Скелетний м’яз та фізичне навантаження

 

Не всі м'язові волокна є однаковими. Окремий скелетний м'яз включає два основних типи волокон: повільноскоротливі (ПС, червоні) та швидкоскоротливі (ШС, білі). Щоб досягти піка напруження при стимулюванні повільноскоротним волокнам потрібно 110 мс, а швидкоскоротливим — близько 50 мс.

Швидкоскоротливі волокна, у свою чергу, поділяються на швидкоскоротливі волокна типу «а» (ШСа) та швидкоскоротливі волокна типу «б» (ШСб). Повільноскоротні волокна пофарбовані у темний колір; швидкоскоротливі волокна типу «а» непофарбовані, а швидкоскоротливі волокна типу «б» мають сіре забарвлення. Існує і третій тип швидкоскоротних волокон (ШСв).

Різниця між трьома типами швидкоскоротливих волокон ще не до кінця вивчена. Разом з тим вважається, що волокна типу «а» часто використовуються під час м'язової діяльності людини і лише ПС волокна використовуються частіше. Найрідше використовуються ШС волокна типу «в». У середньому м'язи складаються на 50 % з ПС та на 25 % з ШС волокон типу «а». Решту 25 % складають головним чином ШС волокна типу «б», тоді як ШС волокна типу «в» становлять усього 1-3 %. Але ще дуже мало вивчений. Кількість цих типів волокон у різних м'язах значно коливається.

Характеристика ПС та ШС волокон.

Назва ПС та ШС волокон обумовлена відмінностями у швидкості їх дії, що здійснюється різними формами міозин-АТФази. Міозин-АТФаза — це фермент, що розщеплює АТФ для утворення енергії, необхідної для виконання скорочення або забезпечення розслаблення. ПС волокна мають повільну форму АТФази, ШС — швидку. У відповідь на нервову стимуляцію АТФ швидше розщеплюється у ШС, ніж у ПС волокнах. Внаслідок цього перші швидше отримують енергію для виконання скорочення, ніж другі.

Саркоплазматичний ретикулум. Для ШС волокон характерним є більш високо розвинутий СР. Тому ШС волокна здатні доставляти кальцій у м'язові клітини при їх активації. Вважають, що саме ця здатність обумовлює більш високу швидкість дії ШС волокон.

Рухова одиниця — це окремий мотонейрон та м'язові волокна, котрі вона іннервує. Таким чином, нейрон визначає, якими є волокна — повільно- чи швидкоскоротливими. Мотонейрон у ПС руховій одиниці має невелике клітинне тіло й іннервує групу з 10-180 м'язових волокон. У мотонейрона у ШС руховій одиниці велике клітинне тіло і більше аксонів, і він іннервує від 300 до 800 м'язових волокон.

Звідси випливає, що кожний ПС мотонейрон здатний активувати значно меншу кількість м'язових волокон, на противагу ШС мотонейрону. При цьому слід відмітити, що сила, котру продукують окремі ПС та ШС волокна, за величиною різниться незначно.

Відмінність у величині продукованої сили між повільно- та швидко-скоротливими руховими одиницями обумовлена кількістю м'язових волокон у руховій одиниці, а не величиною сили, продукованої кожним волокном.

Розподіл типів волокон. Як уже відмічалося, вміст ПС та ШС волокон в усіх м'язах тіла неоднаковий. Звичайно, у м'язах рук і ніг людини подібний склад волокон. Дослідження показують, що у людей з переважанням ПС волокон у м’язах ніг, звичайно, більша кількість цих самих волокон і у м'язах рук. Це саме стосується і ШС волокон. Разом із тим існує ряд винятків. Наприклад, камбалоподібний м'яз, що знаходиться глибше литкового, в усіх людей майже повністю складається з ПС волокон.

Тип волокна і фізичне навантаження.

ПС волокна. Повільноскоротним м'язовим волокнам притаманний високий рівень аеробної витривалості. ПС волокна є дуже ефективними з огляду на виробництво АТФ на основі окиснення вуглеводів та жирів.

У процесі окиснення ПС волокна продовжують синтезувати АТФ, що дає можливість волокнам залишатися активними. Здатність підтримувати м'язову активність протягом тривалого періоду називається м'язовою витривалістю, отже ПС волокна мають високу аеробну витривалість. Завдяки цьому вони більш пристосовані до виконання тривалої роботи невисокої інтенсивності, наприклад марафонського бігу.

ШС волокна. Швидкоскоротливіі м'язові волокна, навпаки, характеризуються відносно низькою аеробною витривалістю. Вони більш пристосовані до анаеробної діяльності (без кисню), ніж ПС волокна. Це означає, що їх АТФ утворюється не шляхом окиснення, а завдяки анаеробним реакціям.

ШСа рухові одиниці продукують значно більшу силу, ніж ПС рухові одиниці, однак вони легко стомлюються через обмежену витривалість. Таким чином, ШСа волокна використовуються в основному при виконанні короткочасної роботи високої інтенсивності, що потребує прояву витривалості, наприклад бігу на 1500 м або плавання на 400 м.

Хоча значущість ШСб волокон ще не повністю визначена, вочевидь, що вони не так легко збуджуються нервовою системою. З огляду на це, вони дуже рідко використовуються під час звичайної діяльності низької інтенсивності. Головним чином вони використовуються під час „вибухових” видів діяльності, таких як біг на 100 м або плавання 50 м.

Визначення типу волокна. Характеристики м’язових волокон, тобто здатність повільно або швидко скорочуватися, визначається у ранньому віці, вірогідно у перші 5 років життя. Дослідження однояйцевих близнят показали, що склад м’язових волокон визначений генетично і незначно змінюється від дитячого до середнього віку.

Залучення м’язових волокон. Коли мотонейрон активує м'язове волокно, для виникнення реакції необхідна мінімальна величина стимулювання, що називається порогом. Якщо величина стимуляції нижча за цей поріг, то м'язового скорочення не відбувається. Якщо ж вона відповідає або перевищує поріг, то м'язове волокно максимально скорочується. Ця реакція реалізується за типом «все або нічого». Оскільки всі м'язові волокна окремої рухової одиниці піддаються однаковій нервовій стимуляції, всі вони характеризуються максимальним скороченням у випадку перевищення порогу стимуляції. Таким чином, руховій одиниці притаманна реакція типу «все або нічого».

Величина сили має пряму залежність від кількості м'язових волокон, котрі активуються. Коли необхідна невелика сила, тоді стимулюється лише кілька волокон. Згадаймо, що ШС рухові одиниці містять більше м'язових волокон, ніж ПС. Дія скелетного м'яза включає вибіркове залучення ПС або ШС м'язових волокон залежно від потреб тієї діяльності, котрою передбачається зайнятися. Під час навантаження невеликої інтенсивності, наприклад при ходьбі, м'язову силу продукують в основному ПС волокна. При вищій інтенсивності навантаження, наприклад бігу підтюпцем, у продукування сили включаються ШС волокна типу «а». Насамкінець, при виконанні роботи, що потребує максимальної сили, наприклад бігу на спринтерські дистанції, активуються волокна типу ШСб.

Разом з тим навіть під час максимальних зусиль нервова система не залучає до роботи 100 % м'язових волокон. Незважаючи на бажання докласти більшу за величиною силу, активується лише їх частина. Це запобігає ушкодженню м’язів та сухожилків. Якщо вдалося скоротити всі м'язові волокна одночасно, вироблена сила, вірогідно, розірвала б м'яз або його сухожилок.

Під час тривалого (протягом кількох годин) навантаження спортсмен повинен працювати у субмаксимальному темпі. Напруження м'язів при цьому відносно невелике й нервова система залучає до роботи саме ті м'язові волокна, котрі найбільш придатні для діяльності, що потребує витривалості: ПС та деякі ШС волокна типу «а». У процесі навантаження у цих волокнах вичерпуються запас основного «пального» (глікогену) і нервовій системі доводиться залучати більше ШСа волокон для підтримання м'язового напруження. Насамкінець, коли запаси «пального» у ПС та ШСа волокнах повністю вичерпаються, у роботу включаються ШСб волокна, забезпечуючи продовження вправи.

Це пояснює, чому стомленість під час марафону настає неначе поетапно. Або чому потрібне значне свідоме зусилля для підтримання певного темпу на фініші. Результатом свідомого зусилля є активація м'язових волокон, котрі важче залучаються до роботи.