Регулярные физические упражнения — это эффективный способ поддержания здоровья. Они способствуют формированию различных физиологических адаптаций в нейромышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах организма человека, что приводит к улучшению его общего физического состояния. Именно об этих адаптациях и пойдёт речь ниже.
Адаптация к физическим упражнениям: принцип сверхнагрузки
Принцип сверхнагрузки ответственен за прогресс в освоении физических упражнений, равно как и за адаптацию к ним. Мышечная система может быть перегружена механически или метаболически. Эти механизмы приводят к специфическим и различным адаптациям, которые повышают производительность.
Масштаб этих адаптаций зависит от:
- Типа упражнений.
- Интенсивности упражнений.
- Частоты упражнений.
- Длительности упражнений.
Появляются всё новые свидетельства того, что и другие факторы могут влиять на масштаб адаптаций. Сюда относятся:
- Изначальный уровень тренированности организма.
- Генетические факторы, определяющие реакцию организма (присутствие/отсутствие ответа на подобную терапию) на проводимые мероприятия.
Характер упражнений (например, силовая тренировка или тренировка на выносливость) влияет на тип и масштаб адаптаций в нейромышечной системе. К примеру, если проводится тренировка на выносливость (большое число повторений, малая нагрузка), мышечная система подвергнется изменениям, направленным на интенсификацию аэробного метаболизма и сопротивляемость усталости. Напротив, силовые тренировки (малое число повторений, большая нагрузка) будут способствовать адаптации мышц, таким как повышенный синтез миофибриллярных белков. В результате будет наблюдаться рост мышц и, как следствие, мышечная сила и мощность.
Другой принцип, который необходимо учитывать, — это специфичность. В контексте тренировки важно принимать тип выполняемого упражнения. Принцип специфичности гласит, что только подвергнутая повторным нагрузкам система или часть тела будет адаптироваться к хроническим перегрузкам. Таким образом, конкретное упражнение вызывает специфические приспособления, создающие специфические тренировочные эффекты.
Адаптация к тренировкам с отягощением
Тренировки с отягощением представляют собой тип тренировок, направленных на увеличение мышечной силы, мощности и размеров мышц за счет мышечного сокращения. Этот режим упражнений основан на принципе перегрузки, когда рост силы и объёма мышц осуществляется за счет их тренировки/работы при нагрузках, близких к максимальным значениям. Программа подобной тренировки может включать в себя поднимание и опускание веса 6–8 раз по 3–4 подхода с нагрузкой, равной приблизительно 70–80 % от максимального веса, поднимаемого за один раз.
Нейроадаптации
Этот и другие вопросы подробно разбираются на семинаре «Двигательный контроль и обучение». Узнать подробнее…
- Интенсификация деятельности двигательного центра после тренировок с отягощением частично ответственна за увеличение физической силы.
- Оптимизированная синхронизация нейромоторных единиц (одновременное действие нескольких единиц).
- Снижение порога нагрузки, при котором активизируются нейромоторные единицы.
- Возрастание скорости действия нейромоторных единиц.
- Снижение уровня коактивации мышц-антагонистов после тренировки.
Мышечные адаптации
Скелетные мышцы будут приспосабливаться к механическим перегрузкам, увеличиваясь в размерах. При тренировках с отягощением активируются различные сигнальные механизмы, которые инициируют синтез новых белков, рост мышечных волокон и клеток, что приводит к гипертрофии. При этом имеется мало доказательств того факта, что происходит увеличение количества мышечных волокон (гиперплазия).
Различные адаптации включают в себя:
- Увеличение поперечного сечения мышц (сечение, перпендикулярное).
- Изменения в строении:
- УЗ-исследования показывают изменение угла перистости (угла, под которым волокна прикрепляются к апоневрозу мышц). Оно определяет площадь поперечного сечения мышц и, как следствие, влияет на их силу.
- Гипертрофия типов волокон на клеточном уровне, особенно волокон II типа:
- Исследования показывают одновременное уменьшение числа волокон IIx типа и увеличение числа волокон IIa типа.
- Быстрые мышечные волокна по своей природе сильней и имеют большую скорость сокращения, поэтому влияние на уровень физической силы от их увеличения окажется значительно выше, чем от роста медленных волокон в тех же пропорциях.
Синтез мышечных белков
Общеизвестно, что мышцы чувствительны к тренировочным нагрузкам. Мышечная система — это динамическая система с синтезируемыми и расщепляющимися белками. Для роста мышц необходимо менять баланс между синтезом и расщеплением белка. Это может происходить либо путем увеличения скорости синтеза, либо путем снижения скорости расщепления, либо сочетанием того и другого.
Важные сведения, касающиеся процесса производства белка в теле человека:
- Натощак мышечные белки синтезируются со скоростью ~ 0,04% в час.
- Упражнения и питание стимулируют выработку миофибриллярных белков.
- Синтез белков увеличивается после тренировки с отягощением в 2–5 раз.
- Интенсификация синтеза белка происходит через 1–2 часа после тренировки. В сытом состоянии организм способен поддерживать увеличенную выработку белка в течение последующих 48–72 часов.
- Ускорение синтеза белка идёт наряду с повышенным его расщеплением после тренировки.
- В сытом состоянии синтез белка протекает интенсивней, чем его расщепление, способствуя получению избыточного белка.
- Накопленный от этого процесса эффект ведёт к выработке избыточного белка и, как следствие, увеличению мышечной массы после выполнения цикла упражнений.
Вышеупомянутые сведения ясно показывают, что адаптация мышц зависит от степени снабжения организма питательными веществами. Баланс между синтезом белка и его расщеплением после тренировки может быть скорректирован изменением количеств соответствующих питательных веществ. Как тренировки с отягощением, так и поступление аминокислот повышают синтез белка. Если эти факторы действуют сообща, наблюдаемые изменения в мышечной системе будут ещё более заметными.
Употребление белка после упражнений позволяет:
- интенсифицировать синтез белка;
- подавить расщепление белка.
С подавлением разложения белка в сытом состоянии после тренировки повышается также уровень инсулина, который ведёт к ещё большому подавлению расщепления протеинов. Поэтому важно поддерживать надлежащий уровень питания для наибольшей выгоды от тренировок с отягощением.
Миосателлиты
Миосателлиты — это специализированные мышечные стволовые клетки, расположенные в нише между базальной пластинкой и сарколеммой мышечного волокна. Они помогают в росте и восстановлении всех скелетных мышц. Эти клетки активируются при повреждении мышц и/или достаточных физических нагрузках. Как только эти клетки активируются, они пролиферируют, дифференцируются и сливаются с существующими мышечными волокнами, и таким образом образуются новые сократительные белки и восстанавливаются мышечные повреждения. Тренировка с отягощением приводит к увеличению количества миосателлитов в течение четырех дней после тренировки. При продолжении тренировок с отягощениями в течение продолжительного периода времени число миосателлитов может увеличиться на ~ 30% и, кроме того, может оставаться повышенным, даже если тренировки прекращены.
Другой немаловажной ролью миосателлитов является передача их ядер в растущие клетки мышечных волокон, выполняющих роль пост-митотических ядер.
Адаптации к тренировкам на выносливость
Тренировки на выносливость направлены на повышение сопротивления мышечной усталости при длительных тренировках. Усталость определяется как «потеря способности развивать силу и/или скорость мышц в результате мышечной деятельности под нагрузкой, обратимая в состоянии покоя». Результаты деятельности, требующей высокой выносливости, зависят от способности организма производить достаточное количество АТФ посредством аэробного окисления. Этот процесс требует взаимодействия нейромышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем. В рамках данной статьи основное внимание уделяется именно локальным адаптациям, происходящим в скелетных мышцах.
По сути, тренировки на выносливость повышают окислительную способность и метаболическую эффективность скелетных мышц. Адаптации, с помощью которых это достигается, включают использование кислорода (митохондриальные адаптации), доставку кислорода (ангиогенез) и локальную доступность окисляемого субстрата.
Митохондриальные адаптации (использование кислорода)
Митохондрия – это своеобразная «силовая установка» клетки. Эти органеллы генерируют большую часть клеточных резервов АТФ через аэробное дыхание. Тренировки на выносливость могут увеличить объёмы и количество митохондрий. Величина этих изменений зависит от частоты и интенсивности тренировок.
С ростом числа и размера митохондрий доля пирувата, образующегося во время гликолиза, переходящего в митохондрии для окислительного фосфорилирования, увеличивается с меньшим использованием для производства лактата и его побочных продуктов. В результате интенсивность упражнений, которую можно поддерживать, полагаясь на аэробный метаболизм, становится выше.
Ангиогенез (доставка кислорода)
Сеть капилляров, примыкающих к мышечным волокнам, ответственна за диффузный обмен газами, субстратами и метаболитами между кровеносной системой и мышечными волокнами. Тренировки на выносливость результируют в росте новых капилляров (процесс ангиогенеза) примерно на 20% через 8 недель тренировок в волокнах типа I и II.
Использование субстрата
Во время тренировок при субмаксимальных нагрузках главными источниками энергии выступают углеводы (обычно мышечный гликоген) и жиры (локальные и циркулирующие жирные кислоты). Тренировки на выносливость ведут к ключевым адаптациям в использовании субстрата:
- При фиксированном уровне субмаксимальных нагрузок вклад окисления жирных кислот в общее производство энергии растёт одновременно со способностью мышц окислять внутримышечные триглицериды в качестве первичного источника энергии.
- Тренировки ведут к увеличению запасов гликогена в мышечных волокнах в формах гранул, что ведёт к росту числа агломератов внутримышечных липидов, контактирующих с митохондриями.
- Выносливые спортсмены полагаются на более активное окисление жирных кислот, поскольку оно не затрагивает мышечные запасы гликогена (он необходим в большей степени во время высокоинтенсивных упражнений).
Нейроадаптации
Во время тренировок на выносливость в нервной системе развиваются следующие адаптации:
- Снижение времени реакции моторных единиц на полученную нагрузку.
- При непрерывных мышечных сокращениях, имеющих место при в тренировках на выносливость, скорость проведения импульса нейромоторных единиц спадает медленней.
- Снижение порога нагрузки, при котором активизируются нейромоторные единицы.
Сравнение нейромышечных адаптаций во время силовых тренировок и тренировок на выносливость
|
Адаптация |
Силовые тренировки |
Тренировки на выносливость |
|
Размер мышечных волокон |
увеличение |
без изменений |
|
Число мышечных волокон |
без изменений |
без изменений |
|
Скорость движения |
увеличение |
без изменений |
|
Сила |
увеличение |
без изменений |
|
Аэробная производительность |
без изменений |
увеличение |
|
Анаэробная производительность |
увеличение |
без изменений |
|
Число капилляров |
без изменений или уменьшение |
увеличение |
|
Число митохондрий |
уменьшение |
увеличение |
|
Конверсия волокон типа II в подтипы |
практически полностью в тип IIa |
большинство в тип IIa (с малыми интервалами) |
