Мышечные волокна, как и управляющие ими мотонейроны, так же делятся на быстрые и медленные.
Сокращение и быстрых и медленных мышечных волокон осуществляется по одному и тому же механизму, который мы уже рассмотрели чуть выше – движения мезинового мостика.
Естественно, что для движения мостика требуется энергия.
Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ. Под действием особого фермента (АТФаза) АТФ гидролизуется и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия, которая и используется для движения мезинового мостика.
Но первоначальный запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому при работе мышцы требуется постоянное восполнение запасов энергии (т.е. ресинтез АТФ).
Мышца имеет три источника воспроизводства энергии: расщепление креатинфосфата; гликолиз; кислородное окисление.
Расщепление креатинфосфата.
Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.
АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин
Эта реакция получила название – реакции Ломана. Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы – в первые несколько секунд.
После того, как запасы креатинфосфата будут исчерпаны примерно на 1/3, скорость этой реакции будет снижаться, а это вызовет включение других процессов ресинтеза АТФ – гликолиза и кислородного окисления. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.
Расщепление креатинфосфата играет основную роль в энергообеспечении кратковременных упражнений максимальной мощности – бег на короткие дистанции, прыжки, метание, тяжелоатлетические и силовые упражнения, продолжительностью до 20-30сек.
Гликолиз.
Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии, достаточной для «зарядки» двух молекул АТФ.
C6H12O6(глюкоза) + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 (молочная к-та) + 2АТФ + 2H2O.
Гликолиз протекает без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными).
Но нужно сделать два важных замечания:
а) примерно половина всей выделяемой в данном процессе энергии превращается в тепло и не может использоваться при работе мышц. При этом температура мышц повышается до 41-42 градусов Цельсия,
б) энергетический эффект гликолиза не велик и составляет всего 2 молекулы АТФ из 1 молекулы глюкозы.
Гликолиз играет важную роль в энергообеспечении упражнений, продолжительность которых составляет от 30 сек до 150сек. К ним относятся бег на средние дистанции, плавание 100-200м, велосипедные гонки, длительные ускорения.
Кислородное окисление.
Для полноценного включения в действие кислородного окисления глюкозы требуется больше времени. Скорость окисления становится максимальной лишь через 1,5-2 минуты работы мышц, этот эффект широко известен под названием «второе дыхание».
Распад глюкозы в присутствии кислорода идет сложным путем. Это многостадийный процесс, включающий в себя цикл Кребса и многие другие превращения, но суммарный результат может быть выражен следующей записью:
C 6 H 12 O 6(глюкоза) + 6 O 2 + 38АДФ + 38 H 3 PO 4 = 6 CO 2 + 44 H 2О + 38АТФ
Т.е. распад глюкозы по кислородному (аэробному) пути дает в итоге с каждой молекулы глюкозы 38 молекул АТФ. То есть кислородное окисление энергетически в 19 раз эффективнее безкислородного гликолиза. Но за все надо платить – в данном случае платой за большую эффективность является затянутость процесса. Получение молекул АТФ при кислородном окислении возможно только в митохондриях, а там АТФ недоступна АТФазам, которые находятся во внутриклеточной жидкости – внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для заряженных нуклеотидов. Поэтому АТФ из митохондрий доставляется во внеклеточную жидкость достаточно сложным путем, используя при этом различные ферменты, что в целом существенно замедляет процесс получения энергии.
Для полноты картины упомяну еще и о последнем пути ресинтеза АТФ – миокиназная реакция. В случае значительного утомления, когда возможности других путей получения уже исчерпаны, и в мышцах накопилось много АДФ, то из 2 молекул АДФ при помощи фермента миокиназа возможно получение 1 молекулы АТФ:
АДФ + АДФ = АТФ + АМФ.
Но эту реакцию можно рассматривать как «аварийный» механизм, который не очень эффективен и поэтому организм очень редко к нему прибегает и только в крайнем случае.
Итак, существует несколько способов получения молекул АТФ. Далее АТФ при помощи катионов кальция и АТФазы «заряжает» миозин энергией, которая используется для спайки с актином и для продвижения актиновой нити на один «шаг».
И здесь есть одна важная особенность.
Миозин может иметь различную (большую или меньшую) активность АТФазы, поэтому в целом выделяют различные типы миозина – быстрый миозин характеризуется высокой активностью АТФазы, медленный миозин характеризуется меньшей активностью АТФазы.
Собственно, поэтому и скорость сокращения мышечного волокна определяются типом миозина. Волокна, с высокой активностью АТФазы принято называть быстрыми волокнами, волокна, характеризующиеся низкой активностью АТФазы, – медленными волокнами.
Быстрые волокна требуют высокой скорости воспроизводства АТФ, обеспечить которую может только гликолиз, так как, в отличие от окисления, он не требует времени на доставку кислорода к митохондриям и доставку энергии от них во внутриклеточную жидкость.
Поэтому быстрые волокна (их еще называют белыми волокнами) предпочитают гликолитический путь воспроизводства АТФ. За высокую скорость получения энергии белые волокна платят быстрой утомляемостью, так как гликолиз, ведет к образованию молочной кислоты, накопление которой вызывает усталость мышцы и в конечном итоге останавливает ее работу.
Медленные волокна не требуют столь быстрого восполнения запасов АТФ и для обеспечения потребности в энергии используют путь окисления. Медленные волокна еще называют красными волокнами. Эти волокна окружены массой капилляров, которые необходимы для доставки с кровью большого количества кислорода. Энергию красные волокна получают путем окисления в митохондриях углеводов и жирных кислот. Медленные волокна являются низко утомляемыми и способны поддерживать относительно небольшое, но длительное напряжение.
Итак, мы вкратце ознакомились с устройством и энергетическим обеспечением мышц, но нам осталось выяснить что же с мышцами происходит во время тренировки.
Микроскопические исследования показывают, что в результате тренировок в ряде мышечных волокон нарушается упорядоченное расположение миофибрилл, наблюдается распад митохондрий, а в крови повышается уровень лейкоцитов, как при травмах или инфекционном воспалении (Морозов В.И., Штерлинг М.Д с соавторами).
Разрушение внутренней структуры мышечного волокна во время тренировки (т.е. микротравмы), приводит к появлению в волокне обрывков белковых молекул. Иммунная система воспринимает обрывки белка как чужеродный белок, тут же активизируется и старается их уничтожить.
Итак, на тренировках мы разрушаем свои мышечные волокна и тратим запасы АТФ.
Но мы ходим в тренажерный зал вовсе не для того, чтобы израсходовать энергию и получить микротравмы. Мы ходим, чтобы накачать мышцы и стать сильнее.
Это становится возможным только благодаря такому явлению, как суперкомпенсация (сверхвосстановление). Суперкомпенсация проявляется в том, что в строго определенный момент отдыха после тренировки уровень энергетических и пластических веществ превышает исходный дорабочий уровень.
Закон суперкомпенсации справедлив для всех биологических соединений и структур, которые в той или иной мере расходуются при мышечной деятельности. К ним относятся: креатинфосфат, структурные и ферментные белки, фосфолипиды, клеточные органеллы (митохондрии, лизосомы).
В целом, явление суперкомпенсации может быть отражено графиком (рис.3).
Рис.3. Суперкомпенсация. а) – разрушение /расходование во время тренировки, б) – восстановление, в) – сверхвосстановление, г) – возвращение к исходному уровню.
Как становится ясно из график, фаза суперкомпенсации длится достаточно короткое время. Постепенно уровень энергетических веществ возвращается к норме и тренировочный эффект исчезает.
Больше того, если проводить следующую тренировку до наступления фазы суперкомпенсации (рис.4, а), то это приведет только к истощению и перетренированности.
Если проводить следующую тренировку после фазы суперкомпенсации (рис.4, б), то следы предыдущей работы уже сгладятся и тренировка не принесет ожидаемого результата – увеличения мышечной массы и силы.
Чтобы добиться выраженного эффекта, нужно проводить тренировку строго в фазе суперкомпенсации (рис.4, в).
Рис. 4. Тренировочный эффект (черным выделены моменты тренировок). а) – слишком частые тренировки, истощение и перетренированность, б) – слишком редкие тренировки, никакого существенного эффекта, в) – правильный тренировки в момент суперкомпенсации, рост силы и мышечной массы.
Итак, из вышеизложенного ясно, что проводить тренировки надо в фазе суперкомпенсации.
Но тут мы встречаемся с одной сложной проблемой.
Дело в том, что соединения и структуры, которые расходуются или разрушаются при тренировке, имеют разное время восстановления и достижения суперкомпенсации!
Фаза суперкомпенсации креатинфосфата достигается через несколько минут отдыха после нагрузки.
Фаза суперкомпенсации содержания гликогена в мышцах наступает через 2-3 суток после тренировки, а к этому моменту уровень креатинфосфата уже вступит в фазу утраченной суперкомпенсации.
А вот для восстановления белковых структур клеток, разрушенных в ходе тренировок, может потребоваться еще больший период времени (до 7-12 дней), в течение которого уровень гликогена в мышцах уже вернется к исходному уровню.
Поэтому нужно в первую очередь определиться какой из этих параметров наиболее важен с точки зрения наращивания силы и мышечной массы, а каким из них можно и пренебречь.
Очевидно, что первым параметром, на который нужно ориентироваться в ходе тренировок является уровень креатинфосфата – ведь именно им обеспечивается силовая работа мышц.
Отсюда можно вывести первое правило тренировок: выполнение каждого рабочего подхода не должно продолжаться более 30 секунд.
Если нагрузка продолжается более 30 сек, то мышцы переходят на использование гликогена, в них быстро накапливается молочная кислота.
Напоминаю, что уровень креатинфосфата в мышце восстанавливается в течение нескольких минут, а вот молочная кислота, снижающая мощность сокращения, полностью выводится из мышцы лишь в течение нескольких часов после тренировки, поэтому не желательно допустить перехода мышц на использование гликогена.
Тренировки по системе 5 подходов по 5 раз (5х5) как раз идеально вписываются в это правило. В этом случае выполнение упражнение продолжается не более 25-30 секунд, т.е. расходуется креатинфосфат, молочной кислоты образуется немного и она успевает вывестись за 5-10 минут (для крупных мышц за 10-20мин).
Но, даже и за 10-20мин отдыха молочная кислота полностью не выводится из мышцы (для полного вывода молочной кислоты требуется несколько часов), поэтому развиваемая мощность мышечного сокращения в каждом последующем подходе будет несколько ниже, чем в предыдущем.
Кроме того, не нужно забывать о том, что сила, развиваемая мышечным волокном, и скорость его сокращения зависит от насыщенности волокна АТФ. Так как сокращение мышц не мгновенно и длится некоторое время даже при единичных повторениях, то результат выполнения упражнения зависит еще и от способности мышц мгновенно восстанавливать уровень АТФ, то есть от концентрации в волокне креатинфосфата и креатинкиназы.
Содержание креатинфосфата в мышцах спортсменов 1,5-2 раза выше, чем у нетренированных людей, соответственно данное качество мышц поддается тренировке.
Это достигается тем, что каждый следующий подход опытные атлеты-силовики делают в момент суперкомпенсации креатинфосфата, т.е. через 4-10 минут отдыха. Такая нагрузка позволяет добиться заметного повышения концентрации креатинфосфата в мышцах. Правда, уже через несколько часов концентрация креатинфосфата существенно снижается, но некоторое превышение исходного уровня сохраняется до 1-2 недель. Поэтому для того, чтобы не потерять силовых результатов, важно тренироваться регулярно.
Что касается количества подходов, то, как оказалось, переломный момент в развиваемой мощности, наступает в среднем после 5-го – 6-го подхода в упражнении, и именно это количество подходов для тренировки одной мышечной группы и следует признать оптимальным для целей максимального наращивания мышечной массы и силы.
Кстати, теперь становится понятно, почему я с неодобрением отношусь к выполнению приседания и становой тяги по 20 раз за подход – в этом случае мышцы переходят на энергетическое обеспечение за счет гликолиза, уровень молочной кислоты в мышце резко повышается, что в итоге не дает развить высокую мощность выполнения упражнения. В итоге получается не тренировка, а напрасное мучение (20 раз за подход – это по настоящему мучительно).
Второе правило тренировок: только базовые упражнения.
Тяжелый тренинг, основанный на стимулировании роста мышц путем их предварительного разрушения, требует напряжения восстановительных функций организма. Но организм имеет весьма ограниченные пластические и энергетические ресурсы и не может их делить между всеми мышцами. Если вы не используете в период тяжелых тренировок дополнительные «восстановители» (т.е. анаболические стероиды), то разумно будет остановить свой выбор на нескольких крупных мышечных группах и базовых упражнениях, и не распылять свои силы на весь спектр существующих движений.
Третье правило тренировок: каждая следующая тренировка должна выполняться в фазе суперкомпенсации.
Так как мы практикуем тренировки, направленные на разрушение мышечных волокон, то «тяжелая» тренировка на каждую группу мышц должна проводиться один раз в 7 дней. Только в этом случае мы будем иметь уверенный рост мышечной массы.
Но для того, чтобы не потерять с таким трудом увеличенный в ходе тренировок уровень креатинфосфата, я советую делать две тренировки в неделю для приседаний и жима лежа, но при этом вторая тренировка не должна приводить к разрушению мышечных волокон! Т.е. она должна быть либо «легкой» (скоростно-силовая тренировка на технику с не очень большим весом, выполнять упражнения во взрывном темпе), либо изометрической (напряжение не более 5-6 сек) – только в этом случае мышечные волокна не будут разрушаться, а значит вторая тренировка не приведет к срыву фазы восстановления белковых структур мышц. Но в свою очередь, даже такая легкая (или изометрическая) тренировка приведет к повышению концентрации в мышечном волокне креатинфосфата. Т.е. можно смело сказать, что вторая тренировка в неделю – нужна именно для того, чтобы уровень креатинфосфата (а значит и сила мышц) неуклонно повышался.
Молодые атлеты часто берут какой-нибудь комплекс из 5-10 упражнений и делают его 3 раза в неделю без изменения. Нужно четко отдавать себе отчет, что это кратчайший путь к истощению и перетренированности. Мышцы будут постоянно находиться в состоянии хронической усталости, после короткого периода первоначального роста силы и мышечной массы наступит неизбежный застой, а затем и истощение.
Четвертое правило тренировок: по мере замедления роста результатов переходить на 9-12 недельные циклы.
Причиной роста функциональных возможностей мышц и, в частности, роста мышечной массы являются разнообразные адаптационные процессы. В ходе тренировок, мы смещаем внутреннее равновесие среды, после чего запускаются механизмы, которые стремятся вернуть утраченное равновесие. Но постепенно, эти же адаптационные процессы приводит к снижению реакции внутренней среды в ответ на нагрузку, и в конечном итоге, к остановке тренировочного прогресса – т.е. к состоянию, называемому «тренировочное плато». Для того чтобы избежать «привыкания» мышц к нагрузке и добиться постоянного прогресса в тренировках, необходимо дать организму отвыкнуть от нагрузки, т.е. резко снизить вес штанги и дать мышцам отдых. Надо отступить назад и затем начать новое наступление на предельный вес.
Пятое правило тренировок: в конце тренировки делать растяжку поработавших мышц.
Мы помним, что миофибрилла состоит из чередующихся темных (миозин) и светлых полос (нити актина). В физиологии принято целую белую полосу (нить актина) с двумя половинками черных полос по бокам (миозин) называть саркомером.
На рис.5 представлена зависимость силы мышц от величины растяжки (от длины саркомера).
Рис.5. Влияние растяжки на силу мышцы.
Полноценно отдохнувшая мышца имеет максимальную силу, длина саркомера при этом оптимальна – 2,2 мкм.
В ходе тренировки длина саркомера уменьшается, это ощущается, как скованность мышц. Сила мышцы, как видно из рис.5, при этом то же уменьшается.
После тренировки мышцы так и остаются на какое-то время сжатыми.
Чтобы ускорить процесс восстановления в конце тренировки обязательно нужно сделать растяжку поработавших мышц – в этом случае длина саркомера быстро придет в норму и мышцы опять смогут развивать максимальную силу.
Но, как видно из рис.5, чрезмерная растяжка приводит к падению силы – при растяжении саркомера до 3,6 мкм сила мышцы равна нулю. Именно поэтому нельзя растягиваться перед тренировками или во время тренировок между упражнениями – это отрицательно скажется на силе мышц. Растягиваться нужно только строго в конце тренировки.
Если после прочтения этого раздела у вас еще остались какие-то неясности в вопросах биохимии мышечного сокращения, то рекомендую почитать книгу В.Протасенко «Думай! Или Супертренинг без заблуждений», а так же учебники по физиологии спорта и биохимии спорта для ВУЗов.
На этом я с вами прощаюсь, удачных вам тренировок!