Адаптация скелетных мышц человека к физическим нагрузкам
Даны определения адаптации, стресса (общего адаптационного синдрома) и суперкомпенсации. Рассмотрены виды адаптации (срочная и долговременная) и условия адаптации скелетных мышц человека к физическим нагрузкам.
Адаптация скелетных мышц человека к физическим нагрузкам
Организм человека устроен таким образом, что, попадая в новые для него условия, он может к ним приспособиться. Такое свойство организма человека получило название адаптация.
Понятия адаптации и стресса
Адаптация как общее универсальное свойство живого обеспечивает жизнеспособность организма в изменяющихся условиях и представляет собой процесс адекватного приспособления его функциональных и структурных элементов к окружающей среде. При этом основная задача адаптации состоит в поддержании постоянства внутренней среды организма – гомеостаза[1]. Термин «адаптация» тесно связан с понятием «стресс».
Стресс – неспецифическая (общая) реакция организма на воздействие, нарушающее его гомеостаз.
Г. Селье установил, что на разные по качеству, но сильные раздражители (стресс) организм для выравнивания гомеостаза всегда отвечает однотипными реакциями, которые были названы им общим адаптационным синдромом.
Спортивную тренировку можно рассматривать как адаптацию организма спортсмена к нагрузкам определенной направленности. При этом под воздействием систематических тренировочных нагрузок внутренняя среда организма человека претерпевает значительные изменения. После прекращения нагрузки в организме начинаются процессы, направленные на восстановление исходного состояния.
Виды адаптации
Различают срочную и долговременную адаптацию организма спортсмена к тренировочным воздействиям. Так как основным объектом этой статьи являются скелетные мышцы, вопросы адаптации будут рассматриваться в этом ракурсе.
Срочная адаптация – это структурно-функциональная перестройка, происходящая в организме спортсмена непосредственно во время выполнения физических упражнений. Основной целью срочной адаптации является создание оптимальных условий для функционирования мышц, прежде всего, за счет увеличения их энергоснабжения. В связи с этим, значительно ускоряются реакции катаболизма[2] при одновременном снижении скорости анаболических[3] процессов (в основном, синтеза белков), так как в ходе катаболических реакций выделяется энергия.
Долговременная адаптация – структурно-функциональная перестройка, происходящая в организме в ответ на длительное или многократное воздействие физической нагрузки. Долговременная адаптация протекает в организме спортсмена в промежутках между тренировками.
Условия адаптации
Первым условием является многократное (повторное) применение физических нагрузок. Однократная физическая нагрузка не вызывает стойких адаптационных перестроек в организме. Если же физические нагрузки повторяются, в организме создается необходимый метаболический фон, который обеспечивает постепенность формирования морфологических, биохимических и функциональных изменений. При повторяющихся тренировочных нагрузках благодаря активации генетического аппарата мышечных волокон в мышцах увеличивается содержание структурных и сократительных белков, вследствие чего мышцы становятся более резистентными к задаваемой нагрузке.
Вторым условием, определяющим процесс адаптации организма к физическим нагрузкам, является их регулярное применение Необходимость регулярно выполнять физические упражнения связана с изменениями метаболизма, которые происходят в организме в процессе физических нагрузок. В зависимости от интенсивности и длительности физической нагрузки, в организме происходят изменения в обмене веществ, которые могут быть ограничены локальными сдвигами в энергетическом обмене или затрагивать метаболизм всего организма. В последнем случае процесс восстановления метаболизма до уровня покоя занимает значительно больше времени и требует большего периода отдыха.
Долговременная адаптация организма к различным факторам внешней среды возможна благодаря явлению суперкомпенсации (сверхвосстановления). В области мышечной деятельности это явление первыми описали Л.И. Ямпольский (1949) и Н.Н. Яковлев (1949,1955). В основе суперкомпенсации лежит взаимодействие между нагрузкой и восстановлением. Это – циклический процесс и его пусковым стимулом является физическая нагрузка. После нагрузки возникает утомление и резкое снижение работоспособности спортсмена, что соответствует первой фазе цикла. Во второй фазе начинается процесс восстановления работоспособности. К концу второй фазы работоспособность спортсменов достигает исходного уровня. В третьей фазе (фазе суперкомпенсации) работоспособность превышает исходный уровень. Последняя, четвертая фаза характеризуется возвращением работоспособности к исходному уровню (рис.1 а).
Очень наглядно эффект суперкомпенсации виден на примере восстановления энергетических запасов мышц. Перед началом тренировки в мышцах находится определенное количество энергетических веществ (например, креатинфосфата, гликогена и др.). В результате тренировки происходит снижение уровня этих веществ в скелетных мышцах. После окончания тренировки, в фазе восстановления уровень энергетических веществ в мышечном волокне превышает исходный, то есть происходит суперкомпенсация.
Долговременная адаптация возможна только в том случае, если достигаемые срочный и отставленный тренировочные эффекты от каждой тренировки будут суммироваться (рис.1 b). Поэтому для получения определенного тренировочного эффекта и последующего повышения физической работоспособности очередную физическую нагрузку следует проводить в период преимущественно суперкомпенсации после предшествующей работы. Слишком частые (рис.1 c) тренировки прерывают стадию восстановления до достижения эффекта суперкомпенсации. Вследствие этого возможно постепенное развитие процесса недовосстановления работоспособности и преждевременное наступление утомления, что негативно сказывается на результатах. Слишком редкие тренировки (рис.1 d) в фазе сниженной суперкомпенсации не позволяют закрепить тренировочный эффект, так как каждая последующая тренировка проводится после возвращения функциональных возможностей организма к исходному уровню.
Однако еще в начале ХХ века М.Е. Маршак (1931) установил, что процессы восстановления после тяжелой мышечной работы в различных вегетативных системах протекают гетерохронно, то есть с разной скоростью. Более того, даже в пределах одной и той же системы для разных показателей ее функции возвращаются к уровню покоя не одновременно. В последующем эти данные были подтверждены для многих физиологических и биохимических показателей.
Следует отметить, что процессы восстановления энергетических веществ в мышцах также протекают с разной скоростью и завершаются в разное время. Вначале из скелетных мышц и крови удаляется молочная кислота, которая окисляется до СО2 или включается в синтез гликогена, затем происходит ресинтез креатинфосфата, гликогена и жиров.
Существует правило Энгельгардта, согласно которому интенсивность протекания восстановительных процессов и сроки восстановления энергетических запасов организма зависят от интенсивности их расходования во время выполнения упражнения. Следовательно, чем больше расход энергетических запасов мышц при работе, тем интенсивнее идет их восстановление и тем значительнее превышение исходного уровня в фазе суперкомпенсации. Однако это правило применимо лишь в ограниченных пределах. На основании эмпирических исследований установлено, что во взаимоотношениях тренировочных раздражителей и адаптационных реакций лежат следующие закономерности (Ю. Хартманн, Х. Тюнеманн, 1988):
- подпороговые раздражители (30% нагрузки от максимально возможной) не вызывают никаких адаптационных сдвигов;
- слишком высокие раздражители (большой объем и интенсивность нагрузки) вызывают спад результатов;
- оптимальные нагрузки приводят к оптимальным результатам.
В процессы адаптации, возникающие при интенсивных физических нагрузках, вовлекаются все системы, обеспечивающие функционирование мышц. Наряду с увеличением синтеза сократительных белков мышц возрастает интенсивность функционирования систем, обеспечивающих их катаболизм.
В экспериментах на животных, проведенных П.З. Гудзем (1963), в которых животные вначале подвергались различным по длительности и интенсивности физическим нагрузкам, а затем помещались в тесные клетки, было установлено следующее. Если животные получали умеренные динамические нагрузки или повышенные статические, а затем были переведены в режим гиподинамии, длительное пребывание в тесных клетках не вызвало существенных деструктивных изменений в скелетных мышцах. Однако у животных, которые до этого получали повышенные физические нагрузки, через четыре недели пребывания в тесных клетках были обнаружены дистрофические и деструктивные изменения гипертрофированных мышечных волокон. Из этого можно сделать вывод, что адаптированные к высоким физическим нагрузкам системы, отвечающие за катаболизм белка, после резкого снижения физических нагрузок продолжают функционировать некоторое время с максимальной мощностью, что приводит к резкой дистрофии и деструктивным изменениям в мышечных волокнах.
Третьим условием достижения прочных адаптационных сдвигов является постепенное увеличение физических нагрузок как по объему, так и по интенсивности. Если это условие не будет соблюдено, то по мере адаптации организма к тренировочным нагрузкам будет постепенно снижаться величина энерготрат и изменения метаболизма будут менее выраженными (М.И. Калинский, В.А. Рогозкин, 1989).
С биохимической точки зрения можно выделить несколько факторов, изменения которых существенно влияют на обмен веществ тренированного с помощью физических нагрузок организма. Во-первых, в скелетных мышцах и других органах и тканях повышаются запасы энергетических ресурсов (креатинфосфата и гликогена). Во-вторых, расширяются потенциальные возможности ферментного аппарата: повышается активность ферментов гликолиза, цикла лимонной кислоты, окисления жирных кислот, систем транспорта ионов. В-третьих, улучшаются механизмы регуляции обмена веществ с участием нервной и эндокринной систем, а также внутриклеточной системы автономного регулирования. Все эти факторы – наличие повышенного количества энергетических ресурсов и увеличенная активность ферментных комплексов, обеспечивающих основные циклы энергетического метаболизма – открывают возможности для более быстрого и более длительного пополнения запасов АТФ в организме.
В отличие от креатинфосфата и гликогена, концентрация АТФ в тканях тренированного организма не возрастает, однако, меняется скорость обмена молекул АТФ, так как повышается каталитическая активность ферментов, участвующих в гидролизе АТФ во время мышечного сокращения и в процессе ресинтеза. Под влиянием физических нагрузок в скелетных мышцах увеличивается концентрация креатинфосфата и повышается активность фермента креатинкиназы, участвующего в ресинтезе АТФ. Это приводит к расширению энергетических ресурсов в мышце и повышению скорости восстановления АТФ из креатинфосфата.
Саркоплазматическая и миофибриллярная гипертрофии скелетных мышц возможны только в том случае, если будут соблюдены описанные выше условия.
- Маршак, М.Е. О восстановительном периоде после мышечной работы / М.Е. Маршак // Физиологический журнал СССР, 1931. – Т.14. – № 2-3. – С. 204.
- Яковлев Н. Н. Очерки по биохимии спорта. М.: Физкультура и спорт, 1955. 264 с.
- Ямпольский, Л.И. Расходование и ресинтез гликогена мышц в зависимости от характера мышечной деятельности / Л.И. Ямпольский: Автореф. дис…канд. биол. наук, 1949. – 20 с.
- Хартманн, Ю. Современная силовая тренировка / Ю. Хартманн, Х. Тюнеманн. – Берлин: Шпортферлаг, 1988. – 335 с.
- Самсонова А. В. Гипертрофия скелетных мышц человека: Учеб. пособие. СПб: Кинетика, 2018. 159 с.
[1] Гомеостаз» – относительное, колеблющееся в строго очерченных границах постоянство внутренней среды – крови, лимфы, тканевой и внеклеточной жидкости и устойчивость основных физиологических функций: артериального давления, ЧСС и др.
[2] Катаболизм – совокупность химических реакций, за счет которых крупные молекулы превращаются в молекулы меньшего размера.
[3] Анаболизм – совокупность химических реакций синтеза.
Источник
Физические упражнения для повышения адаптации
Отсутствие физической активности — фактор риска различных заболеваний: поражение коронарных артерий, сосудов головного мозга, развитие артериальной гипертонии, сахарного диабета с неинсулиновой зависимостью, остеопороза, остеоартроза, ожирения.
По меньшей мере, 40% населения может быть отнесено к разряду малоподвижных, а 80-94% не в состоянии заниматься физическими упражнениями, позволяющими улучшить здоровье. По результатам проведенных исследований можно утверждать, что отрицательное восприятие физических упражнений (неудобство, отсутствие времени, дороговизна оборудования, дискомфорт проведения) затрудняют положительное воздействие врачебных рекомендаций.
Остеопороз становится одной из главных причин переломов у людей старшей возрастной группы.
Польза физических тренировок, механизмы, последствия.
Оздоровительный эффект физических упражнений реализуется главным образом через совершенствование в организме механизмов адаптации, приспособление к постоянно изменяющимся условиям внешней среды.
Адаптационная реакция способствует повышению общих защитных сил, что связано с изменением иммунологического статуса организма.
1. Профилактика остеопороза. Укрепление кости происходит с помощью микроскопических кратковременных деформаций кости, обусловленных нагрузками. Уплотнение возникает только в той части кости, которая испытывает нагрузки. Существуют данные, что кость укрепляется при упражнениях, связанных с нагрузкой весом тела. А упражнения, не сопровождающиеся таковой (например, плаванье или езда на велосипеде), не влияют на прочность нормальной кости.
2. Первичная и вторичная профилактика ишемической болезни сердца. Чем выше аэробная способность, тем больше концентрация липопротеидов высокой и меньше низкой плотности. По результатам многочисленных исследований был сделан вывод, что в результате тренировки на выносливость концентрация холестерина в крови уменьшается на 10 мг/%, триглицеридов на 15,8 мг/% и липопротеидов низкой плотности на 5,1 мг/%, а концентрация липопротеидов высокой плотности повышается на 1,2 мг/%.
Физические упражнения влияют на факторы тромбообразования, и, возможно, на электрическую стабильность сердца.
3. Профилактика и лечение артериальной гипертонии. Упражнения оказывают благоприятный эффект при артериальной гипертонии легкой и средней степени тяжести, причем большее влияние оказывается на систолическое, чем диастолическое давление. Положительным эффектом обладает физическая и психическая релаксация, вызываемая физическими упражнениями. Снижение массы тела усиливает эффект от физических упражнений. По данным эпидемиологических исследований, упражнения на выносливость понижают вероятность развития артериальной гипертонии.
4. Первичная и вторичная профилактика ожирения. У людей, регулярно занимающихся спортом, масса тела относительно ниже, они также менее склонны набирать массу, чем ведущие сидячий образ жизни. Было доказано, что длительные упражнения на выносливость значительно способствуют поддержанию достигнутой массы тела после ее снижения.
5. Профилактика инсулиннезависимого сахарного диабета. Физические тренировки повышают чувствительность к инсулину, толерантность к глюкозе и снижают уровень инсулина в плазме крови. Длительные физические упражнения приводят к потере массы тела и предотвращают развитие ожирения — одного из основных факторов риска развития инсулиннезависимого сахарного диабета.
6. Профилактика метаболического синдрома. Физические тренировки влияют на различные составляющие метаболического синдрома. Главным образом, на ожирение, нарушение обмена глюкозы и жиров, инсулинорезистентность, артериальную гипертензию.
7. Улучшение настроения. По сообщениям ВВС, британские ученые обнаружили механизм положительного влияния физических нагрузок на настроение. Оказалось, что при депрессии у людей наблюдается пониженный уровень биологически активного вещества фенилэтиламина, а тренировки вызывают его повышение. В университете Ноттингем Трент (Nottingham Trent) были обследованы 20 здоровых мужчин, средний возраст которых составил 22 года. Они регулярно выполняли умеренные или интенсивные аэробные и анаэробные нагрузки около 4 часов в неделю. До пробы на бегущей дорожке и после нее определяли содержание в моче фенилацетиловой кислоты — продукта распада фенилэтиламина, вещества, регулирующего физическую силу, настроение и внимание. Уровень фенилацетиловой кислоты повысился у 18 обследованных в среднем на 77%, но у разных людей этот показатель колебался от 14 до 572%. Наибольшее увеличение отмечалось у двух из трех человек, оценивших нагрузку как тяжелую.
Эти данные подтверждают, что физические нагрузки играют значительную роль в лечении и профилактике психических расстройств. Авторы исследования рекомендуют врачам общей практики назначать физические тренировки всем пациентам с депрессиями.
Что можно изменить при помощи этого фактора?
Физические упражнения могут помочь в профилактике:
— коронарных заболеваний (те, кто регулярно испытывают физические нагрузки, в 2 раза меньше подвержены развитию коронарно-артериальных заболеваний);
— остеопороза и переломов (физические упражнения, связанные с переносом грузов, могут снизить риск остеопороза у женщин в период климакса);
— ожирения (регулярные занятия улучшают калорийный баланс);
— инсулиннезависимого сахарного диабета (упражнения улучшают переносимость глюкозы);
— артериальной гипертонии (физические тренировки на 35-52% снижают риск развития гипертонии; кровяное давление благодаря им падает в среднем на 10 мм рт.ст.);
Важное положительное воздействие физических тренировок — улучшение физического состояния. Известно, что физически активные люди имеют более высокий уровень самооценки, возможно, в связи с улучшенной внешностью и представлением о себе.
Многообразные виды физических упражнений приводят к различным эффектам, так как нагрузка на разные органы неодинакова. Некоторые из эффектов достаточно специфичны и развиваются в результате определенного вида активности (например, навыки), а другие могут быть результатом различных упражнений (например, выносливость). К физическим упражнениям, улучшающим выносливость (энергетический метаболизм, система кровообращения), относят ритмичные сокращения больших групп мышц, продолжающиеся непрерывно в течение длительного времени, обычно десятки минут. Типичные примеры — ходьба, бег на лыжах, езда на велосипеде и плаванье.
Для людей пожилого возраста особенно рекомендуется так называемая суставная гимнастика, при которой нагрузка достигается путем неторопливого вращения частей тела по максимальной амплитуде, которая возможна без неприятных ощущений в суставе. На этом, отчасти, построена практика китайских гимнастических комплексов (цигун, тайцзы). В последние десятилетия набирают популярность комплексы физических упражнений из практики хатха-йоги. Асаны (динамические позы) и пранаямы (дыхательные упражнения) позволяют не только совершенствоваться физически, но учат концентрировать внимание, гармонизировать эмоциональные состояния.
1. Поддержание здоровья и функциональной активности. Для большинства здоровых людей максимальное улучшение состояния сердечно-сосудистой системы может быть достигнуто с помощью программы занятий аэробикой по 15-45 минут от 2 до 4 раз в неделю, при этом пульс должен поддерживаться на уровне (220 — возраст) x 70%. Целесообразно направлять пациентов к специалистам по физическим упражнениям. Для начинающих надо рекомендовать больше внимания уделять регулярности занятий, нежели нагрузкам. В качестве первоочередной задачи можно посоветовать регулярно заниматься ходьбой, как минимум, в течение 30 минут хотя бы 3 раза в неделю.
2. Остеопороз. Чем меньше прочность кости, тем меньше должна быть абсолютная нагрузка. Разносторонняя тренировка на выносливость, аэробика и ходьба — эффективные виды физической активности. Для профилактики падений рекомендуются занятия, которые способствуют сохранению адекватного мышечного контроля, равновесия и ловкости. Это прогулки по пересеченной местности, гимнастика, аэробика, танцы, теннис. У пожилых людей положительное влияние оказывают даже прогулки пешком.
3. Первичная и вторичная профилактика болезни сердца. Наиболее эффективным способом достижения результата служат частые физические упражнения средней интенсивности. Это может быть чередование быстрой и обычной ходьбы в течение 30-60 минут почти ежедневно. Пациенты должны быть предупреждены, что необходимо избегать случайных и внезапных физических нагрузок, особенно на холоде, при курении или в состоянии похмелья.
4. Артериальная гипертония. Многим критериям оптимальных упражнений, помогающих в контроле артериального давления, соответствует ходьба пешком или езда на велосипеде.
5. Профилактика ожирения. Наиболее эффективны те виды спорта, которые вовлекают в работу мышцы и связаны с перемещением тела (например, быстрое плаванье, езда на велосипеде).
Для сохранения эффекта физические упражнения должны быть регулярными. Достигнутый эффект можно поддерживать физическими нагрузками, несколько меньшими по сравнению с теми, с помощью которых достигли эффекта, особенно, если интенсивность упражнений остается постоянной.
Благотворные влияния упражнений должны соизмеряться с потенциальными противопоказаниями, к которым относятся:
— острое инфекционное состояние;
— сердечная недостаточность в стадии декомпенсации;
— тромбоз глубоких вен;
— недавно перенесенная эмболия любой локализации;
— расслаивающая аневризма аорты;
— метаболические нарушения в стадии декомпенсации;
— рефрактерная наджелудочковая тахиаритмия и другие некомпенсированные нарушения ритма и проводимости;
— тяжелая дыхательная недостаточность, легочная гипертензия.
Часто задаваемые вопросы.
Не опасен ли секс как физическая активность при сердечно-сосудистых заболеваниях?
Сексуальная активность при сердечно-сосудистых заболеваниях представляет определенный риск. Согласно «Принстонскому консенсусу», больных подразделяют на группы низкого, среднего и высокого риска. Безопасным считают возобновление сексуальной активности в случае низкого риска. К этой группе относятся больные при отсутствии симптоматики (менее 3 факторов риска ИБС), при контролируемой артериальной гипертонии, после успешной коронарной реваскуляризации, не осложненном инфаркте миокарда данностью более 6-8 недель, компенсированном пороке сердца, сердечной недостаточности первого функционального класса. При среднем и высоком риске нужны дополнительные обследования и консультация с кардиологом.
Занятия спортом в выходные дни — могут ли они считаться регулярными?
Физические тренировки должны быть ежедневными или не реже 3-5 раз в неделю. В противном случае вы оказываете положительное влияние лишь на настроение в тот день, когда занимаетесь спортом.
Источник