Біохімічні фактори, які визначають прояв м’язової сили швидкості та витривалості

Найбільш важливими якостями спортсмена є сила, швидкість і витривалість м’язового зусилля, що розвивається. Їх прояв залежить від ряду психологічних, фізіологічних і біохімічних особливостей організму.

Сила характеризується ступенем напруження, яке можуть розвивати м’язи при скороченні.

У процесі індивідуального розвитку людини (через 5-6 місяців після її народження) кількість м’язових волокон сягає свого максимуму і протягом всього наступного життя практично не змінюється. Доросла ж людина в сотні разів сильніша немовляти. Причиною цього є гіпертрофія м’язів.

Гіпертрофія - це пристосувальна реакція м’язових клітин на фізичні навантаження. У процесі адаптації в м’язових волокнах відбувається перебудова: збільшується маса саркоплазми і кількість включень, що входять до неї, зростає число міофібрил, що призводить до збільшення діаметра м’язового волокна і м’яза в цілому. У м’яз проростають нові пучки кров’яних судин, що живлять його, розростаються сполучні тканини, сухожилля. Усе це разом збільшує масу мускулатури.

Пристосувальні перебудови залежать від характеру виконуваної роботи і по-різному впливають на працездатність м’яза. Помірне збільшення обсягу саркоплазми і включень, у тому числі і поживних речовин, позитивно впливає на тривалість роботи м’язових клітин, їх спроможність протистояти втомі, тобто підвищує витривалість. Ріст судинної мережі покращує кровопостачання, що сприяє прискореній доставці кисню і поживних речовин, швидкому виділенню шлаків.

Максимальні значення прояву максимальної сили досягаються при гранично високій концентрації вольового зусилля. При цьому забезпечується оптимальне збудження в моторних центрах і підтримка максимальної частоти імпульсів в рухових нервах, при якій в роботу включається найбільша кількість рухових одиниць. Прояв силових якостей багато в чому залежить від співвідношення швидко- і повільноскорочувальних волокон в складі м’язу, а також від координації рухів (сума зусиль, що розвиваються м’язами-синергістами, протидії м’язів-антагоністів, послідовності тимчасової активації окремих груп м’язів та ін.).

На рівні окремих рухових одиниць вияв силових якостей визначається частотою імпульсів, що досягають синапсичних утворень на зовнішній мембрані м’язового волокна, швидкістю передачі електричного збудження від зовнішньої мембрани до міофібрил, потужністю потоку іонів Са²⁺, що звільняються з внутрішніх цистерн саркоплазматичного ретикулуму у внутрішньоклітинний простір, швидкістю розвитку активації в міофібрилах, загальною кількістю, ферментативними властивостями і особливостями будови скорочувальних білків міофібрил та ін.

Основні біохімічні чинники, які лімітують прояв силових якостей - довжина саркомера або довжина товстих міозинових ниток, тобто ступінь полімеризації міозину, і загальний вміст у м’язі скорочувального білка актину. Зусилля, що розвивається в процесі взаємодії актинових і міозинових ниток в міофібрилах, пропорційне числу утворених поперечних спайок: чим більша площа накладання тонких актинових ниток на товсті міозинові нитки в межах кожного саркомера, тим більше максимальне зусилля, що розвивається м’язом. Максимально можлива площа зіткнення ниток визначається довжиною товстих міозинових ниток або окремого саркомера.

Довжина саркомера, або ступінь полімеризації міозину в товстих нитках міофібрил генетично зумовлений чинник, тому він залишається незмінним в процесі індивідуального розвитку і при тренуванні. Довжина саркомера неоднакова у волокнах різного типу, що ходять до складу різних м’язів. У той же час вміст в м’язах білка актину істотно змінюється в процесі індивідуального розвитку і під впливом тренування. Цей показник відображає виражені відмінності в м’язових волокнах різного типу і в м’язах різного функціонального призначення.

Кількість актину в міофібрилах м’язів знаходиться в лінійній залежності від загальної кількості креатину. Обидва показники - концентрація актину і загальна концентрація креатину в м’язах - можуть бути використані, як контроль за розвитком м’язової сили і для прогнозування рівня спортивних досягнень у швидкісно-силових вправах.

Бистрість (швидкість) характеризується здатністю людини виконувати ті або інші рухові дії в мінімально короткий відрізок часу.

Прояв швидкості пов’язаний з виробленням цілої системи умовних рефлексів, а також із формуванням високої рухливості процесів збудження і гальмування нервової системи, які забезпечують швидку зміну скорочення і розслаблення різних груп м’язів.

Існує фундаментальна залежність між максимальною швидкістю скорочення м’яза, довжиною саркомера і відносною АТФ-азною активністю міозину. Найбільша швидкість скорочення відмічена в літальних м’язах комах і колібрі, в складі яких є самі короткі саркомери, найменша в м’язах-закривачах молюсків, в складі яких є самі довгі саркомери. Максимальна швидкість скорочення різна в м’язових волокнах різного типу: у швидкоскорочувальних білих волокнах вона приблизно в 4 рази вище, ніж в повільноскорочувальних червоних волокнах.

Сумарна АТФ-азна активність вища в швидкоскорочувальних волокнах. Відповідно до цього максимальна потужність скорочення м’язу тісно пов’язана з процентним вмістом в працюючих м’язах окремих типів волокон.

Чим швидше скорочується м’яз, тим менше поперечних містків включається в роботу. Тобто виграш у швидкості супроводжується програшем у силі. Максимальна швидкість скорочення прямо пропорційна відносній АТФ-азній активності. Тому біохімічною основою швидкості (як і сили) є АТФ-азна активність міозину, яка забезпечує швидку і потужну мобілізацію хімічної енергії АТФ у м’язових волокнах із наступним її використанням на скорочення м’яза.

З огляду на те що швидкість завжди проявляється в частій зміні процесів скорочення і розслаблення, після кожного чергового скорочувального акта в періоді м’язового розслаблення, що наступив, необхідно швидке і повне відновлення використаної АТФ, яке переважно забезпечується анаеробним шляхом. Тому швидкість визначається також ступенем розвитку в організмі креатинфосфатного і гліколітичного шляхів ресинтезу АТФ.

Витривалість — це здатність організму здійснювати роботу протягом тривалого часу долаючи втому.

Витривалість багато в чому визначає загальний рівень працездатності спортсмена. Характеризується вона тривалістю роботи на заданому рівні потужності до перших ознак вираженої втоми, яка приводить до зниження працездатність. Визначається витривалість тривалістю роботи, виконаною до відмови.

Витривалість можна характеризувати відношенням величини енергетичних резервів, доступних для використання, до швидкості витрачання енергії при виконанні даного вигляду вправ:

Іншими словами, витривалість визначається часом функціонування із заданою інтенсивністю до повного виснаження енергетичних ресурсів.

Конкретний прояв витривалості завжди носить специфічний характер, який залежить від використання як джерела енергії різних метаболічних процесів.

Відповідно до наявності трьох різних механізмів енергоутворення виділяються три компоненти витривалості – алактатний, гліколітичний і аеробний. Прояв загальної витривалості, який оцінюється за часом роботи до відмови, в цьому випадку може бути представлено як суму різного поєднання параметрів потужності, ємності і ефективності аеробного і анаеробного процесів.

Вплив окремих компонентів в обох проявах витривалості змінюється в залежності від потужності і максимального часу виконання вправи. У помірних вправах, де рівень загальних витрат енергії не перевищує значень максимального підвищення швидкості аеробного утворення енергії, витривалість представлена переважно її аеробний компонентом. З збільшенням потужності вправи вище критичного рівня, відповідної максимальному споживанню кисню, роль аеробного компонента витривалості поступово зменшується і зростає значення анаеробних компонентів. У короткочасних вправах максимальної потужності прояв витривалість носить переважно анаеробний характер з приблизно рівним залученням алактатного і гліколітичного компонентів.

Тренування спрямоване на розвиток витривалості впродовж тривалого періоду, викликає в організмі адаптаційні зміни спрямовані на покращення функціональних можливостей організму, що пов’язані з транспортуванням кисню, гіпертрофією міокарда, щільністю капілярів у м’язах, збільшенням кількості міоглобіну в м’язах, збільшенням кількості мітохондрій та покращення активності окислювальних ферментів мітохондрій, збільшенням запасів енергетичних субстратів (глікоген, тригліцериди).

У кваліфікованих спортсменів, що спеціалізуються у видах спорту на витривалість спостерігається вибіркова гіпертрофія волокон І типу, а також суттєво змінює їх окислювальні властивості.

Також доведено, що під дією тривалих фізичних вправ може відбуватися трансформація типів м’язових волокон. Після тренувань спрямованих на розвиток витривалості спостерігалося часткове перетворення волокон типу ІІ б у підтип ІІ а.

Значно збільшується діаметр м’язових волокон І типу.