Здесь я хочу представить просто обзор физиологии мышечных функций. Эти понятия напрямую помогут понять, как специфическая тренировка улучшает (или снижает) способность к работе на выносливость.
Основная архитектура
Отдельное мышечное волокно - это цилиндрическая удлиненная клетка. Мышечные клетки могут быть очень короткими или длинными. Некоторые мышцы содержат отдельные волокна длиной как минимум 30 см. Каждое волокно окружено тонким слоем соединительной ткани, называемой эндомизиум. Все вместе тысячи мышечных волокон окутаны тонким слоем соединительной ткани, называемой перимизиум, образуя связку мышц. Группы таких связок, которые на каждом конце объединены в сухожилие, называются мышечными группами или просто мышцами. Например, мышца бицепс. Целая мышца окружена защитной оболочкой, называемой епимизиум. Между и внутри мышечных клеток находится сложная решетка из соединительной ткани, напоминающая стойки и поперечные балки, которая помогает поддерживать целостность мышцы во время сокращения и расслабления. Это удивительная клеточная система даже в покое!
Внутренние компоненты
Каждая мышечная клетка содержит серии общих компонентов, которые прямо связаны с сокращением мышц и подвергаются воздействию тренировки. Я коротко опишу их. Пока мы не будем думать об оставшихся (таких как ядро, рибосомы и т.д.).
1. Клеточная мембрана - контролирует то, что клетка получает и выделяет. Содержит регулирующие белки, которые чувствительны к воздействию таких гормонов, как эпинефрин (адреналин) и инсулин. Концентрация этих гормонов в крови сильно влияет на утилизацию питания мышечной клеткой.
2. Сокращающиеся белки - состоят из актина и миозина плюс некоторые регулирующие субстанции. Это та часть каждой мышечной клетки, которая действительно производит силу. Весь остальной аппарат играет вспомогательную или восстановительную роль.
3. Цитозол. Жидкая среда клетки. Предоставляет среду для растворения кислорода, АТФ и т.д. внутри клетки.
4. Митохондрии - часть каждой мышечной клетки, которая содержит окислительные энзимы, реально потребляет кислород во время работы и превращает химическую энергию, заключенную в жирах и углеводах в АТФ, которая может быть использована клеткой для поддержки сокращений. В конечном счете, через процессы с участием энзимов, происходящих сначала в цитозоле, а затем в митохондриях, глюкоза и жировые молекулы (и некоторые аминокислоты) расщепляются и соединяются с кислородом с образованием АТФ, тепла, диоксида углерода и воды. Каждый сопродукт важен для тренирующегося спортсмена!
5. Капилляры - на самом деле не часть мышечной клетки. Капилляры физически связывают мышцы и сердечно-сосудистую систему. Каждая мышечная клетка может иметь от 3 до 6 прямо связанных с ней капилляров, в зависимости от типа волокон и тренированности.{banner_st-d-1}
Двигательная единица
Каждое мышечное волокно может участвовать в производстве силы только если оно задействовано мозгом. Один двигательный нерв может разветвляться на десятки, сотни или даже тысячи ветвей, каждая из которых заканчивается в своем мышечном волокне. Один двигательный нерв плюс все волокна, которые он иннервирует, называется двигательной единицей. Отдельная мышца может состоять из сотен двигательных единиц. Например, ваш rectus femoris (одна из 4 четырехглавых мышц) может содержать 1 миллион мышечных волокон, контролируемых 1000 двигательных нервов. Значит, в среднем каждая двигательная единица содержит 1000 волокон. Тип мышечных волокон отдельной двигательной единицы всегда будет одинаков. Т.е. отдельная двигательная единица будет состоять полностью или из волокон типа I (медленное движение) или типа II (быстрое движение). Состав целой мышцы может быть гетерогенным. Каждая мышца будет содержать некоторую комбинацию медленных и быстрых двигательных единиц.
Регулирование мышечной силы
Мозг использует два контрольных механизма, чтобы регулировать силу, производимую отдельной мышцей. Первый - это ВОВЛЕЧЕНИЕ. Двигательные единицы, которые составляют мышцу, задействуются не случайным образом. Они задействуются согласно принципу величины. Меньшие двигательные единицы (меньше мышечных волокон) имеют малый двигательный нерв и низкий активационный порог. Эти единицы задействуются первыми. Чем больше силы требуется для действия, тем большие двигательные единицы задействуются. Здесь есть большая функциональная зависимость. Если требования к силе низкие, но требования к контролю движений высокие (письмо, игра на пианино), то способность задействовать только некоторые мышечные волокна дает возможность тонкого контроля. Чем больше силы необходимо, тем больше становится вклад каждой новой двигательной единицы в общее производство силы. Также важно знать, что более мелкие двигательные единицы обычно медленные, тогда как большие состоят из быстрых волокон.
Второй метод регулирования называется КОДИРОВАНИЕ РИТМА. Внутри данной двигательной единицы существует целый ряд возбуждаемых частот. Медленные единицы работают при более низком уровне частот, чем более быстрые единицы. Внутри данного уровня сила, вырабатываемая двигательной единицей, увеличивается с увеличением возбуждаемой частоты. Если потенциал действия достигает мышечного волокна до того как оно полностью расслабилось после предыдущего импульса, появляется сложение сил. Таким образом возбуждающая частота влияет на величину силы, вырабатываемой каждой двигательной единицей.{banner_st-d-2}
Картина возбуждения
Если мы попробуем соотнести картину возбуждения и интенсивность работы, то получим такую картину. При низких интенсивностях, таких как ходьба пешком или медленный бег, медленные волокна используются выборочно, потому что они имеют самый низкий порог возбуждения. Если мы вдруг увеличим темп до спринтерского, то задействуются большие быстрые единицы. В общем, как только увеличивается интенсивность работы для любой мышцы, тут же увеличивается вклад быстрых волокон.
Для мышц интенсивность переводится в силу через сокращение и частоту сокращений в минуту. Вовлечение двигательных единиц регулируется необходимой силой. В неутомленной мышце для обеспечения желаемой силы может быть задействовано значительное количество двигательных единиц. Сначала желаемая сила может быть достигнута даже без вовлечения быстрых двигательных единиц. Однако, когда медленные единицы устают и перестают производить силу, будут задействоваться быстрые единицы , т.к. мозг пытается поддержать требуемое производство силы путем задействования большего количества двигательных единиц. Следовательно, та же производство силы в уставшей мышце потребует большего числа двигательных единиц. Эта дополнительная мобилизация происходит в быстрых, утомляемых двигательных единицах. Значит, усталость будет возрастать к концу долгих или тяжелых забегов из-за увеличения количества молочной кислоты, производимой поздним вовлечением быстрых единиц.
Различные группы спортсменов могут различаться при контроле двигательных единиц. Лучшие атлеты во взрывных видах, таких как тяжелая атлетика или прыжки в высоту, могут задействовать практически все свои двигательные единицы одновременно или синхронно. Напротив, рисунок возбуждения для выносливых спортсменов становится более асинхронным. Во время непрерывных сокращений некоторые единицы возбуждаются, в то время как остальные восстанавливаются, учитывая укрепления в восстановительный период. Первоначальный прирост в силе, связанный с программой тренировок с тяжестями, возникает благодаря улучшению вовлекаемости двигательных единиц, а не гипертрофии мышц.
