Быстрые и медленные мышечные волокна
Быстрые мышечные волокна (гликолитические) – это быстро сокращающиеся волокна, которые отличаются большой силой, но высокой утомляемостью. Для удобства восприятия сократим их название до официально принятой аббревиатуры — ГМВ.
Медленные мышечные волокна (окислительные) – это волокна медленно сокращающиеся, они, наоборот, отличаются небольшой силой и низкой утомляемостью. Для удобства восприятия сократим их название до официально принятой аббревиатуры — ОМВ.
В нашем организме всё продумано до мелочей, и мышцы здесь не являются исключением. В зависимости от длительности и интенсивности нагрузок задействуются те или иные мышечные волокна, а их соотношение напрямую влияет на наши спортивные достижения. Вот почему приведенная ниже информация необходима для построения программы тренировок каждого спортсмена!
Схожести
И красные волокна, и белые относятся к мышечным тканям и входят в состав одних и тех же мышц. Оба типа волокон – это инструменты для достижения определенных целей. Переключения между медленными и быстрыми механизмами происходят автоматически, по необходимости и совсем незаметно для нас.
Для успешной работы, и красных, и белых волокон необходимо достаточное количество энергии, без ее пополнения мышцы работать не будут. В обоих случаях синтез энергии происходит в митохондриях, которые находятся внутри мышечных клеток. В состав одной такой клетки может входить несколько тысяч митохондрий. Эти синтезаторы энергии выстраиваются в цепочки вдоль тонких нитей – миофибрилл, которые обеспечивают процессы сокращения мышц.
ГМВ vs ОМВ
Скорее всего, вы уже слышали о том, что волокна, из которых состоят наши мышцы, бывают двух типов: быстрые (ГМВ) и медленные (ОМВ). Если говорить точнее, существует также третий, промежуточный тип – переходные волокна.
Тип волокна определяется количеством нервных импульсов, посылающихся к волокну. Чем импульсов больше – тем, соответственно, выше активность адезинтрифосфатазы, а также выше скорость сокращения волокна.
Адезинтрифосфатаза – это особые ферменты класса гидролаз, ускоряющие процесс отщепления H3PO4 от молекул аденозинтрифосфата, в результате которого происходит высвобождение энергии, используемой для сокращения мышц.
ГМВ (белые)
Итак, почему же они «белые»? Всё дело в содержащихся в них капиллярах, которых значительно меньше, чем в ОМВ, отсюда и различия в цвете. По своей структуре ГМВ, как правило, в несколько раз толще, чем ОМВ. Их реакция на поступающие из мозга сигналы мгновенна, а скорость сокращения как минимум в два раза выше, чем у окислительных. Энергию гликолитические волокна получают за счет быстроусвояемых АТФ, креатинфосфатов и гликогена. Необходимо понимать, что эти энергетические источники иссякают всего за 30-60 секунд. В процессе получения энергии быстрыми волокнами не участвует кислород, благодаря чему энергия высвобождается практически мгновенно, однако ее запасы сильно ограничены. Исходя из этого, можно сделать вывод, что белые мышечные волокна подходят для высокоинтенсивных, но непродолжительных нагрузок. Однако их энергии не достаточно для выполнения многочисленных повторов и долгих, монотонных движений.
ОМВ (красные)
Они являются полной противоположностью гликолитическим по своему строению и функциям, и буквально созданы для легких и продолжительных нагрузок. Они способны накапливать, запасать энергию, а затем постепенно ее расходовать, благодаря митохондриям и миоглобину. Так что, если в ваших мышцах преобладают ОМВ — из вас вполне может получиться бегун на длинные дистанции, вам также подойдет аэробный спорт.
К сожалению, ОМВ имеют гораздо меньший потенциал в росте своих объемов и количества, чем гликолитические. Так что увеличение нашей мышечной массы в основном происходит за счет ГМВ.
Соотношение ОМВ и ГМВ в нашем организме предопределено генетикой и изменить его мы не в силах. У абсолютного большинства из нас преобладают окислительные волокна; у каждого четвертого – наоборот, процентное соотношение гликолитических волокон немного выше, чем красных. И лишь у некоторых спортсменов преобладание одних мышечных волокон над другими доходит до 85% – именно они обладают самыми высокими шансами добиться наибольших результатов в спорте.
Мышцы. Общий обзор
1. Что является активной частью опорно-двигательного аппарата?
К активной части опорно-двигательного аппарата относятся мышцы.
2. Вспомните, какие типы мышечной ткани встречаются в организме человека. Какой из них образованы мышцы скелетной мускулатуры?
В организме человека встречается 3 типа мышечной ткани: поперечно-полосатая, сердечная, гладкая. Скелетная мускулатура образована поперечно-полосатой мышечной тканью.
3. Каким образом мышцы крепятся к костям?
Мышцы крепятся к костям с помощью нерастяжимых сухожилий, которые срастаются с надкостницей. Мышцы могут крепиться либо только с одной стороны к кости, а другой к коже или переплетаться с другой мышцей, либо обоими концами крепиться к костям. В таком случае мышцы одним концом крепятся выше, а другим — ниже сустава. При таком креплении сокращение мышц приводит в движение кости в суставах.
4. Объясните механизм сокращения поперечно-полосатых волокон. Почему их так назвали? Как происходит регуляция процессов сокращения и расслабления мышечных волокон?
Каждое мышечное волокно — это многоядерная цилиндрическая клетка. Диаметр этих клеток колеблется от 5 до 100 мкм, длина достигает 10—12 см. Общий план строения мышечной клетки такой же, как и у других животных клеток, только все структуры оказываются смещенными к оболочкам клетки, а в центре находятся многочисленные тонкие сократительные нити — миофибриллы. Миофибриллы образованы двумя видами сократительных белков — актином (более тонкий и светлый) и миозином (более толстый и темный). Эти белки расположены в миофибриллах упорядоченно так, что молекулы миозина заходят в промежутки между молекулами актина. Поэтому в миофибрилле чередуются темные и светлые участки. Отсюда и название скелетных мышц — поперечно-полосатые. В тот момент, когда из нервной системы к мышце приходит по нервному волокну электрический сигнал, на мембране клетки меняется электрический потенциал, что вызывает выход молекул кальция из саркоплазматического ретикулума (депо кальция в мышечной клетке). Молекула кальция взаимодействует с актином, что вызывает смещение отростков актина из блокирующего положения, что дает возможность взаимодействовать молекулам актина с молекулами миозина. Нити миозина заходят глубже в промежутки между молекулами актина — мышца сокращается и утолщается. Движение миозина вызывает активацию АТФ-азы, расположенной на нем, и выделение молекул АТФ, благодаря которым разрывается связь между актином и миозином. Параллельно происходит обратный вход кальция в саркоплазматический ретикулум и мышца расслабляется.
5. Чем различаются красные и белые мышечные волокна?
Они различаются составом и количеством миофибрилл, что и обуславливает особенности их сокращения. Так называемые белые мышечные волокна содержат меньшее количество белка миоглобина, который и обеспечивает цвет, сокращаются быстро, но быстро и устают; красные волокна содержат большое количество миоглобина, сокращаются медленнее, но могут оставаться в сокращенном состоянии долго. В зависимости от функции мышц в них преобладают те или иные типы волокон. Белые волокна играют главную роль при наборе массы у спортсменов-бодибилдеров, а также обеспечивают бегунам и пловцам, выступающим на спринтерских дистанциях, максимальную скорость. Красные волокна прекрасно подходят для осуществления неинтенсивной и продолжительной работы, такой как ходьба и легкий бег, стайерские дистанции в плавании, аэробика и др.
6. Как устроена скелетная мышца? Какие структуры, кроме мышечных волокон она содержит?
Мышечные волокна поперечно-полосатой мышечной ткани собраны в пучки, в состав которых входит по 10-50 волокон. Эти пучки окружены соединительной тканью (фасцией). Мышца сама по себе также окружена фасцией. Масса мышечной ткани в составе скелетной мышцы около 90%. Также в состав мышц входят кровеносные сосуды, несущие питательные вещества к мышечным волокнам и продукты обмена от них, и нервные волокна, по которым из головного мозга приходит сигнал к мышечному сокращению.
7. На какие группы можно разделить скелетные мышцы?
В зависимости от расположения мышцы можно разделить на следующие большие группы: мышцы головы и шеи, мышцы туловища и мышцы конечностей. В свою очередь мышцы головы делятся на жевательные и мимические. К мышцам туловища относятся мышцы грудных стенок, живота и спины.
8. Каковы особенности прикрепления мимических мышц?
Мимические мышцы отличаются от всех скелетных мышц тем, что одним концом они прикреплены к костям черепа, а другим — к коже. Поэтому при их сокращении изменяется форма и глубина кожных складок. Мимические мышцы в основном располагаются вокруг естественных отверстий — ротового, глазных, ушных, носовых и анатомически независимы друг от друга.
У некоторых людей с одной или двух сторон мышца поднимающая угол рта не только прикрепляется к коже одним из своих концов, но и частью волокон между двумя концами. При таком прохождении, когда мышца сокращается она не только поднимает уголок рта, но и тянет за собой участок кожи щеки. Тогда при улыбке у человека появляются «ямочки» на щеках.
9. Почему на плече находятся крупные мышцы, а на предплечье – много мелких мышц?
Мышцы плеча приводят в движение всю руку: сгибание и разгибание, вращение в локтевом суставе. Движения в этом суставе не нуждаются в большой точности, но, так как поднимают массу всей руки, требуют большой силы, поэтому эти мышцы крупные и немногочисленные. Мышцы предплечья отвечают за движения кисти и пальцев рук. Это «мелкие» и точные движения, поэтому и мышцы мелкие, многочисленные, с большим количеством сухожилий.
10. Назовите самую длинную мышцу нашего тела.
Самой длинной является портняжная мышца, находящаяся на бедре. Она была названа так, потому что она «накачивалась» и у портных в ходе их работы за ножной швейной машиной.
11. Охарактеризуйте функции мышц, указанных на рисунке на с. 120 учебника.
Дельтовидная мышца: принимает участие в сгибании и разгибании плеча, отведении руки в сторону.
Двуглавая мышца плеча: сгибает руку в локтевом суставе и поворачивает ладонь к телу (супинация) при согнутой руке.
Трёхглавая мышца плеча: за счет длинной головки происходит движение руки назад и приведение руки к туловищу, вся мышца принимает участие в разгибании предплечья.
Мышцы разгибатели кисти и пальцев: задняя группа мышц предплечья, участвует в разгибании лучезапястного сустава и пальцев (по фалангам).
Мышцы сгибатели кисти и пальцев: мышцы – антагонисты задней группы мышц предплечья. Участвуют в сгибании лучезапястного сустава и пальцев (по фалангам).
Большая грудная мышца: приводит к туловищу плечо и поворачивает руку внутрь, то есть пронирует руку, является вспомогательной мышцей вдоха.
Передняя зубчатая мышца: оттягивает лопатку от позвоночного столба; вместе с ромбовидной мышцей фиксирует лопатку к поверхности грудной клетки. При неподвижном поясе верхней конечности передняя зубчатая мышца также является вспомогательной мышцей вдоха.
Трапециевидная мышца: приближает лопатку к позвоночному столбу, сокращаясь всеми пучками, поднимает лопатку, сокращаясь верхними пучками, и опускает, сокращаясь нижними.
Широчайшая мышца спины: приводит плечо к туловищу и тянет верхнюю конечность назад к срединной линии, вращая её вовнутрь. Если верхняя конечность закреплена, приближает к ней туловище и может расширять грудную клетку, служа вспомогательной дыхательной мышцей.
Мышцы брюшного пресса: участвуют в построении передней брюшной стенки, сгибании туловища, являются дополнительными дыхательными мышцами.
Мышцы разгибатели спины: поддерживают позвоночник в прямом положении.
Большая ягодичная мышца: разгибает согнутое бедро, участвует во вращении бедра кнаружи, отводит бедро.
Двуглавая мышца бедра: сгибает и вращает голень снаружи, разгибает бедро в тазобедренном суставе.
Портняжная мышца: отводит, вращает кнаружи и сгибает бедро; сгибает голень в коленном суставе.
Четырёхглавая мышца: разгибает голень в коленном суставе.
Передняя большеберцовая мышца: участвует в тыльном сгибании стопы.
Икроножная мышца: обеспечивает подошвенное сгибание стопы, помогает сгибать голень в коленном суставе, поднимает пятку при ходьбе.
Тренировка мышечных волокон
Основной целью бодибилдеров является увеличение мышечной массы, которое, в основном, зависит от роста ГМВ.
Гликолитические волокна
Для увеличения их объема используют интенсивные кратковременные нагрузки с применением больших весов (60-80% от повторного максимума) и при постоянном чередовании групп мышц. Увеличивается сечение волокон, а также энергетические запасы в мышцах, благодаря чему происходит гипертрофия мышц.
Длительность выполнения одного подхода – менее минуты. Время отдыха между подходами – 2-4 минуты. Средняя частота тренировок – вполне достаточно трех силовых тренировочных дней в неделю. Упражнения выполняются в среднем темпе, не быстром и не медленном, при полной амплитуде; отдельные фазы выполнения упражнений не выделяются.
Окислительные волокна
Упражнения выполняются с небольшим весом в 30-50% от того веса, с которым вы способны выполнить упражнение лишь с одним повторением. В подходе выполняется в среднем от 15 до 30 повторений. Подходов 5-8, можно больше. Необходимо выполнять упражнения в медленном или среднем темпе, без выделения определенных фаз движения. Амплитуда выполнения упражнений — полная.
Мышечные волокна: как определить свой тип
Обычно у человека примерно 40% медленных и 60% быстрых волокон. Точное их количество задаются генетически. Проанализируйте свое телосложение и восприятие нагрузок. Как правило, люди, от природы «жилистые», невысокого роста, с тонкими костями, которым легко дается ходьба, пробежки, катание на велосипеде и прочие длительные нагрузки, обладают чуть большим процентов медленных и промежуточных волокон.
А те, у кого широкая кость, мышцы легко растут даже от небольших нагрузок, но и жировая прослойка прибавляется буквально от одного взгляда на пирожные или макароны, зачастую являются «носителями» некоторого избытка быстрых волокон. Если же вы знаете человека, который, толком не тренируясь, вдруг поражает всех своей силой — перед вами обладатель большого количества быстрых неокислительных волокон. В сети можно встретить тесты, которые предлагают определить свой преобладающий тип мышечных волокон. Например, сделав упражнение с весом 80% от максимального. Осилили меньше 8 повторов — у вас преобладают быстрые волокна. Больше — медленные.
На самом деле этот тест весьма условен и говорит скорее о тренированности в данном конкретном упражнении.
Волокна на наглядном примере
Для того, чтобы полностью разобраться с тем, что же такое ГМВ и ОМВ и как они выглядят — нет ничего лучше, чем увидеть их своими глазами. И сделать это очень просто. Вы едите курятину? Дело в том, что именно куриное мясо как нельзя лучше отображает расположение гликолитических и окислительных волокон в организме птицы. Наверняка многие из вас замечали, что мясо курицы в районе грудки и крыльев — белое, к тому же оно практически не содержит жира, тогда как мясо куриных окорочков и бедер имеет темно-красный окрас и более высокое содержание жира. Всё дело в том, что курица, как и большинство других домашних птиц, практически всё своё время проводит стоя, а значит, мышцы ее ног подвергаются постоянной статической нагрузке (т.е. задействуются окислительные волокна). В то же время крылья используются крайне редко и лишь для быстрых энергичных взмахов, что характеризует работу гликолитических волокон.
Белые волокна
Такой цвет волокон обусловлен слишком малым количеством в них красящего пигмента − миоглобина и мелких капилляров. По энергетике эти волокна подразделяют на два подтипа: 2А и 2В. Первый подтип 2А получает энергию как в результате анаэробного гликолиза (без кислорода), так и аэробного (с участием кислорода). А вот энергетика подтипа 2В направлена только на анаэробный гликолиз.
Мышцы белого цвета включаются в работу, когда предстоит сделать много и в короткий промежуток времени. Они могут сокращаться с большой скоростью, давая при этом мощь и силу. Белые мышцы незаменимы в спорте, например, когда в доли секунды нужно сделать прорыв, преодолеть себя и установить мировой рекорд.
Но такой скоростной режим продолжительным быть не может, и на это есть ряд причин:
- Энергетические запасы не бесконечны, при интенсивной работе их хватает ненадолго.
- Для восстановления потраченных сил организму необходимо время, минимум 2-5 минут — за это время обычно вырабатывается нужное количество молекул АТФ креатина фосфата.
- При каждом повторении интенсивного сокращения и получения новой порции энергии, в процессе реакций вырабатывается молочная кислота, которая вызывает болевые ощущения и упадок сил.
Оба подтипа: 2А и 2В — гармонично дополняют друг друга. Белые волокна, относящиеся к подтипу 2А, сокращаются быстро и обладают большой силой. 2В – работают еще быстрей, достигая огромной мощности и силы. Источником энергии белых волокон считается гликоген, получаемый при расщеплении глюкозы, и креатин фосфат, который поступает в организм вместе с белковой пищей.
Скорость сокращения мышц
Скорость сокращения мышц – это время ответной реакции мышечной ткани на раздражающий импульс нервной системы.
Скелетные мышцы пронизаны нервными окончаниями. Каждую мышечную нить охватывает, моторная бляшка. Через эти соединения мозг посылает мышцам команды — нервные импульсы. Чем больше импульсов, тем выше скорость сокращения мышечного волокна.
Митохондрии и миофибриллы в мышцах
Рассмотрим строение мышечного волокна. В цитоплазме (саркоплазме) его находится большое количество митохондрий. Они играют роль электростанций, в которых происходит обмен веществ и накапливаются богатые энергией вещества, а также те, которые нужны для обеспечения энергетических потребностей. В составе любой мышечной клетки имеется несколько тысяч митохондрий. Они занимают примерно 30-35 % общей ее массы.
Строение мышечного волокна таково, что цепочка из митохондрий выстраивается вдоль миофибрилл. Это тонкие нити, обеспечивающие сокращение и расслабление наших мышц. Обычно в одной клетке находятся несколько десятков миофибрилл, при этом длина каждой может доходить до нескольких сантиметров. Если сложить массу всех миофибрилл, входящих в состав мышечной клетки, то ее процентное соотношение от общей массы будет около 50 %. Толщина волокна, таким образом, зависит в первую очередь от числа миофибрилл, находящихся в нем, а также от их поперечного строения. В свою очередь, миофибриллы состоят из большого количества крохотных саркомеров.
Поперечно-полосатые волокна свойственны мышечным тканям как женщин, так и мужчин. Однако их строение несколько отличается в зависимости от пола. По результатам биопсии мышечной ткани были сделаны выводы о том, что в мышечных волокнах женщин процент миофибрилл ниже, чем у мужчин. Это относится даже к спортсменкам высокого уровня.
Кстати, сама мышечная масса распределена неодинаково по телу у женщин и мужчин. Подавляющая ее часть у женщин находится в нижней части тела. В верхней же объемы мышц невелики, а сами они мелкие и зачастую вовсе нетренированные.
Особенности красных волокон
Медленные мышечные волокна имеют множество митохондрий. В них осуществляется процесс окисления, который необходим для получения энергии. Красные волокна окружены большой сетью капилляров. Они нужны для доставки большого объема кислорода вместе с кровью.
Медленные мышечные волокна хорошо приспособлены к осуществлению аэробной системы энергообразования. Сравнительно невелика сила их сокращений. Скорость, с которой они потребляют энергию, является достаточной для того, чтобы обходиться только аэробным метаболизмом. Красные волокна прекрасно подходят для осуществления неинтенсивной и продолжительной работы, такой как ходьба и легкий бег, стайерские дистанции в плавании, аэробика и др.
Сокращение мышечного волокна обеспечивает выполнение движений, которые не требуют больших усилий. Благодаря ему также поддерживается поза. Эти поперечно-полосатые волокна свойственны мышечным тканям, которые включаются в работу при нагрузках, находящихся в пределах от 20 до 25 % от максимума возможной силы. Они характеризуются отличной выносливостью. Однако красные волокна не работают при осуществлении спринтерских дистанций, подъеме тяжелого веса и др., поскольку эти типы нагрузок предполагают довольно быстрый расход и получение энергии. Для этого предназначены белые волокна, о которых мы сейчас и поговорим.
Быстрые гликолитические волокна мышечной ткани
Первый тип – быстрые гликолитические волокна. Процесс гликолиза используется ими для получения энергии. Другими словами, они способны применять только анаэробную систему энергообразования, способствующую образованию молочной кислоты (лактата). Соответственно, данные волокна не производят энергию с участием кислорода, то есть аэробным путем. Быстрые гликолитические волокна характеризуются максимальной скоростью сокращений и силой. Они играют главную роль при наборе массы у спортсменов-бодибилдеров, а также обеспечивают бегунам и пловцам, выступающим на спринтерских дистанциях, максимальную скорость.
Белые и красные волокна — основное
Несмотря на то, что эти два типа волокон являются диаметрально противоположными, они всегда работают в связке, подменяя друг друга.
Например, Вы тренируетесь в зале и начали поднимать тяжелую штангу (не важно, каким образом), которую на своих тренировках больше, чем 2-3 раза за один подход (сет) Вы поднять не можете. В таком случае удар принимают на себя белые волокна, отвечающие за физическую работу во взрывном стиле. То есть, Вы можете поднимать тяжелый вес, но не долго.
Второй пример: Вы значительно сбросили вес со штанги и снова принялись ее поднимать. Теперь Вы чувствуете, что готовы выполнить до 20 повторений, и, как вам кажется, сможете сделать еще больше. В этом случае работают красные мышечные волокна, позволяющие телу выполнять длительную работу. Ведь сделать 3 повторения и 20 – это большая разница во времени.
Третий пример. Вы навесили на штангу примерно три четверти от веса, который сможете поднять за один раз (не больше) – это 75%. В выполняемом упражнении Вы можете сделать 10-12 повторений. Скажу, что в первых подъемах веса активно работают белые волокна, под конец упражнения белые значительно ослабевают (мы чувствуем усталость, но можем продолжить работу), а красные только начинают свою работу. Это то, о чем я говорил – они подменяют друг друга.
Ниже я подробней опишу, почему дела обстоят именно так.
Если этим двум типам дать конкретные характеристики, то белые – это сила, красные – это выносливость.
Если Вы думаете, как и я в свое время, что существует всего два типа волокон, то Вы заблуждаетесь. Есть еще промежуточный тип, вмещающий в себе характеристики двух других типов. Он одновременно может быть и сильным, и выносливым.
Кстати, а Вы знали, что количество тех или иных волокон не постоянно в нашем теле? Доношу до Вашего сведения, друзья, что определенный тип тренировок (если Вы будете систематично тренироваться продолжительное время) может менять соотношение волокон: сегодня преобладают красные, а через полгода – белые. Это значит, что Вы были выносливыми, но, потренировавшись полгода, стали сильными.
Особенности белых волокон
Белые волокна характеризуются большим диаметром относительно красных. Кроме того, в них содержится намного больше гликогена и миофибрилл, однако митохондрий в них меньше. Клетка мышечного волокна этого типа имеет в своем составе и креатинфосфат (КФ). Он требуется на начальном этапе осуществления высокоинтенсивной работы.
Больше всего белые волокна приспособлены для совершения мощных, быстрых, но кратковременных усилий, поскольку у них низкая выносливость. Быстрые волокна, по сравнению с медленными, способны сокращаться в 2 раза быстрее, а также развивать силу, в 10 раз большую. Максимальную скорость и силу человек развивает именно благодаря им. Если работа требует 25-30 % максимального усилия и выше, это значит, что участие в ней принимают именно белые волокна. Их делят по способу получения энергии на следующие 2 типа.
