Гиперплазия миофибрилл в гликолитических мышечных волокнах

Автор: Антонов Андрей

Железный Мир. №5.2012г.

Мы продолжаем цикл бесед с профессором Виктором Николаевичем Селуяновым, посвященный современным биологически обоснованным научным методам тренировок.

Железный Мир: Здравствуйте, Виктор Николаевич! В прошлой нашей беседе мы говорили о гиперплазии миофибрилл в мышечных волокнах. Как вы сказали, ММВ и БМВ должны тренироваться в ходе выполнения разных упражнений, разными методиками. Расскажите нам, как правильно тренироваться, если цель увеличить мышечную массу быстрых мышечных волокон

Виктор Селуянов: Для начала надо разобраться с методами классификации мышечных волокон (МВ). Деление МВ на быстрые и медленные выполняется после биопсии для определения активности фермента - миозиновой АТФ-азы. Мышечная композиция по этому ферменту наследуется и в каждой мышце своя. Реакция на силовое упражнение зависит от биологических факторов стимулирующий образование в МВ и-РНК. К таким факторам относятся анаболические гормоны, свободный креатин, оптимальная концентрация ионов водорода в МВ и др. Поскольку в ОМВ ионы водорода поглощаются митохондриями, то силовой эффект в них минимальный, а в гликолитических МВ ионы водорода накапливаются, поэтому может быть положительный и отрицательный результат в росте силы. Поэтому при рассмотрении реакции МВ на силовые упражнения надо брать во внимание активность именно ОМВ, ПМВ и ГМВ. Последовательность рекрутирования остается той же, при усилении психического напряжения сначала рекрутируются ОМВ, потом подключаются ПМВ, далее ГМВ. Поскольку адаптационная реакция на силовое упражнение связана с наличием митохондрий в МВ, то лучше говорить о ОМВ, ПМВ и ГМВ

Для активации ГМВ необходимо выполнять упражнения с максимальной или околомаксимальной интенсивностью. В этом случае, согласно "правилу размера" Ханнемана, будут функционировать все МВ (ОМВ и ГМВ). Если сокращение мышц будет сочетаться с расслаблением, с таким их функционированием, которое не вызывает остановки кровообращения, то воздействие упражнения будет направлено в основном на ГМВ, поскольку в ОМВ митохондрии поглощают ионы водорода, превращают их в воду, т.е. исчезает основной фактор, стимулирующий образование и-РНК в клетке.

Экспериментальное изучение метаболических процессав в отдельных клетках в настоящее время практически не возможно. После взятия пробы ткани (биопсия) ее размельчают и химическим путем измеряют концентрацию различных веществ. Эта процедура напоминает анекдот об измерении средней температуры в больнице, которая находится в пределах нормы, хотя один больной уже умер и остывает, а другой находится в лихорадке. Та же ситуация и в мышечной ткани, а именно, одни мышечные волокна работают, а другие находятся в покое, результат же - средний.

Поэтому, на сегодняшний день, объективную информацию о процессах в отдельных типах МВ можно получить только с помощью математического моделирования. Если модель включает в себя мышечные волокна разного типа – ОМВ, ПМВ и ГМВ, воспроизводится физиологический закон рекрутирования МВ (ДЕ), то исследователь может получить представление о биоэнергетических процесса в каждом отдельном мышечном волокне.

Ход краткосрочных адаптационных процессов – биоэнергетических, изучался с помощью математического имитационного моделирования (Селуянов В.Н., 1990,1996). Исследовалась реакция модели на упражнения с И=85%, длительность одного приседания — 5 с, интервал отдыха - 5 с, количество повторений до отказа.

Результат. Модель смогла выполнить 4-5 повторений в одной серии. Запасы креатинфосфата снизились в мышце только до 60%. (Надо заметить, что этот результат хорошо согласуется м данными методики ядерного магнитного резонанса, что говорит , с одной стороны, о корректности моделирования, а , с другой стороны, о наличии ложной информации в эксперименте, поскольку опять выдается информация в среднем по мышце. Моделирование показывает, что в ОМВ концентрация АТФ и КрФ снижается менее 30% от максимума.) Затем был задан период восстановления 3 мин с активным отдыхом, обеспечивающим потребление кислорода 1-2 л/мин. За 3 мин концентрация лактата в крови практически не изменилась, КрФ почти полностью ресинтезировался, однако максимальная мощность составила к этому моменту только 70% МАМ. Продление активного отдыха до 6 мин позволило увеличить мощность до 75%, активный отдых - 10 мин, мощность выросла до 85%. К 10 мин концентрация Н и La снизилась до 7,290 и 4,5 мМ/л. Максимальная концентрация этих веществ наблюдалась на 2-4 й мин восстановления и составила 7,265 и 6,9 мМ/л. Эти данные также подтверждают корректность работы математической модели.

Использование упражнений с интенсивностью 85% не приводит к значительному расщеплению КрФ. Поскольку отказ происходит не в результате исчерпания запаса АТФ и КРФ, а в результате рекрутирования всех МВ. После этого выполнить следующий подъем снаряда без помощи инструктора-тренера невозможно. Но для повышения эффективности силовой тренировки надо добиться максимальной концентрации свободного креатина в МВ. Поэтому для повышения эффективности силовой тренировки, направленной на гипертрофию МВ (гиперплазию миофибрилл), необходимо увеличивать число повторений в подходе, т.е. уменьшить мощность упражнения (до 70%). Заметьте, что этот вывод согласуется с экспериментальными данными о методах гипертрофии мышц (см. монографии: Зациорский В.М., 1970, Хартман Ю., Тюнненман Х., 1988), а это говорит об адекватности имитации, адекватности модели.

Эксперимент с имитационным моделированием (ИМ) долговременных адаптационных процессов проводился по следующему плану. Интенсивность упражнения 85%, продолжительность силовой тренировки изменялась от 1 до 20 мин, т.е. спортсмен мог сделать 1 -15 подходов к снаряду, интервал отдыха между тренировками — 1-7 дней. Реальный спортсмен мог бы затратить 100 лет на проверку всех возможных вариантов тренировки.

Результаты имитационного моделирования. Было показано, как меняется масса миофибрилл за 20 циклов. Анализ результатов ИМ показывает, что увеличение количества дней отдыха приводит к снижению эффективности цикла тренировки при заданной интенсивности и продолжительности тренировки. Увеличение продолжительности тренировки с 1 до 20 мин (полезное время, когда образуется и РНК) ведет к росту эффективности цикла тренировки, однако при этом усиливается метаболизм гормонов, при превышении скорости элиминации гормонов скорости их синтеза начинается снижение концентрации гормонов в теле. Снижение концентрации гормонов в теле ниже уровня нормы ведет к возникновению явления общего адаптационного синдрома Селье (ОАСС), снижению интенсивности процессов синтеза миофибрилл, митохондрий, а также клеток в органах эндокринной и иммунной систем. Последнее обстоятельство увеличивает вероятность заболевания. В ходе ИМ объект постоянно находится в среде, содержащей болезнетворные вирусы и микробы, которые инфицируют организм, поэтому при снижении иммунитета возрастает опасность заболевания. Следовательно, высокоинтенсивные и продолжительные тренировки могут существенно повышать синтез различных структур в клетках, однако одновременно с этим являются причиной будущих заболеваний, явлений перетренировки. Такой вывод хорошо согласуется с общепринятым мнением специалистов и отражается в таких понятиях как "форсирование спортивной формы", "кумулятивный эффект".

ЖМ: Каким образом можно минимизировать отрицательный эффект и сохранить эффективность силовой тренировки?

ВС: Для этого можно предложить следующий вариант построения недельного цикла. Предположим, что в первый день микроцикла выполняется развивающая тренировка, например приседание со штангой массой 80-90% от произвольного максимума до отказа (упражнение длится 40-60 с). В ходе упражнения и в период 60 с восстановления в МВ должно идти активное образование и РНК, следовательно, полезное время от одного подхода составляет 1,5 - 2 мин. Для достижения развивающего эффекта необходимо сделать 7 - 10 подходов, т.е. 12 - 20 мин полезной работы. Выполнение такой высокоинтенсивной и продолжительной работы вызывает значительный выброс гормонов в кровь. Повышенная концентрация гормонов сохраняется в мышечных волокнах в течение двух-трех суток, что стимулирует синтез. На четвертый день концентрация гормонов приходит к норме, поэтому необходимо выполнить еще силовую тренировку, но уже не столько для образования и-РНК, сколько для повышения концентрации гормонов в крови на протяжении последующих двух суток восстановления. Это обеспечит поддержание интенсивности процессов синтеза миофибрилл после развивающей тренировки. Очевидно, что такая "тонизирующая" тренировка должна быть высокоинтенсивной (для выброса гормонов в кровь), но не продолжительной (половина от "развивающей" тренировки), чтобы не вызвать усиленного метаболизма гормонов и структур образующихся в клетке.

Имитационное моделирование такого варианта тренировки показало, что за 6 микроциклов масса миофибрилл выросла на 7%, масса митохондрий уменьшилась на 14%, масса желез внутренней секреции сначала имела тенденцию к росту (10 дней), затем — к снижению, к 42-му дню масса желез пришла к норме.

Следовательно, предложенный микроцикл эффективен, однако не может использоваться более 6 недель, поскольку в дальнейшем могут появиться признаки ОАСС.

ЖМ: А с чем связано такое уменьшение митохондриальной массы? Значит ли это, что в силовых видах спорта требующих выносливости – силовой экстрим, армрестлинг, народный жим – данный микроцикл не подходит?

ВС: Уменьшение массы митохондрий обусловлено их разрушением при выполнении силовой тренировки в ПМВ и ГМВ, а также естественным процессом старения (механизм старения органелл связан с функционированием лизосом, которые постоянно разрушают в клетке какие-то органеллы, в том числе и митохондрии). Синтез митохондрий после силовой тренировки идет слабо, поэтому для роста массы митохондрий в ПМВ и ГМВ необходимо выполнять специальные интервальные скоростно-силовые тренировки.

ЖМ: Как будут выглядеть практические рекомендации для силовой тренировки?

ВС: Для достижения максимальной гипертрофии ГМВ эффекта тренировки необходимо соблюсти ряд условий:

- упражнение выполняется с интенсивностью 70% ПМ,

- упражнение выполняется "до отказа", то есть до исчерпания запасов КрФ, образования высокой концентрации Кр,

- интервал отдыха — 5 или 10 мин, 5 мин активный отдых, выполняются упражнения с мощностью АэП (ЧСС 100-120 уд/мин), это значительно ускоряет процесс "переработки" молочной кислоты, 10 мин относительно малоактивный отдых, ресинтез КрФ идет преимущественно в ходе анаэробного гликолиза с накоплением в ГМВ ионов Н и La,

- количество подходов за тренировку: 3-5 подходов с пассивным отдыхом, 10 - 15 — с активным отдыхом,

- количество тренировок в день: одна, две и более, в зависимости от интенсивности и тренированности,

- количество тренировок в неделю: после предельной по продолжительности (объему) тренировки, следующая может повториться только через 7-10 дней, именно столько времени требуется для синтеза миофибрилл в мышечных волокнах.

Эта классическая схема, хорошо известная еще с 60-х годов прошлого века.

ЖМ: А какие факторы определяют выбор количества повторений в подходе для гиперплазии миофибрилл в ГМВ?

ВС: Как правило, у силовиков (культуристы, штангисты, троеборцы и др.) очень много ГМВ (более 60%). Для понимания выбора интенсивности и продолжительности выполнения силового упражнения необходимо представить себе мышцу как столбик с набором ОМВ (снизу), затем на них положены ПМВ, а сверху уложены ГМВ. Если выбрать исходную интенсивность 70%ПМ, то подъем снаряда будет выполняться 1-2 раза за счет запаса АТФ. Далее мощность активных МВ падает, поэтому приходится рекрутировать дополнительные «свежие» МВ. Так продолжается до полного исчерпания запаса «свежих» МВ. После этого наступает отказ. Если активные МВ содержат много митохондрий, то такие МВ медленнее теряют силу, поскольку митохондрии поглощают ионы водорода. В связи с этим выносливые спортсмены (борцы) поднимают снаряд 70%ПМ более 10 раз, а тяжелоатлеты менее 6 раз. Заметим, что ОМВ, ПМВ и часть, например, половина ГМВ будут функционировать от начала до конца упражнения, а высокопороговые МВ (вторая часть ГМВ) будет активна значительно короче. Самые высокопороговые ГМВ будут работать не более одного сокращения. Следовательно, свободный креатин, ионы водорода и гормоны будут накапливаться только в ПМВ и первой половине ГМВ, именно в них будет происходить накопление и-РНК. В ОМВ гиперплазии МФ не будет из-за наличия митохондрий. Оптимальная продолжительность упражнения для накопления свободного креатина и необходимой концентрации ионов водорода находится в пределах 30-40с (10-12 подъемов). Увеличение продолжительности приводит к излишнему накоплению ионов водорода, а уменьшение – к недостатку свободного креатина и ионов водорода для полноценной активации процессов транскрипции генетической информации.

При гипертрофии второй половины ГМВ необходимо использовать интенсивность в районе 85-95%ПМ. В этом случае через 2-4 подъема рекрутированы уже все МВ и даже небольшое снижение концентрации АТФ ведет к отказу от продолжении серии. В мышечных волокнах накапливается малая концентрация свободного креатина и ионов водорода, поэтому реакция генетического аппарата должна быть слабая. Следовательно, для эффективной гиперплазии миофибрилл высокопороговых ДЕ необходимо выполнять большое число тренировок в день и в неделю. Экспериментально эффективность такого метода была доказана практической работой болгарского тренера Ивана Абаджиева. Его штангисты - сборной Болгарии, тренировались по 6 раз в день с весами около 100% от соревновательной нагрузки (90% ПМ) и по 5 раз в неделю.

Выбор количества тренировок в день и в неделю определяется мощностью эндокринной системы. Экспериментально было показано, что после силовой тренировки имеется определенная реакция – повышается концентрация тестостерона, гормона роста. Повторение силовой тренировки, через несколько часов (6-10 часов), уже не дает такой же реакции эндокринной системы. Концентрация гормонов во втором случае не достигает и 30% максимума после первой тренировки.

Таким образом, выбор количества тренировок в день и в неделю зависит от реакции эндокринной системы. О состоянии эндокринной системы тренер может судить по результатам «проходок» (тестирования). Если сила перестает расти или падает, то эндокринная система не выдерживает нагрузок. Требуется отдых для восстановления эндокринной системы. Следовательно, точно определить количество тренировок в день и в неделю нельзя, процесс программирования должен быть строго индивидуальным, опираться на результаты регулярного тестирования физического состояния спортсмена.

Тренировка с большими весами позволяет совершенствовать навыки активации всех МВ в тяжелоатлетических упражнениях (техника), а также поддерживать и даже увеличивать степень гиперплазии миофибрилл во всех ГМВ. В этом случае сила растет без существенного изменения мышечной массы. Этот метод тренировки наиболее приемлем при подводке спортсмена к главным стартам сезона.

Существует еще и третий вариант силовой подготовки, который широко распространен в среде силовиков. Упражнения выполняются с весом 80-90% ПМ, но не до отказа (3-4 повторения). Например, максимум в приседании со штангой у спортсмена в районе 250-350 кг, в этом случае любое нарушение техники может привести к травме. Как же быть? А выход в приеме анаболических стероидов. Если упражнение сделано не до отказа и не приводит к выбросу собственных гормонов, то для усиления анаболизма надо принимать искусственные – анаболические гормоны, допинги. В этом случае удается создать все необходимые стимулы для гиперплазии миофибрилл в активных ГМВ – гормоны, свободный креатин, оптимальная концентрация ионов водорода, аминокислоты (при правильном белковом питании).

ЖМ: Давайте поговорим об «активном отдыхе», это очень важная тема. Смысл его понятен, за 5 мин работы медленными МВ тренируемой мышечной группы образовавшаяся в результате упражнения молочная кислота утилизируется. То есть расщепляется до углекислого газа и воды в митохондриях ОМВ. Естественно, у атлета применяющего активный отдых и избавляющегося от молочной кислоты падение результатов от подхода к подходу будет гораздо менее выражено, чем у атлета использующего пассивный отдых, поскольку у последнего идет накопление в мышцах молочной кислоты от подхода к подходу, что снижает его работоспособность. Вопрос в практическом применении. Если спортсмен тренирует ноги, понятно, он может эти 5 минут крутить педали на велотренажере с уровнем нагрузки ниже аэробного порога или просто ходить по залу. А как «отдыхать» между подходами при жиме лежа или тренировке рук?

ВС: Молочная кислота выходит в кровь и может поступать в любые другие органы, где концентрация молочной кислоты будет меньше. Обычно это бывает в ОМВ активных мышц, поскольку там функционируют митохондрии, поэтому создается большая разница в концентрациях молочной кислоты в крови и ОМВ. Поэтому, чем большая масса ОМВ активна, тем быстрее устраняется молочная кислота из крови. Следовательно, после тренировки рук, работать надо ногами, крутить педали велоэргометра или ходить.

Для ускорения выхода молочной кислоты в магистральные сосуды из мелких мышечных групп можно выполнять массаж и легкие локальные упражнения на мышцы с содержанием высокой концентрации молочной кислоты.

ЖМ: Можно ли применять методику гиперплазии миофибрилл в БМВ в оздоровительной физической культуре?

ВС: Ответ на этот вопрос в большинстве случаев отрицательный. Если принять во внимание, что у большинства взрослых людей имеются признаки атеросклероза, то можно считать противопоказанным применение упражнений, приводящих к повышению САД, натуживанию.

При выполнении силовых упражнений с околомаксимальной интенсивностью неизбежны задержки дыхания, натуживания и, как следствие, рост САД. У квалифицированных штангистов САД повышается еще перед тренировкой до 150 мм.рт.ст., при гипервентиляции с натуживанием САД увеличивается до 200 мм.рт.ст (Спортивная физиология, 1986). В первую минуту после подъема тяжести САД достигает 150-180 мм.рт.ст., возрастает среднее давление, ДАД может повышаться или снижаться (А.Н.Воробьев, 1977). Мощный поток крови может сорвать склеротические бляшки. Они с током крови могут дойти до сосуда, размер которого окажется мал для ее движения. Это вызывает закупорку сосуда, образование тромба. В тканях, не получающих кислород, начинает разворачиваться анаэробный гликолиз, накапливаются в огромных количествах ионы водорода, которые раскрывают поры в мембранах лизосом. Из лизосом  начинают выходить в саркоплазму протеинкиназы – ферменты, разрушающие белок. Органеллы клеток начинают разрушаться, наблюдается некроз клеток. В миокарде это событие приводит к инфаркту миокарда.