Содержание материала

Включение различных типов мышечных волокон в движениеРазличают гладкие мышцы, скелетные мышцы и сердечную мышцу. Гладкие мышцы входят в состав внутренних органов, например, в состав стенок кровеносных сосудов, желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих путей (мочеточник, мочевой пузырь), бронхов. Гладкие мышцы работают медленно и почти непрерывно, осуществляют относительно медленные и однообразные движения. Ими нельзя управлять силой воли.

Скелетные мышцы (поперечнополосатые мышцы) удерживают тело в равновесии и осуществляют движения. Мышцы соединены с костями при помощи сухожилий. Если мышцы сокращаются, т. е. укорачиваются, то части скелета через суставы приближаются или удаляются друг от друга. Работой скелетных мышц можно управлять произвольно. Они способны очень быстро сокращаться и очень быстро расслабляться. При интенсивной деятельности они довольно быстро утомляются.

Сердечная мышца по своим функциональным свойствам занимает как бы промежуточное положение между гладкими и скелетными мышцами. Так же, как и гладкие мышцы, она практически не поддается воздействию нашей воли и имеет чрезвычайно высокую сопротивляемость утомлению. Так же, как и скелетные мышцы, она может быстро сокращаться и интенсивно работать.

Силовая тренировка эффективно влияет не только на работу скелетных мышц; благодаря ей изменяется и улучшается функция и состояние гладкой мускулатуры и сердечной мышцы. Так, например, тренировкой на силовую выносливость можно увеличить и укрепить сердечную мышцу и тем самым повысить эффективность ее работы, что в свою очередь окажет положительное влияние на деятельность скелетных мышц.

Хорошо развитый «мышечный корсет», крепко обхватывающий брюшную полость, держит внутренние органы, способствует деятельности пищеварительной системы. Улучшенные функциональные свойства пищеварительной системы, особенно желудочно-кишечного тракта, а также печени, желчного пузыря поджелудочной железы, опять же положительно воздействуют на строение мышц, на энергетическое обеспечение мышечной деятельности и общее состояние здоровья. Безусловно, силовая тренировка воздействует на все виды мышечной ткани и на все системы органов человеческого тела, однако, более подробно мы остановимся на скелетной мускулатуре.

Строение скелетной мышцы

Основным элементом скелетной мышцы является мышечная клетка. В связи с тем, что мышечная клетка по отношению к своему поперечному сечению (0,05–0,11мм) относительно длинна (волокна бицепса, например, имеют длину до 15 см), ее называют также мышечным волокном. Скелетная мышца состоит из большого количества этих структурных элементов, составляющих 85–90% от ее общей массы. Так, например, в состав бицепса входит более одного миллиона волокон.

Между мышечными волокнами расположена тонкая сеть мелких кровеносных сосудов (капилляров) и нервов (приблизительно 10% от общей массы мышцы). От 10 до 50 мышечных волокон соединяются в пучок. Пучки мышечных волокон и образуют скелетную мышцу. Мышечные волокна, пучки мышечных волокон и мышцы окутаны соединительной тканью (рис. 1).

 Схема скелетной мышцы

Рис. 1. Схема скелетной мышцы

1 – мышца (5 см), 2 – пучок мышечных волокон (0.5 мм), 3 – мышечное волокно (0,05-0,1 мм), 4 – миофибрилла (0,001-0,003 мм). Цифры в скобках обозначают приблизительный размер поперечного сечения строительных элементов мышцы.

Мышечные волокна на своих концах переходят в сухожилия. Через сухожилия, прикрепленные к костям, мышечная сила воздействует на кости скелета. Сухожилия и другие эластичные элементы мышцы обладают, кроме того, и упругими свойствами. При высокой и резкой внутренней нагрузке (сила мышечной тяги) или при сильном и внезапном внешнем силоном воздействии эластичные элементы мышцы растягиваются и тем самым смягчают силовые воздействия, распределяя их в течение более продолжительного промежутка времени. Поэтому после хорошей разминки в мускулатуре редко происходят разрывы мышечных волокон и отрывы от костей.


Типы волокон скелетной мышцы

Каждая мышца состоит из волокон, обозначаемых как ST-волокна (slow twitch fibres) – медленно сокращающиеся и FT-волокна – быстро сокращающиеся (fast twitch fibres). ST-волокна, обладающие высоким содержанием миоглобина (красный мышечный пигмент), называют также красными волокнами. Они включаются при нагрузках в пределах 20-25% от максимальной силы и отличаются хорошей выносливостью. FT-волокна, обладающие по сравнению с красными волокнами небольшим содержанием миоглобина, называют также белыми волокнами. Они характеризуются высокой сократительной скоростью и возможностью развивать большую силу. По сравнению с медленными волокнами они могут вдвое быстрее сокращаться и развить в 10 раз большую силу (табл. 1).

Таблица 1. Упрощенное изображение спектра мышечных волокон (Ю. Хартман, 1988)

Характеристика (функция)

Тип волокна

 

FT-волокна FTG-волокна

FTO-волокна

ST-волокна

Физиологическая характеристика:

- скорость сокращения

быстрая

быстрая

медленная

- сила сокращения

очень высокая

высокая

незначительная

- реакционная способность.

быстрая

быстрая

медленная

- аэробная выносливость

плохая

хорошая

очень хорошая

Биохимическая характеристика:

- накопление энергии

гликогенное

гликогенное/окислительное

окислительное

- отложения фосфата

+++

++

+

- отложения гликогена

+++

++(+)

++

- жировые отложения

+

+(+)

++(+)

- содержание митохондрий

+

++

+++

- капилляризация

незначительная

хорошая до очень хорошей

очень хорошая

Функция:

нагрузки в субмаксимальной зоне, проявление максимальной и скоростной силы

выносливость и силовая выносливость, статическая работа на опору и удержание

+++ - значительные, ++ - средние, + - незначительные

FT-волокна подразделяются на FTO- и FTG-волокна: наименование их определяется способом получения энергии. Получение энергии в FTO-волокнах происходит так же, как и в ST-волокнах, преимущественно путем окисления, в результате чего глюкоза и жиры в присутствии кислорода разлагаются на двуокись углерода (СО2) и воду (Н2О).

В связи с тем. что этот процесс разложения протекает относительно экономично (на каждую молекулу глюкозы при разложении мышечного гликогена для получения энергии накапливается 39 энергетических фосфатных соединений), FTO-волокна имеют также относительно высокую сопротивляемость утомляемости. Накопление энергии в FTG-волокнах происходит преимущественно путем гликолиза, то есть глюкоза в отсутствии кислорода распадается до еще относительно богатого энергией лактата.

В связи с тем, что этот процесс распада неэкономичен (на каждую молекулу глюкозы для получения энергии накапливается всего лишь 3 энергетических фосфатных соединения), FTG-волокна относительно быстро утомляются, но тем не менее они способны развить большую силу и, как правило, включаются при субмаксимальных и максимальных мышечных сокращениях.


Процесс взаимодействия различных типов волокон

Процесс взаимодействия различных типов волокон до настоящего времени выяснен не до конца. Схематично он может быть изложен так.

При нагрузках менее 25% от максимальной силы сначала начинают функционировать преимущественно медленные волокна. Как только их запасы энергии иссякают, «подключаются» быстрые волокна. После того, как израсходуются энергетические запасы быстрых волокон, работу придется прекратить, наступает истощение. Если же силовая нагрузка возрастает от низких до максимальных величин, то согласно Костиллу (1980; цит. по: Ю. Хартман, 1988) возникает так называемый «эффект рампы», когда почти все волокна вовлекаются в движение.

Включение различных типов мышечных волокон в движение 

Рис. 2. Включение различных типов мышечных волокон в движение при увеличивающихся сопротивлениях.

Изображенный на рис. 5 принцип участия различных типов волокон в мышечной деятельности действителен для всех движений. Сначала включаются медленные волокна, а чуть позже, когда потребность в силе превысит 25% от максимальной, в активность вступают и быстрые волокна.

При взрывных движениях временной промежуток между началом сокращения медленных и быстрых волокон минимален (всего несколько мс). Таким образом, начало сокращения у обоих типов волокон происходит почти одновременно, однако быстрые волокна укорачиваются значительно быстрее и раньше достигают своего силового максимума (приблизительно за 40-90 мс), чем медленные волокна (приблизительно за 90-140 мс), поэтому за взрывную силу, которая должна быть реализована в течение 50-120 мс, «отвечают» главным образом быстрые волокна (Ю. Хартман, 1988).

Скорость сокращения быстрых мышечных волокон может в несколько раз и даже десятков раз превышать скорость сокращения медленных волокон. Чем выше частота сокращений, тем сильнее сокращение, поэтому сила пропорциональна числу быстрых мышечных волокон в отдельно взятой мышце. Быстрые волокна толще, они имеют большее количество сократительных элементов — миофибрилл, поэтому они и сильнее. Быстрые мышечные волокна имеют повышенное содержание гликогена — мышечного "топлива", на котором они способны развивать значительные усилия. Силовой вклад быстрых мышечных волокон в напряжение мышцы и развиваемую ею силу значительно выше, чем медленных волокон. Но в то же время они меньше пронизаны капиллярной сетью, хуже снабжаются кислородом и быстрее утомляются. Медленные же мышечные волокна, будучи выносливее, располагают значительной капиллярной сетью, которая позволяет им получать больше кислорода из крови.

Имеется еще один тип волокон, о которых ученые узнали сравнительно недавно. Это промежуточный тип, способный приобретать качества быстрых или медленных волокон.

При занятиях силовым тренингом промежуточные волокна станут приобретать свойства быстрых волокон, внося приличный вклад в силовые способности и наоборот, при тренировке на выносливость промежуточные волокна приобретают свойства медленных волокон. То есть промежуточные волокна – это резерв, который можно реализовать лишь систематически и методически грамотно тренируясь (Ф. К. Хэтфилд, 1996).

Сила мышц зависит от физиологического их поперечника. Иными словами, чем больше объем и поперечное сечение мышцы, тем большее усилие она в состоянии развить. Это соотношение в некоторой степени условно, но в действительности дело обстоит так: крупные мышцы – больше сила.

Миофибриллы являются сократительными элементами мышцы и развивают тягу, суммарная величина которой и определяет силу мышцы. На поперечном срезе мышцы они дают примерно 20—30% ее физиологического поперечника (табл. 2).

Таблица 2. Механизмы и факторы, влияющие на увеличение размеров мышцы (Ф. К. Хэтфилд, 1996)

Механизмы (факторы)

Примерный вклад
в увеличение размеров мышцы, %

Капилляризация

3,5

Митохондрия

15-25

Саркоплазма (клеточная жидкость)

20-30

Соеденительные ткани

2-3

Мышечные фибриллы

20-30

Гликоген

2-5

Подклеточные субстанции

1-2

Интерстиальные субстанции

3-5

Запасы жира в организме

10-15