Биохимические факторы, определяющие проявление силы и быстроты
В скелетных мышцах человека содержатся несколько типов мышечных волокон, различающихся своими двигательными характеристиками и некоторыми другими свойствами. Основными типами являются быстросокращающиеся (БС) и медленносокращающиеся (МС) волокна. Быстросокращающиеся волокна подразделяются на два подтипа: БСа и БСб, различающиеся преимущественным развитием различных механизмов энергообеспечения.
БС и МС мышечные волокна различаются максимальной скоростью сокращения и развиваемым усилием. Скорость сокращения БС волокон более, чем в два раза превышает скорость сокращения МС волокон. Так, время сокращения БС волокон составляет 50 мс, а МС – 110 мс. БС мышечные волокна могут развивать при сокращении значительно большее усилие.
Волокна разных типов отличаются не только по своим двигательным характеристикам, но и особенностями химического состава и строения. Так БС волокна иннервируются более толстыми мотонейронами, имеющими сильно разветвленные аксоны. Они иннервируют от 300 до 800 мышечных волокон. В тоже время мотонейроны, иннервирующие МС волокна, более тонкие и управляют сравнительно небольшим количеством мышечных волокон (от 10 до 180). БС мышечные волокна характеризуются большей толщиной, связанной, в первую очередь, со значительно большим количеством сократительных элементов – миофибрилл и, следовательно, высоким содержанием сократительных белков.
БС волокна имеют хорошо развитый саркоплазматический ретикулум и, связанное с этим высокое содержание ионов кальция. Повышенное содержание сократительного белка миозина и ионов кальция определяет высокую АТФ-азную активность, т.е. способность к мобилизации энергии.
К другим особенностям БС мышечных волокон можно отнести более низкое, чем в МС волокнах, содержание белка миоглобина, имеющего отношение к обеспечению мышечного волокна кислородом, и более слабую капиллярную сеть в пучках БС волокон.
Серьезные различия БС и МС обнаруживаются по уровню развития различных механизмов преобразования энергии. БС мышечные волокна имеют хорошо развитые анаэробные механизмы энергообеспечения. При этом обнаруживаются различия в характере энергообеспечения подтипов БС волокон. БСа имеют хорошо развитые гликолитический и неплохо развитыми аэробный механизмы энергообеспечения. В силу этого их называют быстрые окислительно-гликолитическими волокнами. Они обеспечивают выполнение работы, относящейся к зоне субмаксимальной мощности.
Для БСб характерен высокий уровень развития креатинфосфатного и гликолитического механизмов преобразования энергии при слабо развитом аэробном. Эти волокна обеспечивают выполнение наиболее интенсивных упражнений, требующих проявления околопредельных усилий. Именно этот тип мышечных волокон в первую очередь определяет проявление скоростно-силовых качеств
БС волокна характеризуются высоким содержанием анаэробных энергетических субстратов: гликогена и креатинфосфата. Последнего заметно больше в волокнах БСб.
Таким образом, скоростно-силовые качества определяются следующими биохимическими и связанными с ними структурными факторами:
· Особенностями подходящих к мышечным волокнам нервных окончаний (их большей толщиной).
· Большей зоной прикрепления нерва к мышечному волокну (чем она больше, тем лучше для проявления скоростно-силовых качеств).
· Большим количеством сократительных структур – миофибрилл.
· Более высокой АТФ-азной активностью, определяющей способность к мобилизации энергии и зависящей от содержания сократительного белка миозина.
· Высоким содержанием ионов кальция (Са2+), также определяющим мобилизационную способность мышечного волокна.
· Высоким уровнем развития анаэробных механизмов ресинтеза АТФ: креатинфосфатного и гликолитического. Для проявления скоростно-силовых качеств наибольшее значение имеет скорость развертывания и мощность анаэробных процессов ресинтеза АТФ.
· Длиной саркомеров. Мышцы, имеющие меньшую длину саркомера, обладают более высокой скоростью сокращения. Мышцы с длинными саркомерами, при прочих равных условиях, сокращаются более медленно, но могут развить большее усилие.
· Большим количеством волокон в мышце.
· Соотношением типов мышечных волокон (мышечной композицией). Наилучшие скоростно-силовые показатели регистрируются у лиц, для которых характерно преобладание БС мышечных волокон.
Кроме указанных, скоростно-силовые способности зависят от целого ряда дополнительных, не биохимических факторов, таких как:
· Способность концентрировать внимание на выполнении скоростно-силовой работы.
· Сила нервных процессов, реализуемая через более высокую частоту посылаемых импульсов.
· Способность вовлекать в работу большее количество двигательных единиц.
· Нервно-мышечная координация, благодаря которой при мышечном сокращении отсутствует противодействие со стороны мышц – антагонистов.
· Рычаг приложения усилий. Под влиянием спортивной тренировки может увеличиваться зона прикрепления мышцы к кости, что увеличивает величину рычага.
Остановимся теперь на некоторых особенностях МС мышечных волокон. Они имеют значительно большее содержание миоглобина, ферментов аэробного окисления и, следовательно, митохондрий. Наряду с высоким содержанием гликогена для МС волокон характерно повышенное содержание внутриклеточных жиров. Пучки МС мышечных волокон имеют хорошую капиллярную сеть.
МС мышечные волокна обеспечивают выполнение работы, при которой мышца развивает не более 20-25% от максимально возможной силы. К такой работе относится повседневная деятельность, длительные упражнения умеренной интенсивности. Если усилие, развиваемое мышцей при выполнении работы, превышает 25-40% от максимально возможного, к обеспечению упражнения подключаются волокна БСа. При работе, требующей усилия более 40% от максимально возможного, в ее выполнение включаются БСб волокна.
Представленная схема подключения к выполнению упражнения в зависимости от развиваемого усилия волокон разных типов более характерна для человека тренированного. У лиц нетренированных, при сохранении указанной выше очередности, подключение БС волокон происходит при работе меньшей мощности.
Соотношение в мышце волокон разного типа определяется генетически. Мышечная тренировка мало влияет на этот показатель. Установлена возможность превращения небольшого количества волокон БСа в волокна БСб, а также в волокна МС. Резкие отличия в соотношении волокон разного типа у представителей различных видов спорта связаны не с влиянием тренировки, а отбором. Представители некоторых видов спорта, например, штангисты, бегуны – спринтеры не смогут достичь высоких результатов, если у них не будут преобладать БС волокна. Напротив, достичь высоких результатов в беге на длинные дистанции, в шоссейных велосипедных гонках и т.п. можно только при явном преобладании МС волокон.