics; 2012. 621 p.
25. Braschler L, Nikolaidis PT, Thuany M, Chlíbková D, Rosemann T, Weiss K, et al. Physiology and Pathophysiology of Marathon Running: A narrative Review. Sports Med Open. 2025;11(1):10.
26. Dorrello NV, Guenthart BA, O’Neill JD, Kim J, Cunningham K, Chen YW, et al. Functional vascularized lung grafts for lung bioengineering. Sci Adv. 2017;3(8):e1700521. DOI: 10.1126/sciadv.1700521.
27. Sylvester JT, Shimoda LA, Aaronson PI, Ward JPT. Hypoxic pulmonary vasoconstriction. Physiol Rev. 20120;92(1):367-520.
28. Hanania NA. A Unified Front Against COPD: Clinical Practice Guidelines From the American College of Physicians, the American College of Chest Physicians, the American Thoracic Society, and the European Respiratory Society. Chest. 2011;140(3):565-6.
29. Hetzel M, Ackermann M, Lachmann N. Beyond “Big Eaters”: The Versatile Role of Alveolar Macrophages in Health and Disease. Int J Mol Sci. 2021;22(7):3308. DOI: 10.3390/ijms22073308.
30. Lavin KM, Coen PM, Baptista LC, Bell MB, Drummer D, Harper SA, et al. State of Knowledge on Molecular Adaptations to Exercise in Humans: Historical Perspectives and Directions. Compr Physiol. 2022;12(2):3193-279.
31. Leandro CG, Ribeiro DS, Dos Santos JA. Moderate physical training attenuates muscle-specific effects on fibre composition in adult rats submitted to a perinatal maternal low-protein diet. Eur. J. Nutr. 2011;11(4):123-34.
32. Bernardi P, Di Lisa F. The mitochondrial permeability transition pore: Molecular nature and role as a target in cardioprotection. J Mol and Cell Cardiol. 2015;78(1):100-6.
33. Furrer R, Hawley JA, Handschin C. The molecular athlete: exercise physiology from mechanisms to medals. Physiol Rev. 2023;103(3):1693- 787. DOI: 10.1152/physrev.00017.2022.
34. D’Argenteuil CM, Boshuizen B, Oosterlinck M, van de Winkel D, De Spiegelaere W, de Bruijn CM, et al. Flexibility of equine bioenergetics and muscle plasticity in response to different types of training: An integrative approach, questioning existing paradigms. PLoS One. 2021;16(4):e0249922.
35. Kruse A, Rivares C, Weide G, Tilp M, Jaspers RT. Stimuli for Adaptations in Muscle Length and the Length Range of Active Force Exertion – A Narrative Review. Front Physiol. 2021;12:742034.
36. Kallabis S, Abraham L, Müller S, Dzialas V, Türk C, Wiederstein JL, et al. High-throughput proteomics fiber typing (ProFiT) for comprehensive characterization of single skeletal muscle fibers. Skelet Muscle. 2020;10:7.
37. Zempo B, Yamamoto Y, Williams T, Ono F. Synaptic silencing of fast muscle is compensated by rewired innervation of slow muscle. Sci Adv. 2020;6(15):eaax8382. DOI: 10.1126/sciadv.aax8382.
38. Glancy B, Balaban RS. Energy metabolism design of the striated muscle cell. Physiol Rev. 2021;101(4):1561-607.
39. Wilk M, Gepfert M, Krzysztofik M, Stastny P, Zajac A, Bogdanis GC. Acute Effects of Continuous and Intermittent Blood Flow Restriction on Movement Velocity During Bench Press Exercise Against Different Loads. Front Physiol. 2020;11:569915. DOI: 10.3389/fphys.2020.569915.
40. Bentley RF, Jones JH, Hirai DM, Zelt JT, Giles MD, Raleigh JP, et al. Do interindividual differences in cardiac output during submaximal exercise explain differences in exercising muscle oxygenation and ratings of perceived exertion? Physiol Rep. 2018;6(2):e13570. DOI:10.14814/phy2.13570.
41. da Silva Vendruscolo L, Brendon H, Hevia-Larraín V, Aihara AY, de Salles Painelli V. Similar Regional Hypertrophy of the Elbow Flexor Muscles in Response to Low-Load Training With Vascular Occlusion at Short Versus Long Muscle Lengths. Sports Health. 2024;XX:19417381241287522.
42. Lemieux P, Altitude OB. Exercise, and Skeletal Muscle Angio-Adaptive Responses to Hypoxia: A Complex Story. Front Physiol. 2021;12:735557. DOI: 10.3389/fphys.2021.735557.
43. Green DJ, Hopman MTE, Padilla J, Laughlin MH, Thijssen DHJ. Vascular Adaptation to Exercise in Humans: Role of Hemodynamic Stimuli. Physiol Rev. 2017;97(2):495-528. DOI: 10.1152/physrev.00014.2016.
44. Moses SR, Adorno JJ, Palmer AF, Song JW. Vessel-on-a-chip models for studying microvascular physiology, transport, and function in vitro. Am J Physiol Cell Physiol. 2021;320(1):C92-C105.
45. Muzyka FV, Baranetskyi HH, Vovkanych MIa, Hrynkiv MIa, Maievska SM. Sportyvna morfolohiia. Navchalno-metodychnyi posibnyk do laboratornykh zaniat. Lviv: Spolom; 2008. 78 s. [in Ukrainian].
46. Yan K, Gao H, Liu X, Zhao Z, Gao B, Zhang L. Establishment and identification of an animal model of long-term exercise-induced fatigue. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:915937. DOI: 10.3389/fendo.2022.915937.
47. Chen J, Zhou R, Feng Y, Cheng L. Molecular mechanisms of exercise contributing to tissue regeneration. Signal Transduct Target Ther. 2022;7:383.
48. Stamerra CA, Di Giosia P, Giorgini P, Ferri C, Sukhorukov VN, Sahebkar A. Mitochondrial Dysfunction and Cardiovascular Disease: Pathophysiology and Emerging Therapies. Oxid Med Cell Longev. 2022;2022:9530007. DOI: 10.1155/2022/9530007.
49. Pastukhova VA. Osoblyvosti budovy mitokhondrii skeletnykh miatsiv pry fizychnomu navantazhenni v eksperymenti. Klinichna anatomiia ta operatyvna khirurhiia. 2016;15(1):58-62. [in Ukrainian].
50. Filippov MM, Ilin VM, Portnychenko VI, Lukiantseva HV. Systemni zminy v orhanizmi sportsmeniv, yaki vplyvaiut na masoperenesennia respiratornykh haziv pry miazovii diialnosti v horakh. Visnyk problem biolohii i medytsyny. 2019;2(151):64-72. [in Ukrainian].
51. Rozova KV, Bolhova TV, Tymoshenko KR, Vynnychuk YuD, Hunina LM, Bezugla VV. Perebudova tkanyn skeletnykh miatsiv, lehen ta sertsia shchuriv za umov hypoksii navantazhennia v eksperymenti. Fiziolohichnyi zhurnal. 2016;62(6):72-80. [in Ukrainian].
52. Giorgi C, Bononi A, Bonora M. Mitochondrial calcium homeostasis as potential target for mitochondrial medicine. Mitochondrion. 2012;12(1):77-85.
53. Williams CA, Lloyd RS. Strength and conditioning for young athletes: science and application. London, New-York: Routledge; 2019. 414 p.
54. Palikaras K, Tavernarakis N. Mitochondrial homeostasis: The interplay between mitophagy and mitochondrial biogenesis. Exp Geront. 2014;56:182-8.
55. Mescher AL. Junqueira’s Basic Histology: text and Atlas. 15th ed. International Edition. New York, Chicago, San Francisco: McGraw Hill Education; 2018. 562 p.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», Випуск 2, 177, 25-34 сторінки, код УДК 611.73:612.22+612.12(045)

DOI:

10.29254/2077-4214-2025-2-177-25-34