Типы мышечных волокон: зоны мощности и причины утомления

Поделиться ссылкой:  

Прочитать статью в pdf формате

Аннотация

В статье рассматриваются основные типы мышечных волокон, зоны относительной мощности в циклических видах спорта, анаэробные и аэробные механизмы ресинтеза АТФ в мышечных волокнах, причины утомления различных типов мышечных волокон.

Ключевые слова: типы мышечных волокон, зоны мощности, механизмы ресинтеза АТФ, причины утомления.

Введение

Различают четыре типа мышечных волокон [1-2, 4-8, 10]:

1. тип IIb – белые, сильные, быстросокращающиеся, анаэробные, креатинфосфокиназные (алактатные), быстроутомляемые;
2. тип IIа – «розовые», сильные, быстросокращающиеся, анаэробные, гликолитические (лактатные), быстроутомляемые;
3. тип IIa – «розовые», сильные, быстросокращающиеся, аэробные, окислительные, медленноутомляемые;
4. тип I – красные, слабые, медленно сокращающиеся, аэробные, окислительные, медленноутомляемые.

Фарфель В.С. [9] анализируя рекорды скорости и выносливости выделил четыре зоны относительной мощности в циклических видах спорта: максимальной (10-20 сек), субмаксимальной (20-300 сек), большой (300-1800 сек) и умеренной (более 1800 сек) мощности. Эти четыре зоны относительной мощности определены во время математического анализа мировых рекордов на различных дистанциях [9].

Классификация зон относительной мощности в циклических видах спорта хорошо согласуется с четырьмя типами мышечных волокон [1-10]:

1. зона максимальной мощности – это зона работы IIb типа мышечных волокон, основной субстрат для ресинтеза АТФ – креатинфосфат, время работы от 1 сек до 20-25 секунд, максимально используются на дистанциях 100 м и 200 м, способны поддерживать скорость на этих дистанциях от 9.6 м/с до 10.4 м/с;
2. зона субмаксимальной мощности – это зона работы IIа типа гликолитических мышечных волокон, тестостерон-зависимые, основной субстрат для ресинтеза АТФ – глюкоза, время работы от 10-20 сек до 300 секунд, активно используются на дистанциях 200 м, 400 м, 800 м и 1000 м, способны поддерживать скорость на этих дистанциях от 7.6 м/с до 9.3 м/с;
3. зона большой мощности – это зона работы IIa типа окислительных мышечных волокон, основной субстрат для ресинтеза АТФ – молочная кислота и пировиноградная кислота, время работы от 150 сек до 1800 секунд, активно используются на дистанциях 1500 м, 3000 м, 5000 м и 10000 м, способны поддерживать скорость на этих дистанциях от 6.4 м/с до 7.3 м/с;
4. зона умеренной мощности – это зона работы I типа мышечных волокон, основной субстрат для ресинтеза АТФ – свободные жирные кислоты, время работы от 1800 сек до 7800 секунд и более, максимально используются на дистанциях более 10000 м, включая марафон 42195 м, супермарафон и суточный бег, способны поддерживать скорость на этих дистанциях от 5.7 м/с до 6.0 м/с.

Результаты исследования и их обсуждение

Мышечные волокна IIb типа, гликолитические и окислительные мышечные волокна IIa типа иннервируются толстыми мотонейронами с высоким порогом возбуждения и высокой скоростью проведения потенциала действия.

Быстрая скорость анаэробного ресинтеза АТФ из креатинфосфата и высокая скорость проведения потенциала действия способствуют максимальной скорости сокращения мышечных волокон IIb типа и высокой скорости бега от 9.6 м/с до 10.4 м/с у спринтеров на дистанции на 100 и 200 м [1-10].

Причиной утомления мышечных волокон IIb типа у спринтеров может быть истощение запасов креатинфосфата в мышечных волокнах IIb типа.

Более медленная скорость анаэробного ресинтеза АТФ из глюкозы и высокая скорость проведения потенциала действия способствуют субмаксимальной скорости сокращения гликолитических мышечных волокон IIа типа и менее высокой скорости бега от 7.6 м/с до 9.3 м/с у легкоатлетов на дистанции на 400, 800 и 1000 м [1-10].

Причиной утомления гликолитических мышечных волокон IIа типа у легкоатлетов может быть накопление молочной кислоты: у легкоатлетов на дистанции 400 м образуется много молочной кислоты в мышцах, у легкоатлетов на дистанции 800 м много молочной кислоты и в мышцах и в крови, у легкоатлетов на дистанции 1000 м концентрация молочной кислоты в мышцах и крови может достигать максимальных значений (25 ммоль/л).

Сложность дистанции 400 м: чем выше скорость, тем больше образуется молочной кислоты в гликолитических мышечных волокнах IIа типа, которая не успевает выйти в кровь и блокирует АТФ-азную активность миозина в гликолитических мышечных волокнах IIа типа. Как следствие, замедляется скорость сокращения и падает скорость бега.

Сложность дистанции 800 м: чем выше скорость, тем больше образуется молочной кислоты в гликолитических мышечных волокнах IIа типа, которая быстро выходит в кровь.

Нужно отметить, что в гликолитических мышечных волокнах IIа типа на одну молекулу АТФ образуется одна молекула молочной кислоты в мышцах и одна молекула не метаболического СО2 в крови.

При повышении концентрации молочной кислоты до 22-25 ммоль/л в гликолитических мышечных волокнах IIа типа, величина рН в мышцах снижается до 6.9-7.0, возникает ацидоз. Снижение рН до 6.9-7.0 вызывает уменьшение активности многих ферментов, контролирующих реакцию гликолиза. Ацидоз в мышцах приводит к нарушению работы нейронов, ухудшению нейромышечной передачи, снижению АТФ-азной активности миозина и уменьшению скорости расщепления АТФ в гликолитических мышечных волокнах IIа типа, замедлению скорости сокращения и скорости бега [1-10].

При повышении концентрации молочной кислоты до 22-25 ммоль/л в крови, величина рН крови снижается до 7.0, возникает метаболический ацидоз. Избыток молочной кислоты в крови способствует образованию не метаболического СО2 в крови, стимуляции дыхательного центра и возникновению выраженной одышки у спортсмена [1-10].

Средняя скорость аэробного ресинтеза АТФ из молочной кислоты и пировиноградной кислоты и высокая скорость проведения потенциала действия способствуют средней скорости сокращения окислительных мышечных волокон IIа типа и средней скорости бега от 6.4 м/с до 7.3 м/с у легкоатлетов на дистанциях 1500 м, 3000 м, 5000 м и 10000 м [1-10].

Причиной утомления окислительных мышечных волокон IIа типа у легкоатлетов может быть истощение запасов гликогена и глюкозы в окислительных мышечных волокнах IIа типа у легкоатлетов на дистанции 10000 м.

Мышечные волокна I типа иннервируются тонкими мотонейронами с низким порогом возбудимости и низкой скоростью проведения потенциала действия.

Медленная скорость аэробного ресинтеза АТФ из свободных жирных кислот и низкая скорость проведения потенциала действия способствуют медленной скорости сокращения мышечных волокон I типа и невысокой скорости бега от 5.7 м/с до 6.0 м/с у марафонцев на дистанциях более 10000 м и 42195 м [1-10].

Причиной утомления мышечных волокон I типа у марафонцев может быть снижение активности нейромышечной передачи (снижение синтеза и концентрации ацетилхолина в концевых веточках аксона – пресинаптический нервно-мышечный блок), истощение запасов гликогена в мышцах и печени, снижение концентрации глюкозы в крови для активной работы коры головного мозга [1-10].

Мышечные волокна IIb типа будут преобладать у тяжелоатлетов, гликолитические мышечные волокна IIа типа будут преобладать у бодибилдеров, окислительные мышечные волокна IIа типа будут преобладать у лыжников, биатлонистов и велосипедистов, мышечные волокна I типа будут преобладать у обычных людей.

При ЧСС = 70 ударов в минуту в покое основную физическую работу выполняют мышечные волокна I типа (100%), дыхательный коэффициент равен 0.70.

При повышении ЧСС = 70-100 ударов в минуту к выполнению физической работы мышечными волокнами I типа (80%) присоединяются окислительные мышечные волокна IIа типа (20%), дыхательный коэффициент равен 0.76.

При повышении ЧСС = 100-140 ударов в минуту доля вовлечения окислительных мышечных волокон IIа типа повышается до 40%, дыхательный коэффициент равен 0.80.

При повышении ЧСС = 140-155 ударов в минуту (аэробный порог) выполнение физической работы между мышечными волокнами I типа (50%) и окислительными мышечными волокнами IIа типа (50%) выравнивается, дыхательный коэффициент равен 0.80.

При повышении ЧСС = 155-170 ударов в минуту (анаэробный порог) выполнение физической работы мышечными волокнами I типа снижается до минимума и окислительными мышечными волокнами IIа типа повышается до максимума, дыхательный коэффициент равен 1.0. В этот период увеличивается доля вовлечения гликолитических мышечных волокон IIа типа на фоне исчерпания возможностей утилизации молочной кислоты окислительными мышечными волокнами IIа типа. Как следствие, повышается концентрация молочной кислоты в гликолитических мышечных волокнах IIа типа.

При повышении ЧСС = 170-190 ударов в минуту избыток молочной кислоты, образовавшийся в гликолитических мышечных волокнах IIа типа, не захватывается окислительными мышечными волокнами IIа типа и начинает выходить в кровь, повышается концентрация не метаболического СО2, дыхательный коэффициент повышается 1.17-1.34 [1-10].

Заключение

Таким образом, четыре типа мышечных волокон хорошо описывают четыре зоны относительной мощности в циклических видах спорта, различные варианты утомления и выполнения физической нагрузки.

Список литературы

1. Волков, Н.И. Биохимия мышечной деятельности / Н.И. Волков, Э.Н. Песен, А.А. Осипенко, С.Н. Корсун. – Киев: Олимпийская литература, 2000. – 503 с.
2. Волков, Н.И. Биоэнергетика спорта: монография / Н.И. Волков, В.И. Олейников. – Москва: Советский спорт, 2011. – 160 с.
3. Михайлов С.С. Спортивная биохимия: Учебник для вузов и колледжей физической культуры / С.С. Михайлов. – М.: Советский спорт, 2004. – 220 с
4. Мохан, Р. Биохимия мышечной деятельности физической тренировки / Р. Мохан, М. Глессон, А.Л. Грингафф. – Киев: Олимпийская литература, 2001. – 295 с.
5. Мякинченко, Е.Б. Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта / Е.В. Мякинченко, В.Н. Селуянов. – М.: ТВТ Дивизион, 2009. – 360 с.
6. Николаев, А.А. Развитие выносливости у спортсменов / А.А. Николаев, В.Г. Семёнов. – Москва: Спорт, 2017. – 144 с.
7. Платонов В.Н.. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. Общая теория и ее практические приложения / В.Н. Платонов. – К.: Олимпийская литература, 2004. – 808 с.
8. Уилмор, Дж.Х. Физиология спорта и двигательной активности / Дж.Х. Уилмор, Д.Л. Костилл. – Киев: Олимпийская литература, 1997. – 459 с.
9. Фарфель, В.С. Управление движениями в спорте / В.С. Фарфель. – М.: Физкультура и спорт, 1975. – 208 с.
10. Янсен, П. ЧСС, лактат и тренировки на выносливость: Пер. с англ. / П. Янсен. – Мур.: Тулома, 2006: 160 с.

Тюрюмин Я.Л. Типы мышечных волокон. Зоны мощности и причины утомления // Сборник научно-методических материалов VI Всероссийской научно-практической конференции по лёгкой атлетике с международным участием «Тенденции развития легкоатлетического спорта в России и в мире в современных условиях: проблемы и перспективы» (20-21 декабря 2022 г). – Москва, 2022. – с. 30-35.