Мышечные волокна и их влияние на бег

  • 01 Март 2016

Типы мышц, их строение являются той причиной, по которой один атлет может бежать быстрее и наращивать мышечную массу легче других, а другой — способен бежать длительное время без признаков утомления.

Такую разницу создают процессы, которые происходят в мышечной ткани. Важно понимать их, например, для того чтобы выстроить правильную тренировочную программу, которая подойдет для конкретно выбранного спортсмена.

почему сокращаются мышцы?


  1. Пресинаптическое окончание.
  2. Сарколемма.
  3. Синаптический пузырек.
  4. Никотиновый ацетилхолиновый рецептор.
  5. Митохондрия

К волокнам скелетных мышц подходят толстые нервные волокна, которые отходят от передних отделов спинного мозга. После попадания в мышцу, каждое нервное волокно делится и снабжает своими разветвлениями до нескольких сотен мышечных волокон.

Соединение нерва и мышечного волокна образует так называемый синапс, или нервно-мышечное соединение (причем на каждом мышечном волокне формируется только один такой синапс). Под влиянием нервного сигнала возникает так называемый потенциал действия, который распространяется от спинного мозга по нервам к мышце и синапсу.

То, как скелетная мускулатура будет адаптироваться к повторяющимся стимулам, в большей степени зависит от внутренних характеристик самой мышцы. Именно типы мышечных волокон вносят наибольший вклад в возможность выполнения спортсменом той или иной тренировочной программы.

Типы мышечных волокон

У людей выделяют три типа мышечных волокон:

  • Медленносокращающиеся (slow-twitch, ST или I тип) волокна характеризуются медленным временем сокращения, а также большой сопротивляемостью усталости. В своей структуре эти волокна имеют маленький мотонейрон и диаметр нервного волокна, высокую плотность митохондрий и капилляров, большое содержание миоглобина.

Этот тип волокон имеет небольшое количество креатин фосфата — высокоэнергетического субстрата, необходимого для быстрого, взрывного движения, — а значит, эти волокна не способны сокращаться быстро.

Функционально, ST-волокна используются при аэробной активности, не требующей большого приложения силы, например — ходьба и поддержание позы. Большая часть повседневной активности задействует именно ST-волокна.

  • Быстросокращающиеся (fast-twitch, FT или II тип) волокна характеризуются быстрым сокращением и низкой сопротивляемостью усталости. Разница в скорости сокращения, от которой произошло разделение волокон, может быть отчасти объяснена скоростью выделения кальция из саркоплазматического ретикулума (место в клетке, где хранится кальций), а также активностью фермента, который расщепляет АТФ внутри головки миозина (один из сократительных белков). Обе эти характеристики быстрее и в большей степени присутствуют в FT-волокнах.

Сами FT-волокна делятся на два типа: тип А (FT-A или IIA тип) и тип В (FT-B или IIB тип).

  1. Волокна FT-A имеют умеренную сопротивляемость усталости и представляют собой переходный тип между медленносокращающимися волокнами и волокнами типа FT -B. Функционально они используются при длительной анаэробной активности с относительно большой продукцией силы, например, беге на 400 метров.
  2. С другой стороны, быстросокращающиеся волокна типа B, очень чувствительны к усталости и используются для коротких анаэробных нагрузок с большой продукцией силы, такие как: спринтерские забеги, бег с барьерами, прыжки. Эти волокна также способны продуцировать больше энергии, чем ST волокна.

Краткие характеристики волокон приведены в таблице ниже.

Тип волокнаМедленносокр.
(ST)
Быстросокр. тип А
(FT—A)
Быстросокр. тип B
(FT—b)
Время сокращенияМедленноеБыстроеОчень быстрое
Размер мотонейронаМаленькийБольшойОчень большой
Сопротивляемость усталостиВысокаяСредняяНизкая
АктивностьАэробнаяДлительная анаэробнаяКороткая анаэробная
Продукция силыНизкаяВысокаяОчень высокая
Плотность митохондрийВысокаяВысокаяНизкая
Плотность капилляровВысокаяСредняяНизкая
Окислительная способностьВысокаяВысокаяНизкая
Гликолитическая емкостьНизкаяВысокаяВысокая
Преимущественный запас топливаТриглицериды (жиры)Креатинфосфат, гликоген

Креатинфосфат, гликоген

При конкретной скорости движения, количество продуцируемой силы определяется типом вовлеченного в движение мышечного волокна. Во время динамического сокращения, когда волокно укорачивается или удлиняется, быстросокращающиеся волокна продуцируют больше силы, чем медленносокращающиеся волокна.

В условиях, когда длина мышечного волокна не изменяется при сокращении, ST-волокна продуцируют столько же силы, как и FT-волокна. Разница в продукции силы наблюдается только при активном сокращении, когда изменяется длина волокна.

При конкретной скорости движения, сила, продуцируемая мышцей, возрастает с повышением содержания FT-волокон, и наоборот, при конкретной продукции силы, скорость повышается при увеличении количества FT-волокон.

Существует большой разброс в процентном соотношении волокон у атлетов. Например, хорошо известно, что участвующие в соревнованиях на выносливость имеют большее содержание медленносокращающихся волокон, тогда как спринтеры и прыгуны имеют больше быстросокращающихся волокон.

Больший процент FT-волокон у спринтеров позволяет им продуцировать большую силу и мощность, чем у атлетов с повышенным содержанием ST-волокон.

Разница в составе мышц у атлетов подняла вопрос о том, наследуется ли такой состав генетически или он может быть изменен с помощью тренировок. Исследования, проведенные на близнецах, показали, что в основном состав мышц и процент содержания в них разных типов волокон определяется генетически.

Тем не менее, есть ряд данных, доказывающих, что как структура, так и метаболическая емкость мышечных волокон может изменяться в ответ на различные типы тренировок.

Вовлечение мышечных волокон в работу

Мышца продуцирует силу путем вовлечения так называемых моторных единиц — группы мышечных волокон, которую «обслуживает» одно двигательное нервное окончание. Во время произвольного изометрического и концентрического сокращения, обычный порядок вовлечения моторных единиц контролируется их размерами — это состояние известно под названием «принцип размера».

Маленькие моторные единицы, содержащие медленносокращающиеся мышечные волокна, имеют наименьший порог активизации, т.е. для их активизации достаточно самого слабого стимула, поэтому они вовлекаются первыми. Потребность в выработке большей силы удовлетворяется вовлечением более крупных моторных единиц.

Самые большие моторные единицы, содержащие быстросокращающиеся волокна типа B имеют наивысший порог активизации, и поэтому вовлекаются последними. Вне зависимости от интенсивности работы, первыми в нее вовлекаются медленносокращающиеся волокна.

Если интенсивность работы низкая, то медленносокращающиеся волокна остаются единственными, вовлеченными в нее. Если интенсивность работы высокая, например, подъем тяжелого веса, или интервальная работа на стадионе, первыми вовлекаются медленносокращающиеся волокна, затем подключаются быстросокращающиеся волокна типа A, а затем, при необходимости, волокна типа B.

Существуют данные о том, что принцип размера может быть нарушен или даже полностью изменен во время некоторых типов движений, особенно тех, которые содержат эксцентрические (с удлинением мышцы) компоненты. При этом быстросокращающиеся волокна могут активизироваться раньше медленносокращающихся.

Определение типа волокон

Поскольку единственным способом напрямую определить состав мышечного волокна у атлета является проведение биопсии мышцы (прямой метод), то некоторые исследования попробовали определить состав мышечного волокна непрямым методом, путем выявления взаимосвязей между различными свойствами типа волокна и состава волокон мышц.

Интересные данные, полученные в этих исследованиях, показывают значимую взаимосвязь между содержанием быстросокращающихся волокон и мышечной силой или мощностью.

Непрямой метод, который можно использовать для определения состава волокон мышц, состоит в определении максимального веса, который спортсмен может поднять всего один раз.

После этого производится максимальное количество повторов с весом в 80% от максимального. Если общее количество повторений меньше семи, скорее всего мышцы более чем на 50% состоят из FT-волокон. Если же удается сделать двенадцать и более повторов, скорее всего, мышца более чем на 50% состоит из ST-волокон. Если число повторений между 7 и 12 — скорее всего, мышцы состоят поровну из FT и ST-волокон.

Поскольку подъем веса вовлекает большое количество групп, этот метод не работает при определении состава изолированных мышц, а только мышечных групп.

Для определения состава волокон отдельной мышцы может потребоваться игольчатая биопсия интересующей мышцы. Другим непрямым методом, который можно использовать, является участие в различных соревнованиях. Доминантные волокна можно выявить, исходя из успеха в определенных соревнованиях, что позволит в дальнейшем развивать именно эти способности мышц.

Применение на практике

Пропорция типов волокон в мышцах будет влиять не на то, какой вес вы сможете поднять, какое количество повторений вы сможете сделать в интервальной работе, а на конечный результат — повышение силы/мощности мышц или выносливости.

Например, атлет, в мышцах которого большое содержание быстросокращающихся волокон, будет неспособен выполнить такое же количество повторений с весом, как атлет, в мышцах которого содержатся преимущественно медленносокращающиеся волокна.

Таким образом, атлет с FT-волокнами никогда не достигнет той мышечной выносливости, которая будет у атлета с ST-волокнами. Аналогично, атлет с большей пропорцией ST-волокон в мышцах не сможет поднять такой же вес, или пробежать интервалы так же быстро, как и атлет с большей пропорцией FT-волокон в мышцах. Следовательно, атлет с ST-волокнами не будет таким же сильным и мощным, как атлет с FT-волокнами.


Однако необходимо помнить, что даже внутри группы спринтеров или бегунов на длинные дистанции будет большой разброс по типам волокон в мышцах. Не все спринтеры имеют одинаковый процент FT-волокон, не все бегуны на длинные дистанции имеют одинаковый процент ST-волокон. Поэтому, одни спринтеры могут сделать работу 12х200 м, тогда как другие устанут после 8 повторов.

В зависимости от типа волокна и быстроты наступления утомления (из-за большего количества FT-волокон) необходимо решить, нужно ли больше отдыхать между интервалами для того, чтобы закончить работу, или необходимо уменьшить количество интервалов и увеличить скорость в серии.

Тренировка FT-волокон мышцы для выносливости не увеличит количество ST-волокон, а тренировка ST-волокон для силы и мощности не приведет к увеличению количества FT-волокон.

При соответствующем тренинге, FT-B волокна могут принять на себя некоторую часть выносливости, характерную для FT-BA волокон, а FT-A волокна могут принять на себя некоторую часть силы и мощности, характерной для FT-B волокон.

Однако, не существует полной взаимозаменяемости волокон. FT-волокна не могут стать ST-волокнами, и наоборот. Другими словами, то, с каким процентным соотношением волокон родился человек, с таким он будет жить и тренироваться.

Несмотря на то, что тип волокон не может быть изменен с одного на другой, тренировки могут изменить ту площадь, которую занимает определенный тип волокон в мышце. Другими словами, может произойти выборочное увеличение волокон, путем воздействия на них тренировками.

Например, у атлета в мышце может быть соотношение FT/ST-волокон 50/50, но поскольку площадь поперечного сечения FT волокон обычно больше, чем у ST-волокон, 65% площади мышцы могут занимать быстросокращающиеся, а 35% — медленносокращающиеся волокна.

При тренировках с отягощениями для повышения силы мышц, соотношение FT/ST-волокон останется таким же — 50/50, однако изменится площадь поперечного сечения, занимаемая двумя типами волокон. Это произойдет, потому что ST-волокна атрофируются, а FT-волокна гипертрофируются.

В зависимости от интенсивности тренировки, площадь мышцы может состоять на 75% из FT-волокон, и на 25% из ST-волокон. Эти изменения повлекут за собой повышение силы, но уменьшение выносливости.


Кроме этого, поскольку масса FT-волокон больше, чем ST-волокон, атлет будет набирать массу, если измерить окружности мышц. Напротив, если атлет тренируется для повышения выносливости, FT-волокна атрофируются, а ST-волокна гипертрофируются, вызывая увеличение площади поперечного сечения ST-волокон.

Площадь мышцы, изначально состоявшая на 65% из FT и на 35% из ST-волокон, может измениться под влиянием тренировок, и соотношение будет 50% на 50%. Кроме того, из-за того, что масса ST-волокон меньше, чем FT, наряду с повышением выносливости, произойдет снижение силы, а также потеря некоторой части мышечной массы.

Известный факт: если необходим прирост силы мышц, нужно тренироваться с тяжелыми весами и небольшим количеством повторов.

Этот режим тренировок приводит к рекрутированию FT-B волокон, которые могут развивать большее усилие, чем ST или FT-A волокна. Гипертрофия развивается только в перегруженной мышце, поэтому во время тренировки будет происходить рекрутмент FT-B волокон и их дальнейшая гипертрофия.

Тренировки с низкой или умеренной интенсивностью не всегда приводят к рекрутменту FT-B волокон, следовательно, для вовлечения этих волокон интенсивность должна быть высокой.

Выводы

Необходимо помнить, что для максимального результата необходимо тренироваться в соответствии со своей генетической предрасположенностью или на основании того, на каких соревнованиях вы показываете лучшие результаты.

Например, для атлета с преобладанием медленносокращающихся волокон, большую пользу принесет увеличение километража и тренировки с небольшими весами и большим количеством повторов.

С другой стороны, те атлеты, у которых преобладают быстросокращающиеся волокна, извлекут больше пользы из «спринтерских» методов тренировок и тренировок с тяжелыми весами и небольшим количеством повторов.

Было доказано, что длинные пробежки способствуют развитию медленносокращающихся волокон, улучшая их аэробные качества, тренируя их устойчивость к утомлению. Темповые тренировки влияют на ST и FT-A волокна, среди прочих эффектов улучшая работу этих типов волокон в связке.

Интервальная работа вовлекает FT-A и FT-B волокна, тренируя их взаимодействие и улучшая нейромышечную координацию. Скоростная работа: набегания, спринт в горку, короткие спринты на дорожке стадиона позволяют по максимуму нагрузить FT-B волокна.

Возможно, это не принесет большой пользы тем, кто бегает марафон, но увеличение силы позволит вам бежать более плавно и эффективно.

Автор статьи: доцент кафедры анестезиологии и реаниматологии СЗГМУ им. Мечникова Евгений Суборов