Содержание
1. Рабочая гипертрофия мышечной ткани
2. Перестройка мышц под влиянием физических статических нагрузок
Литература
1. Рабочая гипертрофия мышечной ткани
Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечника, увеличение его сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате физической тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы (от греч. "трофос"-питание). Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками, по-видимому, не способны к клеточному делению с образованием новых волокон. Во всяком случае, если деление мышечных клеток и имеет место, то только в особых случаях и в очень небольшом количестве. Рабочая гипертрофия мышцы происходит почти или исключительно за счет утолщения (увеличения объема) существующих мышечных волокон. При значительном утолщении мышечных волокон, возможно, их продольное механическое расщепление с образованием "дочерних" волокон с общим сухожилием. В процессе силовой тренировки число продольно расщепленных волокон увеличивается.
Можно выделить два крайних типа рабочей гипертрофии мышечных волокон - саркоплазматический и миофибриллярный. Саркоплазматическая рабочая гипертрофия - это утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т.е. не сократительной их части. Гипертрофия этого типа происходит за счет повышения содержания не сократительных (в частности, митохондриальных) белков и метаболических резервов мышечных волокон: гликогена, без азотистых веществ, креатин фосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может вызывать некоторое утолщение мышцы.
Наиболее предрасположены к саркоплазматической гипертрофии, по-видимому, медленные и быстрые окислительные волокна. Рабочая гипертрофия этого типа мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность к продолжительной работе, т.е. увеличивает их выносливость.
Миофибриллярная рабочая гипертрофия связана с увеличением числа и объема, миофибрилл, т.е. собственно-сократительного аппарата мышечных волокон. При этом возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Такая рабочая гипертрофия мышечных волокон ведет к значительному росту МС мышцы. Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, а при рабочей гипертрофии первого типа она или совсем не изменяется, или даже несколько уменьшается. По-видимому, наиболее предрасположены к миофибриллярной гипертрофии быстрые мышечные волокна.
В реальных ситуациях гипертрофия мышечных волокон представляет собой комбинацию двух названных типов, с преобладанием одного из них. Преимущественное развитие того или иного типа рабочей гипертрофии определяется характером мышечной тренировки. Длительные динамические упражнения, развивающие выносливость, с относительно небольшой силовой нагрузкой на мышцы вызывают главным образом рабочую гипертрофию первого типа. Упражнения с большими мышечными напряжениями (более 70% от МПС тренируемых групп мышц), наоборот, способствуют развитию рабочей гипертрофии преимущественно второго типа.
В основе рабочей гипертрофии лежит интенсивный синтез и уменьшенный распад мышечных белков. Соответственно концентрация ДНК и РНК в гипертрофированной мышце больше, чем в нормальной. Креатин, содержание которого увеличивается в сокращающейся мышце, может стимулировать усиленный синтез актина и миозина и таким образом способствовать развитию рабочей гипертрофии мышечных волокон.
Очень важную роль в регуляции объема мышечной массы, в частности в развитии гипертрофии мышц, играют андрогены (мужские половые гормоны). У мужчин они вырабатываются половыми железами (семенниками) и в коре надпочечников, а у женщин - только в коре надпочечников. Соответственно у мужчин количество андрогенов в организме больше, чем у женщин. Роль андрогенов в увеличении мышечной массы проявляется в следующем.
Возрастное развитие мышечной массы идет параллельно с увеличением продукции андрогенных гормонов. Первое заметное утолщение мышечных волокон наблюдается в 6-7-летнем возрасте, когда усиливается образование андрогенов. С наступлением полового созревания (в 11-15 лет) начинается интенсивный прирост мышечной массы у мальчиков, который продолжается и после периода полового созревания. У девочек развитие мышечной массы в основном заканчивается с периодом полового созревания. Соответствующий характер имеет и рост мышечной силы в школьном возрасте.
Даже после коррекции показателей силы с размерами тела силовые показатели у взрослых женщин ниже, чем у мужчин. Вместе с тем если у женщин в результате некоторых заболеваний усиливается секреция андрогенов надпочечниками, то интенсивно увеличивается мышечная масса, появляется хорошо развитый мышечный рельеф, возрастает мышечная сила.
В опытах на животных установлено, что введение препаратов андрогенных гормонов (анаболиков) вызывает значительную интенсификацию синтеза мышечных белков, в результате чего увеличивается масса тренируемых мышц и как результат - их сила. Вместе с тем развитие рабочей гипертрофии скелетных мышц может происходить и без участия андрогенных и других гормонов (гормона роста, инсулина и тироидных гормонов).
Силовая тренировка, как и другие виды тренировки, по-видимому, не изменяет соотношения в мышцах двух основных типов мышечных волокон - быстрых и медленных. Вместе с тем она способна изменять соотношение двух видов быстрых волокон, увеличивая процент быстрых гликолитических (БГ) и соответственно уменьшая процент быстрых окислительно-гликолитических (БОГ) волокон. При этом в результате силовой тренировки, степень гипертрофии быстрых мышечных волокон значительно больше, чем медленных окислительных (МО) волокон, тогда как тренировка выносливости ведет к гипертрофии в первую очередь медленных волокон. Эти различия показывают, что степень рабочей гипертрофии мышечного волокна зависит как от меры его использования в процессе тренировок, так и от его способности к гипертрофии.
Силовая тренировка связана с относительно небольшим числом повторных максимальных или близких к ним мышечных сокращений, в которых участвуют как быстрые, так и медленные мышечные волокна. Однако и небольшого числа повторений достаточно для развития рабочей гипертрофии быстрых волокон, что указывает на их большую предрасположенность к развитию рабочей гипертрофии (по сравнению с медленными волокнами). Высокий процент быстрых волокон в мышцах служит важной предпосылкой для значительного роста мышечной силы при направленной силовой тренировке. Поэтому люди с высоким процентом быстрых волокон в мышцах имеют более высокие потенциальные возможности для развития силы и мощности.
Тренировка выносливости связана с большим числом повторных мышечных сокращений относительно небольшой силы, которые в основном обеспечиваются активностью медленных мышечных волокон. Поэтому понятна более выраженная рабочая гипертрофия медленных мышечных волокон при этом виде тренировки по сравнению с гипертрофией быстрых волокон, особенно быстрых гликолитических.
2. Перестройка мышц под влиянием физических статических нагрузок
Одной из важных особенностей физической культуры йогов является сочетание в процессе тренировки динамических и статических нагрузок. Мышцы в процессе тренировки напрягаются или во время изменения положения тела, или путем волевого их напряжения. Есть два способа напряжения мышц - динамический и статический.
Рассмотрим некоторые морфологические особенности скелетных мышц и влияние динамических нагрузок.
Известны два типа мышечных сокращений - тонический и тетанический. Такая специализация мышечного аппарата происходила в процессе эволюции благодаря исключительно разнообразному характеру движений. Типичным примером тонического (медленного, сильного и длительного) типа сокращения может служить запирательная мышца некоторых моллюсков. Примером тетанического (быстрого, сильного) сокращения может быть портняжная мышца лягушки.
От характера деятельности мышц существенно зависят их энергетические затраты. Подсчитано, что того количества энергии, которое расходует скелетная мышца на поддержание в течение одной минуты определенного груза, хватило бы для тонической мышцы на трое суток. При этом тоническая мышца для поддержания максимального напряжения увеличивает обмен веществ лишь вдвое, тогда как такое же напряжение скелетной мышцы сопровождается усилением метаболизма в 10-15 раз.
Однако в большинстве случаев, особенно у млекопитающих, нет такого резкого подразделения мышц на тонические (статические) и тетанические (динамические). Оказалось, что все скелетные мышцы в большей или меньшей степени способны давать оба типа сокращений, и что причина этого лежит в особенностях строения таких мышц. Гладкая же мускулатура кишечника и других внутренних органов у человека являет собой пример тонических мышц. Так, медленные и сильные сокращения стенок пищеварительного аппарата, называемые перистальтикой, происходят обычно непроизвольно. Поперечнополосатые (в основном скелетные мышцы), участвующие в выполнении произвольных движений, являются примером тетанических мышц.
Нужно отметить, что классификация мышц по этому принципу не является совсем строгой. Например, мускулатура, участвующая в поддержании позы, работает в некотором роде непроизвольно; сердечная мышца - типично поперечнополосатая тоже работает непроизвольно (правда, за счет автоматизма), хотя на работу той и другой можно в определенных пределах влиять сознательно.
Преимущества жестких суставных скелетов, которыми обладают позвоночные, могли быть реализованы только при выполнении мышцами двоякой роли - статической (поддерживающей) и динамической (передвигающей).
Способность мышц производить тот или иной вид сокращения зависит от типа волокон, из которых они состоят.
Большинство мышечных волокон способны производить как тонические, так и тетанические сокращения, однако в мышцах есть волокна, специализированные лишь по одному типу сокращения. Преобладание таких специализированных волокон превращает мышцу в статическую или динамическую.
От функции и структуры мышц зависит их кровоснабжение. Длительные тонические сокращения статически работающих мышц способствуют развитию густой сети артерий, ветвящихся по рассыпному типу. В динамических мышцах преобладают артерии магистрального типа с острыми углами отхода боковых ветвей. В капиллярах статически работающих мышц наблюдаются местные расширения (вздутия), являющиеся как бы запасными резервуарами для крови, необходимой для правильного обмена веществ в мышцах в период длительного тонического сокращения, когда приток крови задерживается.
Однако самое главное состоит в том, что под влиянием тренировки в динамическом или статическом режимах в мышцах происходят соответствующие морфологические изменения: тренировка статическими нагрузками приводит к преобладанию признаков, характерных для тонических волокон (группировка миофибрилл, увеличение саркоплазмы); динамический режим тренировок приводит к преобладанию признаков тетанических волокон (равномерное распределение миофибрилл, уменьшение саркоплазмы, уменьшение миоглобина).
Это, конечно, не значит, что биохимические и морфологические особенности настолько специфичны, что исключают возможность выполнения мышцами нагрузок другого типа. Наоборот, это приводит к увеличению диапазона их возможностей.
Из приведенных выше данных видно, что статические упражнения не являются нефизиологичными. Характер деятельности мышц, например, при поддержании позы и при осуществлении так называемых активных движений существенно различен. Это приводит и к соответствующим морфологическим изменениям в самих мышцах. Тренировка мышц в статическом и динамическом режимах увеличивает функциональные возможности опорно-двигательного аппарата.
Не следует, однако, считать, что перестройка мышц в процессе их деятельности, увеличение их объема есть конечная цель физической тренировки. Например, в различных системах атлетизма и культуризма главное внимание уделяется увеличению мышечной массы, но при этом движения становятся менее ловкими, уменьшается выносливость к длительным физическим нагрузкам. Повышенное содержание гликогена в мышечных волокнах в момент развития большой мощности приводит к созданию огромного кислородного долга, справиться с которым организму без соответствующей тренировки довольно трудно.
Специальные исследования рабочей гипертрофии мышц на щенках показали, что абсолютный вес, например портняжной мышцы, увеличивается на 42,8 %. Но это увеличение идет за счет перегруппировки мышечных волокон в более крупные пучки (при этом возрастает сила) и главным образом за счет увеличения толщины волокон, а не за счет их числа. Во всяком случае, если число мышечных волокон и увеличивается, то совсем незначительно. Именно этот факт и объясняет быстрое уменьшение силы и появление дряблости мышц после прекращения их "накачки".
Мышечная работа есть проявление деятельности всего организма в целом, перестройка, происходит во всех органах и системах и в первую очередь в центральной нервной системе.
Статические упражнения, являясь одной из форм произвольной мышечной деятельности, вызывают значительные изменения корковых процессов. При статических усилиях в коре мозга в области двигательного анализатора возникает ограниченный очаг возбуждения, поддерживаемый с одной стороны формированием волевых импульсов, с другой - возбуждениями, приходящими от работающих мышц.
Наиболее характерным результатом статических упражнений является заторможенность целого ряда функций из-за возникновения в центральной нервной системе отрицательной индукции. Выраженность индукционных (то есть взаимных) отношений тем сильнее, чем выше волевое усилие. Причем это состояние более отчетливо проявляется при максимальном напряжении небольшой группы мышц, чем при среднем усилии большой группы мышц, хотя расход энергии в последнем случае может быть во много раз больше, чем в первом. После прекращения статического усилия, все заторможенные прежде функции осуществляются на более высоком уровне.
Это явление известно как феномен Линдгарда. Объяснялось оно раньше усилением обмена веществ в мышцах после притока к ним свежей крови, доступ которой во время статической нагрузки был затруднен в результате сдавливания сосудов напряженными мышцами. Однако в настоящее время такое объяснение признается несостоятельным, так как при тренировке феномен Линдгарда сглаживается и исчезает; уходит также субъективное чувство усталости, а вместо него ощущается прилив бодрости и новых сил. Вероятно, возбужденностью ранее заторможенных центров и объясняется ощущение бодрости и свежести после выполнения статических упражнений.
Во время статических упражнений усиливаются некоторые функции организма. Так, резко увеличивается свертываемость крови, повышается количество лейкоцитов; происходят и другие изменения, свидетельствующие о повышенной мобилизации защитных свойств крови.
Происходит также нормализация всех функций организма. Так, повышенная или пониженная желудочная кислотность во время статической работы становится нормальной; нормализуется также желудочная эвакуация, независимо от того была она до работы ускоренной или замедленной. Эти и подобные наблюдения в клинике внутренних болезней позволили проф. Н.К. Верещагину сделать следующий вывод: "До сих пор врачи и слышать не хотели о статических нагрузках для больных, мы же теперь рекомендуем вводить элементы статических нагрузок в практику врачебной гимнастики".
Применение статических упражнений в практике спортивных тренировок показало их высокую эффективность. Так, восьмимесячные занятия с группой юношей в возрасте 16-17 лет (с включением в тренировочный цикл статических усилий) показали, что сила сгибателей кисти возросла на 31 %, сгибателей предплечья - на 28, разгибателей туловища - на 30 %. Статистически достоверно увеличилась статическая выносливость этих групп мышц. Прирост силы способствовал значительному улучшению результатов в контрольных упражнениях, требующих силовой выносливости. Все это одновременно не ухудшило показатели в беге, в прыжках (в длину и высоту) и толкании ядра. Не наблюдались задержки в физическом развитии: имелась достоверная прибавка в весе, росте, жизненной емкости легких. Специальный углубленный медицинский осмотр не обнаружил отрицательных последствий применения статических нагрузок. Исследование морфологической картины крови также показало, что к концу тренировок реакция на нагрузку оказалась более благоприятной.
Полученные данные не только доказывают безвредность применения статических напряжений, но и их целесообразность. Нет сомнения, что в здоровом организме статические нагрузки противодействуют возникновению патологического состояния.
физическая нагрузка гипертрофия мышца
Анализ продолжительности фаз сердечных сокращений показал, что при статических усилиях происходит урежение ритма. Разница в продолжительности сердечного цикла при силовых (статических) и скоростных (динамических) нагрузках обусловлена исключительно увеличением периода диастолы (расслабление сердечной мышцы). Что касается систолы (сокращение сердечной мышцы во время выброса крови), то она остается практически постоянной.
Статические упражнения, выполняемые с натуживанием, приводят к некоторому снижению частоты сердечных сокращений, но за время увеличенной диастолы происходит увеличение наполнения кровью полостей сердца, в результате чего возрастает величина систолического ударного объема.
Поэтому, несмотря на урежение пульса, величина минутного объема выбрасываемой крови восстанавливается до необходимого уровня.
Общим результатом занятий физическими упражнениями, особенно с включением статических видов, является замедление пульса. Увеличение времени диастолы (то есть фактически времени отдыха сердечной мышцы), безусловно, положительный фактор для работы сердца.
Таким образом, сочетание динамических и статических форм физических упражнений наиболее соответствует природе опорно-двигательного аппарата человека и является наилучшим методом физической тренировки для выработки силы, выносливости и координации движений.
Литература
1 - Физиология спорта. (составили А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб). Санкт-Петербург: СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта. 1999.
2 - Физиология мышечной деятельности. Под редакцией Я.М. Коца. - Москва: Физкультура и спорт, 1982.
3 - Физиология спорта. Физиологические особенности спортивных упражнений скоростно-силового характера (лекция Н.А. Масальгина). - Москва: изд. С.Г. И.Ф.К., 1979.