Физиология мышечной деятельности... для любителей

20 Ноября 2014

Ольга Леонидовна возглавляет лабораторию мышечной деятельности в Институте медико-биологических проблем РАН. Про мышцы знает почти всё и охотно делиться своими знаниями

Подготовлено по итогам семинара «Физиологические основы повышения функциональных возможностей спортсменов». Москва, клуб «Гераклион», 11.10.2013. Лектор: Воробьева Ольга Леонидовна, д.б.н., профессор.

Часть материала, изложенного на семинаре перекликалась с изложенным чуть раньше профессором Селуяновым (см. здесь), поэтому позволим себе НЕ повторяться. Постараемся сделать акцент на том, что пока еще нашим читателям может быть не знакомо. Хотя, начать плясать все равно придется от печки — тут уж никуда не денешься.

Традиционное тестирование

Итак, в качестве отправной точки Ольга Николаевна напомнила о традиционном подходе к оценке состояния спортсменов (с физкультурниками будет то же самое) — о тесте с повышающейся нагрузкой (ступенчатый рост нагрузки каждые 2 минуты или непрерывное повышение мощности примерно по 15 Вт/мин). Традиционные графики чаще всего имеют несколько показательных точек перегиба: на кривых легочной вентиляции и потребления кислорода (см. рис. ниже). [С позиции современных знаний описанный традиционный метод тестирования НЕ безупречен, поскольку для стабилизации параметров крови и частоты сердечных сокращений на выбранном уровне нагрузки требуется не менее 3-4 минут. – Прим. 1-fit.ru]

Кривые для анализа, получаемые с помощью теста с повышающейся нагрузкой

Легочная вентиляция (ЛВ) — один из индикаторов роста концентрации ионов водорода в крови. Последние имеют свойство резко активизировать дыхательный центр (мозга) при достижении своей высокой концентрации, вызывая перегиб (вверх) на соответствующей кривой в зоне аэробно-анаэробного перехода. [Точка перегиба указывает достижение уровня аэробного порога, примерно соответствующего концентрации лактата в крови 2 ммоль/л – Прим. 1-fit.ru]

Хотя ЛВ является важной частью любого теста, сама по себе она никак не лимитирует здоровых людей (не имеющих серьезных проблем с легкими). Практически любой человек способен при частом дыхании достичь потребления воздуха 120-150 л/мин, в то время как элитным спортсменам на максимальной мощности достаточно лишь 110-130 л/мин. [Речь о потребности в воздухе при постоянной нагрузке, а не о желании «продышаться» после выхода на пиковые концентрации лактата во время кратковременного финишного ускорения. Прим. 1-fit.ru]

Зато весьма критичным показателем является потребление организмом кислорода — разница между его поступлением в легкие и выходом наружу [Концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе 20,9%, а в выдыхаемом 16,3%. Таким образом, мы с вами используем лишь эту разницу в 4,6%. – Прим. 1-fit.ru]. Чем больше человек совершает мышечной работы, тем больше он потребляет кислорода — эта зависимость прямая, но чаще всего НЕ линейная.

Пока человек работает в аэробном режиме потребление кислорода имеет линейную зависимость от нагрузки. По мере роста мощности в механизмах энергообеспечения растет роль анаэробного гликолиза, для которого требуется в два раза меньше кислорода. Соответственно, в какой-то момент, при смешивании режимов, появляется точка перегиба на кривой зависимости потребления кислорода от мощности (у элитных спортсменов ее может не быть). Эта точка указывает на достижение анаэробного порога АнП (он же — порог анаэробного обмена или ПАНО), примерно соответствующего концентрации лактата в крови 4 ммоль/л.

Потребление кислорода (абсолютное или относительное) — показатель уровня подготовки. Чем он выше — тем лучше готов спортсмен. Квалифицированные спортсмены, как правило, потребляют не менее 4 л/мин, а наибольшие значения в видах спорта на выносливость достигают 6 л/мин. Однако, здесь важно сделать уточнение. Если продолжительность соревновательной нагрузки высока [от 5-7 минут и более - – Прим. 1-fit.ru], куда большее значение имеет не максимальное ПК, а уровень потребления кислорода на границе ПАНО. Именно этот режим характеризует максимальную долговременную мощность.

Там, где соревновательная деятельность НЕ связана с преодолением силы земного притяжения или с постоянными разгонами-торможениями, имеет значение абсолютное потребление кислорода, выраженное в литрах в минуту (например, в гребле). Если же спортсмену нужно разгоняться, лезть в подъемы или перемещать свой центр тяжести вверх-вниз, важнее относительный параметр — потребление кислорода на килограмм массы тела. [У квалифицированных спортсменов он составляет 60-70 мл/мин/кг, у выдающихся — может превышать 80 мл/мин/кг. – Прим. 1-fit.ru]

Академический подход

Теперь перейдем к чуть более сложному методу анализа. Оказывается, определить потребление кислорода можно не только для организма в целом, но и для некоторых его мышц по отдельности — прежде всего, расположенных близко к поверхности и не закрытых сколь-нибудь существенным подкожным жиром. Соответствующие измерения проводят с помощью «околоинфракрасной спектрометрии», закрепляя источник и приемник света на мышце примерно в 40 мм друг от друга.

Названным методом оценивают содержание в крови дезоксигинированного гемоглобина (ДОГ), уже отдавшего свой кислород работающей мышце. Определив одновременно с этим обычный (насыщенный кислородом) гемоглобин на подходе к мышце, получают то количество кислорода, которое было израсходовано в данном конкретном месте.

Что полезного в таком изощренном методе, можно понять, взглянув на рисунок...

Потребление кислорода мышцами спортсменов разной квалификации

При изолированной работе малых мышц зависимость потребления кислорода от мощности носит линейный характер, продолжая расти вплоть до наступления отказа от выполнения работы. Для больших же мышц картина часто получается другой (см. рисунок). Здесь графики НЕ линейны не только у слабо тренированных людей, но часто и у квалифицированных спортсменов. У некоторых из них работа крупных мышц дает линейное изменение ПК, но НЕ у всех. Есть такие, у кого эта зависимость имеет явно выраженный провал, на высоких мощностях.

Однозначное описание причин такого поведения пока в научном мире не принято, однако существует несколько гипотез, в основном указывающих на НЕ периферические механизмы происходящего (то есть, на проблемы уровня организма в целом, а НЕ уровня отдельной работающей «на периферии» мышцы). Причем, это касается спортсменов высокой квалификации. У физкультурников падение работоспособности как правило связано с накоплением лактата и нарушением баланса pH.

Поковырявшись в Интернете, автор этого отчета нашел автореферат кандидатской диссертации (подробнее см. ниже), написанной под научным руководством лектора (Виноградовой О.Л.), и посвященной как раз этой теме. В ней провал на упомянутой кривой связывается со снижением кровенаполнения, которое в свою очередь может быть связано или с работой сердечно-сосудистой системы (в том числе с ухудшением так называемого венозного возврата), или с существенным перераспределением кислорода в пользу дыхательных мышц. В любом случае, можно утверждать, что даже среди высоко квалифицированных спортсменов близкого уровня тренированности существуют лимитирующие факторы, которые нельзя обнаружить при традиционном тестировании, когда все параметры определяются для организма в целом.

Описанный метод тестирования интересен кроме прочего еще и тем, что позволяет увидеть разницу между двумя почти одинаковыми спортсменами в тех случаях, когда обычное тестирование (см. выше) не может их дифференцировать.

Удивительное рядом

Два следующих факта о тренировке мышц, озвученных на семинаре, заслуживают особого внимания, хотя оба они — далеко не новость. Однако, сейчас оба они были озвучены доктором наук, специализирующейся на мышцах.

Факт первый: из множества экспериментов, проведенных в разное время с группами тренирующихся, достоверно известны случаи, когда рост силы многократно опережал рост площади поперечника мышц. Например, при росте силы в два раза (на 100%) в некоторых экспериментах наблюдалось увеличение поперечника мышцы всего на 25%. [Это можно объяснить только тем, что в работу одновременно стало вовлекаться большее количество мышечных волокон, чем это было до тренировок. – Прим. 1-fit.ru].

Факт второй: мышечная гипертрофия может быть вызвана не только традиционной работой с большими усилиями (80-85% от максимальных), но также средними (55-65%) и малыми (около 20%). В последнем случае выполняются упражнения без фазы расслабления (статодинамическими, см. здесь).

Тренировки с разными усилиями (большими, средними, малыми) дают разный результат. Большие нагрузки преимущественно вызывают гипертрофию волокон типа IIб. Средние нагрузки — волокон I, IIа и IIб (примерно поровну). Малые усилия — волокон типа I.

По материалам диссертации

В диссертации, на которую мы уже ссылались [«Факторы, ограничивающие аэробную работоспособность на уровне отдельной мышцы у людей с различным уровнем тренированности», Попов Даниил Викторович, Москва, 2007 г. – Прим. 1-fit.ru], показано в цифрах, какие результаты дают традиционные силовые упражнения в динамическом режиме с усилием 80% от максимума и упражнения с нагрузкой 50% от максимума, выполняемые без расслабления.

Экспериментам подвергались две группы испытуемых по 9 человек в течение 8-ми недель. У тех, кто тренировался с большими усилиями, сразу после тренировочной нагрузки наблюдался почти на 40% меньший уровень лактата, но на 30% больший уровень мышечной КФК (креатинфосфокиназы). Гипертрофия у этой «классической» группы затронула в основном высокопороговые гликолитические волокна, которые увеличили площадь своего поперечника на 28%, обеспечив прирост силы 35%. У второй группы — «статодинамической» — росли в основном низкопороговые окислительные волокна (те, что обеспечивают выносливость и почти не утомляются). Их площадь увеличилась на 18%, что дало прирост силы на 21%. Очевидно, последний вариант тренировки, несмотря на меньший прирост в силе, более выгоден с точки зрения многих видов спорта.

Кроме этих, в общем-то уже известных результатов, в работе показано следующее.

У спортсменов высокой квалификации в видах спорта на выносливость чаще всего соблюдается следующее: чем выше уровень тренированности, тем ниже уровень лактата на максимальной мощности, даже несмотря на то, что эта мощность больше. Весьма показательна зависимость концентрации лактата в капиллярной крови в момент отказа от ПК на уровне ПАНО (см. рис.).

В видах спорта на выносливость достигаемая на уровне ПАНО мощность коррелирует с объемом мышечных волокон I типа (окислительных).

Большой секрет для маленькой кампании

Не секрет, что успех силовых тренировок зависит от нескольких факторов — не только от величины усилий, интервала отдыха и достижения мышечного стресса. Огромное значение имеет также скорость выполнения упражнений. Причем, влияет она как на гипертрофию волокон [чем выше скорость, тем меньше гипертрофия. – Прим. 1-fit.ru], так и на достижение прогресса с точки зрения основной соревновательной деятельности.

Нагляднее всего указанную зависимость можно проследить, выполняя изокинетические тренировки — с заданной скоростью движений (см. рис.).

Результат силовой работы сильно зависит от режима в координатах "сила-скорость"

Если тренироваться с низкой скоростью движений, прирост силы проявится прежде всего при последующем выполнении медленной работы. Способность выполнять быструю работу чаще всего после таких тренировок не только не растет, но даже падает.

Если тренироваться с высокой скоростью движений, прирост силы будет меньше, но он коснется почти всего диапазона скоростей работы с более выраженным эффектом вблизи диапазона основной тренировочной скорости.

Описанные особенности организма накладывают ограничения на силовые тренировки в тех видах спорта, где имеет значение скорость или резкость движений. Если переборщить с отягощениями и потерять из-за этого скорость движений, можно получить гипертрофию и очевидный рост силы, которые никак не помогут в соревновательной деятельности (дай Бог, чтобы не мешали)!

Электрические стимулы

Некоторая часть семинара была посвящена вопросам электростимуляции мышц. Это направление иногда называют русской стимуляцией, поскольку пионером в этой области был наш соотечественник Яков Михайлович Коц.

Одним из важных его достижений можно считать найденный способ стимуляции мышц высокочастотными токами, модулированными частотой от 50 до 100 Гц. Такая стимуляция позволяет в короткий срок добиться существенной гипертрофии ГМВ всего за 3-4 недели.

Режим стимуляции, подобранный для такой работы (кстати, не очень комфортной для спортсмена): 10 секунд стимуляции — 50 секунд пауза. И так 10 повторений (всего-то).

Секрет, если можно так сказать, состоит в том, что при правильном подборе стимулирующей частоты импульсов они заставляют сократиться почти 100% волокон в мышце, тогда как обычно человек не в силах рекрутировать более 50-60% от всех волокон мышцы за одно сокращение.

Другой, более «мягкий» и от того более распространенный метод стимуляции — импульсами низкой частоты. Большинство приборов для миостимуляции, которые сегодня можно купить, дают именно такой низкочастотный сигнал. Применение такой стимуляции дает восстанавливающий эффект, поэтому такая стимуляция используется в основном в реабилитационной медицине. Ее применение для развития мышц возможно, но может потребовать многочасовой работы в течение длительного времени. При этом стимулироваться будет в первую очередь выносливость, а не сила.

Разное

Кроме основной логической нити выступления, на семинаре затрагивались отдельные мелкие или второстепенные вопросы, которые тоже могут многим показаться интересными. Поскольку они несколько выпадают из основной логики повествования, то приводятся здесь в виде россыпи отдельных тезисов.

Подходы к тестированию разных людей

Самые точные методы определения максимальных показателей (максимальной алактатной мощности МАМ, максимального потребления кислорода МПК) — это их прямое определение при выполнении упражнений до отказа. Однако, такой способ применим только для хорошо тренированных людей. Недостаточно тренированным он противопоказан из-за высоких рисков со стороны сердечно-сосудистой системы. Физкультурникам, желающим себя протестировать, НЕ нужно определять максимальные показатели. Если очень хочется, можно определить показатели на уровне ПАНО — этого будет более чем достаточно для «физкультурных» задач.

Опасность традиционных силовых упражнений для возрастных физкультурников

Выполнение упражнений на гипертрофию крупных мышц традиционными методами [с усилиями 80-85% от максимума, числом повторений 8-12 и значительным напряжением. – Прим. 1-fit.ru], связанная с натуживанием и значительным статическим компонентом, ведет к слишком опасному для возрастных физкультурников росту артериального давления, поэтому работа с [тяжелой] штангой — необоснованный с медицинской точки зрения риск. В том числе, с точки зрения воздействия на позвоночник.

[Силовая работа с очень большими весами чревата последствиями для сосудистой системы с вытекающими отсюда последствиями: головными болями, метеозависимостью, гипертонией. Как правило, это случается у «поздних силовиков» при быстром выходе на большие отягощения, то есть, с точки зрения инструкторов, как раз в случаях быстрого прогресса. С этой точки зрения «возрастными» можно считать людей в возрасте 30-40 лет в зависимости от тренировочного стажа. Хотя, описанные риски есть и у более молодых спортсменов и физкультурников. – Прим. 1-fit.ru]

Параметры на уровне ПАНО и выносливость

Максимальное потребление кислорода на уровне ПАНО, как одна из важнейших характеристик тренированности в видах спорта на выносливость, связана в первую очередь с состоянием мышц, а не организма в целом.

Зависимость относительного ЧСС на уровне ПАНО от тренированности

У плохо тренированных людей уровень ПАНО соответствует 50-60% от максимальной ЧСС, в то время как у хорошо тренированных он располагается на 80-90%, а у элитных спортсменов — соответствует уровню абсолютного МПК.

Тренируемость скоростных качеств

Скоростные качества — один из наименее тренируемых компонентов подготовки, который существенно зависит от генетической предрасположенности к такому виду работы.

Растяжение сердца

Тренировки, ведущие к растяжению сердца, проводят преимущественно на умеренном пульсе без значительного напряжения мышц. Это связано в том числе с тем, что значительное мышечное напряжение приводит к росту давления внутри мышцы сверх артериального и существенному снижению поступления крови к такой мышце. Таким образом, минутный расход крови через сердце снижается. [Как правило, целенаправленные тренировки на увеличение ударного объема сердца (УОС) рекомендуются как чередование кратковременной интенсивной работы с выходом на околомаксимальную ЧСС и последующую длительную работу на низком пульсе (см. здесь). – Прим. 1-fit.ru]

Прирост силы и скорости после статодинамики

Силовые упражнения в статодинамическом режиме [приводящие к гипертрофии низкопороговых мышечных волокон] имеют ряд особенностей. В частности, они практически не дают прироста силы в упражнениях с эксцентрической нагрузкой [сопровождающейся удлинением мышц, а не укорачиванием] и дают очень небольшой прирост скорости выполнения движений.

Растягивающие упражнения

Растяжение мышц — сильный самостоятельный фактор роста белковых структур.

Взаимное влияние различных тренировок

Известный факт взаимного влияния различных тренировок друг на друга, когда медленная силовая работа портит скоростные качества, а скоростная работа способна снизить абсолютную силу, имеет не только мышечные причины. Различные режимы работы мышц мешают друг другу уже на уровне нервной проводимости.




Добавление комментария