Процессы, происходящие в скелетных мышцах под воздействием тренировок

Что происходит когда вы тренируетесь?

Вы можете открыть любой велосипедный или фитнесс-журнал и прочитать там о самой новейшей и самой замечательной тренировочной программе, которая гарантированно даст результат в 30 дней или даже быстрее. Как все эти программы работают? Или, что важнее, помогут ли в действительности эти программы улучшить вашу форму?

Любой тип физической тренировки влияет на выше скелетную мускулатуру, сердечно-сосудистую систему, количество потребляемого кислорода и использование энергии (тип и количество). Однажды поняв, как определенные тренировки влияют на ваш организм, вы сможете составить свой собственный тренировочный план.

В этой статье описаны изменения, которым подвергаются скелетная мускулатура под воздействием тренировок.
Структура мышц и физиология

Можно принимать мышцы как за единое целое, однако любая мышца на самом деле это очень сложная структура, созданная для того, чтобы создавать силу и движение. Каждая мышца состоит из множества клеток - мышечных волокон, заканчивающихся на концах сухожилиями. Группы волокон объединяются в пучки, а пучки уже составляют мышцу. Волокна, пучки и вся мышца окутана соединительной тканью. Волокна составляют 85-90% от всей массы мышц. Мышечные волокна обычно цилиндрической формы и достигают в длину 2-3 см. Многие волокна не совпадают полностью с направлением движения в мышце. Размер и количество волокон (которые составляют площадь поперечного сечения) определяют пиковое значение силы, которая может быть произведена мышцей. Скорость и величина сокращения зависит от длины мышечного волокна.

Мышечные волокна наполнены сократительными белками и энергетическими хранилищами (митохондриями). Каждое волокно содержит от сотен до тысяч сократительных нитей, называемых миофибриллами. Каждая миофибрилла содержит тысячи актино-миозиновых филаментов плюс некоторое количество дополнительных белковых структур, определяющих структуру, длину и активность миозина и актина. Структурированные наборы актина и миозина создают полосы видимые под микроскопом.

Актин выглядит как цепочка бусинок, связанных вместе. В нитках актина в расслабленном состоянии отверстия, в котороые входит миозин закрыты тропомиозином.

Миозин выглядит как палочка, на которой во все стороны висят отростки (миозиновые мостики), для добычи энергии, необходимой для работы, к миозину прикрепляются молекулы аденозинтрифосфата (АТФ).

При получении нервного импульса и при наличии рядом свободных ионов кальция Ca++ тропомиозин выходит из канала и открывает дорогу миозину для формирования актино-миозиновой пары. Молекулы АТФ при этом распадаются для выделения энергии разрыва химической связи. При этом миозиновые мостики зацепляются за актин и «втаскивают» миозин внутрь актина. Происходит сокращение саркомера.

Сокращение мышц

Мышечные сокращения стимулируются нервными импульсами из мозга. Высшие моторные нервы передают сигнал в спинной мозг, а затем оттуда низшие моторные нервы передают импульсы непосредственно мышцам. Мышечное волокно поддерживает на своей мембране электрический потенциал. Нервный импульс изменяет потенциал на мембране, что дает возможность положительно заряженным ионам натрия попасть внутрь клетки изменяя постепенно заряд по всему волокну. Изменение потенциала передается внутрь волокна по специальным трубочкам. Деполяризация саркоплазматического ретикулума заставляет его отдавать положительно заряженные ионы кальция, которые в свою очередь удаляют тропомиозин из актиновых цепочек, позволяя мышце сокращаться.

Как было замечено ранее, во время сокращения мышцы, молекулы АТФ распадаются для получения энергии на АДФ (аденозиндифосфат) и неорганический фосфат. Кальций должен быть перекачан обратно в саркаплазматический ретикулум перед тем как актин отсоединится от миозина, позволяя волокну расслабится. Иначе актино-миозиновая связь станет прочной и постоянной. Весь процесс образования и распада актино-миозиновых цепочек повторяется до 100 раз в секунду.

При сокращении и расслаблении мышц энергия рассеивается в виде тепла и накопления в мышах воды и углекислого газа. При продолжительных тяжелых нагрузках недостаток кислорода вызывает рост концентрации молочной кислоты в мышечной ткани, что приводит к росту кислотности, которая и вызывает ощущение тяжести в мышцах. Кроме того, перегрев в мышцах отрицательно влияет на производительность.

Типы мышечных волокон

Существует три типа мышечных волокон. Медленные волокна, известны так же как Тип I. Они красного цвета из-за того, что в них содержится большое количество красного миоглобина. Эти волокна характеризуются относительно продолжительным временем сокращения, низкой пиковой силой и высокой устойчивостью к утомлению. Они содержат большое количество митохондрий, которые окисляют и углеводы и жирные кислоты для восстановления АТФ, что особенно хорошо для продолжительных соревнований. В биохимических терминах, эти волокна имеют большое количество окислительных энзимов и низкое количество гликолитических, в этих волокнах очень низка активность АТФазы (энзим, принимающий участие в расщеплении АТФ).

Быстрые мышечные волокна белого цвета, они хранят внутри себя большое количество гликогена (цепочки молекул глюкозы) и АТФ для получения энергии и имеют относительно быстрое время сокращения. Быстрые волокна в свою очередь делятся на два типа: быстрые окислительно-гликолитические(розовые, Тип IIa), со средней устойчивостью к утомлению и гликолитические (белые, Тип IIb), с низкой устойчивостью к утомлению. Волокна Типа IIa в состоянии поддерживать работоспособность даже после большого числа сокращений, эти волокна богаты как окислительными так и гликолитическими энзимами, а также АТФазой. Волокна Типа IIb быстроутомляемы, но могут производить очень большое количество силы за несколько сокращений без отдыха. Эти волокна используют для получения энергии гликолиз и расщепление АТФ АТФазой.

Кстати, мышечная композиция может служить стимулом к развитию некоторых болезней, например ожирения и сахарного диабета. Исследования показали, что больные сахарным диабетом в основном имеют волокна типа IIb. При регулярных тренировках эти пациенты показали улучшение в контроле уровня глюкозы и снижение веса (в отличие от использования только диеты). Неизвестно правда, причина преобладания волокон типа IIb, является ли это последствием болезни или же предопределено генетически (что и приводит к набору веса и развитию диабета).

Практическое приложение полученных знаний

Понимание основ мышечной работы поможет понять суть тренировочных рекомендаций. Вы должны понимать что тренировки изменят:

•     Мышечную массу, количество актин-миозиновых цепочек внутри каждого мышечного волокна;
•     Мышечную эффективность, за счет более быстрой передачи нервных импульсов и улучшения координации;
•     Мышечный метаболизм, в зависимости от того, что именно подвергается тренировке, сила, выносливость или и то и другое.

Гипертрофия

Гипертрофия это увеличение мышечной массы как результат регулярных тренировок. Так же один из самых «медленных» результатов тренировки, реальная гипертрофия проявляется не менее чем через 2 месяца после начала тренировок. Гипертрофия не является следствием увеличения не количества мышечных волокон, а их размера. В каждом мышечном волокне миофибриллы становятся толще, а также появляются новые. Рост количества новых мышечных может произойти в том случае, если существующие миофибриллы уже достигли значительного размера. Увеличение числа волокон называется гиперплазией.

Нейромоторные тренировки

Как было отмечено ранее, мышечные сокращения вызываются нервными импульсами. Каждое волокно стимулируется одним аксоном. Аксоны являются частью одной нервной клетки или мотонейрона. Один мотонейрон может иннервировать сотни волокон. Такой набор волокон называется моторной единицей. Чем выше возбуждающий сигнал, тем больше рекрутируется моторных единиц и происходит это чаще. Даже при самом большом усилии, которые вы попытаетесь развить, маловероятно, что вы сможете рекрутировать все мышечные волокна, составляющие нагружаемую мышцу. Однако при тренировке можно увеличить число моторных единиц, используемых для сокращения мышцы. Этот эффект проявляется на самом деле при любом росте вашей силы. Другими словами, вы тренируете мышцы для более полного использования через возможные физиологические механизмы.

На самом деле нейромоторные тренировки это определенная практика повышающая уровень «умения». Тренируя нервную деятельность и моторную координацию вы улучшаете энергетическую эффективность работы мышц, понижаете риск получения травм и уменьшаете стресс на сердечно-сосудистую систему.

В дополнение, нейромоторные тренировки помогают превозмогать ощущение утомления. Элитные спортсмены могут успешно превозмогать желание снизить интенсивность в ответ на ощущение утомления. Рефлекс, вызванный утомлением, снижает скорость привлечения моторных единиц до минимально возможного уровня.

Типы мышечных волокон, revisited

Несмотря на то, что гены определяют базовую мышечную композицию и физиологию, через тренировки можно изменить и тип метаболизма и размер волокон и размер капилляризации. Волокна адаптируются к стрессу, которому их подвергают во время тренировки. Выбранный тип тренировки будет влиять на те изменения, которые будут происходить в них. Но изменению будут подвергаться только те составные части мышц и самих волокон (органеллы, энзимы и.т.п), которые испытывают нагрузку выше той пороговой, которую они могли бы вынести. Например митохондрии будут расти в размере и количестве только в том случае, если они будут подвергнуты достаточному аэробному стрессу.

При стабильной и правильно подобранной тренировке выносливости оба типа волокон увеличивают свои аэробные свойства через увеличение количества и размера митохондрий, большего количества окислительных энзимов, увеличения хранимого непосредственно в волокнах жира (для более быстрого доступа к источнику энергии), уменьшение производства лактата. При силовой тренировке волокна увеличивают анаэробные возможности и улучшают возможности по переработке гликогена, АТФ и КФ, кроме того быстрые волокна в большей степени растут в размере, нежели медленные. Однако, исследования не подтверждают утверждения, что можно конвертировать одни волокна в другие.

Если заниматься тренировкой выносливости, то будут расти возможности по сжиганию жира, сохранению углеводов, концентрация молочной кислоты будет расти медленнее. За 2-3 месяца тренировок увеличится плотность капилляров и поток крови через медленные волокна, в то время как быстрые гликолитические волокна будут получать меньше крови.

Если заняться умеренной силовой тренировкой, площадь сечения обоих типов волокон будет расти, что в свою очередь приведет к росту силы. Если силовая подготовка будет интенсивной, то в толщине будут расти практически только быстрые волокна и при этом они будут терять в плотности митохондрий.

Восстановление

Мышечная боль, которая возникает сразу после интенсивной тренировки вызывается недостатком кислорода и ухудшением потока крови. При регулярной тренировке, мышцы вырастят дополнительные капилляры для увеличения тока крови и следовательно роста количества доставляемого кислорода и питательных веществ.

Отложенная мышечная боль (1-2 дня после тренировки) вероятно вызывается повреждением мышц и соединительной ткани. У молодых спортсменов такие боли появляются быстрее (через 12 часов после тренировки), у зрелых спортсменов это может занять до 36 часов, возможно из-за снижения проницаемости клеточных мембран из-за старения.

Перепост: