Принципы физиологии тренировок и адаптации

Биологический стресс, вызванный физическими упражнениями

• Упражнения и физическая активность являются биологическими стрессорами. Организм реагирует на физические упражнения так же, как и на другие факторы стресса.
• Стресс нарушает гомеостаз, и это приводит к развитию адаптационной реакции.
• Реакция организма на одну тренировку регулируется принципами гомеостаза. Гомеостаз определяется, как способность организма поддерживать стабильную внутреннюю среду для клеток путем тщательного регулирования различных критических переменных, таких как pH, кислотно-щелочной баланс, напряжение кислорода, концентрация глюкозы в крови и температура тела.
• В частности, при физических упражнениях регулярные мышечные сокращения нарушают гомеостаз, что приводит к различным реакциям.
• Тип адаптации зависит от стимула, приведшего к перегрузке.

Стресс

• Стрессор = все, что вызывает стресс или стрессовую реакцию.
• Фазы стресса:
• Острая фаза – гомеостатическая адаптация (реакция тревоги, alarm reaction)
• Хроническая фаза – стрессоры компенсируются адаптацией (стадия сопротивления, resistance).
• Фаза истощения – возникают дезадаптации (состояние истощения, exhaustion)

• Примеры стрессовых факторов для человеческого организма:
• Упражнение/тренировка
• Недостаточк пищи
• Повышенная/пониженная температура (Гипо- или гипертермия)
• Психологические проблемы
• Социальные проблемы

Тренировка, как стрессор

• Острая фаза:
• Острая реакция на тренировку – то, как тело реагирует на одну тренировку.
• Физиологические, метаболические и нервно-мышечные изменения, которые сохраняются на протяжении всей тренировки и пропорциональны увеличению скорости метаболизма.
• Скорость метаболизма = "метаболизм в единицу времени, оцениваемый по потреблению пищи, энергии, выделяемой в виде тепла, или кислорода, используемого в метаболических процессах"
• Потребление кислорода является показателем скорости метаболизма (VO2Max).
• Когда упражнения прекращаются, потребление кислорода снижается и возвращается к исходным показателям через несколько часов после тренировки.
• Скорость метаболизма через несколько часов после тренировки с умеренной интенсивностью такая же, как и состояние метаболизма перед тренировкой.
• Все эти изменения преходящие.
• Хроническая фаза:
• Когда тренировки повторяются регулярно, происходят долгосрочные изменения.
• Развивается адаптация, вызванная тренировками, и именно она связана с улучшением результатов тренировок.
• Например, тренированный человек:
• Имеет повышенную способность противостоять усталости.
• Может генерировать больше мышечной силы
• Имеет более совершенную координацию движений для выполнения конкретных задач.
• Характер тренировочной адаптации зависит от типа упражнения (тренировка на выносливость или силовая тренировка).
• Восстановление
• Восстановление определяется как "набор процессов, приводящих к возобновлению способности спортсмена достигать или превосходить предыдущий уровень производительности".
• Период восстановления определяется как "время, необходимое для того, чтобы различные физиологические параметры, измененные в результате тренировки, вернулись к значениям в состоянии покоя".
• Восстановление должно происходить после каждой тренировки.
• Скорость метаболизма должна вернуться к уровню, который был до начала тренировки в предыдущий раз.
• Временной ход восстановления различается в зависимости от оценки разных показателей (маркёров) восстановления.
• Маркеры выздоровления (и скорость их возврата к норме):
• Частота пульса (в течение минут).
• Концентрация лактата в крови (в течение нескольких минут).
• Частота дыхания (в течение минут).
• Скорость метаболизма (VO2Max) (в течение нескольких часов).
• Если повреждение мышц вызвано физическими упражнениями, возвращение изменений к значениям, существовавшим до тренировки, может занять несколько недель или месяцев.
• Фаза истощения:
• Неадекватное восстановление приводит к дезадаптации.
• Сопутствующие симптомы – это усталость и нарушение функции мышц.
• Повышается риск развития травм и заболеваний.
• Повышается риск развития когнитивных нарушений и нарушений настроения.
• Это состояние больше известно, как перетренированность.
• Необходимо не допускать, а при возникновении, лечить перетренированность у спортсменов, участвующих в соревнованиях, поскольку часто существует дисбаланс между желанием постоянно улучшать результаты во время тренировок и недостаточными периодами восстановления между тренировками.

Принципы биологии

Принцип дозы и ответа

• "Доза тренировки" = стимул, получаемый от тренировки.
• Дозу физической нагрузки можно определить количественно с помощью гаджетов, измеряющих:
• Интенсивность
• Расстояние
• Ударную нагрузку
• Реакция на тренировку = результат, полученный спортсменом от тренировки.

Принцип перегрузки

• Принцип перегрузки гласит, что привычная перегрузка системы заставляет ее реагировать и, в конечном итоге, адаптироваться.
• Принцип перегрузки можно определить количественно по нагрузке (интенсивность и продолжительность), повторению, отдыху и частоте.
• Под нагрузкой понимается интенсивность тренировочного стрессора. Например, в силовых тренировках это может относиться к весу, а в плавании — к скорости. Чем больше нагрузка, тем больше утомление, а значит, времени потребуется восстановление.
• Повторение означает количество раз, когда прикладывается нагрузка.
• Отдых относится к временному интервалу между повторениями.
• Частота означает количество тренировок в неделю.
• Практические способы вызвать перегрузку:
• Увеличение веса
• Увеличение расстояния
• Увеличение интенсивности
• Уменьшение периода отдыха между подходами и/или сессиями.

Принцип перегрузки лежит в основе всех тренировочных программ и помогает спортсменам достичь максимальной производительности.

Биологический сигнал во время тренировки

• В состоянии покоя физиологическая, метаболическая и эндокринная системы организма находятся в состоянии равновесия (гомеостаз).
• Сокращение мышц приводит к нарушению гомеостаза.
• Реакция организма на нарушение гомеостаза призвана удовлетворить потребности в повышенном уровне метаболизма или потребности в производстве мышечной силы и поддержании постоянства внутренней среды организма во время тренировки.
• Примеры временных гомеостатических изменений:
• Изменение притока крови к активным мышцам.
• Учащение пульса.
• Повышенное потребление кислорода.
• Повышенная скорость потоотделения.
• Повышенная температура тела.
• Секреция гормонов стресса, таких как АКТГ (адренокортикотропный гормон), кортизол и катехоламины.
• Усиление гликолиза.
• Измененное рекрутирование мышц (вовлечение мышц в работу).
• Масштаб этих изменений/реакций зависит от взаимодействия таких факторов, как:
• Тип действия мышц
• Продолжительность активности
• Подвергался ли человек воздействию этого стрессора ранее
• Условия окружающей среды также влияют на гомеостатический ответ.
• Примеры условий окружающей среды:
• Температура
• Высота
• Скорость ветра
• Межиндивидуальные различия в реакции на один и тот же тренировочный стимул объясняют, почему некоторые люди адаптируются быстрее, чем другие, при воздействии одного и того же тренировочного стимула. Причины для этого следующие:
• Предтренировочный фенотип.
• Предтренировочная вегетативная функция.
• Время и состав приема пищи также могут модулировать реакцию на тренировки.

Сигнал, связанный с тренировками

• Сигнал, связанный с тренировками, который вызывает адаптацию, зависит от:
• Тип мышечного сокращения.
• Продолжительность упражнения.
• Интенсивность тренировки.
• Частота тренировок.
• Механический сигнал преобразуется в первичные и вторичные "сообщения" для развития адаптации.
• Эти сообщения активируют пути, участвующие в синтезе или распаде белка.
• Это приводит к адаптации, связанной с изменениями производительности.
• На сигнал также может влиять период восстановления между тренировками.
• Например, вызванная тренировкой активация информационной РНК нескольких окислительных ферментов развивается через 24 часа после тренировки.
• Тренировка на выносливость приводит к тому, что мышцы становятся более устойчивыми к усталости.
• Силовые тренировки приводят к тому, что мышцы становятся сильнее, мощнее, а иногда и больше.

Клеточная адаптация, развивающаяся на фоне тренировок

Основными стимулами для адаптации, вызванной тренировками, является комбинация:

• Нагрузки на мышцу
• Метаболического стресса
• Поток кальция

Тренировки для повышения производительности

• Недостаточная и слишком интенсивная тренировка приводит к снижению производительности.
• "Недостаточная" тренировка – отсутствие соответствующей тренировочной адаптации, необходимой для достижения максимальной производительности.
• Слишком тяжелая тренировка – дезадаптация, неспособность адаптироваться, что приводит к симптомам усталости и плохой работоспособности.

• Спектр усталости, вызванной тренировками
• Функциональное перенапряжение "лечится" за несколько дней отдыха.
• Нефункциональное перенапряжение требует более длительного периода отдыха, неизбежен откат по форме (негативная фаза).
• Фаза перетренированности, когда тренировочная нагрузка сохраняется с недостаточным восстановлением.
• Основной симптом
• Снижение производительности
• Другие симптомы:
• Дисфункция нервно-мышечной, эндокринной, метаболической и иммунной систем.
• Неспособность выдержать ту же тренировочную нагрузку, которая была возможна до развития симптомов.
• Способы избежать перетренированности:
• Более систематический подход к тренировкам.
• Обеспечение правильного баланса между тренировочной нагрузкой, отдыхом и восстановлением.
• Важно количественно оценить тренировочную нагрузку и усталость, возникающие в результате каждой тренировки, чтобы манипулировать и управлять соотношением доза/реакция.

Конкретные виды тренировок

Тренировка на выносливость

Тренировка на выносливость повышает устойчивость к утомлению или к последующим тренировкам; происходит адаптация, и за то же время можно выполнить больше работы по сравнению с тем, какой объем работы атлет мог выполнить изначально, или выполнить тот же объем, но с субмаксимальной интенсивностью. Таким образом, для развития утомления во время/после тренировки требуется больше времени.

Адаптации, возникающие после тренировки на выносливость

• Адаптации после тренировки на выносливость включают:
• Повышение VO2max.
• Увеличение объема плазмы.
• Увеличение сердечного выброса.
• Увеличение ударного объема.
• Снижение частоты сердечных сокращений.
• Формирование новых капилляров капилляров и активация мышечных волокон.
• Соотношение капилляров и мышечных волокон увеличивается.
• Увеличение содержания митохондрий через 4 недели – приводит к увеличению окислительной способности мышц.
• Эти изменения теряются, когда регулярные тренировки прекращаются.
• Временная шкала адаптации на фоне тренировок на выносливость:
• Изменения VO2 max, сердечного выброса и ударного объема начинаются в течение 3 недель, но продолжают развиваться линейно в течение как минимум 12 недель.
• Улучшение VO2max можно наблюдать в течение как минимум 12 месяцев, но при недостаточном тренировочном стрессе/нагрузке увеличение VO2max достигнет плато через 3 недели.
• Частота сердечных сокращений в состоянии покоя (ЧСС) снижается через 3 месяца.
• Частота сердечных сокращений (ЧСС) при заданной субмаксимальной интенсивности снижается в течение 3 месяцев.
• При фиксированной субмаксимальной нагрузке восприятие тяжести усилий снижается по мере улучшения тренированности.
• Это может быть следствием:
• Уменьшения нарушений гомеостаза, возникающих при фиксированной субмаксимальной нагрузке после тренировки, по сравнению с базовыми значениями.
• Спортсмен более эффективен и потребляет меньше кислорода при фиксированной субмаксимальной нагрузке.
• Это демонстрируется:
• Более низкой частотой дыхания.
• Более низкой частотой сердечных сокращений.
• Снижением концентрации лактата в крови.
• Больше жира используется в качестве топлива во время субмаксимальных нагрузок.
• Определяется в лаборатории при измерении объема выделяемого углекислого газа и объема потребляемого кислорода - это известно как коэффициент дыхательного обмена (RER).
• RER – близко к 1, когда глюкоза и гликоген являются основными источниками топлива, и снижается до 0,7, когда свободные жирные кислоты являются основным источником топлива во время тренировок.
• У нетренированного человека, тренирующегося с субмаксимальной интенсивностью, RER = около 1, что указывает на то, что в качестве топлива используется в основном глюкоза.
• RER спортсмена на выносливость = 0,8–0,9, что указывает на то, что жирные кислоты и глюкоза окисляются в качестве топлива.
• Скорость использования гликогена снижается во время субмаксимальных нагрузок после тренировки на выносливость. В результате запасы гликогена истощаются дольше. Усталость во время тренировок на выносливость связана с истощением гликогена. Таким образом, если истощение гликогена можно отсрочить, наступление усталости будет отсрочено и произойдет на более позднем этапе.

Силовые тренировки

Польза силового тренинга для здоровья

Лечение и контроль состояний, характеризующихся мышечной слабостью:

• Саркопения.
• Нервно-мышечные нарушения
• Мышечная атрофия

Сила и мощность

Скелетно-мышечная система имеет основополагающее значение в физиологии физических упражнений. Сила мышцы во многом определяется площадью ее поперечного сечения. Поэтому размер имеет решающее значение.

• Механическая работа, выполняемая мышцей, представляет собой величину силы, приложенной мышцей, умноженную на расстояние, на котором действует сила.
• Мышечная сила — это максимальное напряжение или сила, которую мышца или группа мышц могут добровольно приложить при максимальном усилии, когда указаны тип мышечного сокращения, скорость сегмента и угол сустава.
  Мышечная сила = способность мышцы производить силу.
• Мощность мышечного сокращения отличается от мышечной силы, поскольку мощность является мерой общего объема работы, выполняемой мышцей за единицу времени. Обычно он измеряется в килограммах-метрах (кг-м) в минуту.
  Мощность мышцы = способность мышцы выполнять работу за период времени. Это взаимодействие между силой и скоростью сокращения.
• Мышечная выносливость определяется, как способность выполнять повторяющиеся сокращения, преодолевая сопротивление, или поддерживать сокращение в течение определенного периода времени.
• Обычная повседневная деятельность требует минимальной силы, в то время как некоторые виды спорта, например тяжелая атлетика, зависят от высокого уровня мышечной силы. Такие виды спорта, как гимнастика, требуют больше мощности, чем мышечной силы.

Виды силовых тренировок

• Свободные веса.
• Силовые тренировки с использованием тренажеров.
• Резиновые ленты.
• Упражнения с собственным весом.

Адаптация в ответ на стимул с перегрузкой для силовых тренировок

Способы изменения тренировочных стимулов для создания тренировочной перегрузки включают в себя:

• Управление количеством и интенсивностью повторений.
• Управление временем восстановления между повторениями, подходами и сессиями.
• Управление частотой тренировок.
• Изменением используемого веса.
• Управлением количеством подходов в упражнении.
• Тип силовой тренировки.
• Порядок выполнения упражнений.

Результат силовой тренировки зависит от стимула, перегрузки и типа силовой тренировки. Взаимодействие между этими переменными может влиять на:

• Мышечную силу.
• Мышечную выносливость.
• Гипертрофию мышц.
• Мышечную мощность.

На способность мышц генерировать силу влияют несколько факторов. Это:

• Тип мышечных волокон.
• Площадь поперечного сечения мышцы.
• Мышечная архитектура.
• Нейронные связи.
  Первоначально увеличение силы является результатом изменений в нервной системе. Например, нетренированный человек заметит почти немедленное увеличение силы при начале программы тренировок с отягощениями, хотя первоначально изменений в размерах мышц нет.
• Признаки увеличения размера мышц или гипертрофии появляются примерно через 4 недели последовательных тренировок.
• После 8–12 недель тренировок с отягощениями наблюдается значительное изменение размера мышц.

Гипертрофия

• Размеры мышц определяются в основном генетикой и секрецией анаболических гормонов. Тренировки могут добавить еще от 30 до 60% к мышечной гипертрофии, в основном за счет увеличения диаметра мышечных волокон, но в небольшой части также за счет увеличения количества волокон (гиперплазия).
• Гипертрофированная мышца характеризуется:
• Увеличением количества миофибрилл.
• Увеличение количества митохондриальных ферментов.
• Увеличением доступного количества АТФ и креатинфосфата.
• Увеличение запасов гликогена и триглицеридов.
• Таким образом, улучшаются параметры, как аэробные, так и анаэробные.
• Дополнительное производство и включение сократительных белков, таких как актин и миозин, в уже существующие миофибриллы увеличит площадь поперечного сечения мышцы.
• Увеличение площади поперечного сечения прямо пропорционально силе, которую может произвести мышца.
• Факторы, влияющие на скорость и размер увеличения мышц после тренировки, включают:
• Возраст.
• Биологический пол.
• Генотип.

Максимальное произвольное сокращение

• Произвольная сила зависит от максимальной активации мышцы-агониста, а также минимальной активации мышцы-антагониста и поддержки со стороны синергических и стабилизирующих мышц.
• Нетренированная мышца не может быть полностью активирована. Это может быть связано с активацией сухожильного органа Гольджи, который подавляет активацию мышц-агонистов.
• После силовой тренировки это торможение исчезает.
• В течение первых 3–4 недель после тренировки с отягощениями наблюдается увеличение максимального произвольного сокращения – в этот период также наблюдается увеличение поверхностной активности мышцы-агониста. Это подтверждает изменение нейронной активности мышц и указывает на то, что после тренировки можно задействовать больше мышечных волокон по сравнению с максимальным сокращением, имевшем место до тренировки.
• Как только возникает гипертрофия, во время субмаксимального сокращения задействуется меньше мышечных волокон.
• Другое свидетельство нейронной адаптации после силовой тренировки проявляется в перекрестном эффекте, когда укрепление одной конечности увеличивает силу другой (контралатеральной) нетренированной конечности.