Интенсивность их изменяется в зависимости от потребностей. При выполнении физических нагрузок синтез уменьшается, а расщепление увеличивается. Для периода восстановления после физических нагрузок характерно увеличение синтеза белка.
Эксперименты, проводившиеся на животных, показали, что обусловленная физическими нагрузками мышечная гипертрофия сопровождается длительным усилением белкового синтеза и ослаблением расщепления белка. Это продемонстрировало исследование, в котором использовали электростимулирование задней конечности крыс, обеспечивавшее тренировочный стимул высокого уровня сопротивления с небольшим числом повторений. Другая задняя конечность выполняла роль контрольной. 16-недельная программа тренировок показала:
• 66%-е возрастание объема работы во время тренировочного занятия;
• 18%-е увеличение «сырой» массы тренированной мышцы;
• 17%-е повышение содержания белков в мышце;
* 26%-е увеличение содержания рибонуклеиновой кислоты в мышце.
Немного подробнее остановимся на энергетике мышечной ткани.
В зависимости от потребления кислорода пути ресинтеза АТФ в клетке делятся на аэробные и анаэробные.
Аэробный путь ресинтеза АТФ (синонимы: тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорнлирование) — это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода (два протона и два электрона) и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ. В упрощенном виде ресинтез АТФ аэробным путем может быть представлен схемой:
Анаэробные пути ресинтеза АТФ (креатинфосфатный, гликолитический) являются дополнительными способами образования АТФ в тех случаях, когда основной путь получения АТФ — аэробный — не можетобеспечить мышечную деятельность необходимым количеством энергии. Это бывает на первых минутах любой работы, когда тканевое дыхание еще полностью не развернулось, а также при выполнении физических нагрузок высокой мощности.
Ниже представлена таблица, характеризующая различные способы ресинтеза АТФв мышцах.
Таблица 1 — Сравнительная характеристика путей ресинтеза АТФ при мышечной работе Критерии Пути ресинтза
Креатинфосфатный Гликолитический Аэробный Максимальная мощность, кал/мин-кг 900−1100 750−850 350−450 Время развертывания 1−2 с 20−30 с 3−4 мин Время сохранения максимальной мощности 8~10с 2−3 мин десяткиминут При любой мышечной работе функционируют все три пути ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды работы ресинтез АТФ идет за счет креатинфосфатной реакции, затемвключается гликолиз и, наконец, по мере продолжения работы на смену гликолизу приходит тканевое дыхание (рисунок 2).
Рис. 2. Включение путей ресинтеза АТФ при выполнении физической работы
Вполне логично следует заключить, что за силовую составляющую мышц отвечает именно возможности двух первых (анаэробные) путей ресинтеза АТФ.
Под влиянием систематических тренировок, направленных на развитие аэробной работоспособности, в миоцитах возрастает количество митохондрий, увеличивается их размер, в них становится больше ферментов тканевого дыхания. Одновременно происходит совершенствование кислородтранспортной функции: повышается содержание миоглобина в мышечных клетках и гемоглобина в крови, возрастает работоспособность дыхательной и сердечнососудистой систем организма. Это приводит в том числе к росту силы спортсмена.
В результате систематических тренировок, направленных на развитие скоростно-силовых качеств, в мышцах увеличивается концентрация креатинфосфата и повышается активность креатинкиназы, что находит отражение в росте величины алактатного кислородного долга и суточного выделения креатинина. Это в конечном итоге вызывает рост силы мышцы.
Атрофия мышц
Если тренированная мышца бездействует, например, в случае иммобилизации конечности, изменения в ней происходят в течение нескольких часов. В первые 6 ч после иммобилизации конечности интенсивность белкового синтеза начинает снижаться. Это, очевидно, связано с началом атрофии мышц, представляющей собой уменьшение размера мышечной ткани. Атрофия возникает в результате неиспользования мышцы и обусловлена потерей мышечного белка, сопровождающей процесс бездеятельности. Значительные снижения силы наблюдаются в первые недели после иммобилизации, составляя в среднем 3 — 4% в день. Они связаны не только с атрофией, но и с пониженной нервно-мышечной активностью иммобилизованной мышцы.
Атрофия в первую очередь влияет на МС-волокна. В многочисленных исследованиях ученые наблюдали дезинтеграцию миофибрилл, прерывистость z-линий и слияние миофибрилл, повреждение митохондрий в МС-волокнах. При атрофии мышц снижается площадь поперечного сечения волокон и количество МС-волокон. В настоящее время неизвестно, является ли уменьшение количества МС-волокон следствием ихотмирания или превращения в БС-волокна. При возобновлении активности мышцы могут очень часто действительно восстанавливаться после атрофии. Период восстановления длится дольше, чем период иммобилизации, однако он намного короче, чем первоначальный период тренировок.
Значительные изменения в мышцах происходят при прекращении тренировочных занятий. В одном исследовании женщины занимались силовой подготовкой в течение 20 недель, затем на протяжении 30— 32 недель не тренировались. После этого возобновили занятия и тренировались 6 недель. Программа тренировки была направлена на развитие силы нижних конечностей и включала полное приседание, жим ногами и выпрямление ног. Было отмечено значительное увеличения силы (рисунок 3).
Рис. 3. Изменение силы мышцу женщин вследствие тренировочных занятии силовой направленности, определявшееся по выполнению полного приседания (а), жима ногами (б) и выпрямлению ног (в). До 20, после 20— изменения соответственно до и после 20 недель тренировочных занятий: до 6— изменения после периода прекращения занятий; после 6— изменения после 6-недельного периода возобновления тренировки.
Обратите внимание на величину силы после 20- и 6-недельного периодов тренировки. Разница представляет собой степень снижения уровня силы вследствие прекращения занятий.
Увеличение силы во время двух периодов тренировки сопровождалось возрастанием площади поперечного сечения всех типов мышечных волокон и снижением количества БС-волокон. Период прекращения тренировочных занятий незначительно повлиял на площадь поперечного сечения волокон, хотя наблюдалось уменьшение площади БС-волокон (рис. 4).
Рис. 4. Изменение средней площади поперечного сечения мышечных волокон у женщин вследствие тренировок силовой направленности в период проведения, прекращения и возобновления тренировочных занятии: I — МС; 2 — БСа; 3 — БСб + БСаб. БСаб — промежуточный тип волокон.
В другом исследовании участвовали мужчины и женщины, занимавшиеся силовой тренировкой (выпрямление ноги в коленном суставе) в течение 10 или IS недель, которые затем в течение 12 недель либо вообще не тренировались, либо тренировались в небольшом объеме. После периода интенсивной тренировки сила разгибания ноги в коленном суставе увеличилась на 21,4%. У испытуемых, которые затем не тренировались, наблюдали 68%-е снижение увеличившейся вследствие тренировок силы. У тех, кто продолжал тренироваться всего один раз в неделю, уровень силы не уменьшился. Следовательно, уровень силы можно сохранить по крайней мере на протяжении 12 недель, проводя одно тренировочное занятие в неделю.
Для предотвращения снижения уровня силы, достигнутого в результате силовых тренировок, необходимо создание специальных программ, обеспечивающих достаточную нагрузку на мышцы с целью сохранения уровня их силы и вместе с тем позволяющих уменьшить либо интенсивность, либо продолжительность, либо частоту тренировочных занятий.
Изменения типа мышечных волокон
Способна ли силовая тренировка изменить тип мышечных волокон? Результаты начальных исследований по этому вопросу позволили сделать вывод, что ни анаэрoбные (скоростные), ни аэрoбные (выносливость) тренировочные нагрузки не способны привести к заметному изменению основного типа мышечного волокна. Наряду с этим, эти исследования отчетливо дали понять, что многим волокнам постепенно становились присущи определенные качества другого типа, например, БС-волoкна могут становиться более окисленными при противоположном виде нагрузок (аэробные).
Последующие исследования, проводившие на животных, показали, что изменение типа волокна действительно возможно в условиях так называемой перекрестной иннервации, когда БС двигательная единица иннервируется МС мотонейрoном, и наоборот. Кроме того, длительная низкочастотная нервно-электрическая стимуляция БС двигательных единиц трансформирует их в МС двигательные единицы в течение нескольких недель. У крыс тип мышечных волокон изменился вследствие тренировок на тредбaне с высокой интенсивностью в течение 15 недель: количество МСи БС-волокон увеличилось, тогда как число БСб-волокон сократилось. Превращение волокон БСб в БСа, а также БСа в МС-волокна подтвердил ряд различных гистологических методов.
Стерон и коллеги нашли доказательства трансформации типа волокон у женщин вследствие интенсивной силовой тренировки. После 20-недельной программы тренировочных нагрузок, предназначенных для увеличения силы мышц нижних конечностей, наблюдали значительное увеличение статической силы, а также площади поперечного сечения всех типов волокон. Среднее количество БСб-волокон значительно уменьшилось, тогда как БСа —увеличилось. Тщательный анализ научной литературы поданному вопросу, проведенный в 1990 г., позволил сделать вывод, что интенсивные и продолжительные тренировочные занятия могут привести к изменению типа волокон в скелетной мышце.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенный анализ литературы по вопросы физиологии силы мышц позволяет сделать следующие основные выводы.
1. Сила является качеством (характеристикой) движений человека, физиологически за нее отвечают непосредственно мышечная ткань, а также нейрогуморальные механизмы регуляции двигательной активности. При этом в определенных условиях значение непосредственно мышечной ткани или нервной регуляции могут преобладать в той или иной степени. Так, например, при многих стрессовых ситуациях преобладающее значение имеет именно нервно-гуморальная регуляция.
2. Соотношение быстрых, медленных и смешанных волокон, а также количество волокон в мышце — основные факторы (первичные) силы мышцы. Генетические различия в упомянутых факторах объясняет различную силу у разных людей.
3. В процессе силовой тренировки соотношение разных типов волокон может быть изменено. Этот факт также рассматривается спортивными физиологами как способствующий нарастанию силы мышц.
3. Основными механизмами развития силовой характеристики мышечной ткани являются гипертрофия мышечного волокна или гиперплазия. При этом в каком соотношении влияют два упомянутых процесса современная наука пока дать ответ не может.
Воронов А.В., Хиснутдинов Д. Р. Теоретическая и экспериментальная оценка силы тяги головок трехглавой мышцы голени при разгибании голеностопного сустава.// Вестник спортивной науки. — № 4, 2011. — Стр.44−55.
Загревская А. И. Управление тренировочной нагрузкой — один из критериев эффективности занятий физическими упражнениями. // Вестник ТГПУ. — 2003
Выпуск 3 (35). — Стр.110−115.
Капилевич Л.В., Дьякова Е. Ю. Спортивная биохимия с основами спортивной фармакологии. — Учебное пособие. — Томск, ТПУ, 2011. — 152 с.
Коц Я.М. (ред.). Спортивная физиология. — Учебник для институтов физической культуры. — М.: Физкультура и спорт, 1998. — 200 с.
Кулиненков О. С. Фармакология и физиология силы. — «МЕДпресс». — 2004. — 128 с.
Максимов Д.В., Селуянов В. Н., Табаков С. Е. Физическая подготовка единоборцев. — М.: ТВТ Дивизион, 2011. — 160 с.
Михайлов С. С. Спортивная биохимия. — М.: Советский спорт, 2004. — 220 с.
Нетреба А. И. Специфические изменения скоростно-силовых возможностей скелетных мышц под влиянием тренировки в изотоническом и изокинетическом режимах мышечного сокращения и при гипокинезии. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. — М.: Ин-т мед.-биол. проблем, 2007. —
120 с. — Специальность: 03.
00.13 — физиология человека и животных. (На правах рукописи).
Родичкин П. В. Физиологическая характеристика классификаций физических упражнений // Психофармакол. и биол. наркол. — 2004. Т. 4. №
1.С. 623−625. — Российская военно-медицинская академия МО Романенко В. А., Хорьяков В. А., Мосенз В. А. Измерение и оценка двигательных способностей человека с позиций метрологии и физиологии мышечной деятельности. // Педагогіка, психологія та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту. -
2009, № 01. — Стр. 56−60
Смирнов В.М., Дубровский В. И. Физиология физического воспитания и спорта. — М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2002. — 608 с.
Солодков А.С., Сологуб Е. Б. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная. — Учебник. —
2-е изд., испр. и доп. — М.: Терра-Спорт, Олимпия Пресс, 2001. — 520 с.
Уилмор ДЖ.Х. Костил Д. Л. Физиология спорта и двигательной активности. — К.: Олимпийская литература, 2001. — 459с.
Хомяков Г. К., Павличенко А. В., Исмиянов В. В. Развитие силовой выносливости у студентов вузов. — Методические рекомендации. — Иркутск: ИрГУПС, 2009. — 38 с.
Шубникова Е. А. Мышечные ткани. — М.: Медицина, 2001. — 240 c.
Эрл Р.В., Бехль Т. Р. (Ред) Основы персональной тренировки. — К.: Олимп. лит., 2012. — 724 с.: ил.
