Выносливость через призму мышечных волокон

В этой статье рассматривается базовый уровень физиологии, который позволяет — или ограничивает — способность атлета бежать далеко и быстро. Это важно для понимания того, как соотносятся выносливость и скорость бегуна. И если цель — пересечь финишную черту как можно быстрее, то нужно развивать не только выносливость, чтобы преодолеть всю дистанцию, но и способность преодолеть ее в целевом темпе.

Разработка тренировочного плана часто исходила из крайних пределов спорта. Если план «просто финишировать», то есть создать некую базовую физическую тренированность, необходимой для прохождения заданной дистанции гонки, вы получите сильно разбавленный план или вы получаете сильно «разбавленную» версию элитного плана подготовки. Но большинство из бегунов-любителей (как бы нам ни хотелось так думать), не просто медленная версия элиты. В любом случае, шаблонные планы тренировок могут работать на развитие базовой физической подготовки или давать новый стимул для отдельного старта или даже сезона, но в конечном итоге они перестают работать. Независимо от того, где каждый из любителей находится в спектре темпа в настоящее время, атлеты заинтересованные в долгосрочном прогрессе, будут ограничены факторами, которые меняются и развиваются с течением «набеганности» (объема и тренировочных лет). Надо ли говорить, что воздействовать на эти факторы статически, заранее «приготовленные» тренировочные планы не могут.

Традиционная модель тренировок ​​считает, что выносливость и скорость являются конкурирующими качествами, и предполагает, что выносливость развивается с помощью длинного медленного бега, эффект от которого может уменьшаться при слишком большом объеме «быстрого» бега. Однако, накопленные научные данные оспариваю эту точку зрения. Что же говорит современная физиологии выносливости и скорости о возможности тренировки сразу двух качеств, так необходимых атлету?

Базовый процесс, поддерживающий движение

«Двигатель» бегуна состоит из компонентов, которые взаимодействуют на макро- и микроуровне, превращая топливо в энергию, а энергию в продвижение вперед. На уровне органов/систем все начинается с поступления кислорода через легкие в кровь, а затем уже сердечно сосудистая система доставляет кислород и различные виды топлива к мышцам. Сами мышцы состоят из волокон, каждое из которых представляет собой отдельную, полноценную клетку.

Каждое волокно скелетной мышцы:

• Имеет способность перерабатывать топливо (например, жиры и углеводы) в аденозинтрифосфат (АТФ: основная единица клеточной энергии) и
• Содержит аппарат, который использует АТФ для создания механических сокращений, которые и создают физическое движение.

На основании этих характеристик мышечные волокна подразделяются на два типа — быстро сокращающиеся и медленно сокращающиеся, которые различаются по способу выработки энергии и силе сокращения.

Быстро сокращающиеся волокна (Тип II) — это волокна, которые первыми реагируют на ситуацию «бей или беги». Они в большом количестве встречаются в мышцах, например задней поверхности бедра или икроножных, и способны вырабатывать большую силу, но при это довольно быстро устают. Основным ограничивающим фактором высокой выходной мощности быстро сокращающихся волокон является их плохая «топливная» экономичность. Эти волокна — скаковые лошади: они могут работать быстро и мощно, но довольно ограниченное время, и как только гонка заканчивается, им нужно вернуться в конюшню для хорошего отдыха.

На другом конце спектра находятся медленно сокращающиеся волокна (Тип I), которые в наибольшем количестве встречаются в мышцах, которые постоянно работают против силы тяжести, например, в мышцах кора и камбаловидной мышце (глубокая мышца голени). Эти мышцы должны быть постоянно в состоянии «включения», поэтому они должны быть очень устойчивы к усталости. Медленно сокращающиеся волокна обычно не используются для инициирования быстрых движений, требующих большой мощности, поэтому они могут позволить себе быть очень эффективными в отношении использования топлива и энергии. Это настоящие рабочие лошади, которые могут трудиться весь день.

Самое интересное, что у подавляющего количества бегунов большая часть мышечных волокон находится в спектре между быстрыми и медленными, со свойствами, которые зависят от расположения волокна, текущей физической подготовки бегуна и тренировочной нагрузки, и даже от того, как выглядит спортивная история атлета.

Довольно часто бегуны считают, что есть волокна типа I и II, а вот процентное соотношение этих волокон в значительной степени определяется генетически. Мало кто задумывается о том, насколько адаптивны наши мышечные волокна и их функциональность. Все тренировки, нацеленные на мышечные волокна, могут подтолкнуть их развитие в ту или иную сторону, в зависимости от тех целей и задач, которые преследует атлет. Понимая это, можно разрабатывать тренировочный план или тренировочные блоки, которые будут развивать нужные нам волокна, «учить» их эффективно использовать топливо и, в конечном итоге, качественно работать в день гонки.

Как каждый тип волокон функционирует на клеточном уровне и, что еще важнее, как они работают вместе?

Быстро сокращающиеся волокна

Быстро сокращающиеся волокна имеют довольно простую клеточную структуру и созданы для скорейшего превращения топлива в движение.

Они вырабатывают энергию из сахара (гликогена), который может храниться в ограниченном количестве внутри самого волокна или доставляться к нему через кровоток. Гликоген является «быстрым» источником топлива, поскольку его можно очень быстро расщепить на две более мелкие молекулы, высвобождая небольшое количество энергии в виде 2 молекул АТФ вместе с некоторым количеством свободных ионов водорода. Сама реакция не требует присутствия кислорода, а это означает, что при условии достаточных запасов гликогена, быстрые мышечные волокна могут вырабатывать топливо по первому «требованию» атлета, независимо от наличия/отсутствия кислорода. Это идеальный сценарий, если вы планируете анаэробную активность в течение относительно короткого периода времени.

Однако есть два основных ограничения процесса выработки энергии быстрыми волокнами, которые актуальны для спорта на выносливость. Во-первых, запасы гликогена в организме конечны, и как только они истощаются, быстрые волокна не могут эффективно функционировать. Второе ограничение связано с ионами водорода, образующихся в этой реакции, которые создают кислую среду внутри клетки, а мышечное волокно может продолжать функционировать при повышении уровня кислотности, но лишь до определенного момента. К счастью, у организма есть способ нейтрализации. Помните те две более мелкие молекулы, оставшиеся после расщепления гликогена? Они приходят на помощь, связываясь с избытком водорода и образуя новую молекулу — молочную кислоту, — которая очень быстро распадается на лактат и водород, выводясь из клетки в кровоток. Образование и удаление лактата помогает поддерживать благоприятный химический баланс внутри работающих мышечных волокон, а сам лактат в дальнейшем может быть использован в качестве источника топлива для медленно сокращающихся мышц.

Медленно сокращающиеся волокна

Переключаем внимание на медленно сокращающиеся мышечные волокна. Они производят меньше энергии, чем быстро сокращающиеся волокна, но их сокращения могут повторяться очень долго, прежде чем они окончательно устанут. Самое главное, что медленно сокращающиеся волокна содержат митохондрии (электростанции клетки), которые способны превращать различные виды топлива (жир, гликоген и лактат) в АТФ, но в присутствии кислорода. Как и быстро сокращающиеся волокна, медленные волокна могут расщеплять гликоген для получения быстрой энергии, но переработка топлива в митохондриях гораздо более эффективна с точки зрения выхода энергии. После начального этапа расщепления, медленные волокна могут метаболизировать молекулу гликогена в митохондриях, что позволяет выработать 30 дополнительных молекул АТФ. Кроме того, они могут перерабатывать и жиры, а одна молекула жира дает более 100 АТФ. Учитывая, что жировые запасы даже у самых поджарых бегунов намного превышают энергетические потребности для пары ультрамарафонов, это, по сути бездонный источник энергии для бега с низкой интенсивностью.

Ограничением является то, что описанные выше процессы требуют большого количества кислорода и много времени. Расщепление молекулы жира от начала до конца может занять в 100 раз больше времени, чем производство 2 АТФ из глюкозы. Это очень медленный процесс, и он не годится для бега на высоких скоростях. Однако, все эти процессы производства энергии происходят одновременно, и при этом их вклад сбалансирован на основании энергетических потребностей атлета в конкретный момент времени.

Как только потребность в выработке энергии превзойдет способность митохондрий ее поставлять, для усиления скорости выработки АТФ, мышцы будут все больше полагаться на гликоген. Если не брать в расчет возникающую на высоте гипоксию, то главным «переключателем» использования топлива с преимущественно жиров на усиленное использование гликогена, является скорость потребности в энергии, а не доступность кислорода. Это важный момент, потому что, хотя невозможно ускорить митохондрии, чтобы увеличить скорость выработки топлива, можно увеличить общее количество митохондрий в медленных волокнах с помощью тренировок. Однако, большему количеству митохондрий требуется больше кислорода, поэтому количество капилляров, обслуживающих эти волокна, также должно увеличиться. Обе эти адаптации требуют времени и тренировок, но вместе они приводят к гораздо большей энергетической эффективности существующей мышечной массы. Эта адаптация напрямую преобразуется в способность обеспечивать более интенсивный бег, оставаясь при этом очень экономичным, и это означает, что бегун может бежать быстрее и дольше.

Гибридные волокна

Есть еще один ресурс, который также можно развивать, чтобы повысить общую аэробную тренированность. До сих пор речь шла только о мышечных волокнах на дальних концах спектра сокращений — быстрых и медленных. А как насчет всех волокон в середине спектра? У нетренированных людей до 85% мышечных волокон можно классифицировать, как гибридные (также известные как Тип IIa), то есть они обладают как быстрыми, так и медленными сократительными механизмами, а также могут «накапливать» в себе митохондрии. Это делает их очень универсальными и эффективными, но без структуры и дисциплины тренировок гибридные волокна возвращаются в основном к расщеплению гликогена и теряют качества медленных волокон. Нетренированные гибридные волокна по сути работают, как быстро сокращающиеся, и поэтому начинающие бегуны часто говорят, что они чувствуют себя сравнительно лучше на коротких дистанциях, чем на длинных. Но при последовательной стимуляции плотность митохондрий в гибридных волокнах может быть увеличена, а их внутренние механизмы адаптированы для максимизации их аэробной емкости, пока они фактически не станут медленно сокращающимися. Это сулит огромный прирост выносливости, ведь задействовано до 85% общей мышечной массы.

Тренировка энергетической эффективности

Настоящая суперсила медленных волокон, и причина, по которой любой атлет хотели бы иметь как можно больше этих волокон, заключается в увеличении КПД митохондрий и использовании их гибкости в переработке топлива. Именно в них происходит настоящее волшебство. Если вспомнить те две оставшиеся молекулы лактата, которые пришлось выводить из быстрого волокна, чтобы оно могло продолжать функционировать, то они могут быть дополнительно переработаны митохондриями в медленно сокращающемся мышечном волокне. Итог: из каждой молекулы лактата можно «выжать» еще 30 АТФ, так как она восстанавливается до воды и углекислого газа. Это ситуация, когда мусор для одного волокна становится топливом для другого. Вещество, которое быстро становится ограничителем скорости в быстро сокращающейся мышце, становится ценным топливным ресурсом, когда есть достаточная плотность митохондрий, чтобы получить и потребить его. Развитие и улучшение этой способности — это именно тот тип тренировок гибридных волокон, который с лихвой окупается. Точка, в которой общая выработка лактата опережает способность организма управлять ею, известна как порог лактата (LT). Работая чуть выше этой интенсивности, циркулирующий в крови лактат будет продолжать расти, даже если темп остается постоянным. После превышения LT у бегуна есть ограниченный временной интервал выносливости (обычно оцениваемый в час) в этом темпе, пока он не будет вынужден замедлиться или остановиться. Темп и продолжительность времени, которые можно поддерживать, прежде чем атлет пересечет эту черту, определяются рядом факторов:

• Насколько быстро вы можете бежать, продолжая сжигать жиры?
• Насколько эффективно вы можете перенаправлять вырабатываемый лактат в другие работающие мышцы, когда зависимость от запасов гликогена увеличивается?
• Сколько митохондрий нужно для переработки этого лактата?
• Сколько циркулирующего лактата атлет может нести в кровотоке, прежде чем его производительность снизится?

Различные дистанции и требования гонок определят, какой из этих аспектов доминирует, но чем больше бегун улучшает каждый из них, тем быстрее он будет. Таким образом, не стоит фокусироваться лишь на VO2max, потому что есть ряд других важных факторов, которые можно тренировать: общая выносливость (рост количества митохондрий и капилляров) и бег на пороге лактата (улучшение утилизации лактата). Это приводит к нескольким выводам относительно тренировок на выносливость:

• Максимизация количества медленных волокон и аэробной емкости имеет важное значение для эффективного производства энергии независимо от источника топлива;
• Тренировка медленно сокращающихся волокон для эффективного использования жиров и лактата позволяет быстро сокращающимся мышцам работать дольше и интенсивнее;
• Способность поддерживать более высокий темп является результатом баланса между скоростью, за которую отвечают быстрые волокна и той аэробной емкостью, которая обеспечивается медленными волокнами, что позволяет поддерживать стабильную концентрацию лактата в крови, а также управлять его выработкой и утилизацией.