Глава 5. Адаптация мышечной ткани
Глава 5. Адаптация мышечной ткани
Уважаемые коллеги, как приятно, отработав 5–6 лет с группой спортсменов получить прекрасный качественный материал для спорта высших достижений. Каждый спортсмен представляет конечный результат, многолетней тренерской работы. Грамотно заложив основы двигательных и координационных качеств, мы получим итог в виде многофункциональной подготовленности нашего воспитанника. Где одно из составляющих уровня подготовленности спортсмена, мышечное развитие.
Каждый день, на тренировочных занятиях, так или иначе, воздействуем на мышечную систему и хотим иметь запланированный результат. В чем же выражается результат? В скорости движений, точности, стабильности выступлений на соревнованиях, силы удара, выносливости или в удароустойчивости по ходу поединка?
Давайте внимательно изучим воздействие физической нагрузки на качественные изменения, происходящие в мышцах. В большинстве случаев направленность физической нагрузки формирует мышечную систему организма. Одаренный спортсмен – это находка, но целеустремленный и трудолюбивый воспитанник, мотивированный на результат – это удача.
Чтобы понять основы адаптации мышечной ткани к нагрузке необходимо вникнуть в биохимические основы работы мышц и мышечных групп. Мышца является разнородной тканью, состоящей из мышечных волокон, соединительнотканных, нервных и сосудистых элементов, которые осуществляют главную функцию – своевременное сокращение.
В структуре мышечной ткани различают типа мышечных волокон – медленносокращающиеся (МС) и быстросокращающиеся (БС). Этот постулат знают все. Но использовать в полной мере знания на практике о свойствах мышечных волокон могут не все.
Первое , учебно-тренировочный процесс направлен на тренировку мышечных групп. Можно развить МС-волокна и получить высокий уровень специальной выносливости. Можно развить БС-волокна и значительно улучшить скоростно-силовые качества. Чтобы понять процессы изменений необходимо понять свойства МС и БС волокон .
В практике преподавания тхэквондо излишняя направленность на тренировку МС-волокон приведет к потери скорости и силы удара.
МС-волокна обладают следующими свойствами: небольшой скоростью сокращения, большим количеством митохондрий («энергоцентр» клетки), высокой активностью оксидативных энзимов (протеины способствуют быстрой активизации источников энергии), широкой васкуляризацией (большое количество капилляров), высоким потенциалом накопления гликогена.
БС-волокна имеют мене развитую сеть капилляров, меньшее число митохондрий, высокую гликолитическую способность, высокую активность неоксидативных энзимов и более высокую скорость сокращения. В одной и той же мышце содержатся БС– и МС-волокна. БС-волокна содержат активный фермент АТФазу, который расщепляет АТФ (адезинотрифосфат) с образованием больших количеств энергии, что обеспечивает быстрое сокращение волокон. В МС-волокнах активность АТФазы низкая, в связи с чем энергообразование в них совершается медленно.
Для единоборств, связанных с ударной техникой, важно ферментативное расщепление АТФ. АТФ считается одним из важных факторов, определяющих присущие мышце скорость сокращения.
Второе , в контактных ударных единоборствах: тхэквондо, кёкусинкай, стилевом тхэквондо, кикбоксинге основную мышечную работу осуществляют БС-волокна.
В большинстве случаев на соревнованиях побеждает спортсмен, получивший оценку за качественное техническое действие. Качественное техническое действие характеризуется быстротой и силой выполнения. Практически полностью удар осуществляется за счет БС-волокон.
Различают две подгруппы БС-волокон: БСа и БСб. БСа-волокна называют быстросокращающимися оксидативно-гликолитическими волокнами. Они отличаются высокими сократительными способностями и одновременно обладают высокой сопротивляемостью утомлению. Эти волокна хорошо подвержены тренировке на выносливость. БСб-волокна – классический тип быстросокращающихся волокон, работа которых связана с использованием анаэробных источников энергии. Каждый из указанных типов волокон достаточно хорошо идентифицируется под микроскопом после соответствующего окрашивания срезов. Именно развитие данных видов быстрых волокон определяет качество движений и выполнение модельных характеристик поединка.
Третье , соревновательные правила поединка выставляют свои требования к спортсмену. Тем самым на основе оценки соревновательной деятельности (ОСД) требования к уровню подготовленности воспитанника определяются модельными характеристиками. Модель спортсмена предусматривает качественные характеристики усредненных показателей, характеризующих поединок.
В тхэквондо существуют уровни компенсации ведения поединка. Если спортсмен генетически вынослив или силен, то тактика боя выстраивается на основных доминирующих генотипах. В процессе подготовки спортсмен приобретает опыт и навыки соревновательной деятельности с разными партнерами.
Доказано , соотношение мышечных волокон разных типов детерминировано генетически. У каждого спортсмена с рождения заложено конкретное количество мышечных волокон. Структура мышечного волокна, соотношение волокон различного типа заложены на уровне ДНК и в значительной мере определяются особенностями нейромышечной регуляции, о чем вполне убедительно свидетельствуют исследования, в которых изучалось влияние на изменение типа мышечного волокна перекрестной иннервации. Таким образом, генетически заданный тип иннервации обеспечивает формирование фенотипа мышечной ткани, которая лишь в относительно узких границах может быть модифицирована напряженной тренировкой. Т.е в результате целенаправленных тренировок мышечные волокна могут видоизмениться и из БСа в МС и БСб в БСа.
Четвертое , тренировка мышечных волокон стимулирует работу мотонейронов. Включение мотонейронов БС-волокон в выполнение двигательного акта, способствует поддержке модельных характеристик поединка.
В практике тхэквондо достаточно часто в тренировочном процессе за счет средств физкультуры и спорта необходимо включать в работу большие группы мышц, иннервируемые мотонейронами. Например акробатические упражнения.
БС-волокон. Мышечные волокна объединяются в двигательные единицы (группы мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном), каждая из которых состоит из мышечных волокон определенного типа. Строение и функции мотонейронов соответствуют строению и функциям объединяемых ими мышечных волокон. Мотонейрон медленно сокращающейся двигательной единицы объединяет группы из 10—180 МС-волокон и имеет небольшое клеточное тело. Мотонейрон быстросокращающейся двигательной единицы иннервирует от 300 до 800 БС-волокон и отличается большим клеточным телом.
Конечный результат в тренировочном процессе зависит от изменения в мышечных волокнах под влиянием нагрузок различной величины и направленности. Именно величина нагрузок и их направленность формируют необходимые качества мышц и задействуют определенные группы мышечных волокон. Воздействие не продуманной нагрузкой на мышечную систему в итоге даст адаптационную реакцию тренированности не тех мышечных волокон. И как итог невозможность полноценной реализации в спорте.
Пятое , интенсивная длительная тренировка приводит к изменению свойств мышечных волокон. Причем плановые положительные изменения в БС волокнах происходят гораздо медленнее, чем обратные деформации из БС в МС. Тут важно понимать особенность механизмов энергообеспечения. Аэробные нагрузки вызывают изменения из БС в МС волокна.
В практике тренировок тхэквондо направленность анаэробной работы значительно в процентном отношении преобладает над аэробной. Между анаэробными упражнениями паузы отдыха должны быть длительными. Недостаточная пауза отдыха запустит механизм аэробного обеспечения, а с ним механизм тренировки МС-волокон.
В настоящее время вопрос о превращении одного типа мышечных волокон в другой под влиянием специфической тренировки остается до конца не решенным. Специалисты склоняются к мнению, что соотношение мышечных волокон различного типа у человека обусловлено генетически. Что касается влияния интенсивной тренировки определенной направленности (развитие выносливости к длительной работе, скоростно-силовой), то она приводит к существенному изменению морфологических, физиологических и биохимических свойств мышечных волокон. Под влиянием тренировки, направленной на повышение выносливости, трансформация свойств мышечных волокон различных типов происходит в следующем порядке: БСб-волокна приобретают свойства БСа-волокон, а БСа-волокна – свойства МС-волокон. Силовая подготовка вызывает обратный процесс: МС-волокна приобретают свойства БСа-волокон, а БСа-волокна – соответственно свойства БСб-волокон.
Оба типа мышечных волокон имеют характеристики, которые могут быть изменены в процессе тренировки. Размеры и объем БС-волокон увеличиваются под влиянием тренировки скоростного, скоростно-силового и силового типа, в результате чего их процентное соотношение в площади поперечного сечения мышцы возрастает. Одновременно повышается их гликолитическая способность. При тренировке на выносливость оксидативный потенциал МС-волокон может возрастать в 2–4 раза.
МС-волокна очень слабо подвержены скоростной тренировке. Так, спортсмены, в мышцах которых содержится малое количество БС-волокон, слабо приспосабливаются к скоростной работе даже после напряженной тренировки скоростного характера. Например, высота прыжка вверх у таких спортсменов, специализирующихся в плавании, обычно не превышает 45–50 см, в то время как у спортсменов с большим количеством БСа– и БСб-волокон она редко бывает ниже 70 см.
Принципиально важным вопросом для спортивной практики является возможность трансформации мышечного фенотипа, преобразования волокон одного типа в волокна другого. Структура и функциональные возможности мышечных волокон различного типа обусловливаются особенностями их нервной импульсации, которая и определяет, будет ли данное волокно иметь свойства быстросокращающегося или медленносокращающегося. Если БС-волокна стимулируются по принципу импульсации МС, то в них повышается активность оксидативных ферментов. И, наоборот, стимуляция МС-волокон по принципу БС приводит к повышению активности гликолитических ферментов.
Адаптация различных типов мышечных волокон находится в строгой зависимости от направленности тренировочного процесса. Например, у велосипедистов-шоссейников не только отмечается большой процент МС-волокон по сравнению с лицами, не занимающимися спортом, или спортсменами других специализаций, но и существенная гипертрофия (до 20–30 %) этих волокон при одновременной атрофии или перестройке БСб– и БСа-волокон. В результате при среднем проценте МС-волокон у велосипедистов-шоссейников около 70–75 % они могут занимать до 85–90 % и более общего поперечного сечения мышц, несущих основную нагрузку при педалировании.
Шестое , капиллярное обеспечение образуется в результате адаптации к нагрузке рабочих групп мышц. Процессы формирования капиллярной сети вследствие ежедневных направленных тренировок вокруг волокон длятся до 40 дней .
Не совпадение физиологических сроков завершения процесса образования капилляров, обеспечивающих питание рабочих, тренируемых групп мышц, с календарным мероприятием отрицательно скажешься на результате соревнований.
Среднее количество капилляров вокруг МС – БСа-волокон составляет 4, а вокруг БСб-волокон – 3. У спортсменов высокого класса, выступающих на длинных дистанциях, в дельтовидных мышцах пловцов и икроножных мышцах бегунов были обнаружены МС-волокна, каждое из которых снабжалось 5–6 капиллярами. Эффект напряженной тренировки аэробного и смешанного (аэробно-анаэробного) характера проявляется в увеличении количества капилляров на мышечное волокно или на квадратный миллиметр мышечной ткани. Здесь выявляются два механизма: увеличение количества капилляров; если же возможности этого механизма исчерпаны или невелики, то происходит уменьшение размера мышечных волокон.
Длительная и напряженная тренировка аэробной направленности приводит к изменению соотношения волокон различных типов. Об этом свидетельствуют результаты многочисленных исследовании композиции мышечной ткани, несущей основную нагрузку в тренировочной и соревновательной деятельности в сравнении с тканью, не подвергавшейся активной тренировке. У гребцов на байдарках и пловцов-стайеров в дельтовидной мышце регистрировалось до 60–70 % МС-волокон, а в широких мышцах бедра таких волокон было не более 45–60 %. У велосипедистов-шоссейников, лыжников, бегунов-стайеров картина противоположная: в икроножной мышце регистрировалось до 60–80 % и более МС-волокон, а в дельтовидной мышце и трехглавой мышце плеча их количество у этих же спортсменов не превышало 50–60 %. В единоборствах соотношение МС и БС должно определяться оптимальными показателями модельных характеристик поединка. Причем, при построении тактических схем должен учитываться темперамент спортсмена.
Проведены интересные исследования, отражающие структуру, функциональные возможности и особенности адаптации мышечных волокон различного типа. Анализ структуры и распределения митохондрий и частиц нейтральных жиров с помощью электронной микроскопии показал, что в БСб-волокнах отмечается значительно меньшее количество митохондрий по сравнению с БСа-волокнами и, особенно, МС-волокнами. Частицы жиров в БСб-волокнах отсутствуют вообще, в БСа-волокнах их немного, а в МС-волокнах они встречаются в очень большом количестве. У хорошо тренированных бегунов на длинные дистанции по сравнению со студентами спортивного вуза в БСб-волокнах заметных различий указанных выше компонентов не отмечено. В БСа-волокнах у бегунов большее содержание митохондрий и частиц нейтральных жиров, в МС-волокнах доля центральных митохондрий – в 2 раза, а периферийных – в 3 раза выше, чем у студентов спортивных вузов. У бегунов выявлено увеличение количества и объема митохондрий, а также в 3 раза более высокое содержание частиц нейтральных жиров. У них также установлены положительные корреляции массы митохондрий с величинами максимального потребления кислорода и отрицательные корреляции – с величиной лактата при субмаксимальной нагрузке. Все это свидетельствует о значительном воздействии характера тренировочной и соревновательной деятельности на характеристики мышечных волокон, существенно влияющих на их функциональные возможности.
Важно отметить, что рост новых капилляров в результате работы, направленной на повышение выносливости, отмечается не только в МС-волокнах, но и БСа– и, даже, БСб-волокнах. Правда, изменения в БСб-волокнах выражены в значительно меньшей мере, чем в МС– и БСа-волокнах. В результате резко возрастает емкость капиллярного ложе, что ускоряет процесс доставки кислорода и питательных веществ к мышечным волокнам и выведения остаточных продуктов метаболизма.
Основным эффектом увеличения капилляризации мышц является замедление кровотока через капилляры, что способствует улучшению передачи кислорода в мышечные волокна, увеличению артериовенозной разницы.
Седьмое , физическая нагрузка вызывает гипертрофию мышечных волокон, как следствие адаптационных процессов. В единоборствах актуальна гипертрофия БС волокон.
В практике гипертрофия БС-волокон повысит скоростно-силовые параметры подготовленности спортсмена.
Рассматривая гипертрофию мышечных волокон в качестве одного из основных путей адаптации мышц, следует указать, что гипертрофия МС-волокон, связанная, прежде всего, с увеличением размеров миофибрилл, возрастанием количества и плотности митохондрий, приводит к увеличению удельного веса в мышечной массе МС-волокон и, как следствие, к повышению выносливости и уменьшению скоростных способностей мышц. С другой стороны, гипертрофия БС-волокон приводит к увеличению их удельного веса в мышце по сравнению с МС-волокнами и способствует повышению ее скоростного потенциала. При этом характер нагрузки определяет, какие из мышечных волокон претерпевают значительные изменения. Продолжительные нагрузки относительно невысокой интенсивности преимущественно приводят к увеличению объемной плотности митохондрий МС – и БСа-волокон. Интенсивная интервальная работа в основном способствует возникновению изменений в БСб-волокнах.
Гипертрофия мышцы связана с рядом изменений, в числе которых, прежде всего, следует отметить увеличение резервов актиновых и, особенно, миозиновых нитей, увеличение количества миофибрилл и кровеносных капилляров в волокне. Капиллярное кровообращение при тренировочных нагрузках увеличивается постепенно. И при планировании тренировочных объемов необходимо учитывать временные параметры роста капилляр.
Длительное время считалось, что количество мышечных волокон в каждой мышце детерминировано генетически и остается неизменным в течение всей жизни. Однако в отдельных работах была продемонстрирована возможность гиперплазии мышц в ответ на большие физические нагрузки. В дальнейшем появилось достаточное количество доказательств того, что напряженная и длительная силовая тренировка приводит не только к гипертрофии мышечных волокон, но и к увеличению их количества. Силовая тренировка с большими отягощениями и небольшим количеством повторений в течение двух лет не только привела к увеличению мышечной силы и гипертрофии мышц, но и к достоверному увеличению (на 9 %) общего количества мышечных волокон. Возможность процесса гиперплазии у людей была показана в исследованиях с участием культуристов.
Однако вопрос о возможности гиперплазии мышечных волокон под влиянием тренировки все же не является до конца решенным. Действительно, при гипертрофии мышечные волокна могут расщепляться, но есть доказательства того, что расщепление не касается всей длины мышечного волокна и не может являться основанием для утверждения, что имеет место процесс гиперплазии, т. е. деления и увеличения общего количества мышечных волокон. Это дает основание предположить, что количество мышечных волокон у человека является генетически детерминированным и в результате тренировки не изменяется. Косвенным подтверждением этого является и факт, согласно которому увеличение площади поперечного сечения мышечных волокон происходит строго пропорционально увеличению площади поперечного сечения всей мышцы.
В результате интенсивной и продолжительной тренировки, направленной на развитие выносливости, изменения активности аэробного и анаэробного путей обмена качественно напоминают метаболические трансформации, отмеченные в результате искусственно стимулированных мышц. Значительные изменения отмечаются в митохондриях, плотности капиллярной сети, в составе миозина. Однако адаптационные перестройки выражены гораздо меньше, чем в тех случаях, когда обеспечивается постоянная стимуляция. В связи с этим существует мнение, что окислительные способности тренированных мышц спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах спорта, требующих высокого уровня аэробных возможностей, составляют лишь 50–70 % теоретически достижимого уровня.
Известно, что БС-волокна используют в единицу времени намного больше энергии, чем МС-волокна. Воздействие специальной тренировки, представляющее в трансформации БС-волокон в МС-волокна, представляет собой определенный вид экономизации функций, так как создает условия для выполнения продолжительной работы с меньшими затратами энергии. Однако эта экономизация связана с существенным уменьшением скорости сокращений.
Таким образом, тренировка на выносливость способна значительно повысить возможности окислительного способа энергообеспечения не только БСа-, но и БСб-волокон. Более того, тренированные на выносливость БСа-волокна по своим окислительным способностям могут даже превышать показатели МС-волокон, характерные для нетренированного человека. Большие объемы работы на развитие выносливости могут даже привести к такой трансформации БСб-волокон, что их вообще не удастся обнаружить в поперечном срезе мышцы. Естественно, что эти изменения приводят к резкому снижению скоростных возможностей мышц. Специалисты считают, что восстановление мышечных БС-волокон в принципе возможно, однако очень сложно и в настоящее время неизвестно, какие средства являются для этого наиболее эффективными. Одной из основных проблем трансформации быстросокращающейся мышечной ткани в медленносокращающуюся является то, что БС-волокна вследствие высокого порога возбуждения значительно реже и сложнее включаются как в повседневную, так и в специальную тренировочную и соревновательную мышечную деятельность.
Вместе с тем никакой специальной тренировкой, связанной с развитием выносливости, невозможно добиться в БС-волокнах таких изменений, которые характерны для хорошо тренированных МС-волокон, и при прочих равных условиях спортсмены с большим количеством МС-волокон всегда будут иметь преимущество на длинных дистанциях над спортсменами, у которых таких волокон значительно меньше.
Гипертрофия различных типов мышечных волокон определяется методикой тренировки. Микроскопическому исследованию были подвергнуты мышцы культуристов, которые в тренировке использовали небольшие отягощения при большом количестве повторений и небольшой скорости движений. Обнаружилось, что МС-волокна были гипертрофированы, в то время как БС-волокна не увеличили своего объема. Применение больших отягощений при небольшом количестве повторений и высокой скорости движений, наоборот, приводит к избирательной гипертрофии БС-волокон, а объем МС-волокон остается без существенных изменений.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.