Адаптация мышц к физическим нагрузкам конспект

Обновлено: 05.07.2024

Большое значение в клинике имеет процесс реабилитации пациентов после травм различного характера. Для более правильного подхода к назначению упражнений для адаптации мышц к нагрузке необходимо учитывать различные аспекты данного процесса: варианты его протекания, генетические и морфофизиологические возможности пациента.

Адаптация мышечного волокна — это приспособление волокон мышц к нагрузке, которое лежит как на фенотипическом, так и на генотипическом уровнях. Скелетные мышцы неоднородны по своему составу (табл. 1), следовательно, для достижения полноценного развития необходимо сочетать аэробные и анаэробные нагрузки, так как различные волокна отвечают на них по-разному [1—6] (табл. 2).

Таблица 1. Основные типы мышечных волокон [5—9]. Таблица 2. Различие между аэробными и анаэробными упражнениями [9—12].

Примечание. Аэробные нагрузки в основном являются статистическими (мышцы находятся в постоянном напряжении), анаэробные — динамическими (происходит чередование напряжения и расслабления мышц). Полный расход нейромедиатора в синапсах характерен для продолжительных динамических нагрузок, а наиболее низкий расход — для статических нагрузок [13, 14]. Кроме того, в волокнах I типа более выражены эндотелийзависимая дилатация и чувствительность к катехоламинам [15—19].

Пути адаптации мышечного волокна к нагрузке можно разделить на два типа: компенсаторный и биохимический.

Компенсаторная адаптация: может достигаться за счет увеличения количества саркоплазмы (именно она передает напряжение с волокон на сухожилия [20]) или за счет увеличения количества миофибрилл [21] и позволяет выполнять бо́льшую физическую работу [20—23].

Саркоплазматическая адаптация. Для развития волокон по данному типу необходимо применение аэробных нагрузок, которые ведут к изменению количества и качества митохондрий в мышце: кристы уплотняются, а также не только увеличиваются в количестве и размере (хотя наблюдается деградация некоторых), но и объединяются в цепочки [24—27]. Кроме того, при аэробных нагрузках и потреблении кислорода на 80% от максимально возможного наблюдается прирост митохондрий в волокнах I типа (с исходно высоким окислительным потенциалом), повышение нагрузки не приводит к изменениям. Потребление кислорода на 80—95% от максимально возможного характеризуется приростом окислительного потенциала в волокнах II типа (с исходно низким окислительным потенциалом), при меньших нагрузках изменений не наблюдалось [1, 19]. Так, по завершению длительного курса тренировок было выявлено увеличение количества волокон IIA типа. Увеличение количества митохондрий в свою очередь инициирует рост миофибрилл [28—31]. В результате растет способность мышцы выдерживать статическую или высокоинтенсивную нагрузку. Происходит миофибриллярная адаптация — анаэробная адаптация к силовой нагрузке. Увеличение мышечных волокон происходит за счет увеличения количества миофибрилл [32].

Чрезвычайно важны также генотипические изменения при адаптации [33, 34]. При нагрузках повышается экспрессия PI3K, который активирует экспрессию гена Akt — ключевого в гипертрофии (при нагрузках) и атрофии (падение экспрессии в отсутствие нагрузок [35]). В дальнейшем активируется фермент mTOR [36] (в мышцах содержится в виде двух комплексов — mTORC1 и mTORC2 [37—40]), регулятором которого служит фосфатидная кислота, вырабатывающаяся в мышцах при их работе [39]. Суть действия фермента — повышение отношения синтез/распад белка, что приводит к гипертрофии. Так, путь PI3K—Akt—mTOR является ключевым в гипертрофии мышечного волокна, следовательно, при его блокаде (рапамицин) данный процесс прекращается [41—43]. Отрицательным же регулятором данного процесса служит AMPK [44, 45].

Для полноценного функционирования мышц им необходимо не только более чем 80% потребление кислорода, но и достаточное количество питательных веществ, необходимых для синтеза новых мышечных белков и волокон, в частности, мясо, яйца, жирные кислоты — Омега-3, специальные смеси аминокислот [46—48].

Второй тип адаптации — биохимический. Он обеспечивается более полным использованием субстрата, увеличивая емкость реакций энергообеспечения [36, 48, 49].

Показателем развития мышечного волокна служит количество фермента креатинфосфокиназы (КФК) [50, 51]. Ее активность у нетренированных людей снижена. У них также не выявлено изменений концентрации КФК в процессе нагрузки, в отличие от спортсменов (наблюдается резкий скачок) [51—56]. Активность КФК свидетельствует о том, что у спортсменов (в отличие от неспортивных людей) наряду с активацией гликолиза задействован и креатинфосфокиназный механизм энергообразования, установлено повышение емкости креатинфосфатного механизма образования энергии в мышечной ткани [51, 57]. Этим объясняется скачок активности КФК после физической нагрузки [51, 58].

Еще один важный показатель — концентрация лактата. Он служит показателем анаэробных процессов энергообразования при мышечной работе. У людей, не занимающихся спортом, наблюдается повышение уровня молочной кислоты [51, 59] до и после нагрузки примерно в 8,68 раза, тогда как у спортсменов происходит увеличение примерно в 2,38 раза. Это объясняется более экономным режимом работы скелетной мускулатуры второй группы, обусловленным тренировками. Активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ), в свою очередь, до нагрузки у спортсменов снижена, что указывает на меньшую повреждаемость мышцы действием фоновой физической нагрузки (ходьба). После нагрузки было отмечено повышение активности фермента в крови: у спортсменов в 1,8 раза, у нетренированных людей — в 1,2 раза [51]. Примечательно, что концентрация ЛДГ в крови у тренированных людей может повышаться в 2—10 раз вследствие разрушения клеточных мембран и высвобождения ЛДГ из клеток [28, 41—43, 48].

Развитие этих систем необходимо для нивелирования усиления свободнорадикальных реакций, необходимых для перестройки энергетического обмена [12, 60—64] на уровне организма в условиях плановых физических нагрузок. В условиях умеренных физических нагрузок из-за повышенных энергетических затрат увеличивается потребление кислорода и наступает состояние физиологической гипоксии [63—66], следовательно, образуются реактивно-активные формы кислорода с последующим включением свободнорадикальных и перекисных реакций путем мобилизации эндогенных жиров и стимуляции симпатико-адреналовой системы [49, 67—71]. В свою очередь образовавшийся эндогенный кислород обеспечивает поддержание интенсивного энергетического обмена [36, 39, 40, 71—76].

Заключение

Необходимо отметить чрезвычайную важность понимания способов и путей адаптации мышечного волокна к нагрузке для процесса регенерации после травм. Несмотря на малую изученность генотипической адаптации мышечных волокон к нагрузке уже сейчас необходимо составлять реабилитационные программы на их основе; тренировать спортсменов и вести их отбор, базируясь на основах данных процессов. Необходимо использовать эти знания для коррекции как программ реабилитации пациента и индивидуальных программ тренировок, так и для усовершенствования спорта в целом.

Даны определения адаптации, стресса (общего адаптационного синдрома) и суперкомпенсации. Рассмотрены виды адаптации (срочная и долговременная) и условия адаптации скелетных мышц человека к физическим нагрузкам.

Адаптация скелетных мышц человека к физическим нагрузкам

Организм человека устроен таким образом, что, попадая в новые для него условия, он может к ним приспособиться. Такое свойство организма человека получило название адаптация.

Понятия адаптации и стресса

Стресс – неспецифическая (общая) реакция организма на воздействие, нарушающее его гомеостаз.

Г. Селье установил, что на разные по качеству, но сильные раздражители (стресс) организм для выравнивания гомеостаза всегда отвечает однотипными реакциями, которые были названы им общим адаптационным синдромом.

Спортивную тренировку можно рассматривать как адаптацию организма спортсмена к нагрузкам определенной направленности. При этом под воздействием систематических тренировочных нагрузок внутренняя среда организма человека претерпевает значительные изменения. После прекращения нагрузки в организме начинаются процессы, направленные на восстановление исходного состояния.

Виды адаптации

Различают срочную и долговременную адаптацию организма спортсмена к тренировочным воздействиям. Так как основным объектом этой статьи являются скелетные мышцы, вопросы адаптации будут рассматриваться в этом ракурсе.

Срочная адаптация – это структурно-функциональная перестройка, происходящая в организме спортсмена непосредственно во время выполнения физических упражнений. Основной целью срочной адаптации является создание оптимальных условий для функционирования мышц, прежде всего, за счет увеличения их энергоснабжения. В связи с этим, значительно ускоряются реакции катаболизма[2] при одновременном снижении скорости анаболических[3] процессов (в основном, синтеза белков), так как в ходе катаболических реакций выделяется энергия.

Долговременная адаптация – структурно-функциональная перестройка, происходящая в организме в ответ на длительное или многократное воздействие физической нагрузки. Долговременная адаптация протекает в организме спортсмена в промежутках между тренировками.

Условия адаптации

Первым условием является многократное (повторное) применение физических нагрузок. Однократная физическая нагрузка не вызывает стойких адаптационных перестроек в организме. Если же физические нагрузки повторяются, в организме создается необходимый метаболический фон, который обеспечивает постепенность формирования морфологических, биохимических и функциональных изменений. При повторяющихся тренировочных нагрузках благодаря активации генетического аппарата мышечных волокон в мышцах увеличивается содержание структурных и сократительных белков, вследствие чего мышцы становятся более резистентными к задаваемой нагрузке.

Вторым условием, определяющим процесс адаптации организма к физическим нагрузкам, является их регулярное применение Необходимость регулярно выполнять физические упражнения связана с изменениями метаболизма, которые происходят в организме в процессе физических нагрузок. В зависимости от интенсивности и длительности физической нагрузки, в организме происходят изменения в обмене веществ, которые могут быть ограничены локальными сдвигами в энергетическом обмене или затрагивать метаболизм всего организма. В последнем случае процесс восстановления метаболизма до уровня покоя занимает значительно больше времени и требует большего периода отдыха.

Долговременная адаптация организма к различным факторам внешней среды возможна благодаря явлению суперкомпенсации (сверхвосстановления). В области мышечной деятельности это явление первыми описали Л.И. Ямпольский (1949) и Н.Н. Яковлев (1949,1955). В основе суперкомпенсации лежит взаимодействие между нагрузкой и восстановлением. Это – циклический процесс и его пусковым стимулом является физическая нагрузка. После нагрузки возникает утомление и резкое снижение работоспособности спортсмена, что соответствует первой фазе цикла. Во второй фазе начинается процесс восстановления работоспособности. К концу второй фазы работоспособность спортсменов достигает исходного уровня. В третьей фазе (фазе суперкомпенсации) работоспособность превышает исходный уровень. Последняя, четвертая фаза характеризуется возвращением работоспособности к исходному уровню (рис.1 а).

Рис.1. Варианты долговременной адаптации организма человека к физическим нагрузкам

Очень наглядно эффект суперкомпенсации виден на примере восстановления энергетических запасов мышц. Перед началом тренировки в мышцах находится определенное количество энергетических веществ (например, креатинфосфата, гликогена и др.). В результате тренировки происходит снижение уровня этих веществ в скелетных мышцах. После окончания тренировки, в фазе восстановления уровень энергетических веществ в мышечном волокне превышает исходный, то есть происходит суперкомпенсация.

Долговременная адаптация возможна только в том случае, если достигаемые срочный и отставленный тренировочные эффекты от каждой тренировки будут суммироваться (рис.1 b). Поэтому для получения определенного тренировочного эффекта и последующего повышения физической работоспособности очередную физическую нагрузку следует проводить в период преимущественно суперкомпенсации после предшествующей работы. Слишком частые (рис.1 c) тренировки прерывают стадию восстановления до достижения эффекта суперкомпенсации. Вследствие этого возможно постепенное развитие процесса недовосстановления работоспособности и преждевременное наступление утомления, что негативно сказывается на результатах. Слишком редкие тренировки (рис.1 d) в фазе сниженной суперкомпенсации не позволяют закрепить тренировочный эффект, так как каждая последующая тренировка проводится после возвращения функциональных возможностей организма к исходному уровню.

Однако еще в начале ХХ века М.Е. Маршак (1931) установил, что процессы восстановления после тяжелой мышечной работы в различных вегетативных системах протекают гетерохронно, то есть с разной скоростью. Более того, даже в пределах одной и той же системы для разных показателей ее функции возвращаются к уровню покоя не одновременно. В последующем эти данные были подтверждены для многих физиологических и биохимических показателей.

Следует отметить, что процессы восстановления энергетических веществ в мышцах также протекают с разной скоростью и завершаются в разное время. Вначале из скелетных мышц и крови удаляется молочная кислота, которая окисляется до СО₂ или включается в синтез гликогена, затем происходит ресинтез креатинфосфата, гликогена и жиров.

Существует правило Энгельгардта, согласно которому интенсивность протекания восстановительных процессов и сроки восстановления энергетических запасов организма зависят от интенсивности их расходования во время выполнения упражнения. Следовательно, чем больше расход энергетических запасов мышц при работе, тем интенсивнее идет их восстановление и тем значительнее превышение исходного уровня в фазе суперкомпенсации. Однако это правило применимо лишь в ограниченных пределах. На основании эмпирических исследований установлено, что во взаимоотношениях тренировочных раздражителей и адаптационных реакций лежат следующие закономерности (Ю. Хартманн, Х. Тюнеманн, 1988):

подпороговые раздражители (30% нагрузки от максимально возможной) не вызывают никаких адаптационных сдвигов;
слишком высокие раздражители (большой объем и интенсивность нагрузки) вызывают спад результатов;
оптимальные нагрузки приводят к оптимальным результатам.

В процессы адаптации, возникающие при интенсивных физических нагрузках, вовлекаются все системы, обеспечивающие функционирование мышц. Наряду с увеличением синтеза сократительных белков мышц возрастает интенсивность функционирования систем, обеспечивающих их катаболизм.

В экспериментах на животных, проведенных П.З. Гудзем (1963), в которых животные вначале подвергались различным по длительности и интенсивности физическим нагрузкам, а затем помещались в тесные клетки, было установлено следующее. Если животные получали умеренные динамические нагрузки или повышенные статические, а затем были переведены в режим гиподинамии, длительное пребывание в тесных клетках не вызвало существенных деструктивных изменений в скелетных мышцах. Однако у животных, которые до этого получали повышенные физические нагрузки, через четыре недели пребывания в тесных клетках были обнаружены дистрофические и деструктивные изменения гипертрофированных мышечных волокон. Из этого можно сделать вывод, что адаптированные к высоким физическим нагрузкам системы, отвечающие за катаболизм белка, после резкого снижения физических нагрузок продолжают функционировать некоторое время с максимальной мощностью, что приводит к резкой дистрофии и деструктивным изменениям в мышечных волокнах.

Третьим условием достижения прочных адаптационных сдвигов является постепенное увеличение физических нагрузок как по объему, так и по интенсивности. Если это условие не будет соблюдено, то по мере адаптации организма к тренировочным нагрузкам будет постепенно снижаться величина энерготрат и изменения метаболизма будут менее выраженными (М.И. Калинский, В.А. Рогозкин, 1989).

С биохимической точки зрения можно выделить несколько факторов, изменения которых существенно влияют на обмен веществ тренированного с помощью физических нагрузок организма. Во-первых, в скелетных мышцах и других органах и тканях повышаются запасы энергетических ресурсов (креатинфосфата и гликогена). Во-вторых, расширяются потенциальные возможности ферментного аппарата: повышается активность ферментов гликолиза, цикла лимонной кислоты, окисления жирных кислот, систем транспорта ионов. В-третьих, улучшаются механизмы регуляции обмена веществ с участием нервной и эндокринной систем, а также внутриклеточной системы автономного регулирования. Все эти факторы – наличие повышенного количества энергетических ресурсов и увеличенная активность ферментных комплексов, обеспечивающих основные циклы энергетического метаболизма – открывают возможности для более быстрого и более длительного пополнения запасов АТФ в организме.

В отличие от креатинфосфата и гликогена, концентрация АТФ в тканях тренированного организма не возрастает, однако, меняется скорость обмена молекул АТФ, так как повышается каталитическая активность ферментов, участвующих в гидролизе АТФ во время мышечного сокращения и в процессе ресинтеза. Под влиянием физических нагрузок в скелетных мышцах увеличивается концентрация креатинфосфата и повышается активность фермента креатинкиназы, участвующего в ресинтезе АТФ. Это приводит к расширению энергетических ресурсов в мышце и повышению скорости восстановления АТФ из креатинфосфата.

Саркоплазматическая и миофибриллярная гипертрофии скелетных мышц возможны только в том случае, если будут соблюдены описанные выше условия.

Маршак, М.Е. О восстановительном периоде после мышечной работы / М.Е. Маршак // Физиологический журнал СССР, 1931. – Т.14. – № 2-3. – С. 204.
Яковлев Н. Н. Очерки по биохимии спорта. М.: Физкультура и спорт, 1955. 264 с.
Ямпольский, Л.И. Расходование и ресинтез гликогена мышц в зависимости от характера мышечной деятельности / Л.И. Ямпольский: Автореф. дис…канд. биол. наук, 1949. – 20 с.
Хартманн, Ю. Современная силовая тренировка / Ю. Хартманн, Х. Тюнеманн. – Берлин: Шпортферлаг, 1988. – 335 с.
Самсонова А. В. Гипертрофия скелетных мышц человека: Учеб. пособие. СПб: Кинетика, 2018. 159 с.

[2] Катаболизм – совокупность химических реакций, за счет которых крупные молекулы превращаются в молекулы меньшего размера.

[3] Анаболизм – совокупность химических реакций синтеза.

Похожие записи:

Тест времени реакции на сигнал

Представлена программа расчета времени реакции на сигнал, предназначенная для использования в учебных целях, например на занятиях по…

Саркоплазматическая гипертрофия мышц

Дано определение и описаны механизмы саркоплазматической гипертрофии скелетных мышц. Показано, что этот вид гипертрофии мышц широко…

Классификация типов конституции человека М.В. Черноруцкого

Рассмотрена классификация типов конституции человека, разработанная выдающимся терапевтом М.В. Черноруцким в 1925 году. Классификация типов конституции человека М.В.

Типы гипертрофии скелетных мышц человека

В статье дается классификация различных видов гипертрофии скелетных мышц человека на основе ряда классификационных признаков: времени проявления…

Миомейкер: Мембранный активатор слияния миобластов и образования мышц

Ученые установили, что для образования мышечных волокон необходимо слияние клеток-предшественников, которые называются миобластами. Эти клетки имеют только…

Изменения в мышцах в процессе тренировки чрезвычайно многообразны и обусловлены механическим раздражением, реакциями обмена веществ, а также гормональными влияниями (Friedmann, 2007). При этом различают две основные области, одна из которых связана с морфологическими изменениями, а другая — с нейронными. В начале тренировки сначала достаточно быстро улучшается способность развития силы скелетных мышц. Это начальное повышение работоспособности в значительной степени объясняется нейронной адаптацией (Bird et al., 2005; Deschenes, Kraemer, 2002), т. e. повышением степени иннервации мышцы и улучшением внутримышечной координации. В настоящее время механизмы нейронной адаптации изучены не полностью (Folland, Williams, 2007), однако, по всей видимости, в этом большую роль играет межмышечная координация. При этом антагонисты не оказывают значительного отрицательного влияния на последовательность элементов движения и улучшается согласованность работы мышц в процессе движения.

При обсуждении аспектов улучшения активизации нервной системы особое внимание уделяется специфическим видам адаптации (Folland, Williams, 2007). Сюда относятся возможные изменения регуляции мышц, которые проявляются при одновременной иннервации (синхронизация) большего количества мышечных волокон (рекрутирование) с соответствующей частотой (частотой раздражения) (Giillich, Schmidtbleicher, 1999). В настоящее время интенсивно обсуждаются специфические виды адаптации на уровне коры больших полушарий, т. е. изменения в первичной двигательной коре головного мозга, при рефлексах головного мозга и при коактивации мышц-антагонистов (Folland, Williams, 2007).

При проведении целенаправленных тренировок в течение нескольких недель или месяцев в мышцах наблюдаются также и морфологические изменения.

К морфологическим изменениям относится гипертрофия мышц (Friedmann, 2007). Увеличение толщины (гипертрофия) мышечных волокон обусловлено увеличением количества сократительных и несократительных мышечных белков. Увеличение площади поперечного сечения представляет собой первичную морфологическую форму адаптации к силовой тренировке в течение длительного времени (Folland, Williams, 2007). Силовая тренировка оказывает положительное воздействие на синтез белка, который начинается уже через 3 ч после окончания тренировки и может продолжаться до 48 ч. Гипертрофированная мышца характеризуется также увеличением угла перистости, что оказывает влияние на сократительную способность мышцы. Еще один вид морфологической адаптации — изменение соотношения типов мышечных волокон. Эта характеристика поддается значительному воздействию в процессе тренировки и имеет большой потенциал адаптации. Соотношение типов мышечных волокон иногда изменяется в значительной степени. Волокна, отвечающие за быструю силу, в результате соответствующей тренировки могут приобрести повышенную способность противостоять утомлению. Доля мышечных волокон типа IIа при этом увеличивается, а доля волокон типа IIЬ уменьшается (Deschenes, Kraemer, 2002). Противоположный вариант, при котором медленные, менее утомляемые мышечные волокна превращаются в быстрые, представляется практически невозможным.

Еще одна форма морфологической адаптации в процессе тренировки — повышение эластичности сухожилий и соединительной ткани мышц (Giillich, Schmidtbleicher, 1999). Вследствие этого улучшается передача силы и повышается рост силовых показателей в начале сокращения, а также в процессе развития реактивной силы. К другим процессам морфологической адаптации относятся улучшение капиллярного питания мышц (Deschenes, Kraemer, 2002) и увеличение доли миофибрилл (Folland, Williams, 2007).

Относится ли гиперплазия к одной из форм морфологической адаптации, остается спорным вопросом. Под гиперплазией понимается разветвление и деление мышечных волокон и в результате их гипертрофия (Folland, Williams, 2007). По этому поводу существуют противоположные мнения, и в настоящее время влияние гиперплазии на физиологический поперечник мышцы представляется ученым таким незначительным, что им можно пренебречь.

Физическая нагрузка – самый естественный и древний фактор, воздействующий на человека. Она во все времена сопровождала человека, поскольку с одной стороны обусловлена природой земной гравитации, с другой – двигательная активность всегда являлась важным фактором выживания человека. Существо адаптации к физическим нагрузкам заключается в раскрытии механизмов, за счет которых нетренированный организм становится тренированным, то есть механизмов, лежащих в основе формирования положительных сторон адаптации, обеспечивающих тренированному организму преимущества перед нетренированным.

Адаптация к физическим нагрузкам – это системное явление, которое включает приспособление не только к величине нагрузки, но и изменению: биохимического состава внутренней среды организма; интенсивности обмена веществ; психоэмоционального фона.

То есть речь идет не об адаптации опорно-двигательного аппарата к выполняемой работе, а об адаптации организма спортсмена в его системном понимании к ситуации в условиях значительной мышечной активности. При этом в систему адаптации в каждой последующей попытке (тренировке, повторе упражнений) оказываются вовлеченными все новые и новые структурные элементы. Например, увеличение вовлекаемых в работу нервно-мышечных единиц, будет сопровождаться изменением электролитного состава и гормонального фона организма (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2008).

В практике спорта до сих пор не разработаны объективные методы оценки адаптационных процессов к физическим нагрузкам и принято считать основным их критерием динамику уровня спортивных достижений и темп роста спортивных результатов. Однако адаптация является сложным комплексным процессом и включает в себя множество факторов.

Адаптацию к физическим нагрузкам можно охарактеризовать следующими основными чертами:

– тренированный организм может выполнять физическую нагрузку такой продолжительности и интенсивности, которая не под силу нетренированному (марафонский бег, подъем штанги весом, превышающим вес собственного тела более чем в 2 раза и т.д.);

– в состоянии покоя и при умеренной физической нагрузке тренированный организм работает более экономно (ЧСС 30–50 уд/мин, ЧД 8–15 раз/мин, вырабатывает существенно меньше лактата и т.д);

– при предельно напряженной мышечной работе наблюдается обратный эффект: уровень МПК выше, чем у нетренированного в 2 раза (5–6 л/мин); частота дыхания может достигать до 60 раз/мин, артериальное давление – до 270 мм рт. ст. То есть жизненные показатели тренированного человека при предельных нагрузках могут достигать величин, не совместимых с жизнью для обычного человека.

Для понимания адаптации к физическим нагрузкам с позиций молекулярной физиологии следует разделять два ее основных этапа – срочную и долговременную адаптацию.

В качестве примера срочной адаптации можно привести реакции организма нетренированных и тренированных людей на выполнение однократной физической нагрузки, например, пробегание с максимальной скоростью дистанции 400 м. У спортсменов и не спортсменов изменяются одни и те же показатели: ЧСС, ЧД, объем вентиляции легких, МОК, хотя сдвиги в показателях у спортсменов будут гораздо выше.

При долговременной адаптации в сформированной функциональной системе состав исполнительных элементов становится жестким, количественно ограниченным, энергетически экономным. На однократное воздействие фактора (или группы факторов) среды, например, физическую нагрузку определенного типа, организм отвечает системной реакцией, в которой интегрированы различные функции. Но только в сложившейся функциональной системе приспособительные возможности организма будут реализованы с максимальным эффектом. Именно с этим связаны физиологические различия функциональной активности различных систем организма у спортсменов различных видов спорта.

Так, например, и тяжелоатлет, и пловец испытывают на тренировках значительные нагрузки. Они оба тренированные, со сформировавшимися функциональными системами долговременной адаптации. В конечном итоге у обоих физиологические сдвиги и новый уровень метаболизма сохраняют гомеостаз, адекватный новым условиям существования. Но у каждого эта система своя и состоит она из разных элементов.

Увеличение функциональных возможностей систем органов закономерно влечет за собой активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках. Это приводит к формированию стойких структурных изменений, увеличивающих потенциал систем, ответственных за адаптацию. Это объясняет гипертрофию органа, например, гипертрофию миокарда левого желудочка сердца у спорстменов-марафонцев и т.д.

То есть формируется системный структурный след, который и представляет собой основу адаптации к новым условиям среды. Схематично это можно представить следующим образом:

Интенсификация функций системы органов → Синтез нуклеиновых кислот и белков → Гипертрофия органов системы → Системный структурный след

Однако гиперфункция после окончания гипертрофии постепенно прекращается, поскольку функция органа постепенно распределяется в увеличенной массе клеточных структур и функционирование возвращается к прежнему уровню. В след за этим прекращается активация генетического аппарата, и синтез белков возвращается в прежнее русло.

Таким образом, внутриклеточный механизм, осуществляющий двустороннюю связь между физиологической функцией и генетическим аппаратом клетки, обеспечивает положение, при котором интенсивность функциональной системы определяет одновременно активность генетического аппарата (определяющего физиологические изменения при адаптации) и обеспечивает гомеостаз.

Морфофункциональные перестройки при долговременной адаптации обязательно сопровождаются следующими процессами: изменением взаимоотношений регуляторных механизмов; мобилизацией и использованием физиологических резервов организма; формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной деятельности.

Эти три физиологические реакции являются главными и основными составляющими процесса адаптации. Такая функциональная система у спортсменов представляет собой вновь сформированное взаимоотношение нервных центров, гормональных, вегетативных и исполнительных органов, необходимое для решения задач приспособления организма к физическим нагрузкам.

В конечном итоге переход от срочного, во многом несовершенного, этапа адаптации, к долговременному – узловой момент адаптационного процесса, так как является свидетельством эффективного приспособления к соответствующим факторам среды.

При подготовке спортсменов с ОФВ, также, как и у здоровых спортсменов формируются адаптационные перестройки, однако они имеют определенные отличия. Имеющиеся нарушения хотя бы в одной из функциональных систем вынуждают компенсировать это работой других систем, следовательно, изменяется функционирование всего организма.

Например, удаление доли или целого легкого влечет за собой изменение функций дыхания и кровообращения, ампутация конечности или ее сегмента – изменения в координации движений и механизмах постурального контроля, потеря зрения приводит к сложной перестройке взаимодействия сохранных анализаторов. Все эти перестройки осуществляются автоматически. Чем тяжелее дефект, тем большее количество систем организма включается в процесс компенсации.

Несмотря на то, что процесс адаптации протекает по общим законам, он реализуется в рамках генотипа конкретного индивидуума и особенностей его фенотипа, сформировавшегося в условиях окружающей его среды. В случае со спортсменами с ОФВ наличие патологии может нарушать существующие в норме физиологические механизмы или их компоненты, это детерминирует необходимость формирования компенсаторных функций, образование новых связей, определяющих развитие адаптационных перестроек всей системы.

Таким образом, у спортсмена с инвалидностью в процессе многолетней подготовки формируются специфичные функциональные системы, обеспечивающие высокую спортивную результативность, но отличные от таковых у здоровых.

При этом на каждом уровне подготовки выявляются новые проблемы и свойства, изучаемых компонентов спортивной подготовки, обусловленные наличием заболевания и утратой каких-либо функций. При этом каждая группа заболеваний обуславливает наличие физиологических особенностей и ограничений, влияющих на адаптационные процессы в организме на фоне интенсивных нагрузок. Их учет при определении задач многолетней спортивной подготовки и планировании тренировочного процесса позволяет целенаправленно воздействовать на организм, способствует формированию компенсаторных механизмов и, в конечном, итоге позволяет добиться наивысших для данного индивида спортивных результатов без угрозы для его здоровья, что будет способствовать сохранению его спортивного долголетия.

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

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

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)

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:

Читайте также: