Методы гиперплазии миофибриллярных митохондрий
В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков
Глава 4. Методы управления адаптационными процессами
4.4. Методы гиперплазии миофибриллярных митохондрий
Цель аэробной подготовки развитие в мышечных волокнах митохондрий. Митохондриальный белок синтезируется на 85–95 % в цитоплазме и только 5–15 % белкового содержимого является продуктом собственно митохондриальной трансляции (Ленинджер А., 1966; Лузиков В. Н., 1980).
Белки, синтезируемые на митохондриальных рибосомах, включаются во внутреннюю митохондриальную мембрану. Внешняя мембрана, межмембранное пространство и матрикс комплектуются белками, продуцируемыми на цитоплазматических рибосомах. Набухание митохондрий является одним из проявлений их деградации. Причиной набухания митохондрий могут быть (Лузиков В. Н., 1980; Шмелинг с соав., 1985; Friden et al, 1988; Gollnick et al., 1986) нарушения трансформации энергии (например, за счет исчерпания эндогенных субстратов, при подавлении переноса электронов, при изменении проницаемости внутренней мембраны по отношению к водородным ионам). Предполагается, что исчерпание внутримитохондриального запаса АТФ вызывает набухание митохондрии, что приводит к разрыву внешней мембраны и растеканию компонентов в межмембранное пространство. Имеется естественное старение митохондрий и отдельных ее компонентов (время полужизни — от 1 до 10 суток). Формирование митохондрий в клетке контролируется на основании принципа отбора по функциональному критерию. Согласно этому принципу, митохондриальные структуры, собранные так, что они не могут эффективно трансформировать энергию, элиминируются в ходе митохондриальной дифференцировки (Лузиков В. Н., 1980).
Одним из естественных факторов, приводящих к деструктурированию митохондрий, является гипоксия (например, пребывание в среднегорье) и сопровождающий ее анаэробный метаболизм. В условиях кислородного голодания ухудшаются показатели капилляризации скелетных мышц, появляется внутриклеточный отек, очаговые нарушения сократительного (миофибриллярного) аппарата, деструктивно дегенеративные изменения митохондрий, расширение саркоплазматического ретикулума и резкое снижение содержания гликогена (Шмелинг с соав., 1985)
Аналогичные структурные перестройки имеют место при проведении гликолитических тренировок.
Суммирование положений многочисленных исследований позволяет сделать следующее обобщение:
— митохондрии являются энергетическими станциями клетки, поставщиками АТФ за счет аэробного метаболизма;
— синтез превышает распад митохондрий в случае интенсивного их функционирования (окислительного фосфорилирования);
— митохондрии имеют тенденцию к образованию в тех местах клетки, где требуется интенсивная поставка энергии АТФ;
— усиление деструктуризации митохондрий происходит в условиях интенсивного функционирования клетки с привлечением анаэробного метаболизма, вызывающего значительное или длительное (как в условиях высокогорья) накопление в клетке и в организме ионов водорода.
В соответствии с этими положениями можно разработать методику аэробной подготовки мышцы.
Каждую скелетную мышцу можно условно разделить, например, на три части:
— регулярно активируемые — те мышечные волокна, которые активируются в повседневной жизни (ОМВ);
— обычно активируемые только в условиях тренировок, при средних напряжениях мышц (ПМВ);
— редко активируемые — включаются в работу только при выполнении максимальных усилий, например, при выполнении прыжков, спринта (ГМВ).
Мышечные волокна, которые регулярно рекрутируются (ОМВ) с предельной для них частотой импульсации, имеют максимальную степень аэробной подготовленности. Максимальная степень аэробной подготовленности ОМВ достигается в том случае, когда все миофибриллы оплетаются митохондриальной системой так, что образование новых митохондриальных структур становится невозможным. Такое явление хорошо показано для миокардиоцитов (Физиология и патофизиология сердца, 1990; Хоппелер Г., 1987). Гипертрофия миокардиоцита не сопровождается увеличением концентрации ферментов аэробного метаболизма. Косвенно эту точку зрения подтверждают многочисленные исследования, посвященные влиянию аэробной тренировки, выполняемой с мощностью до аэробного порога (Аулик И. А., 1990; Зациорский В. М., 1970; Карпман В. Л., 1974, 1978, 1982, 1985, 1988 и др.). Все эти исследования убедительно показывают, что эффективность таких тренировок для уже подготовленных спортсменов равна нулю.
Следовательно, для повышения аэробных возможностей ОМВ необходимо создать в МВ структурную основу новые миофибриллы; после этого около новых миофибрилл образуются новые митохондриальные системы. Если согласиться с этим методом повышения аэробных возможностей, то увеличение силы (гиперплазия миофибрилл) ОМВ должно привести к росту потребления кислорода на уровне АэП и АнП.
Эффективными для повышения МПК или потребления кислорода на уровне АнП являются непрерывные упражнения на уровне АнП или повторный метод тренировки с мощностью работы на уровне МПК. В этом случае рекрутируются как ОМВ, так и более высокопороговые ПМВ, в которых мало митохондрий. Увеличение мощности требует рекрутирования все более высокопороговых ДЕ, в МВ которых преобладает анаэробный гликолиз, что ведет к закислению ГМВ, а затем ОМВ и крови. Закисление ГМВ и ПМВ ведет к деструктивным изменениям в митохондриях, снижению эффективности аэробной тренировки.
Теоретически рассчитанные митохондриальные изменения под влиянием продуктов анаэробного гликолиза совпадают с теми наблюдениями, которые имеют место при ишемии (Friden, 1984; Hoppeler Н., 1986). В этом случае многочисленные ненормальные митохондрии были заметны под сарколеммой. Эти митохондрии имеют увеличенную плотность, измененную форму и паракристаллические включения. Кристаллические включения в митохондриях обнаруживаются при различных патоло-гических состояниях (смотрите, например, обзор Carpenter and Karpati, 1985). Это дает основание к предположению, что структурно нарушенные клетки не могут функционировать нормально. Полирибосомы располагаются либо под сарколеммой, либо рядом с поврежденными миофибриллами; предполагается их участие в процессе реконструкции поврежденного материала. Авторы делают вывод, что частое использование такого варианта тренировки может привести к серьезным повреждениям в мышцах.
Одним из аргументов против предложенной методики увеличения аэробных возможностей ОМВ за счет роста силы (МФ) является мнение: с увеличением размера МВ затрудняется процесс диффузии О2 к центру МВ. Однако, исследования Т. Gayeski e. a. (1986) показали, что рО2 не коррелирует с диаметром МВ. Минимальное рО2 наблюдается не в центре МВ. Эти экспериментальные данные хорошо воспроизводят модели, которые учитывают облегченную диффузию кислорода внутрь МВ посредством миоглобина (Р. Stroeve, 1982). Следовательно, размер МВ не является препятствием к росту аэробных возможностей ОМВ.
Правила методики аэробной подготовки могут быть представлены так:
— интенсивность: не превышает мощности АнП;
— продолжительность: 5–20 мин., большая продолжительность может привести к значительному закислению крови и ПМВ в случае превышения заданной мощности;
— интервал отдыха: 2–10 мин., необходим для устранения возможного закисления организма;
— максимальное количество повторений в тренировке ограничивается запасами гликогена в активных мышцах (примерно 60–90 мин. чистого времени тренировки);
— тренировка с максимальным объемом повторяется через 2–3 дня, т. е. после ресинтеза гликогена в мышцах.
Высокую эффективность имеет вариант аэробной подготовки, который в последнее время получил большое распространение в практике подготовки спортсменов в циклических видах спорта. Это тренировки, требующие проявления «мышечной выносливости». Смысл их заключается в том, что в циклическом упражнении каждое сокращение мышцы должно выполняться с околомаксимальной интенсивностью, но средняя мощность упражнения не должна превышать мощности АнП. В этом случае в упражнении активны все или почти все МВ, однако, благодаря управлению паузой отдыха или периодом расслабления мышцы, должно полностью обеспечиваться устранение продуктов метаболизма анаэробного гликолиза.
Упражнения с околомаксимальной мощностью сокращения мышц и редким темпом изучали J. Karlsson e. a. (1981). Было показано, что упражнения с темпом 4 максимальных сокращения в минуту вызывают снижение концентрации АТФ на 20 %, КрФ — на 40 %, концентрация лактата в мышце увеличивается до 4,5 мМ/л. В целом упражнение было аэробным, энергия поступала из эндогенного гликогена ОМВ и ГМВ. Экспериментальные данные эффективности скоростно-силовой интервальной тренировки были получены так же Алексеев Г. ВА., 1981; Волков Н. И., 1990, 1995; Cheetham M. et al, 1984; Holmyard D. Et al., 1987; Jacobs I. Et al., 1983; Thorstensson A. Et al., 175, 1976).
Рост аэробных возможностей может происходить на основе увеличения силы ММВ, т. е. можно заниматься статодинамическими упражнениями для гиперплазии миофибрилл в ММВ, и одновременно будут разворачиваться процессы по обеспечению новых миофибрилл новыми митохондриями. Это предположение подтверждается результатами экспериментов С. К. Сарсании (1972).
Студенты-добровольцы ИФК были разбиты на две группы: экспериментальную и контрольную. Обе группы выполняли одинаковую программу силовых упражнений с напряжением мышц 60 % произвольного максимума (ПМ). Упражнения выполнялись по кругу (круговая тренировка) на мышцы-разгибатели рук, сгибатели рук, разгибатели ног, разгибатели спины, мышцы живота. В каждом подходе груз медленно поднимался 10 раз, последние два раза выполнялись с явным локальным утомлением, но не до отказа. Каждый испытуемый проходил три круга. В неделю было 3 тренировки, тренировались 4 недели. Экспериментальная группа (8 человек) принимала анаболические препараты (ритоболил или нейробол) по 0,18 мг/кг массы тела (терапевтическая доза). В контрольной группе был прием плацебо в виде комплекса витаминов.
До и после эксперимента все испытуемые прошли антропометрическое и функциональное тестирование в ступенчатом тесте с определением потребления кислорода.
В контрольной группе произошли изменения по всем показателям, однако достоверность различий была менее 90 %. Применение анаболических препаратов ускорило ход анаболических процессов, что позволило получить статистически достоверные различия (Р>99 %) по всем зарегистрированным показателям. К наиболее интересным результатам следует отнести:
1) Увеличение силы всех мышечных групп на 25 %, что составило 2 % за одно занятие. Когда силовая тренировка идет без применения стимуляторов, то средний прирост составляет за трнировку. Тощая масса увеличилась на 3,55 кг.
2) Уменьшение массы общего жира на 0,88 кг. Стресс стимулирует выход в кровь гормонов гипофиза и активизирует симпатическую нервную систему. В результате начинается выделение гормонов мозгового вещества надпочечников (катехоламинов) — адреналина и норадреналина (норадреналин также выделяется из окончаний симпатической нервной системы). Эти гормоны, а также тестостерон и соматотропин, стимулирует выход жирных кислот из жировых депо в кровь. Повышенная концентрация гормонов и полирибосом удерживается в тканях тела в течение что повышает основной обмен и использование жирных кислот из жировых депо для функционирования сердца, дыхательных мышц и пластических процессов в скелетных мышцах.
3) Увеличилось потребление кислорода (МПК) на 0,231 мл О2 и мощность на пульсе 170 уд/мин на 22,7 Вт (136 Кгм/мин). Увеличение потребления кислорода (МПК) и мощности PWC-170 подтверждает ранее высказанное предположение о том, что с ростом силы ОМВ, т. е. с ростом в них числа миофибрилл, создаются морфологические предпосылки для разрастания всех необходимых для деятельности клетки органелл (теория симморфоза), поэтому увеличивается саркоплазматический ретикулум и митоходрии. Изменение последних было зафиксировано в виде прироста МПК и мощности PWC-170.
Таким образом, статодинамические упражнения являются эффективным средством усиления пластических процессов в скелетных мышцах. Применение анаболических препаратов в терапевтических дозах значительно интенсифицирует анаболические процессы, что ускоряет проверку эффективности разработанных вариантов тренировочного процеса; статодинамические упражнения стимулируют обмен белка, жировой обмен, повышают аэробные возможности медленных мышечных волокон (В. Н. Селуянов В. Н. с соав. , 1991, 1995).
Совокупность изменений в результате применения статодинамических упражнений дает основание к предположению о высокой эффективности применения их в физической подготовке борцов.
Источник
Система Селуянова – революция в спортивной подготовке
Что происходит мышцами во время тренировок? Правильно ли они нагружаются? Существуют ли более эффективные способы достижения наших целей? Почему в подходе 10 (5,8,12) повторений и почему рабочих подходов 5, а не 4, 6 или 8? Спортивные издания редко дают исчерпывающий ответ на эти вопросы, так как не углубляются в «биологию» процесса.
Наиболее полно суть обозначенных проблем раскрывается в системе советского и российского ученого — Виктора Николаевича Селуянова.
Селуянов В.Н. — специалист в области биомеханики, антропологии, физиологии, теории спорта и оздоровительной физической культуры, основоположник нового направления в спортивной науке — спортивной адаптологии. Участвовал в научном сопровождении команд сборной России по дзюдо, самбо, горным и беговым лыжам, по легкой атлетике, конькобежному спорту и хоккею.
Система Селуянова основана на точном описании процессов, происходящих в клетках мышц и организме во время конкретных тренировок. Большинство же известных методик основываются только на личном опыте и наблюдениях тренера.
Как пример. Перед соревнованиями по борьбе тренер предлагает подопечным отрабатывать 10-ти минутные спарринги, хотя раунд на соревнованиях длится 5 минут. Тренер здесь руководствуется обывательской логикой: «Привыкнет бороться по 10 минут на тренировках и на соревнованиях 5 минут покажутся легкой прогулкой». По факту — такой подход полезен только для психологической подготовки борца. Физически же, из-за постоянного тяжелого закисления, спортсмен подходит к соревнованиям растренированным, уставшим, не на пике формы. Селуянова В.Н. подробно объясняет, почему в этом случае эффективнее будет проводить короткие (менее 1 минуты), но высокоинтенсивные раунды с достаточным периодом отдыха.
Для понимания системы обозначим базовые тезисы:
1. Мышечное волокно состоит из миофибрилл и прикрепленных к ним митохондрий. Количество миофибрилл определяет размер и силу мышцы. Количество митохондрий — выносливость мышцы.
2. Энергообеспечение мышцы происходит двумя путями — гликолизом и окислением. Первый — без участия кислорода, мышца обеспечивается энергией на короткий срок (пример — спринтерский бег). Во втором пути участвует кислород, и мышца работает значительно дольше (пример — прогулка, поход, марафон).
3. По способу энергообеспечения мышечные волокна в организме условно делятся на 3 типа: окислительные (в них много митохондрий, и такие волокна способны сокращаться несколько часов подряд), промежуточные (в них присутствуют митохондрии, но немного, длительность сокращения — от 1 минуты до 20 минут) и гликолитические (митохондрии отсутствуют, эффективно работает менее 30 секунд).
4. Факторы, влияющие на рост мышечного волокна — а) достаточное количество аминокислот в клетках (обеспечивается питанием), б) повышенная концентрация анаболических гормонов в крови (выбрасываются в кровь при достаточном стрессе), в) повышенное содержание свободного креатина в крови (выделяется при приложении усилий), г) достаточное (но не критическое) содержание ионов водорода в крови (или закисление мышцы).
Разберем, чем окислительное волокно отличается от гликолитического на примере. Когда мы ходим, пишем или жуем — мы не устаем, так как с ранних лет используем для этих целей одни и те же мышечные волокна. За это время они наполнились митохондриями и превратились в окислительные. Стоит же перейти на лёгкий бег, ускорить привычный темп письма или начать жевать быстрее (или жевать жесткую пищу), как появляется мышечная усталость, закисление. Это происходит потому, что для ускорения (усиления) движения используются новые мышечные волокна, которые отдыхали в стандартном режиме. Митохондрий там мало, и такие волокна называются промежуточными. Они не могут работать также долго, как окислительные. Если же нам пришлось пробежать спринт к трамваю, закрывающему двери, появляется серьёзная отдышка и желание присесть. В таком случае используются все мышечные волокна, которые предназначены для этого движения (бега). Из-за того, что часть этих волокон требуется только в исключительных ситуациях (спринт к трамваю), митохондрии в них отсутствуют. Эти волокна — гликолитические.
Обозначим следующие зависимости. Хочешь силу и скорость — увеличивай количество миофибрилл в мышцах. Хочешь выносливость — добавляй митохондрии.
Согласно методике Селуянова В.Н., для увеличения количества миофибрилл, интенсивность работы мышцы должна составлять 90-100% от максимума, длительность работы — 5-20 секунд (например, для силовиков — 1-3 повторения с субмаксимальным весом, для спринтеров — бег 20 секунд на предельной скорости), паузы отдыха — от 3 до 5 минут, количество подходов — 6-15. Важный момент — каждый подход выполняется в отказ и с серьезным закислением. Это нужно для выделения в кровь анаболических гормонов и достаточного количества ионов водорода.
Выносливость достигается двумя путями. Первый — заполнить митохондриями гликолитические мышечные волокна (и превратить их в окислительные) и второй — нарастить миофибриллы в окислительных мышечных волокнах (в тех, которые уже забиты митохондриями).
Первый путь почти повторяет методику построения миофибрилл, описанную выше, но с небольшим нюансом. Подход в этом случае выполняется до легкого локального утомления (а не до отказа). Количество подходов при этом увеличиваем до 15-30. Селуянов показывает, что при таком режиме в «высокопороговых» мышечных волокнах (тех, которые используются в экстренных случаях) плодятся митохондрии.
Второй путь — выполнение привычных упражнений в статодинамическом стиле — медленные движения с постоянным мышечным напряжением, без крайних точек. Длительность подхода — 30-45 секунд с такими же паузами отдыха. Количество подходов — 3-25, в зависимости от уровня подготовки спортсмена. Этот режим «услилит» окислительное мышечное волокно и позволит выполнять движение с большим темпом или силой, при этом не уставая.
Эти принципы легко можно перенести на люимый вами вид спорта (бег, велосипед, плавание, стритлифтинг и др.). Их знание позволит ставить более точные цели в тренировках и достигать их за кратчайший срок, легко и беспощадно выбрасывая из тренировочной программы упражнения или режимы, которые не соответствуют вашим задачам.
Источник