Гипертрофия мышечных волокон

Автор: Александр Грачев

Современный бодибилдинг, кто бы что ни говорил, это, прежде всего, соревнование в мышечной гипертрофии. Большинство атлетов для ее достижения используют довольно скудный арсенал тренировочных приемов, забывая, а вернее, даже не зная, что путей мышечной гипертрофии не так уж и мало, и для достижения цели необходимы различные приемы. Сегодня мы поговорим о мышечной гипертрофии за счет роста мышечных волокон – двигательных единиц мышц. Причем не всех из них, а только мышечных волокон определенного типа – медленносокращающихся или красных мышечных волокон. А для начала немного освежим ваши знания по данному вопросу.

Типы мышечных волокон и их вовлечение в мышечную деятельность

В скелетных мышцах различают несколько типов мышечных волокон, отличающихся сократительными и метаболическими свойствами. К основным типам волокон относятся медленносокращающиеся (МС) или красные, и быстросокращающиеся (БС) или белые (см. таблицу 1).

Таблица 1. Морфологическая, метаболическая и функциональная характеристики мышечных волокон

Медленносокращающиеся (МС-волокна) и быстросокращающиеся (БС-волокна) волокна имеют различную скорость возбуждения, сокращения и утомления. Так, скорость сокращения МС-волокон составляет более 0,1 с, а БС-волокон – 0,05 с.

Отдельные типы волокон отличаются также механизмами энергообразования. Как следует из таблицы 1, медленносокращающиеся волокна, которые имеют малую скорость сокращения, располагают большим количеством митохондрий, ферментов биологического окисления углеводов и жиров, белка миоглобина, который запасает кислород, а также большой сетью капилляров, обеспечивающих достаточное поступление кислорода в мышцы, и большими запасами гликогена. Все это свидетельствует о том, что в МС-волокнах преобладают аэробные механизмы энергообразования, которые обеспечивают выполнение длительной работы на выносливость. Мотонейрон, иннервирующий МС-волокна, имеет небольшое тело клетки и управляет относительно небольшим количеством мышечных волокон (10-180).

Быстросокращающиеся мышечные волокна характеризуются большим количеством миофибрилл, высокой АТФ-азной активностью миозина и ферментов гликолиза, наличием значительных запасов гликогена. Они имеют слаборазвитую капиллярную сеть и небольшое количество кислородсвязывающего белка – миоглобина. В связи с этим ресинтез АТФ в таких типах волокон осуществляется за счет анаэробных механизмов энергообразования – креатинфосфатной реакции и гликолиза. Наличие указанных выше биохимических особенностей обеспечивает высокую скорость сокращения и быстрое утомление этого типа мышечных волокон. БС-волокна приспособлены к скоростной интенсивной работе относительно небольшой продолжительности. Их мотонейроны имеют большое тело клеток и сильно разветвленные аксоны, поэтому иннервируют от 300 до 800 мышечных волокон.

Среди БС-волокон различают два подтипа: БСа, или тип IIа, и БСб, или тип IIб. Они отличаются, в основном, механизмами энергообразования.

БСа-волокна имеют высокую анаэробную гликолитическую и аэробную способность ресинтеза АТФ. Их еще называют быстрые окислительно-гликолитические волокна. Используются они при интенсивной работе на выносливость. Например, при беге на 1000 м или плавании на 400 м.

БСб-волокна имеют только высокие анаэробные способности ресинтеза АТФ, поэтому подключаются главным образом к кратковременной мышечной деятельности взрывного характера, например, при беге на 100 м или плавании на 50 м.

Последовательность включения (рекрутирование) мышечных волокон в работу регулируется нервной системой и зависит от интенсивности нагрузок. При физической работе небольшой интенсивности – около 20-25% уровня максимальной силы мышечных сокращений – в работу вовлекаются в основном МС-волокна. При более интенсивной работе – 25-40% уровня максимальной силы сокращений – включаются БС-волокна типа «а». Если интенсивность работы превышает 40% максимальной, вовлекаются БС-волокна типа «б». Однако даже при максимальной интенсивности в работу вовлекаются не все имеющиеся волокна: у нетренированных людей – не более 55-65% имеющихся мышечных волокон (см. рис. а), у высокотренированных спортсменов силовых видов спорта в работу могут вовлекаться 80-90% двигательных единиц.

Подключение мышечных волокон к работе зависит от силы стимуляции мотонейроном. Минимальная частота стимуляции, при которой волокно сокращается максимально, называется порогом возбуждения (раздражения). Минимальный порог возбуждения имеют МС-волокна (10-15 Гц); у БС-волокон порог возбуждения в 2 раза выше, чем у МС-волокон. Все типы мышц вовлекаются в работу при высокой частоте раздражения – около 45-55 Гц. Это важно учитывать при построении методики силовой подготовки спортсменов. Каким образом?

Вовлечение (рекруитирование) мышечных волокон в работу разной интенсивности нетренированных людей (а) и высоко-квалифицированных спортсменов (б) 1 – МС – волокна 2 – БСа – волокна 3 – БСб – волокна 4 – неиспользован-ные волокна

Количество МС- и БС-волокон в мышцах человека в среднем составляет 55 и 45% соответственно (см. таблицу 1) Исключение составляют мышцы спины и брюшного пресса, которые практически полностью состоят из МС-волокон. Среди БС-волокон большее количество составляют БСа (прибл. 30-35%), меньшее – БСб (прибл. 10-15%).

У сильнейших бегунов на длинные дистанции в икроножных мышцах ног содержится более 80% МС-волокон, а у спринтеров – всего 23%. Существует тесная корреляция между содержанием БС-волокон и скоростными способностями мышц. Количество мышечных волокон каждого типа генетически закреплено, поэтому плохо поддается изменению при тренировке. Однако при специфической тренировке их объем значительно увеличивается. Экспериментальные данные последних лет свидетельствуют о возможности изменения количества типов волокон при длительных тренировках: превращение волокон БСа в БСб или в МС.

В бодибилдинге для наращивания максимальной мышечной массы важно развитие ВСЕХ типов мышечных волокон, однако типичная тренировка бодибилдера направлена в основном на гипертрофию БС-волокон, МС-волокна практически не гипертрофируются в процессе такой тренировки.

Развитие МС-волокон в типичной тренировке бодибилдера происходит лишь при выполнении суперсерий с большим количеством повторений, но применение этого тренировочного приема не вызывает у большинства спортсменов положительных эмоций, и потому используется лишь от случая к случаю.

Принимая во внимание тот факт, что доля МС-волокон в мышцах довольно большая, можно сделать вывод о том, что специализированная силовая тренировка, направленная на гипертрофию МС-волокон, приведет к значительному росту мышечной массы, что, несомненно, играет важное, а иногда и решающее значение в соревновательном бодибилдинге.

Средства и методы тренировочного воздействия на МС-волокна

Высокая работоспособность МС-волокон обеспечивается их гипертрофией за счет накопления, главным образом, сократительных элементов и сопутствующих им органелл, одновременным повышением их окислительного потенциала за счет капилляризации, гиперплазии и гипертрофии митохондрий, а также накоплением запасов гликогена. Точные механизмы и стимулы индукции синтеза сократительного белка неизвестны.

Можно выделить следующие факторы, приводящие к гипертрофии мышечных волокон:

1. Основное условие – наличие импульсной активности мотонейрона как фактор нейротрофического контроля [Валиулин В.В. и др., 1996].
2. На стадии синтеза РНК: наличие свободного креатина, аденозинмонофосфорной и инозиновой кислот [Wаlкег J.В., 1980, Н.И. Волков, В.К. Олейников, 2001]; наличие ионов Н+ (способствует либерализации мембран, увеличению пор и раскручиванию структур белков) [Панин Л.Е, 1983].
3. На стадии синтеза белка: присутствие необходимых стероидных гормонов [Биохимия: учебник для институтов физ. культуры, 1986; Виру А.А., Кырге П.К., 1983]; наличие свободных аминокислот, как составных частей сократительных белков (строительный материал) и пептидов [Биохимия: учебник для институтов физ. культуры, 1986; Виру А.А., Кырге П.К., 1983; Н.И. Волков, В.И. Олейников, 2001].

Наиболее очевидный и, видимо, эффективный способ обеспечения этих условий а, следовательно, гипертрофии МС-волокон – это силовая тренировка.

Силовая тренировка для гипертрофии МС-волокон

Высокие концентрации свободного креатина и Н+ в БС-волокнах, а также повышение концентрации анаболических гормонов в мышце в целом (соматотропный гормон, инсулин, тестостерон [Виру А.А. Кырге П.К., 1983; Ahtiainen. J. и др., 2001]) возникают при высокоинтенсивных упражнениях. Однако известно, что гипертрофия МС-волокон при таком характере тренировки выражена относительно слабо. Это связано с тем, что при такой работе в этих волокнах не происходит накопление свободного креатина. Поэтому наиболее приемлемой кажется гипотеза [Арнис В.Р., 1994; Платонов В.Н., Булатова М.М., 1992, Сарсания С.К.. Селуянов В.Н., 1991; Селуянов В.Н., 1992], что гипертрофии МС-волокон будут способствовать изотонические и статодинамические упражнения, выполняемые при строгом соблюдении следующих правил:

• медленный, плавный характер движений;
• относительно небольшая величина преодолеваемой силы или степени напряжения мышц (40-70% от одноповторного максимума);
• отсутствие расслабления мышц в течение всего подхода;
• выполнение подхода до «отказа»;
• проведение тренировки, как правило, с применением суперсетов [Вейдер Д., 1992] на все основные мышечные группы.

Такой характер упражнений приводит к следующим целесообразным явлениям:

• первоначально, что наиболее важно, будут рекрутироваться МС-волокна;
• затрудняется доступ кислорода в МС-волокна и тем самым ускоряется снижение концентрации креатинфосфата и накопление Н+ именно в этих волокнах; т. е. отсутствие доступа кислорода в течение подхода к МС-волокнам приводит к быстрому образованию в них высоких концентраций свободного креатина и ионов водорода;
• достаточно большая длительность подходов (60-90 с) и большое число подходов (4-10) обеспечивает длительное действие указанных стимулов в МС-волокнах;
• есть основания предполагать, что из-за длительности подхода даже при максимальных волевых усилиях в конце подхода, степень вовлечения быстросокращающихся мышечных волокон в работу и, следовательно, их гипертрофия будет относительно небольшой.

В пользу предположения, что подобная тренировка будет способствовать гипертрофии МС-волокон, свидетельствует опыт подготовки бодибилдеров (Вейдер Д., 1992), у которых МС-волокна гипертрофированны в отсутствие специализированной тренировки на выносливость, если применяются подходы с большим числом повторений [Платонов В.Н. Булатова М.М., 1992]. Их тренировка отличается от предложенной выше только большими весами (70-85% от одноповторного максимума). В то же время возможно отрицательное влияние подобного вида силовой тренировки на окислительный потенциал МС-волокон. т.к. известно, что высокая степень и длительность закисления мышцы приводит к деструкции митохондрий [Дин Р., 1981; Ленинджер Р., 1966; Лузиков В.Н., 1980].

При рассматриваемом варианте тренировки этот эффект снижается гипотетически за счет:

• локального характера упражнений, который исключает существенное снижение рН крови и, следовательно, обеспечивает высокий градиент между саркоплазмой и кровью для Н+, облегчающий выход последних в кровь;
• невысокой средней мощности упражнения и небольшого задействования быстросокращающихся мышечных волокон, что замедляет скорость прироста концентрации Н+.

Основываясь на практике спортивной подготовки и на данных исследований, можно отметить еще два гипотетических пути гипертрофии МС-волокон:

• использование т.н. аэробно-силовой тренировки [Верхошанский Ю.В., 1988];
• использование обычной аэробной тренировки, но при гормональном статусе организма, благоприятном для развертывания анаболических процессов.

Аэробно-силовой метод

Под этим обобщенным названием подразумеваются хорошо известные в ЦВС варианты тренировки в «утяжеленных» условиях [Нурмякиви А.А., 1974; Современная система спортивной подготовки, под ред. Ф.П. Суслова и др., 1995; Фомиченко Т.Г., 1999]. Биологическим обоснованием этого метода являются прямые данные, свидетельствующие о высокой степени гипертрофии мышечных волокон в тех мышцах, которые испытывают наибольшую резистивную нагрузку в данном виде локомоции ([Уилмор Дж.Х., Костил Д.Л., 1997] – у бегунов), [Шенкман Б.С. и др., 1990] – у гребцов), а также то, что, несмотря на установленный факт преимущественного увеличения окислительного потенциала в МС-волокнах при аэробной тренировке [Holloszy J.O. and Соуle Е.F., 1984], увеличение интенсивности нагрузок или добавление механического отягощения способствует повышению ОП в БС-волокнах [Dadley и др., 1982; Rusko и др., 1991]. В легкой атлетике этот метод реализуется путем бега по песку, в гору, с сопротивлением; в велоспорте – во время «горной» подготовки или езды с большой передачей; в плавании – при плавании «на привязи», с тормозом или лопатками; в лыжных гонках – при тренировке на сильно пересеченной местности; растягивании резиновых амортизаторов или специальных блочных устройств и др. Смысл всех этих вариантов заключается в создании большего относительно обычной локомоции механического усилия, проявляемого основными мышцами в рабочей фазе движения при соблюдении в целом аэробного или смешанного характера энергообеспечения. В исследовании [Уилмор Дж.Х., Костил Д-Л., 1997] показана очень высокая степень гипертрофии МС-волокон икроножной мышцы у элитных стайеров и марафонцев. Нельзя утверждать, что эти бегуны применяли аэробно-силовой метод, однако известно, что трехглавая мышца голени испытывает самые высокие механические нагрузки в беге. То есть, предполагаем, что сочетание высоких нагрузок и аэробного характера тренировки может обеспечивать гипертрофию МС-волокон. Однако рекомендовать этот вид тренировки для бодибилдинга вряд ли представляется разумным в силу его специфичности и сложности.

Тренировка в аэробном режиме

Есть данные [Watt Р. и др., 1982], свидетельствующие в пользу того, что гипертрофия МС-волокон реализуется через замедление деградации белков, тогда как гипертрофия БС-волокон – через ускорение их синтеза. О меньшей интенсивности процессов деградации в мышечных волокнах после аэробной тренировки свидетельствует также факт повышения активности дегидрооротатдегидрогеназы, являющейся индуктором синтетических процессов (в БС-волокнах больше, чем в МС-волокнах) и небольшое снижение активности глютаматдегидрогеназы. что говорит о снижении активности окисления аминокислот после аэробной тренировки [Немировская Т.Л., 1992]. Однако точно установлено действие эндогенных и экзогенных анаболических гормонов, приводящих к гипертрофии волокон при сочетании их повышенного уровня в крови и физической нагрузки практически любого вида [Виру А.А., Кырге П.К., 1983]. При этом установлено, что анаболические гормоны в большей мере воздействуют на БС-волокна, ускоряя синтез быстрого миозина, а глюкокортикоиды, экскреция которых особенно выражена в конце длительной утомительной работы [Виру А.А., Кырге П.К., 1983], в большей мере ответственны за экспрессию генов медленного миозина в МС-волокнах [Валиулин В.В., 1996(2)]. Из всего сказанного можно сделать вывод, что, вероятно, возможен путь гипертрофии МС-волокон просто за счет рационального тренировочного процесса, стимулирующего, а не угнетающего гормональную систему спортсменов. Правда, примечательным является факт, что наиболее выраженным стимулирующим эффектом на анаболический пул гормонов обладает силовая тренировка в оптимальном объеме. Таким образом, наиболее надежным путем гипертрофии МС-волокон представляется включение в подготовку спортсменов специально организованной силовой тренировки.

Пример тренировки на развитие гипертрофии МС-волокон

Для примера рассмотрим основополагающее упражнение на развитие мышц ног – приседание со штангой на плечах. Как же будет выглядеть тренировка МС-волокон мышц ног? Приседания происходят по сокращенной амплитуде, таким образом, чтобы движение было медленным, плавным и что самое главное, в ходе выполнения упражнения не должно происходить расслабления мышц. Это достигается тем, что спортсмен не выпрямляет ноги в коленных суставах и не сгибает их до прямого угла. Т. е. происходят плавные колебания возле угла 100-140 градусов в коленном суставе. Делаются три серии в течение 30 секунд с отдыхом между подходами 30 секунд, интенсивность нагрузки – 25-50%, отдых между сериями – 10 минут. Основным критерием того, что вы все делаете правильно, является сильное жжение в мышцах на последних 15 секундах последнего подхода в каждой из серий. Аналогично проходит тренировка и других мышечных групп. Необходимо помнить, что количество МС-волокон в каждой из мышечной групп разное. И, соответственно, для достижения максимальной мышечной гипертрофии необходимо уделять значительное внимание упражнениям на развитие МС-волокон ног, спины и брюшного пресса, где процентное содержание волокон этого типа весьма велико, и не стоит слишком увлекаться упражнениями на развитие МС-волокон в таких мышцах, как грудные, трицепсы и бицепсы. Что касается отдыха между тренировками на развитие МС-волокон одной мышечной группы, то, по мнению специалистов, для него достаточно 3-4 дня. Т.е., через 4 дня вы можете повторять тренировку на МС-волокна одной и той же мышечной группы без снижения нагрузки на нее. На этом мы заканчиваем наш рассказ о гипертрофии МС-волокон с помощью тренировок. В дальнейшем мы продолжим разговор об оптимальных путях развития гипертрофии мышц. Успехов вам на тренировках и соревнованиях.