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
Миофибриллы и митохондрии (Виктор Селуянов)
Миофибриллы – сила и скорость сокращения – сила и быстрота.
Митохондрии – поставка энергии — выносливость.
Количество мышечных волокон изменить нельзя, но вот количество миофибрилл в мышечном волокне изменить возможно.
Рост миофибрилл (максимальное увеличение мышечной массы или максимальное увеличение быстрых мышечных волокон или гликолитических волокон) – аминокислоты, креатинофосфат, гормоны, ионы кислорода – оптимальное закисление крови. Нагрузка – 80% и выше, длительностью 20-30 секунд, выполнение до отказа, в количестве повторений 6-12, при такой работе – включаются БМВ и ММВ. Отдых между сетами 5-10 минут, отдых обязательно активный, чтобы нейтрализировать закисление крови.. Количество подходов – тонизирующая тренировка 1-3, развивающая — от 4 до 9. Частота тренировок – максимум раз в семь дней, а то и еще реже. Полная суперкомпенсация мышцы произойдет за 15 дней. Работа на рост миофибрилл всегда идет в конце всех дневных тренировок.
Восстановление максимальное для миофибриллы длится до 90 суток, 90% восстанавливается за 15 дней, а остальные 10% — волокна находящиеся у сухожилия мышцы восстанавливаются еще дольше.
Рост миофибрилл (максимальное увеличение мышечной массы или максимальное увеличение медленных мышечных волокон или окислительных волокон) – аминокислоты, креатинофосфат, гормоны, ионы кислорода – оптимальное закисление крови. Нагрузка – 30-60% , длительностью 30-45 секунд, выполнение до боли, количество повторений судя всего от 12. Отдых между сетами 5-10 минут, отдых обязательно активный, чтобы нейтрализировать закисление крови. По мере тренированности ОМВ отдых между сетами можно будет сокращать. Количество подходов – тонизирующая тренировка 1-3, развивающая — от 4 до 9. Частота тренировок – один или максимум два раза в неделю.
Мы в нашей лаборатории придумали упражнения, которые назвали статодинамическими, без расслабления мышц. Например, приседания со штангой с небольшим весом, даже с грифом от штанги. Электромиограммы свидетельствуют, что активность мышц в таком режиме около 50%, по мере утомления к концу упражнения она увеличивается, но не достигает максимума, что говорит о том, что высокопороговые МВ не рекрутируются. Выполнять приседания нужно медленно, и не выпрямлять ноги до конца, не давая возможности мышцам бедра хотя бы на мгновение расслабиться. Обычные приседания, только с амплитудой 15°, считая от горизонтали вверх. Как только выше привстанешь, мышца сильно расслабляется. После выполнения таких приседаний уже через 30 — 40 секунд мышцы устают, и появляется боль. Если мышца напряжена, то мышечные волокна сдавливают капилляры и кровь по ним перестает поступать в мышцу. Через несколько секунд начинается гипоксия, поэтому во всех клетках, в том числе и в окислительных мышечных волокнах, начинается анаэробный гликолиз, образуется молочная кислота. Мы использовали в многочисленных экспериментах самые обычные упражнения. Важно только стараться не допускать фазы расслабления мышц — делать движения в ограниченном диапазоне. Темп упражнения — медленный, количество повторений — до сильного утомления, до отказа от сильной боли. В культуризме прописан принцип, который мы реализуем — принцип накачки мышц. Это фактически то же, что мы разработали теоретически, а потом экспериментально доказали. Мы предлагаем делать упражнения в виде суперсерий: 30 — 40 секунд длится упражнение, 30 — 40 секунд отдых, и так три раза подряд. Затем 10 минут отдохнуть и все повторить. Если сделать 3 — 4 суперсерии (футболисты у нас делают по 6), то получится 18 подходов. Это хорошая развивающая работа для окислительных мышечных волокон. Но, конечно, начинать надо с одной суперсерии, а также тренировки для одной (конкретной) мышечной группы выполнять два раза в неделю. Рост массы миофибрилл требует 10 — 15 дней, поэтому силовая тренировка в развивающем режиме должна продолжаться 2 — 3 недели. За это время должны развернуться анаболические процессы, а дальнейшее продолжение развивающих тренировок может помешать процессам синтеза. Поэтому в последующие 1 — 2 недели выполняются только тонизирующие упражнения (1 — 3 подхода или суперсерия).
Можно выполнять такие упражнения круговым методом, но если включить в круговую тренировку упражнения для всех групп мышц, то это довольно мощный удар по эндокринной системе, что потребует большого времени для восстановления. Поэтому более подходящий вариант для бегунов на выносливость и лыжников — каждый день делать силовую работу, но только на разные группы мышц, чтобы гормоны выбрасывались в кровь и помогали синтезу различных органелл. Тогда упражнения для основных мышц будут повторяться, скажем, через четыре дня. Вообще, нужно отметить, что выполнение силовых упражнений каждый день дает общий оздоровительный эффект, способствует восстановлению, потому что внутренний гормональный фон повышается.
Рост митохондрий быстрых мышечных волокон или гликолитических волокон – активность клетки и кислород, необходимо избегать сильного закисления. Нагрузка – 80% и выше, речь не идет о весе штанги, вес штанги 30-50%, длительностью 3-5 секунд, общее время под нагрузкой 15-30 секунд, паузы отдыха до 45 секунд, повторение упражнений 10-30, частота тренировок 2-14 в неделю.
Выдержка из книги «Сердце не машина» Виктора Селуянова — Вот два критерия идеальной аэробной тренировки: ты должен как можно больше рекрутировать гликолитических МВ, но при этом время их работы должно быть таким, чтобы потом во время отдыха молочная кислота в мышцах в большой концентрации не появлялась. Вот надо это правило игры соблюдать. Если у тебя интенсивность предельная, то для соблюдения этого правила достаточно работать 3 — 5 секунд, только за это время человек не успевает развернуть анаэробный гликолиз. Он потом всё равно начнется, во время отдыха, гликолитические же МВ работали. Но энергии мало истрачено, и образуется мало молочной кислоты, которая потом быстренько расходится по организму, по крови. Сердце, диафрагма, ОМВ в скелетных мышцах всю эту молочную кислоту быстро съедают. И через 50 секунд всё в порядке. У нас есть множество исследований и на футболистах, и на легкоатлетах, которые показали: 30 метров бежишь, эти самые 3 — 5 секунд, 50 секунд отдыха, — и организм человека устанавливается в динамическом равновесии, нисколько не закисляется. И так можно тренироваться до 40 отрезков, потом уже проблемы… Пульс при этом, например, 120 — 150 уд/мин, и очень хорошо тренируется сразу вся мышца, потому что ты бежишь максимально быстро, поэтому все МВ работают. (Чтобы избежать травм, лучше бежать околомаксимально, скажем, 80% от максимума). И это лучше длительного бега на АнП, потому что прорабатываются сразу все мышечные волокна. Тебе достаточно месяц, полтора, два месяца, чтобы всю мышцу проработать. А если тренироваться на АнП, то получается только по частям мышцы прорабатывать.
Моя задача изменить эти мышечные профили с точки зрения окислительных и гликолитических МВ. Как это надо делать с ногами? Если ноги в чистом виде брать, то поскольку вид спорта – лыжи, можно предположить, что катаемся на лыжероллерах. Поэтому я должен выйти на свои Ворошиловские дачи, встать на этот асфальт, и максимально мощно отталкиваясь, стараться максимально долго катить. Если скорость будет слишком большая, то будешь не успевать хорошо отталкиваться. Поэтому не исключено, что иногда надо притормаживать, если уж очень сильно катятся. В отталкивание надо вкладывать достаточно сил, и между отталкиваниями должен быть достаточный отдых. Судя по опыту, нужно 40 минут такой езды с мощным отталкиванием. Можно с перерывами небольшими, можно без перерывов, это не принципиально. Пульс при этом у меня должен быть не более 120 уд/мин, потому что у меня АнП на пульсе 120, из-за того, что сердце большое, а мышцы плохие. Эти 40 минут я должен делать для начала 2 раза в неделю, потом 3 раза в неделю, постепенно, по мере роста формы довести до 4 раз. Вот больше четырех уже и не надо, уже можно стать мастером спорта (65 — 70 мл/мин/кг на АнП) элементарно. То есть 4 раза в неделю по 40 мин ноги должны свое дело отработать. Что касается туловища и рук, лучше это делать с резиной, просто надо натянуть резину и делать имитацию толчковых движений палками, тоже редко, но очень сильно. Время тоже 40 минут, постепенно увеличиваем нагрузку: 2 раза в неделю, потом 3 раза и 4 раза в неделю. Сначала ноги потренировать, потом руки, чтобы одно другому не мешало. Либо через день это делать. Можно предположить, что если все нормально будет идти, то через 4-5 месяцев я должен постепенно выйти на уровень МС.
Вариант тренировки на сгибатели и разгибатели рук и соответственно на грудные и широчайшие: отжимания от пола 10 раз, затем сразу же подтягивания с облегченной нагрузкой на 10 раз и так повторить 10 сетов. Такие тренировки возможно в день доводить до 2-3. Таким же образом возможно тренировать мышцы пресса и разгибатели спины.
Лучше делать много коротких тренировок, чем одну (2-3 часовую) длинную.
Аэробные тренировки обязательно должны предшествовать силовым. Ведь цель силовых упражнений — создать условия для гипертрофии, для создания новых миофибрилл. А это выделение гормонов, которые стимулируют ДНК внутри мышцы, что создает в конечном итоге предструктуру миофибрилл. Если после этого сделать интенсивную аэробную работу, то потребуется энергия, которая может черпаться как из гликогена, так и из этих предструктур, которые начнут разрушаться. Поэтому лучше сначала сделать аэробную работу, например, утром, а потом вечером — силовую, чтобы ночь оставить для необходимого синтеза вышеназванных структур.
Рост митохондрий окислительных мышечных волокон – бег на уровне анаэробного порога, продолжительностью от 2 и до 30 минут, отдых между сетами 2 минуты, частота выполнения тренировок до 40 подходов — чем больше, тем лучше, количество дней в неделю – семь.
- Креатин дозы от 5 до 15 грамм в день, равными дозами до тренировки, после тренировки и на ночь.
- Аргинин, лизин, триптофан и глютамин по 5 грамм в день на ночь.
- Антиоксиданты – препятствуют окислению и разрушению митохондрий, прием перед тренировкой.
Источник