Физическая подготовка I. Теория
Чтобы программа физической подготовки была не эмпирической, а основанной на биологических данных, необходимо:
- Знать, какие структуры внутри тела человека существуют и для чего (биохимия, физиология) - Знать, какие из них и как мы можем изменять (т.е. методы тренировок) - У нас должно быть средство диагностики/измерения этих структур в теле человека (т.е. контроль)
Ну, а зная физическую форму топовых спортсменов в конкретном виде спорта и форму интересующего нас спортсмена, можно составить программу подготовки и подвести второе к первому. То есть: анализируем спортсмена, сравниваем с образом (образцами), берём самый отстающий элемент и составляем тренировочную программу для подтягивания его до приемлемого уровня. Потому второй элемент и т.д., пока не наберём форму. Вот такой алгоритм.
Слайд из презентации Василия Волкова (аспирант В.Н. Селуянова, заместитель руководителя Центра спортивной медицины и физиологии «Гераклион Мед» и по совместительству condition coach Григория Дрозда):
Далее в этом посте будет одна теория, а в следующем попробуем составить разумную программу тренировок на основе изложенной информации.
Миофибриллы
Мышца состоит из мышечных волокон, число которых задано генетически и тренировке не поддаётся. Функциональным единицами волокон являют миофибриллы, представляющие собой сократимый (под действием АТФ) элемент мышцы. Силовые тренировки направлены как раз на увеличение количества миофибрилл в мышечных волокнах.
Максимальная скорость сокращения отдельной миофибриллы зависит от активности фермента АТФазы, что задаётся генетически и тренировке не поддаётся. Сила сокращения миофибрилл одинакова для всех людей, однако их количество поддаётся изменению: чем больше в мышечном волокне сократительных элементов (миофибрилл), тем большую силу оно может проявить. То есть сила по сути зависит от площади поперечного сечения мышцы/мышечного волокна. При этом удельная сила (сила/на площадь поперечного сечения) одинакова для детей и стариков, для качков и хлюпиков.
Сила и скорость -- это две стороны одной медали (мощности), связанные законом Хилла:
Максимальную силу мышцы могут проявить в уступающем режим (эксцентрическом), чуть меньшую в статическом (изометрическом), ещё меньшую в преодолевающем (концентрическом). Чем быстрее сокращаются мышцы в концентрическом режиме, тем меньшую силу они могут проявить. То есть в концентрическом режиме максимальная мощность постоянна (мышцы потребляют энергию в виде молекул АТФ с постоянной скоростью), но сила и скорость сокращения может обратнопропорциональным образом меняться (N = F*v).
У разных мышечных волокон разная активность АТФазы и, следовательно, разная скорость сокращения. Обычно говорят о медленных (ММВ) и быстрых мышечных волокнах (БМВ), иногда выделяя ещё промежуточные (ПМВ), но на самом деле стоит понимать, что в мышцах целый континуум волокон разной скорости сокращения: от самых быстрых до самых медленных. Поэтому можно при желании выделить ещё несколько промежуточных типов.
В абстрактной мышце примерно поровну ММВ и БМВ, но в зависимости от специализации соотношение меняется. Обычно ММВ преобладают в мышцах, требующих точных или постоянных действий. Например, ММВ больше в мышце предплечий, двигающих пальцами, в мышцах, отвечающих за осанку, в мышцах ног. БМВ больше в крупных и редко используемых мышцах, например, мышцах рук и груди.
Кроме специализации мышц, соотношение ММВ/БМВ в конкретной мышце зависит ещё и от генетики. Разное соотношение подходит для разных видов физической активности: например, у хороших спринтеров передняя поверхность бедра состоит из ПМВ, а задняя из БМВ, у хороших прыгунов передняя поверхность бедра состоит в основном из БМВ и т.д.
Разница в скорости сокращения между самыми быстрыми и самыми медленными волокнами составляет по одним данным 20-40%, по другим чуть ли не в два раза. Правда, реальные спортивные действия редко выполняются на скорости более 50% от максимума, так что не всё так страшно.
Мышечные волокна объединены в группы, иннервируемые одним мотонейроном и аксоном. Такие группы называются двигательные единицы (ДЕ). Все мышечные волокна в ДЕ имеют одну скорость сокращения, поэтому можно говорить о медленных ДЕ (МДЕ) и быстрых ДЕ (БДЕ). В состав МДЕ входят сотни мышечных волокон, в состав БДЕ -- тысячи. Поэтому МДЕ более точные, а если нам требуется подключить БДЕ (то есть проявить большое усилие), точность падает.
Современная наука выделяет следующие факторы роста миофибрилл в мышечных волокнах:
1) Запас аминокислот в клетке2) Повышенная концентрация анаболических гормонов в крови (мышце)3) Повышенная концентрация "свободного" креатина в МВ4) Повышенная концентрация ионов водорода в МВ
Запас аминокислот в клетке -- это строительный материал для создания миофибрилл. Замечу, что аминокислоты должны успеть накопиться в клетке, поэтому, например, пить BCAA до, во время или после тренировки особого смысла нет, т.к. уровень этих трёх аминокислот повысится только в крови. Для роста миофибрилл важнее, сколько белка вы потребили накануне. Кроме того, создание миофибриллы дело небыстрое (на 90% она строится 10-14 дней, сухожильные концы строятся 90 дней), поэтому не менее важно, как вы питаетесь неделю-две после тренировки. Наконец, для строительства белка нужны не три, а все 20 аминокислот. Если хоть одной будет недостаточно, синтез остановится. Вывод? Регулярно пейте протеин.
Гормоны выделяются в результате психофизического стресса и обеспечивают приспособительную реакцию организма в неблагоприятных условиях. Что это значит? Мышцы растут не от "качания" железа, а от регулярного достижения мышечного отказа и попыток пройти за него. Первые подходы делаются для того, чтобы мышцу просто утомить, а вот последний подход (особенно последние повторения в последнем подходе) -- когда сил уже нет, а работать надо -- как раз и приводит к мощному стрессу. В ответ на который организм отвечает выбросом анаболитических гормонов (тестостерон, гормон роста), которые попадают в ядра работающих клеток и запускают там процесс синтеза новых белков, дабы в следующий раз такого стресса не случилось.
Если гормоны запускают синтез белка информационно, то креатин обеспечивает этот процесс энергетически. Чем больше в МВ выделяется свободного креатина, тем интенсивнее будут пластические процессы.
Ионы водорода (побочный продукт анаэробного гликолиза) увеличивают размеры пор мембран клеток, что облегчает доступ гормонов к наследственной информации ДНК. Поэтому, хоть гормоны разносятся кровью по всему организму, наибольший эффект они дают именно в работающих мышцах. Например, если долгое время приседать на одной ноге, то вторая тоже увеличится в объёме, но не так сильно, как первая.
Митохондрии
Второй важной органеллой в клетках мышц является мидихлориана митохондрия, энергетическая станция клетки.
Митохондрии очень интересная штука. Дело в том, что кислород -- это яд. Видели, как железо ржавеет (окисляется)? Вот примерно также кислород действует на живые ткани, поэтому у всех организмов, использующих кислород, есть защитные механизмы от его разрушительного действия. Однако даже они не на 100% спасают (см. окислительный стресс, активные формы кислорода). А 2,4 миллиарда лет назад, когда кислородная революция только началась, у живых организмов не было такой защиты, поэтому повысившая концентрация кислорода привела к массовому вымиранию живых существ.
Кто выжил, сначала научился защищаться от кислорода, а потом и использовать себе на благо (для получения энергии). Первыми научились использовать кислород протеобактерии -- предки митохондрий. И именно в симбиозе с протеобактериями, позволяющими "дышать ядом", возникли эукариоты (т.е. все живые организмы, кроме бактерий и архей) и многоклеточные. До сих пор у полуавтономных митохондрий много черт своих независимых предков. Например, митохондрии обладают собственной ДНК.
Митохондрии "размножаются" в постоянно работающих мышцах/тканях. То есть, если какая-то мышца постоянно работает, там появляются митохондрии, которые позволяют использовать для более эффективного получения энергии кислород.
Звучит просто, но это обманчиво. Например, у многих людей ноги гораздо выносливее рук, потому что они постоянно в работе. Интенсивность подобной работы небольшая, поэтому работают не все мышечные волокна, а, условно, 15%. Именно миофибриллы этих 15% процентов МВ и оплетают митохондрии, делая их неутомляемыми (буквально, в идеальных условиях мышца на кислороде может работать вечно; хорошие примеры -- миокард и дыхательная мускулатура). Такие волокна называются окислительными (ОМВ).
Однако, если такой человек попробует пробежаться трусцой, то надолго его не хватит. Почему? Потому что бег более силовая работа, задействующая, условно, 40% МВ. Из них 15% с митохондриями (окислительные) и 25% без (гликолитические, т.е. работающие на гликогене анаэробно -- ГМВ). Побочным продуктом анаэробного гликолиза является молочная кислота, состоящая из отрицательно заряженной молекулы лактата и положительно заряженного иона водорода. Лактат -- крупная молекула, поэтому в отсутствии соответствующих ферментов не может повредить клетке. А ион водорода -- самый маленький атом, легко проникающий в ткани и вызывающий их химические повреждения. Именно ион водорода ответственен за жжение в мышцах и чувство усталости.
Что нужно делать, чтобы повысить выносливость в беге трусцой? Просто регулярно бегать. Тогда эти 25% МВ постепенно оплетутся митохондриями и также станут неутомляемыми. Но получив выносливость в беге трусцой, мы не станем более выносливыми в спринте. Потому что в спринте работают уже не 40% МВ, а, условно, 80%. Если же мы будем часто (чтобы мышцы больше работали) и недолго (чтобы мышцы сильно не закислялись и митохондрии не убивались ионами водорода) бегать спринты, то мы сможем превратить в ОМВ почти все мышечные волокна ног.
С руками аналогично. Чтобы митохондрии росли в высокопороговых ДЕ рук, нужно постоянно заставлять их работать. Заставить работать их нетрудно -- сделав жим штанги, например. Но как их заставить работать ПОСТОЯННО? От 1-2 двух жимов, ну пусть даже бодибилдерских 5 x 8-12, митохондрии не вырастут. Нужны сотни повторений в день.
Выход из ситуации подсказывает закон "сила-скорость" Хилла. Нам не обязательно сотни раз в день жать 80% ПМ, мы можем взять 30-40% ПМ, но увеличить скорость. В результате упражнение выглядит так: резко выжали штангу, опустили, расслабились, отдохнули (дали возможность снизиться концентрации ионов водорода), опять выжали. 10 раз выжали, отдохнули одну-две минуты и ещё 9 подходов. Так за тренировку можно 100 раз заставить "продышаться" все ДЕ мышц рук, в том числе высокопороговые. Самое главное -- не закисляться, после тренировки должно ощущаться легкое утомление.
Такая тренировка ничему не вредит, поэтому проводить её можно хоть несколько раз в день. Чем чаще она проводится, тем больше мышцы "дышат", тем больше в них образуется митохондрий.
Митохондрии растут довольно быстро (бактерии же), но и быстро умирают. Так на 50% можно повысить количество митохондрии в мышечном волокне уже через неделю тренировок. Ещё на 50% -- через месяц-полтора. Когда митохондрии оплетут все миофибриллы, человек достигнет пика спортивной форме по выносливости. Хотите стать ещё выносливее? Растите силу (т.е. увеличивайте количество миофибрилл), потом тренируйте выносливость (т.е. оплетайте миофибриллы митохондриями).
В связи с вышеизложенным, в разумных тренировочных программах обычно используется циклирование тренировок на силу и выносливость. Это либо сила-выносливость-сила-выносливость. либо сила-сила-сила, а за месяц-полтора-два до соревнования силовые тренировки прекращаются (точнее, переходят в поддерживающий режим) и всё время, выделенное на физическую подготовку, отводится тренировкам выносливости.
Физические качества
Итак, с точки зрения физической подготовки в мышцах у нас есть только миофибриллы и митохондрии (плюс запасы энергетических веществ). Никакой силы, скорости, выносливости и прочих физических качеств там нет.
Что такое сила? Это способность мышц преодолевать внешнее сопротивление. По большому счёту зависит она от двух вещей:
- количество мышечных волокон (задаётся генетически) - количества миофибрилл в МВ (поддаётся тренировке)
Всё. Правда, если говорить о мышце в целом или силе многосуставного движения, то тут ещё играет роль умение рекрутировать высокопороговые ДЕ (нервно-мышечный контроль), техника исполнения и некоторые другие вещи, но это изыски.
Скорость. Скорости как таковой не существует. Это педагогическое обобщение разных явлений. Так скорость сокращения мышечного волокна зависит от активности фермента АТФазы, которая с одной стороны задаётся генетически, с другой зависит от температуры, степени закисления, концентрации адреналина и норадреналина в крови. Также скорость сокращения МВ зависит от внешнего сопротивления.
Скорость многосуставного движения зависит от техники и координации.
Ещё есть такая вещь, как скорость многоповторых сокращений (темп). Темп зависит от скорости расслабления мышц (мощности кальциевых насосов). Расслабление -- это активный процесс, на него организм тратит энергию. Поэтому чем больше у нас энергии (выше выносливость), тем выше темп.
Мощность. Определяется скоростью потребления энергии (АТФ) мышцами. Есть два крайних типа проявления мощности: силовой (большая сила, маленькая скорость) и скоростной (маленькая сила, большая скорость). Плюс промежуточные.
Выносливость. Это способность выполнять упражнение без потери мощности. Зависит от различных механизмов энергообеспечения в мышцах.
- Алактатная мощность определяется запасами АТФ и КрФ в мышечном волокне. - Анаэробная гликолитическая мощность зависит от массы и соотношения ГМВ/ОМВ, а также буферных свойств ГМВ, ОМВ и крови. Например, чем больше в мышце ОМВ, тем лучше она сопротивляется закислению, чем более щелочная кровь, тем лучше организм сопротивляется закислению. - Аэробная гликолитическая мощность зависит от массы митохондрий.
Ловкость. Ловкость не физическое качество, а результат правильной технической подготовки.