Однако из того факта, что гипертрофия мышечного волокна сопровождается, как правило, пропорциональным увеличением числа ядер в нём, никак нельзя делать вывод, что размер мышечного волокна во всех случаях определяется только числом ядер. Ограниченное увеличение размера ДНК-единицы происходит на ранних этапах развития организма. Обнаружено, что в организме молодых растущих крыс мышцы, в которых деление миосателлитоцитов блокировано воздействием радиации, всё же немного увеличивают свой размер и массу, хотя и значительно отстают в росте от необлучённых мышц, в которых деление миосателлитоцитов происходит в обычном порядке (P.E.Mozdziak et al. 1997). В этих же экспериментах было показано, что в мышцах, подвергшихся облучению, и в необлучённых мышцах размер ДНК-единицы возрастает в равной степени, то есть увеличение размера ДНК-единицы на ранних этапах развития организма является физиологически запрограммированным. Связан такой рост объёма волокна, обслуживаемого одним ядром, по-видимому, с тем, что размер ДНК-единицы мышечного волокна в молодом организме меньше размера ДНК-единицы, характерного для мышц зрелого организма. Возможно, увеличение размера ДНК-единицы на ранних этапах развития организма связано с возрастающей после рождения двигательной активностью мышц — на это указывает тот факт, что снятие нагрузки с растущих мышц прерывает увеличение размера ДНК-единицы (P.E.Mozdziak et al. 2000). Вместе с тем возможности увеличения размера ДНК-единицы, по-видимому, ограничены, поскольку в облучённых мышцах дополнительного увеличения размера ДНК-единицы, компенсирующего отставание мышц в развитии из-за меньшего числа ядер, не происходит (P.E.Mozdziak et al. 1997).
Впрочем, снижение размера ДНК-единицы возможно в стареющем организме. В противоречие исследованиям, в которых постоянство размера ДНК-единицы было отмечено в мышцах людей в возрасте от одного до семидесяти одного года (D.Vassilopoulos et al. 1977), при аналогичных исследованиях мышц людей в возрастном диапазоне от семнадцати до восьмидесяти двух лет было обнаружено снижение размера ДНК-единицы в мышцах людей старше шестидесяти лет (P.Manta et al. 1987), то есть в мышцах пожилых людей наблюдалось снижение среднего размера волокон при сохраняющемся числе ядер. Возможно, такое уменьшение ДНК-единицы связано со снижением с возрастом двигательной активности людей.
При атрофии мышц, вызванной значительным снижением двигательной активности, также отмечается снижение размера ДНК-единицы. Например, после денервации мышц кролика наблюдалась атрофия мышц, сопровождавшаяся снижением размера ДНК-единицы (J.A.Gustafsson et al. 1984). При снятии нагрузки с мышц задней конечности крыс в течение двадцати восьми дней число ядер в мышцах крыс не уменьшилось, в то время как размер волокон существенно снизился (до 70% от уровня контроля в быстрых и до 45% от уровня контроля в медленных). Следовательно, размер ДНК-единицы в атрофированных мышцах заметно снизился — в особенности, в медленных волокнах (C.E.Kasper, L.Xun 1996). Соблюдение группой добровольцев длительного (до четырёх месяцев) постельного режима привело к существенному (на 35% от первоначального уровня) снижению поперечного сечения мышечных волокон в камбаловидной мышце (95% волокон камбаловидной мышцы — медленные), при этом число ядер в волокнах осталось неизменным, то есть бездействие мышц привело к существенному снижению размера ДНК-единицы медленных волокон (Y.Ohira et al. 1999). В указанных экспериментах атрофия мышц не сопровождалась снижением числа клеточных ядер в мышечных волокнах, но в ряде случаев при атрофии мышц наблюдалось как уменьшение размера ДНК-единицы, так и уменьшение числа ядер. Например, в мышцах задней конечности кошек после шести месяцев бездействия (по причине спиноизоляции, то есть изоляции спинного мозга от воздействия головного) было отмечено как снижение размера ДНК-единицы, так и уменьшение числа ядер (D.L.Allen et al. 1995). В мышцах крыс после двухнедельного пребывания в невесомости зафиксировано как уменьшение числа ядер в медленных мышечных волокнах, так и уменьшение размера ДНК-единицы медленного волокна, при этом число ядер и размер ДНК-единицы в быстрых волокнах остались неизменными (D.L.Allen et al. 1996). Признаки апоптоза (то есть самоуничтожения ДНК) ядер обнаружены в мышцах крыс как после двухнедельного космического полёта (D.L.Allen et al. 1997), так и после нескольких дней фиксации мышц кролика в сокращённом состоянии (H.K.Smith et al. 2000).
Итак, уменьшение интенсивности синтеза белка и снижение размера ДНК-единицы является основным фактором атрофии мышечных волокон при их длительном бездействии, однако определённый вклад в атрофию скелетных мышц могут вносить также приостановка деления клеток-сателлитов и гибель уже существующих ядер. Известно, что атрофия мышц, вызванная гипокинезией, обратима (X.J.Musacchia et al. 1980), (Y.Ohira et al. 1999). При восстановлении после атрофии происходит восстановление и даже некоторое увеличение размера ДНК-единицы (Y.Ohira et al. 1999).
Умеренное повышение размера ДНК-единицы может происходить не только в постнатальный (послеродовой) период или при восстановлении мышц после атрофии, но и при функциональной гипертрофии мышц. Так, в уже упомянутых экспериментах (D.L.Allen et al. 1995) гипертрофия медленных волокон в перегруженных мышцах кошек сопровождалась увеличением размера ДНК-единицы примерно на 28%. Однако увеличение размера ДНК-единицы не внесло существенного вклада в гипертрофию мышц, поскольку наблюдавшееся приращение размера ДНК единицы могло увеличить площадь поперечного сечения медленных волокон всего на 28%, в то время как в целом площадь поперечного сечения увеличилась примерно в 2,5 раза (главным образом за счёт почти двукратного увеличения числа ядер).
Те обстоятельства, что размер ДНК-единицы зависит от уровня двигательной активности мышц, но возможности приращения размера ДНК-единицы при увеличении нагрузки на мышцы в то же время весьма ограничены, свидетельствуют, по-видимому, о том, что существует предельный объём мышечного волокна, который способно обслуживать одно ядро.
Есть предположение, что ограниченность размера ДНК-единицы может быть связана с расстояниями от ядра, на которые возможна эффективная доставка мРНК либо синтезированных белков (R.R.Roy et al. 1999).
Так, in vitro было показано, что в многоядерных клетках мРНК сосредоточена в ограниченном объёме вокруг экспрессирующего её ядра (E.Ralston, Z.W.Hall 1992), вокруг ядра же локализованы и на определённом удалении от него не встречаются белки, синтезированные на основе мРНК, экспрессируемой ядром (G.K.Pavlath et al. 1989).
Вместе с тем лимитирующим размер ДНК-единицы фактором может служить достижение предела возможностей одного ядра по синтезу определённых видов РНК. В пользу последнего свидетельствует тот факт, что медленные волокна при том же или даже меньшем размере, что и быстрые, имеют большее число ядер — соответственно, плотность ядер в медленных волокнах выше, а размер ДНК-единицы меньше, чем в быстрых волокнах (I.G.Burleigh 1977), (J.A.Gustafsson et al. 1984), (B.S.Tseng et al. 1994), (C.E.Kasper, L.Xun 1996), (R.Roy et al. 1999). Возможно, большая плотность ядер в медленных волокнах обусловлена тем, что обмен белкового вещества в медленных волокнах примерно в два раза выше, чем в быстрых (F.J.Kelly et al. 1984), и предел возможностей ядра по синтезу некоторых видов РНК в медленных волокнах легко достижим, а потому ядра медленных волокон способны обслуживать меньший объём саркоплазмы, чем ядра быстрых. Статистический анализ распределения ядер в мышечных волокнах различного диаметра показал, что в медленных волокнах по мере увеличения их диаметра имеется тенденция к сохранению объёма волокна, обслуживаемого одним ядром, а в быстрых волокнах имеется тенденция к сохранению площади поверхности волокна (ядра в зрелых волокнах расположены непосредственно под оболочкой), приходящейся на одно ядро (J.C.Bruusgaard et al. 2003). Последнее наблюдение свидетельствует в пользу того, что в медленных волокнах ограничителем размера ДНК-единицы в большей степени являются возможности ядра в синтезе РНК, а в быстрых волокнах ограничителем выступают транспортные расстояния.
При решении вопроса о необходимости пересмотра концепции, увязывающей гипертрофию скелетных мышц с активацией транскрипции мРНК структурных белков, следует в первую очередь узнать ответ вот на какой вопрос: является ли увеличение числа ядер в мышечных волокнах первичной причиной гипертрофии волокон или же это следствие всё тех же процессов интенсификации синтеза мРНК? На первом этапе адаптации мышц к нагрузке может происходить интенсификация транскрипции мРНК и усиление синтеза белка и, как следствие, наблюдаться рост размера ДНК-единицы. А уже вслед за этим в качестве адаптации к увеличенному размеру ДНК-единицы может происходить активация клеток-сателлитов и увеличение числа ядер в волокне, то есть восстановление оптимального размера ДНК-единицы. Против последнего предположения свидетельствует ряд следующих приведённых ниже фактов.