Теория и методика подтягиваний на перекладине

Введение

Статическая сила, динамическая сила, статическая силовая выносливость, динамическая силовая выносливость… - физические качества, уровень развития которых определяет спортивный результат в подтягивании.

Миофибриллы, митохондрии, саркоплазматический ретикулум… - структурные элементы мышечной клетки, участвующие в преобразовании потенциальной химической энергии в полезную механическую работу или мышечное напряжение.

Креатинфосфатная реакция, гликолиз, аэробное окисление - механизмы энергообеспечения, которые служат делу обеспечения непрерывного ресинтеза АТФ в работающих мышцах.

Медленные окислительные, быстрые гликолитические, быстрые окислительно-гликолитические - типы мышечных волокон, отличающихся по скорости сокращения, активности ферментов ресинтеза АТФ, преимущественным механизмам энергопродукции.

Попробуем увязать между собой физические качества спортсмена, физиологию мышечного сокращения и биохимические процессы, происходящие в мышечных клетках.

Для этого предварительно рассмотрим строение мышечного волокна и механизм мышечного сокращения в той степени, в которой это необходимо для подтягиваний.

Строение и химический состав скелетных мышц

Скелетная мышца состоит из мышечных волокон (миоцитов). Мышечные волокна представляют собой гигантские многоядерные клетки длиной от 0,1 до 2-3 сантиметров, а в некоторых мышцах миоциты достигают 12 сантиметров. Площадь поперечного сечения мышечных клеток составляет от 3 до 10 квадратных микрометров.

Волокно покрыто эластичной оболочкой - сарколеммой и состоит из саркоплазмы, структурными элементами которой являются такие органоиды, как митохондрии, рибосомы, трубочки и пузырьки саркоплазматической сети (ретикулума) и так называемая Т-система а также различные включения. В саркоплазме условно выделяют две части - саркоплазматический матрикс и саркоплазматический ретикулум.

Саркоплазматический ретикулум, представляющий собой определённым образом организованную сеть соединяющихся цистерн (содержащих в большой концентрации ионы кальция) и трубочек, играет важную роль в механизмах сокращения и расслабления мышцы. Кроме того, к части ретикулума прикреплены рибосомы, специальные сферические образования, на которых и при участии которых происходит биосинтез белков. Саркоплазматическая сеть с помощью особых трубочек, называемых Т-системой, связана с оболочкой мышечной клетки. Т-система также имеет прямое отношение к мышечному сокращению, так как по ней передаётся изменение электрического потенциала поверхностной мембраны элементам ретикулума, что приводит к освобождению ионов кальция, поступающих к миофибриллам и запускающих процесс мышечного сокращения [24].

Строение Т-системы и саркоплазматического ретикулума мышечного волокна

Саркоплазматический матрикс представляет собой коллоидный раствор, содержащий белки, гликоген, жировые капли и другие включения [11]. Миофибриллы - сократительные элементы мышечных клеток - также находятся в саркоплазматическом матриксе.

Кроме того, в саркоплазме находятся ферменты гликолиза, расщепляющие гликоген или глюкозу до пировиноградной или молочной кислоты и креатинкиназа - фермент, ускоряющий креатинфосфатную реакцию. Особый белок саркоплазмы - миоглобин - обеспечивает некоторый запас кислорода в мышечной ткани, а также участвует в переносе кислорода от сарколеммы к митохондриям.

Мышечная клетка имеет не одно, а множество ядер, которые располагаются на её периферии - под сарколеммой. Внутри каждого ядра находится ДНК, являющаяся носителем носледственной информации и состоящая из генов, в которых закодирована структура всех синтезируемых мышечными волокнами белков.

Лизосомы, представляющие собой микроскопические пузырьки, содержат в растворённом виде различные ферменты, способные в условиях кислой реакции среды расщеплять различные высокомолекулярные вещества. Такая необходимость может возникать в мышечных клетках, например, при очень напряжённой мышечной деятельности.

Митохондрии

Митохондрии, одни из важнейших структурных компонентов мышечного волокна, располагаются цепочками вдоль миофибрилл (рисунок 7.3), тесно соприкасаясь с мембранами ретикулума. В митохондриях протекает аэробное окисление углеводов, жиров и аминокислот, а за счёт энергии, выделяющейся при окислении, происходит ресинтез АТФ.

Митохондрии ограничены двумя мембранами (рисунок 7.4). Наружняя митохондриальная мембрана имеет ровные контуры, не образует выпячиваний или складок. Наружную мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство. Внутренняя мембрана ограничивает внутреннее содержимое митохондрии, ее матрикс. Характерной чертой внутренней мембраны митохондрий является их способность образовывать многочисленные выпячивания внутрь митохондрий. Такие выпячивания чаще всего имеют вид плоских гребней, или крист, существенно увеличивая поверхность внутренней мембраны. Мембраны митохондрий построены из белка и содержащих фосфорную кислоту жироподобных веществ - фосфолипидов. На внутренней мембране в определённом порядке расположены биологические катализаторы - ферменты, при помощи которых происходят окислительные процессы, а также компоненты дыхательной цепи - главной системы превращения энергии в митохондриях. На внешней мембране митохондрий в определённом порядке расположены ферменты, не имеющие отношения к дыхательной цепи. Немало ферментов в растворённом виде содержится и в матриксе. Кроме того, матрикс митохондрий содержит рибосомы и митохондриальную ДНК.

Схема строения митохондрии

Великое множество миофибрилл, содержащихся в мышечных волокнах, требуют большого количества АТФ, которое должно быть доставлено к каждому саркомеру миофибрилл. На продольных ультратонких срезах скелетных мышц в электронном микроскопе видны многочисленные округлые мелкие сечения митохондрий, располагающихся в соседстве с саркомерами. Если же исследовать поперечные срезы мышечных волокон на уровне Z-дисков (см. п. 7.2.1.2), то видно, что мышечные митохондрии представляют собой не мелкие шарики или палочки, а как бы паукообразные структуры, отростки которых могут ветвиться и простираться на большие расстояния, иногда через весь поперечник мышечного волокна. При этом разветвления митохондрий окружают каждую миофибриллу в мышечном волокне, снабжая их АТФ, необходимой для мышечного сокращения. Следовательно, в плоскости z-диска митохондрии представлены типичным митохондриальным ретикулумом - единой митохондриальной системой. Такой пласт или этаж митохондриального ретикулума повторяется дважды на каждый саркомер, а все мышечное волокно имеет тысячи поперечно расположенных поэтажных пластов митохондриального ретикулума. Было обнаружено, что между этажами вдоль миофибрилл располагаются нитчатые митохондрии, соединяющие эти митохондриальные пласты. Тем самым создается трехмерная картина митохондриального ретикулума, проходящего через весь объем мышечного волокна [28].

Предполагается, что с помощью специальных межмитохондриальных соединений или контактов может происходить функциональное объединение отдельных митохондрий и митохондриальных ретикуломов в единую энергетическую систему, позволяющую всем миофибриллам в мышечном волокне сокращаться синхронно по всей длине, поскольку механизм взаимодействия митохондрий посредством межмитохондриальных контактов может обеспечить синхронное поступление АТФ во все участки сокращающегося мышечного волокна.

Механизм кооперации и синхронизации работы митохондрий позволяет вести синтез АТФ в любой точке поверхности внутренней мембраны таких разветвлённых митохондрии, обеспечивая энергией для сокращения те участки мышечного волокна, где в этом возникает необходимость. Но связывание отдельных митохондрий в единую цепь с помощью межмитохондриальных контактов наряду с очевидными преимуществами имеет и существенный недостаток. Дело в том, что при функциональном объединении митохондрий в единую митохондриальную систему любое существенное повреждение (пробой) её внутренней мембраны приводит к потере способности к ресинтезу АТФ сразу у всей объединённой группы митохондрий.

При проведении серии развивающих тренировок по подтягиванию направленных на развитие статической выносливости мышц-сгибателей кисти нередко используется метод выполнения нагрузки «до отказа». Если тренировки разделены недостаточным для восстановления интервалом отдыха, после проведения 4-5 развивающих тренировок подряд, в ходе которых может наблюдаться существенный прирост времени виса (т.е. увеличение аэробных возможностей мышц), неожиданно наступает срыв адаптации и возврат времени виса к первоначальному уровню.

Например, если спортсмен форсирует тренировочный процесс и выполняет через день по 4-6 подходов до отказа, подняв за 2 недели вис с подтягиванием в темпе 1 раз в 8 секунд с 2 до 4 минут (такое возможно у квалифицированных спортсменов, например, после длительного вынужденного перерыва в тренировках), то внезапно - без видимых причин - время виса может упасть до прежних двух минут и даже меньше.

Долгое время было непонятно, почему так происходит. В качестве одной из возможных причин называлась перегрузка нервной системы тренировками до отказа. Но срыв адаптации обычно происходил на фоне эмоционального подъёма от быстрого прогресса тренировочных результатов и связанного с этим желания тренироваться всё больше и больше и имел мало общего с нервным срывом.

Возможно, что резкое падение результатов происходит из-за пробоя внутренней мембраны митохондриальной системы мышечного волокна, вследствие, например, чрезмерного закисления мышц на предшествующей срыву адаптации тренировке. В этом случае повреждение небольшого по площади участка любой из митохондрий, входящих в митохондриальную сеть, должно приводить к отключению механизма аэробного окисления сразу во всей сети.

Тренировки с облегчением в 5-7% от веса тела позволяют резко (в 1,5 - 2 раза) увеличить объём тренировочной работы за счёт увеличения количества подтягиваний в подходе с соответствующим увеличением времени выполнения подхода. При этом энергопродукция смещается в сторону аэробного окисления, всё в большей степени активизируя работу митохондриальной системы. Серия развивающих тренировок с облегчением без должного интервала отдыха между ними также может привести к скачкообразному падению результатов, что также может быть объяснено повреждением внутренних мембран митохондрий продуктами метаболизма.

Можно ли каким-либо образом почувствовать приближение момента срыва адаптации и, снизив нагрузку, предотвратить это нежелательное явление?

Биологическое окисление, протекающее в митохондриях, состоит в окислении органических субстратов, например глюкозы, до углекислого газа и воды с выделением около 680 ккал (в расчёте на 1 моль, т.е. 180 г. глюкозы), которая в дальнейшем идёт на создание макроэнергетической связи в молекуле АТФ (фосфорилирование АДФ). Окисление и фосфорилирование - это два, в принципе, независимых процесса, которые для эффективного ресинтеза АТФ должны быть сопряжены. Сопряжение окисления и фосфорилирования происходит на внутренних мембранах митохондрий. Поэтому, когда мембраны повреждены, происходит разобщение этих процессов. Реакции окисления глюкозы продолжают идти, а ресинтез АТФ замедляется или прекращается. И сейчас даже неважно, что является причиной повреждения мембран - избыток молочной кислоты, недостаток кислорода или повышенное его потребление, свободнорадикальное окисление или это происходит по каким-то иным причинам. Важно, что при повреждении мембран митохондрий в результате чрезмерного воздействия тренировочных нагрузок нарушается процесс ресинтеза АТФ, а энергия, выделяющаяся в процессе биологического окисления, теперь может превращаться только в тепло, приводя к локальному нагреву мышечной ткани.

Но одним из отдалённых признаком перетренированности является внезапная испарина, выступающая не только на лбу, но и на рабочих мышцах спортсмена в начале выполнения даже не очень напряжённой нагрузки. Возможно, таким образом организм реагирует на начинающийся процесс разобщения окисления и фосфорилирования, связанный с повреждением мембран митохондрий. Поэтому, если после серии развивающих нагрузок на очередной тренировке вы начинаете по непонятным причинам сильно потеть, стоит задуматься: а не перебрали ли вы с нагрузкой?

В любом случае безопасным (но в то же время обеспечивающим прогресс) считается вариант, когда тяжёлые развивающие тренировки проводятся не чаще одного раза в 5 - 7 дней.

Экспериментальные данные говорят в пользу того, что увеличение числа митохондрий происходит путём роста и деления предшествующих митохондрий. Более того, митохондрии обладают собственным генетическим аппаратом, т.е. обладают полной системой авторепродукции, хотя и находящейся под генетическим контролем со стороны клеточного ядра [28].

Все митохондрии в теле человека наследуются от матери, а не от отца, поэтому способность к длительному выполнению упражнений передаётся по материнской линии.

По форме и размеру митохондрии напоминают бактерий; они содержат собственную ДНК и размножаются делением. Эти и другие факты привели к возникновению гипотезы о том, что много миллионов лет назад бактерии проникли в более высокоразвитые клетки и прочно обосновались в них, потеряв былую самостоятельность и со временем превратившись в клеточные органеллы, которые теперь называют митохондриями [30].

Миофибриллы

Сократительные элементы - миофибриллы - занимают большую часть объёма мышечных клеток. Миофибриллы состоят из многочисленных параллельно расположенных нитей - филаментов. Перегородки, называемые Z - пластинками, разделяют их на отдельные участки, называемые саркомерами. Строение саркомера мышечного волокна показано на рисунке 7.5.

Мышечные нити - филаменты бывают двух типов: толстые и тонкие. Толстые имеют диаметр около 10 нм (1 нм = 10^-9 м), а тонкие - около 5 нм. Толстые нити, состоящие из белка миозина, расположены в дисках А (рис. 7.3, 7.5), а тонкие, основным белком которых является актин, находятся в дисках I, частично заходя в диск А. Середину диска I пересекает Z - пластинка, соединяющая тонкие нити между собой и с сарколеммой. В поперечном сечении толстые и тонкие нити располагаются правильными шестиугольниками так, что каждая толстая нить окружена шестью тонкими, а каждая тонкая нить может вступать в контакт с тремя толстыми [24].

Строение саркомера поперечнополосатого мышечного волокна: А - электронная микрофотография (малое увеличение), на которой четко видна структура саркомера; Б - схема саркомера; В-электронная микрофотография с высокой разрешающей способностью; Г - поперечное сечение саркомера на различных уровнях, видно положение толстых и тонких нитей в различных участках покоящегося саркомера (по Х. Хаксли)

Из-за особенностей своих оптических свойств миозиновые нити, находящиеся в середине саркомера, выглядят в световом микроскопе тёмной полосой, а актиновые нити - светлой. Именно в результате такого периодического чередования светлых и тёмных полос в бесчисленных саркомерах миофибриллы выглядят поперечно-полосатыми.

Механизм мышечного сокращения

В соответствии с теорией скользящих нитей мышца сокращается в результате укорочения множества последовательно соединенных саркомеров в миофибриллах, при этом тонкие актиновые нити скользят вдоль толстых миозиновых, двигаясь между ними к середине саркомера.

Миозиновые нити несут поперечные выступы с головками, состоящими примерно из 150 молекул миозина (рисунок 7.6А). Во время сокращения каждая головка (поперечный мостик) может связывать миозиновую нить с соседними актиновыми. Движение головок создаёт объединённое усилие, как бы «гребок», продвигающий актиновые нити в середину саркомера [31].

Функция поперечных мостиков

А - модель механизма сокращения: миозиновая нить с поперечными мостиками, прикреплёнными к соседним актиновым нитям. Вверху - до, внизу - после «гребкового» движения.

Б - модель механизма генерирования силы при статическом напряжении. Слева - до, справа - после «гребка» (по Й. Рюэгг[31]).

В расслабленном состоянии механизм взаимодействия миозиновых головок с актиновыми нитями блокируется за счёт того, что участок актиновых нитей, предназначенный для связывания с головками миозина, перекрыт молекулами белков тропонина и тропомиозина.

Мышечное сокращение происходит под воздействием двигательного нервного импульса, представляющего собой волну повышенной мембранной проницаемости, распространяющейся по нервному волокну. Эта волна передаётся на Т-систему саркоплазматической сети и в конечном итоге достигает цистерн, содержащих ионы кальция. Проницаемость стенок цистерн повышается, ионы кальция выходят из цистерн в саркоплазму, где их концентрация за очень короткое время (около 3 милисекунд) увеличивается примерно в 1000 раз. Ионы кальция, взаимодействуя с тропонином, изменяют его пространственную форму, что вызывает смещение молекул тропомиозина, обеспечивая доступ миозиновых головок к активным участкам актиновых нитей. В результате этого между миозином и актином возникает поперечный мостик, расположенный под углом 90^о (рисунок 7.6А). Поскольку в толстые и тонкие нити входит большое число молекул миозина и актина, между мышечными нитями образуется довольно большое число поперечных мостиков. Образование связи между актином и миозином сопровождается повышением АТФ-азной активности миозина, разрешая её расщепление. За счёт энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ, миозиновая головка подобно веслу лодки поворачивается и мостик между толстыми и тонкими нитями оказывается под углом 45^о, что приводит к скольжению мышечных нитей навстречу друг другу (рисунок 7.6А) [11].

Совершив поворот, мостики между тонкими и толстыми нитями разрываются, АТФ-азная активность миозина резко снижается и гидролиз АТФ прекращается. Но если двигательный нервный импульс продолжает поступать в мышцу и в саркоплазме сохраняется высокая концентрация ионов кальция, поперечные мостики образуются снова, повторно включается гидролиз АТФ, дающий энергию для поворота поперечных мостиков с последующим их разрывом. За счёт ритмичных прикреплений и отделений миозиновых головок актиновая нить подтягивается к середине саркомера подобно тому, как группа людей тянет верёвку, перебирая её руками. Когда принцип «вытягивания верёвки» реализуется во множестве последовательно расположенных саркомеров, повторяющиеся молекулярные движения поперечных мостиков приводят к движению всей мышцы [31].

Каждый цикл сокращения, включающий образование, поворот и разрыв мостика, требует расходования одной молекулы АТФ в качестве источника энергии [11].

При сокращении мышцы происходит её укорочение. Но при статической нагрузке длина мышцы не изменяется. Что же в таком случае происходит в мышце с точки зрения «гребковой» теории Хаксли?

Благодаря упругости поперечных мостиков саркомер может развивать силу даже без скольжения нитей относительно друг друга. Процесс генерирования изометрической (т.е. статической) силы показан на рисунке 7.6Б. Сначала головка миозиновой молекулы прикрепляется к актиновой нити под прямым углом. Затем она наклоняется под углом 45^о, возможно благодаря притяжению между соседними точками прикрепления на ней и на актиновой нити. При этом головка действует как миниатюрный рычаг, приводя внутреннюю упругую структуру поперечного мостика в напряжённое состояние. Упругое напряжение, создаваемое индивидуальным поперечным мостиком очень мало и для создания необходимой мышечной силы требуется объединение усилий огромного количества таких соединённых параллельно мостиков. Они будут тянуть соседние актиновые нити, как команда игроков тянет канат. Но даже при изометрическом сокращении поперечные мостики не находятся в непрерывно напряжённом состоянии. Каждая миозиновая головка уже через десятые или даже сотые доли секунды отделяется от актиновой нити, прикрепляясь к ней снова через такое же короткое время. Однако несмотря на чередование прикреплений и отделений, следующих с частотой от 5 до 50 раз в секунду, сила, развиваемая мышцей, остаётся неизменной, так как статистически в каждый момент времени в прикреплённом состоянии находится одно и то же количество мостиков [31].

Расслабление мышцы происходит после прекращения поступления двигательного импульса. При этом ионы кальция переходят обратно в цистерны саркоплазматического ретикулума. Уборка ионов кальция происходит в сторону с более высокой концентрацией этих ионов, поэтому этот процесс требует дополнительных затрат энергии. Процесс уборки ионов кальция называют кальциевым насосом и производится он за счёт энергии, получаемой при расщеплении АТФ, причём на уборку каждого иона кальция затрачивается две молекулы АТФ [24]. Снижение концентрации кальция в саркоплазме вызывает изменение пространственной ориентации тропонина, что в конечном итоге приводит к невозможности образования поперечных мостиков между толстыми и тонкими нитями. За счёт упругих сил, возникших ранее (при мышечном сокращении) в коллагеновых нитях, окружающих мышечное волокно, мышца расслабляется и возвращается в исходное положение, чему также может способствовать и сокращение мышц-антогонистов [11].

Изменение величины силы в фазе подъёма

Количество поперечных мостиков, связывающих актиновые и миозиновые нити, а, следовательно, и развиваемая мышечная сила согласно теории скользящих нитей, зависит от степени перекрытия толстых и тонких нитей, а значит, и от длины саркомера или мышцы. Максимум развиваемой изолированной мышцей силы будет наблюдаться при длине, примерно соответствующей состоянию покоя. При уменьшении длины сила уменьшается из-за того, что актиновые и миозиновые нити начинают мешать друг другу, а при растяжении мышцы до большей, чем в покое, длины сила уменьшается из-за того, что нити актина оказываются вытянутыми из миозиновых пучков. При этом только часть головок миозина может присоединиться к актину [31].

В реальных условиях мышцы, прикрепляющиеся к костям, вызывают движение рабочих звеньев тела. С движением рабочего звена меняется угол в суставе и, следовательно, длина обслуживающих данное сочленение мышц и угол подхода их к месту прикрепления на кости. При этом увеличиваются или уменьшаются плечо и момент силы мышц, что, в свою очередь, изменяет механические условия их работы. Эти условия могут быть выгодными, когда силовой потенциал используется полностью, и невыгодными, когда максимальное напряжение мышц используется только частично [18].

Сила, проявляемая в наименее целесообразной с механической точки зрения фазе движения, часто составляет не более 50-60% (рисунок 7.7) от силы в наиболее целесообразной его фазе [23].

Динамика максимальной силы при сгибании руки в локтевом суставе (по Платонову В.Н.).

Б - рисунок, иллюстрирующий сгибание руки в локтевом суставе (по [27]).

1 - плечевая кость; 2 - двуглавая мышца плеча; 3 - плечевая мышца; 4 - плечелучевая мышца; 5 - лучевая кость; 6 - локтевая кость; 8 - трёхглавая мышца плеча (разгибатель локтевого сустава)

При подтягивании на перекладине наименее благоприятным является верхний участок траектории движения в фазе подъёма, который недостаточно подготовленные спортсмены проходят с большим трудом, особенно в конечной части выполнения упражнения.

В начале подтягиваний, когда силовые способности спортсмена находятся на должном уровне, он может проходить проблемный участок по инерции - за счёт набранной ранее скорости. По мере накопления усталости силовые способности спортсмена снижаются настолько, что он уже не может набрать необходимую скорость. Поэтому в случае недостаточного уровня развития силы спортсмен «зависает» на верхнем участке траектории движения, затрачивая на его прохождение неоправданно большое количество энергии.

На рисунке 7.8 приведены графики зависимости резерва силовых способностей от высоты подъёма для 6 человек - 5 спортсменов (КМС и МС по полиатлону) и одного человека, не занимающегося спортом. Резервом силы в данном случае считается сила, которую способен развить испытуемый в какой-либо точке траектории движения сверх веса своего тела. Поскольку рост (а значит, и высота подъёма) и вес тела спортсменов различен, их силовые способности следует выражать в относительных единицах. Так, высота подъёма из исходного положения до уровня грифа принята за 100%, а резерв силы выражен в долях веса тела каждого из участников эксперимента.

В нижней части траектории движения (от 0 до 30%) характер изменения резерва силы может быть различным, но, начиная примерно с 30% от высоты подъёма, резерв силы непрерывно снижается, что является экспериментальным подтверждением тезиса о проблемности верхнего участка траектории.

Изменение относительного резерва силы в фазе подъёма

Взаимосвязь относительного резерва силы и результата в подтягивании имеет сложный характер. С одной стороны, испытуемый, не занимающийся подтягиванием (кривая 1), имеет более низкие показатели резерва силы в верхней части траектории движения по сравнению с квалифицированными полиатлонистами. Но с другой стороны, спортсмены, имеющие различные результаты в подтягивании (от 38 до 54 раз - кривые 3-6), показали в эксперименте практически равные значения относительного резерва силы на верхнем участке траектории движения. В то же время у спортсменов, имеющих практически равные результаты в подтягивании (54 и 55 раз - кривые 6 и 2), наблюдаются существенно отличающиеся показатели резерва силы на уровне грифа - соответственно 35% и 56% от веса тела. Это можно объяснить тем, что при достижении определённого уровня квалификации в подтягивании (предположительно 35-40 раз) первостепенное значение имеет не столько величина резерва силы, которая зависит от анаэробных возможностей мышц спортсмена, сколько скорость его расходования при выполнении подтягиваний, которая в большей степени определяется аэробными возможностями мышц.

Так, для спортсмена 2, резерв силы которого на уровне грифа перекладины составляет 56% от веса тела, средняя скорость расходования этого резерва будет составлять 56/55=1,02% от веса тела в расчёте на одно подтягивание. Для спортсмена 6, резерв силы которого в той же точке составляет 35% от веса тела, скорость его снижения будет равна 35/54=0,65% от веса тела в расчёте на одно подтягивание. Следовательно, спортсмен 6, обладающий существенно меньшим резервом силы, выполняет подтягивания более экономично.

В параграфе 2.4.2 мы рассматривали соотношение между силой и скоростью мышечного сокращения (кривая Хилла), отметив, что скорость сокращения мышцы нелинейно снижается с увеличением нагрузки. Ненагруженная мышца сокращается с максимальной скоростью, но эта скорость зависит от типа мышечных волокон. Чем быстрее (при участии АТФ) происходит циклическое взаимодействие миозиновых мостиков с актином, тем выше скорость скольжения. АТФазная активность миозина в быстрых мышечных волокнах выше, чем в медленных, поэтому поперечные мостики волокон типа IIА и II В будут быстрее расщеплять АТФ и взаимодействовать с актином.

В условиях противодействия нагрузке максимальная скорость сокращения мышцы будет тем ниже, чем выше нагрузка. В случае если нагрузка не превышает предельные возможности спортсмена, он может произвольно менять скорость мышечного сокращения (например, скорость в фазе подъёма туловища). Так, когда все мышечные волокна участвуют в поднимании груза, относительная нагрузка на каждое мышечное волокно меньше (а скорость их сокращения больше), чем в том случае, когда активна лишь часть волокон. Таким образом, можно увеличить скорость укорочения мышцы при одной и той же нагрузке за счёт вовлечения дополнительных двигательных единиц [31].

Теоретически увеличение максимальной произвольной силы спортсмена должно приводить к улучшению результата в подтягивании за счёт относительного снижения нагрузки на мышцы и возможности подключения дополнительных двигательных единиц в ходе выполнения подтягиваний. Но на практике это часто происходит только в том случае, если длительность подтягиваний не превышает 1-2 минуты. И связано это с тем, что увеличение максимальной силы требует проведения соответствующих тренировок с большими отягощениями, которые направлены на увеличение количества миофибрилл и повышение концентрации креатинфосфата в быстрых мышечных волокнах. Но тренировки, состоящие из подходов с большими отягощениями, отрицательно сказываются на длительности виса. Получается замкнутый круг - увеличение одной способности происходит за счёт снижения другой, разорвать который можно только за счёт разумного сочетания тренировок, направленных на увеличение количества миофибрилл и тренировок, направленных на повышение числа митохондрий в рабочих мышцах спортсмена.

3. Изменения в мышечных волокнах под влиянием различных тренировочных воздействий

В соответствии с теорией функциональных систем П.К. Анохина поведение любой системы (в том числе и двигательной системы спортсмена) подчинено получению определённого полезного результата, а недостаточность этого результата может полностью реорганизовать систему и сформировать новую, с более совершенным взаимодействием компонентов, дающим достаточный результат. Таким образом, результат является неотъемлемым и решающим компонентом системы, инструментом, создающим упорядоченное взаимодействие между всеми другими её компонентами [36].

Но каким образом спортсмен (как личность) может объяснить своему организму (как мешку с костями) что он хочет подтянуться 50 раз за 4 минуты, в то время как тот может только 15 раз за полторы? Видимо, ему придётся разговаривать со своим организмом на понятном тому языке. Поскольку исполнительным органом двигательной системы являются сократительные структуры мышечных клеток, то и язык этот должен быть языком, понятным для мышц. Мышцы же (в естественных условиях) понимают только один язык - язык физической нагрузки, для выполнения которой они, собственно говоря, и нужны.

Определённым образом задавая нагрузку, мы можем вызвать желательные изменения физических возможностей спортсмена. Чтобы эти изменения позволили спортсмену со временем перейти от 15 к 50 подтягиваниям, нагрузка должна указывать мышечной системе (понятным ей способом) направление проведения необходимых изменений, т.е. нагрузка должна быть целенаправленной.

Экспериментальный - методом проб и ошибок - отбор упражнений наряду с теоретическим обоснованием их применения позволяет подобрать такие упражнения, которые обеспечивают необходимую направленность тренировочного процесса.

Но мало задать целенаправленную нагрузку, нужно ещё и добиться от организма, чтобы тот производил «модернизацию» двигательной системы до тех пор, пока поставленная спортсменом цель не будет достигнута. Поэтому нагрузка, во-первых, должна быть такой, чтобы организм напрягался при её выполнении, т.е. она должна быть развивающей. А во-вторых, для того чтобы обеспечить непрерывное движение к поставленной цели, нагрузка должна периодически изменяться, увеличиваясь и не давая организму «расслабляться» до тех пор, пока не будет получен необходимый результат.

Таким образом, применение цепочки связанных одной целью нагрузок приводит к тому, что, достигнув определённого (промежуточного) результата, организм сразу начинает «беспокоиться» по поводу следующего результата, что в конечном итоге и приводит к достижению главной цели. А значит, цепочка целенаправленных нагрузок будет стимулировать двигательную функциональную систему произвести такие перестройки в организме спортсмена, которые и позволят со временем перейти от 15 к 50 подтягиваниям.

Но поскольку нужный результат может быть получен различными способами (это обсуждалось в п. 5.2), коротко рассмотрим эти способы в привязке к изменениям аэробных и силовых возможностей мышц, т.е. используя «язык митохондрий и миофибрилл».

Особенности различных типов мышечных волокон

Итак, миофибриллы представляют собой сократительный аппарат мышечных клеток. Их количество определяет величину мышечной силы. Митохондрии отвечают за окислительные возможности мышц, т.е. за способность ресинтеза АТФ аэробным способом.

При подтягивании на перекладине требуется многократное проявление силы заданного уровня, причём этот уровень таков, что для подъёма туловища недостаточно включения только низкопороговых двигательных единиц. Необходимо участие высокопороговых ДЕ, которые в основном состоят из так называемых быстрых мышечных волокон (БМВ), осуществляющих ресинтез АТФ анаэробным способом. В связи с этим тренировка в подтягивании должна строиться как по пути увеличения силовых возможностей мышц (за счёт увеличения количества миофибрилл), так и по пути повышения окислительных возможностей мышц, участвующих в подъёме туловища и удержании хвата (за счёт увеличения количества митохондрий).

Напомним, что:

· Медленные (окислительные) мышечные волокна (ММВ - тип I) характеризуются высокой активностью окислительных ферментов, наличием большого количества митохондрий, низкой активностью миозин-АТФ-азы - фермента, способствующего образованию поперечных мостиков при мышечном сокращении. Медленные волокна имеют богатую капиллярную сеть, а повышенное содержание миоглобина облегчает транспорт кислорода к митохондриям внутри мышечной клетки. Перечисленные особенности объясняют использование медленными мышечными волокнами аэробного пути энергообеспечения и их способность к выполнению длительной работы преимущественно аэробного характера

· Быстрые окислительно-гликолитические мышечные волокна (тип IIA), обладающие мощной анаэробной системой энергопродукции, приспособлены также и к выполнению достаточно интенсивной аэробной работы. С функциональной точки зрения эти волокна рассматриваются как промежуточные между медленными (тип I) и быстрыми гликолитическими (тип II В).

· Быстрые гликолитические мышечные волокна отличаются высокой активностью АТФ-азы и ферментов гликолиза и низкой активностью окислительных ферментов. Слабо развитая капиллярная сеть, малое количество митохондрий и миоглобина в их составе означает, что такие волокна не обладают большой выносливостью, но способны выполнять мощные и быстрые (хотя и относительно кратковременные) мышечные сокращения.

В таблице 7.1 сведены некоторые количественные и качественные характеристики трёх типов мышечных волокон.

Некоторые характеристики мышечных волокон

Увеличение количества миофибрилл в быстрых мышечных волокнах

Увеличение количества миофибрилл в быстрых мышечных волокон под воздействием физической нагрузки сопровождается увеличением площади поперечного сечения (гипертрофией) таких мышечного волокон, увеличением мышечного поперечника в целом, а значит и способности мышцы генерировать силу.

Вместе с тем, не максимальная силовая нагрузка, такая как подтягивание, будет выполняться за счёт участия в сокращении меньшего, чем прежде, числа двигательных единиц. Следовательно, будет иметься некоторый резерв двигательных единиц, которые смогут подключаться к работе по мере утомления спортсмена, отдаляя момент снижения его силовых способностей до порогового уровня.

Увеличение количества сократительного белка приводит к увеличению запасов креатинфосфата а также к повышению содержания ключевых ферментов анаэробного ресинтеза АТФ (фосфорилазы, фосфофруктокиназы, лактатдегидрогеназы), что ведёт к возрастанию анаэробной производительности мышц.

Гипертрофия мышечных волокон под воздействием силовой тренировки способствует увеличению буферной ёмкости мышц, которая возрастает параллельно массе белков клеточных органелл [32]. Таким образом, оказывается, что способность мышечной ткани связывать лактат возрастает одновременно с увеличением способности к его производству.

В зависимости от степени гипертрофии быстрых мышечных волокон окислительные способности мышц остаются на прежнем уровне или уменьшаются в связи с относительным уменьшением доли медленных мышечных волокон и содержания окислительных ферментов.

Перейдём к рассмотрению упражнений, которые вызывают увеличение числа миофибрилл в мышечных волокнах и повышение анаэробной производительности мышц.

Подтягивание с большими грузами

Чем большей величины груз будет использоваться при выполнении подтягиваний, тем в большей степени будут вовлекаться в работу быстрые гликолитические волокна - тип IIB. Цель такой тренировки состоит в увеличении максимальной силы мышц, а значит и в увеличении резерва силы в каждой точке траектории движения. При этом предполагается, что спортсмен впоследствии при подтягивании без отягощения сможет увеличить длительность подтягиваний за счёт снижения количества двигательных единиц, одновременно участвующих в подъёме туловища.

По мнению ряда исследователей, наиболее эффективным вариантом тренировки считается следующий [32]:

· нагрузка составляет более 75% от произвольной максимальной силы;

· подходы выполняются до «отказа» (длительность 30-40 секунд);

· интервалы отдыха составляют 5-10 минут;

· количество подходов - 5-10.

Представители бодибилдинга, для которох основными критериями достижения успеха считаются мышечная масса и форма мышц, нередко применяют вариант тренировки, в котором каждый последующий подход выполняется с большим весом и меньшим количеством повторений, чем предыдущий. Но так происходит до тех пор, пока спортсмен не добирается до пиковой нагрузки, т.е. такой нагрузки, с которой он может справиться в подходе не больше 3-4 раз. Затем начинается снижение веса с соответствующим увеличением количества повторений.

Такой способ выполнения упражнения позволяет прорабатывать все без исключения мышечные волокна, подключая к работе наиболее высокопороговые из них по мере увеличения отягощения.

В пауэрлифтинге, где основным критерием является максимальная сила рабочих мышц, упражнения для её развития часто выполняют в серии, состоящей из 5 подходов по 5 повторений. Когда спортсмен справляется с пятью повторениями во всех пяти подходах, он увеличивает груз и стремится снова достичь уровня пяти повторений в пяти подходах. При таком способе тренировки в работу сразу же включаются как низкопороговые, так и высокопороговые мышечные волокна, причём стимулы для развития силы получают, главным образом, быстрые мышечные волокна.

Развивать силу при подтягивании можно и не прибегая к помощи отягощений, а делая это за счёт более мощной работы в фазе подъёма туловища. Речь идёт о выполнении так называемых «выходов силой» на обе руки, когда за счёт мощной тяги в нижней части траектории движения спортсмен по инерции пролетает верхний участок и оказывается над перекладиной в упоре руками сверху. Периодическое включение этого упражнения в тренировочный процесс позволит сохранить некоторый резерв силы высокопороговых мышечных волокон концу соревновательного подхода и сделать финишный рывок без «зависаний» в верхней части траектории движения.

Подтягивание с цепью

Производится подтягивание с отягощением в виде отрезков цепи, прикреплённых с помощью шнура к поясу спортсмена и лежащих на полу в исходном положении. По мере движения в фазе подъёма туловища спортсмен будет ощущать всё возрастающую нагрузку на мышцы, достигающую максимального значения на уровне грифа перекладины. Такое упражнение способствует увеличению резерва силы преимущественно на верхнем участке траектории движения. Отсутствие отягощения в исходном положении позволяет снизить нагрузку на кисти по сравнению с предыдущим упражнением, и даёт возможность выполнить в подходе большее количество подтягиваний, способствуя более активному участию в работе быстрых окислительных мышечных волокон.

Интервальная тренировка с отягощением

Теоретически, для увеличения запасов креатинфосфата и активности фермента креатинкиназы можно использовать упражнение, приводящее к быстрому исчерпанию в мышцах креатинфосфата. В этом случае спортсмен выполняет несколько серий подтягиваний с большими грузами. Каждая серия состоит их 4-5 подходов с грузом такой величины, с которым он может подтянуться 3-5 раз (8-10 секунд) в предельном темпе. Отдых между подходами составляет 20-30 секунд, между сериями - 5-6 минут.

В ходе выполнения упражнения в мышцах постепенно происходит исчерпание запасов креатинфосфата. Обычно это происходит после 8-10 серий упражнений. Во время отдыха после тренировки наблюдается выраженная суперкомпенсация креатинфосфата [11].

Увеличение количества митохондрий в быстрых мышечных волокнах

Хотя под воздействием силовой тренировки можно добиться очень высокой площади поперечного сечения быстрых мышечных волокон, однако в циклических видах спорта гипертрофия быстрых волокон важна только как условие высокой мощности и ёмкости аэробных процессов энергообеспечения [32]. Это означает, что увеличение силовых способностей при подтягивании не является конечной целью - это всего лишь средство для последующего наращивания аэробных возможностей мышц. Поэтому мы сейчас будем говорить о повышении окислительного потенциала быстрых мышечных волокон за счёт увеличения объёма и числа митоходрий.