Типы мышечных волокон: какие бывают и как влияют на результаты в беге

Вы наверняка замечали, что физическую нагрузку все воспринимают по-разному. Кому-то проще даются силовые упражнения, у кого-то явная склонность к спринту, в то время как другие могут бежать на протяжении нескольких часов, поддерживая довольно высокий темп. Более того, даже среди бегунов на длинные дистанции есть спортсмены, способные на серьёзный финишный спурт, в то время как другим это ускорение не даётся. 

В чём же причина? Дело в том, что мышцы имеют довольно сложное строение: их клетки существенно различаются между собой и в зависимости от своего типа способны выполнять ту или иную физическую работу с разной степенью эффективности. А соотношение этих клеток во многом определяет перспективы в том или ином виде спорта. 

О том, какие бывают типы мышечных волокон, от чего зависит их соотношение, как это влияет на результаты в беге, можно ли изменить их соотношение в процессе тренировок — обо всём этом пойдёт речь в данном материале.

Читайте по теме: «Спортивное сердце»: что это, признаки и как не навредить сердцу бегом

Из чего состоят мышцы

Для начала разберёмся, из чего состоят мышцы и как организована их работа.

Около 40% массы тела человека составляют скелетные мышцы, и порядка 10% приходится на долю гладких мышц и мышцы сердца. Структурной единицей мышечной ткани является мышечное волокно — это мышечная клетка.

Все скелетные мышцы содержат множество волокон диаметром от 10 до 80 мкм (микрометров). В большинстве скелетных мышц каждое волокно вытянуто во всю длину мышцы и обычно иннервируется (связаны с ЦНС) лишь одним нервным окончанием вблизи середины волокна.

Что такое мышечное волокно

Итак, мышечное волокно — это структурная единица мышечной ткани. Наши мышцы состоят из множества волокон.

Волокна имеют разные механические и метаболические свойства и, соответственно, бывают нескольких типов. Соотношение волокон разных типов называется мышечной композицией. Чуть позднее в этой статье мы подробнее поговорим о том, какая мышечная композиция обычно характерна для бегунов.

Типы мышечных волокон

Основные характеристики, по которым различают типы мышечных волокон, это:

• максимальная скорость их сокращения — быстрые и медленные мышечные волокна,
• способ ресинтеза АТФ — окислительные и гликолитические волокна.

Для справки: АТФ или аденозинтрифосфорная кислота — это нуклеозидтрифосфат, который выполняет основную роль в обмене энергии в клетках живых организмов. Это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

Выше мы назвали 2 разные классификации, которые, тем не менее, часто объединяют, что вызывает некоторую путаницу. Поскольку это имеет важное значение с точки зрения тренировочного процесса, рассмотрим эти классификации отдельно.

Быстрые и медленные волокна

Первый вариант классификации разделяет волокна по активности фермента АТФ-аза миозина. Это фермент, который способствует расщеплению АТФ и выработке энергии, используемой для мышечного сокращения. Соответственно, чем его больше и он активнее, тем выше скорость сокращения мышечного волокна.

Согласно этому критерию, можно выделить следующие типы волокон:

• I тип — медленные выносливые волокна. Это медленные, тонкие, слабые, неутомляемые мышечные волокна. Они иннервируются малыми а-мотонейронами спинного мозга и медленно сокращаются. Благодаря низкой скорости сокращения они больше приспособлены к длительным нагрузкам.

• II тип — быстрые невыносливые волокна. Из-за высокой скорости сокращения и быстрой утомляемости эти волокна способны на мощную кратковременную работу. Иннервация осуществляется большими а-мотонейронами спинного мозга. 

Быстрые волокна делятся ещё на 2 типа:

• IIa тип — они иногда называются промежуточными волокнами. Утомляются быстрее, чем волокна I типа, но медленнее, чем IIb типа. Способны к выраженному сокращению, однако их сила оценивается как средняя.

• IIb тип — это полная противоположность медленным волокнам I типа. Крупные, быстрые, сильные, но и легко утомляемые мышечные волокна. Задействуются при кратковременных интенсивных нагрузках, когда нужно развить максимальную силу. 

Ниже приведём ещё некоторые интересные характеристики мышечных волокон в зависимости от их типа по данной классификации.

Скорость сокращения:

• I тип — медленная (частота нервных импульсов до 25 Гц)
• IIa тип — средняя (25-50 Гц)
• IIb тип — высокая (50-100 Гц)

Порог активации:

• I тип — низкий 
• IIa тип — средний
• IIb тип — высокий

Диаметр:

• I тип — 50 мкм 
• IIa тип — 80 мкм 
• IIb тип — 100 мкм

Утомление (при непрерывной нагрузке):

• I тип — снижение силы на 50% через несколько часов
• IIa тип — снижение силы на 50% через 10 минут
• IIb тип — снижение силы на 50% через 1,5 минуты

Запасы гликогена: 

• I тип — низкие 
• IIa тип — большие 
• IIIb тип — большие

Основная функция волокон I типа или медленных волокон — выполнение длительной работы низкой интенсивности. Они активны также при поддержании позы. Поэтому антигравитационные мышцы (поддерживающие тело в вертикальном положении и противодействующие гравитации) в основном состоят из медленных волокон.

Задача мышечных волокон II типа — выполнение быстрых и сильных сокращений.

Можно ли изменить соотношение быстрых и медленных волокон

Соотношение быстрых и медленных волокон заложено генетически, и его нельзя изменить с помощью тренировок. Поэтому с точки зрения тренировочного процесса деление мышечных волокон на медленные и быстрые не особо интересно. Это имеет значение ещё на этапе отбора.

Окислительные и гликолитические волокна

2-я классификация делит волокна по ферменту митохондрий. 

Митохондрии — это органеллы клетки, которые представляют собой своего рода «электростанции», в которых постоянно идут химические реакции расщепления и ресинтеза АТФ. В них высвобождается энергия, которая используется для мышечного сокращения.

Согласно этой классификации, выделяют 2 типа мышечных волокон:

• окислительные волокна — они содержат большое количество крупных митохондрий, в которых активно идут процессы окисления и энергия получается преимущественно окислительным путём, то есть с использованием кислорода.
  
  Данный тип волокон окружает множество капилляров, поэтому они хорошо снабжаются кровью. Окислительные волокна содержат много миоглобина — специфического белка, способного удерживать кислород. За счёт этого он является кислородным «депо» мышечной ткани и переносчиком кислорода.

• гликолитические волокна — они имеют мало митохондрий, значительно толще, хуже кровоснабжаются и имеют меньше гемоглобина. Гликолитические волокна содержат больше миофибрилл (сократительных элементов), чем окислительные, поэтому их способность к сокращению (и, соответственно, сила) выше. Энергообеспечение в них происходит в основном за счёт анаэробного гликолиза, и при их работе образуется много молочной кислоты, вследствие чего наступает закисление и утомление.

Способность мышечных волокон к гликолизу также наследуется и определяется количеством ферментов гликолитического типа. Но вот количество митохондрий достаточно легко изменяется под воздействием тренировок. И с увеличением числа митохондрий мышечное волокно, бывшее гликолитическим, становится окислительным.

Часто эти классификации смешивают и разделяют мышечные волокна на быстрые гликолитические и медленные окислительные. Это неверно, поскольку гликолитические волокна могут быть медленными. В.Н. Селуянов приводит следующий пример:

«Если человек лежит в больнице, например, в предоперационный период, а потом ещё и в послеоперационный период, то после выписки уже буквально не может встать и пойти. 

Первая причина — нарушение координации, а вторая — потеря мышц. И, что самое главное, уходят, прежде всего, митохондрии из медленных мышечных волокон (период их «полураспада» всего 20-24 дня). Если человек пролежал 50 дней, то от митохондрий почти ничего не останется, мышечные волокна превратятся в медленные гликолитические, поскольку медленные или быстрые ≠ наследуется, а митохондрии создаются».

Поэтому с точки зрения тренировок в циклических видах спорта интересно именно соотношение окислительных и гликолитических волокон.

Читайте также: Циклические виды спорта: что это и какие бывают

Как определить мышечную композицию

Методы оценки мышечной композиции бывают прямые и косвенные:

• прямые методы основаны на взятии биопсии: с помощью специальной иглы из мышцы берётся материал и в дальнейшем исследуется. Недостатки такого способа — его болезненность, возможность заражения (как при любом инвазивном методе) и неточность, поскольку мышечные волокна в разных частях мышцы могут быть разных типов.

• косвенные методы. Сейчас предпочтение стараются отдавать непрямым методам определения мышечной композиции. Некоторые из них основаны на определённом мышечной ответе на электрические импульсы, а некоторые — на основе выполнения упражнений.

Метод тензиомиографии предполагает измерение увеличения толщины мышцы во время сокращения за счёт специального датчика. Основной оцениваемый параметр — длительность сокращения. 

Кроме того, есть методы косвенной оценки мышечной композиции на основе выполнения определённых упражнений. Их недостаток заключается в том, что оценка производится локально, а мышечная композиция разных мышц отличается.

Какая мышечная композиция у бегунов

Интересное наблюдение относительно мышц бегунов высказал Селуянов. По его мнению, «идеальный бегун должен быть сильным, и у него не должно быть гликолитических волокон». Чем выше анаэробный порог и чем ближе он к максимальному потреблению кислорода, тем выше будет результат.

Как правило, бегуны на средние и длинные дистанции имеют большую долю медленных мышечных волокон:

• средневики — 50-70%,
• стайеры — 70% и выше.

У стайеров медленными мышцами являются как передние, так и задние мышцы поверхности бедра. У бегунов на 800 м мышцы передней поверхности бедра такие же медленные, а задние — быстрые, как у хороших спринтеров. Поэтому они быстро бегут 100 м с ходу, и именно эти мышечные волокна берегут до самого финиша.

От мышечной композиции зависит и тактика прохождения дистанции. Если у человека 100% окислительных волокон, то он набирает определённый темп и держит его до конца. Именно такое ровное прохождение дистанции наблюдается у сильнейших марафонцев.

Если же есть существенная доля гликолитических волокон, то лучше начинать в оптимальном темпе, держать эту скорость до финиша, а там выдавать, что есть ещё в быстрых волокнах. Но гликолиз работает всего 20 секунд, поэтому начало спурта должно начинаться не более чем за 150 м. Это больше относится к средним, нежели длинным дистанциям.

Пригодится: Стоит ли оставлять силы на финишное ускорение

Бегуны с быстрыми и медленными волокнами: в чём отличия

Как уже было отмечено выше, соотношение быстрых и медленных волокон заложено генетически, и переделать его нельзя.

Поэтому ваша задача — определить, волокон какого типа больше и в соответствии с этим выбирать дисциплину и дистанцию, чтобы использовать свои конкурентные преимущества. 

Ниже выделим следующие черты, характерные для бегунов с преобладанием того или другого типа мышечных волокон.

Бегуны с большой долей медленных мышечных волокон

Характерные особенности:

• ограниченные возможности анаэробной системы для финишного спурта;
  
  
• лучшая адаптация к длинным пробежкам, поскольку он может бежать за счёт окисления жиров с большей скоростью, нежели бегун с преобладанием быстрых волокон, а также использует медленные волокна при большей скорости бега перед тем, как активировать быстрые;

• более заметная стабильность в результатах и способность дольше сохранять спортивную форму;

• необходимость в меньшем количестве соревнований для достижения пика формы;

• лучшее восстановление, если между интервалами применять бег трусцой, поскольку не так зависим от креатинфосфатной и анаэробной систем энергообеспечения;
  
  
• медленные мышечные волокна могут дольше работать при высокой интенсивности, чем быстрые, поэтому общий объём бега у такого бегуна больше. 

Бегуны с преобладанием быстрых мышечных волокон

Характерные особенности:

• высокая анаэробная ёмкость способствует быстрому финишному спурту, однако если по ходу дистанции образовался значительный кислородный долг — финишного спурта не будет;

• восстановление проходит проще, если во время бега не активированы быстрые мышечные волокна;

• использование гликогена при более медленной скорости, чем у бегуна с медленными волокнами, поскольку не так хорошо развита система аэробного жирового энергообеспечения;

• большое количество аэробных интервалов лучше развивает анаэробный порог, чем темповый бег (например, 400-метровые интервалы в режиме бега на 10 000 м с коротким восстановлением);

• активный отдых препятствует восстановлению анаэробной системы;
   
• не всегда стабильные результаты;

• необходимость проявлять большую осторожность при выборе интенсивности аэробного бега во избежание возможного накопления молочной кислоты в мышцах;

• с короткими интервалами справляется лучше, чем с длинными;

• подключает быстрые волокна раньше, чем бегун с преобладанием медленных мышечных волокон, поэтому лактат образуется раньше и в больших количествах, чем у бегуна с преобладанием медленных мышечных волокон, соответственно, закисление и утомление наступает быстрее.

Промежуточные выводы

Обобщая вышесказанное, можно выделить три основных фактора, которые определяют различия между бегунами с медленными и быстрыми мышечными волокнами:

1. Бегуны с быстрыми волокнами имеют более высокую анаэробную ёмкость и низкую аэробную. Это означает, что при низкой интенсивности бега этот бегун будет добавлять к аэробному механизму немного анаэробного.
   
   При любой интенсивности бега такой бегун должен подключать анаэробное энергообразование из-за недостаточно мощной аэробной системы энергообеспечения. Также он, благодаря более развитой анаэробной системе, способен делать более мощные и интенсивные переключения как по ходу дистанции, так и на финише.

2. При заданной интенсивности бегун с быстрыми волокнами активирует больше быстрых волокон, чем бегун с преобладанием медленных волокон. Соответственно, у него будет активнее образовываться лактат, что послужит причиной более быстрого утомления.

3. Бегуны с медленными волокнами более эффективно используют жиры в качестве топлива и имеют большие запасы гликогена, поэтому они могут выдерживать высокий объём длительного бега без значительного истощения запасов гликогена. Это играет роль в выборе интенсивности медленного или восстановительного бега.
   
   Бегуны с быстрыми волокнами потребляют больше углеводов при той же скорости, чем бегуны с медленными, поэтому истощение запасов гликогена у них происходит раньше. Соответственно, скорость восстановительного бега для них должна быть более низкой.

Как тренироваться с учётом типов мышечных волокон, чтобы улучшить показатели

Смысл тренировочного процесса в видах спорта на выносливость — увеличить количество окислительных мышечных волокон. При правильно построенной тренировке количество окислительных волокон у спортсмена может возрастать — в гликолитических мышечных волокнах начинает увеличиваться масса митохондрий, и они постепенно становятся более аэробными и потребляют больше кислорода.

Аэробная тренировка или тренировка выносливости (под которой обычно подразумевается выполнение непрерывной работы низкой или средней интенсивности) вызывает определённые адаптационные изменения со стороны кислород-транспортной системы:

• Во-первых, это увеличение числа капилляров, окружающих мышечные волокна. В результате возрастает число капилляров, приходящихся на одно мышечное волокно. Так, среднее число капилляров на 1 мм² поперечника мышечных волокон у нетренированных людей составляет 325, а у тренированных — 400.
  
  У хорошо тренированных спортсменов мышечное волокно может быть окружено 5-6 капиллярами — у мужчин это число несколько больше, чем у женщин. Что интересно, быстрые и медленные волокна могут иметь общие капилляры, но в среднем плотность капилляров вокруг медленных волокон больше, чем вокруг быстрых (как у спортсменов, так и у нетренированных людей). Плотность капилляров вокруг быстрых окислительных волокон больше, чем вокруг быстрых гликолитических.

• Во-вторых, увеличивается содержание и активность специфических ферментов аэробного (окислительного) метаболизма.

• В-третьих, увеличение содержания миоглобина (максимально в 1,5-2 раза). 

Кроме того, в мышечных волокнах повышается содержание энергетических субстратов — мышечного гликогена и липидов (максимально на 50%).

Результатом этих изменений становится усиление способности мышц окислять углеводы и особенно жиры. Тренированный человек во время аэробной работы получает относительно больше энергии за счёт окисления жиров и меньше за счёт окисления углеводов по сравнению с нетренированным.

Это находит отражение в более низком дыхательном коэффициенте при работе одинаковой интенсивности у тренированных по сравнению с нетренированными. Дыхательный коэффициент представляет собой отношение выдыхаемого углекислого газа к потребляемому кислороду. 

Для углеводов он равен 1, для жиров — 0,7. Таким образом, переход на использование жиров в качестве источника энергии фактически позволяет потреблять меньше кислорода, а также сохранять запасы углеводов. 

Сохранение запасов гликогена очень важно с точки зрения работы на выносливость. При интенсивных аэробных нагрузках именно истощение запасов гликогена становится основной причиной утомления. Адаптационные изменения у тренированных на выносливость людей позволяют экономичнее расходовать мышечный гликоген и, соответственно, повышать продолжительность выполнения физической работы заданной интенсивности. 

Кроме того, усиленное использование жиров уменьшает потребление глюкозы мышцами и тем самым защищает от развития гипогликемии.

Уменьшение использования углеводов также приводит к снижению лактата в мышцах. Это происходит потому, что промежуточные продукты, например, пируват, не превращаются в лактат, а поступают в митохондрии, где окисляются до воды и углекислого газа. Снижение скорости накопление лактата, что является одним из факторов развития утомления, позволяет повысить ПАНО, тем самым увеличивая выносливость.

Отдельно следует рассказать о методе тренировок, разработанном Селуяновым. На основании исследований и тестирования спортсменов, проведённых его командой, а также сложных математических моделей, был предложен статодинамический метод для тренировки окислительных мышечных волокон с целью повышения их силы. 

Согласно их данным, в классической силовой тренировке задействуются как быстрые, так и медленные мышечные волокна, но тренируются только быстрые. Такая тренировка предполагает динамический режим, при котором чередуются фазы напряжения и расслабления мышц. В процессе энергообмена в клетках образуются ионы водорода. Повышение их концентрации вызывает увеличение размеров пор в мембранах, что ведёт к облегчению проникновения гормонов в клетку и активизирует действие ферментов.

Однако благодаря большому количеству митохондрий, хорошему кровоснабжению и не прекращающейся доставке кислорода с кровью во время упражнения, накопления ионов водорода в окислительных мышечных волокнах не происходит. Соответственно, гормоны не могут проникнуть в клетку, и анаболические процессы не разворачиваются.

Для тренировки силы окислительных мышечных волокон Селуянов предлагает статодинамический метод, то есть упражнения, в которых отсутствует расслабление мышц. Например, приседания со штангой с небольшим весом в медленном темпе и не выпрямляя ноги до конца, так, чтобы напряжения было постоянным. 

При выполнении таких приседаний уже через 30-40 секунд мышцы закисляются, появляется боль. Закисление не должно быть сильным, иначе ионы водорода, наоборот, начнут разрушать мышцы. Поэтому долго работать в таком режиме не нужно — только до появления устойчивого жжения. 

Электромиограммы свидетельствуют, что активность мышц в таком режиме около 50%, по мере утомления к концу упражнения она увеличивается, но не достигает максимума. Это говорит о том, что быстрые мышечные волокна не рекрутируются. 

Конечно, это не отменяет необходимости выполнять классические беговые тренировки: на одной статодинамике марафон не пробежать. Нужны длительные кроссы, интервалы, темповая работа. Статодинамика может стать хорошим дополнением как часть ОФП.

Полезный материал: 35 вещей, которые не стоит делать бегуну

Итоги 

Подводя итоги вышесказанному, можно выделить следующие основные моменты

1. Мышцы состоят из волокон разного типа, и преобладание того или иного типа волокон влияет на спортивные достижения в разных видах спорта. Соотношение волокон разного типа называют мышечной композицией.

2. Мышечные волокна можно классифицировать по активности фермента АТФ-аза и, соответственно, скорости их сокращения, а также по ферментам митохондрий. Согласно одной классификации, мышечные волокна могут быть быстрыми и медленными, согласно другой — окислительными и гликолитическими. Пересечения есть, но это две разные классификации (медленные волокна могут быть гликолитическими), хотя их часто смешивают.

3. Соотношение быстрых и медленных волокон заложено генетически, и поменять его нельзя. Оно имеет значение ещё на этапе выбора специализации, так как не меняется под воздействием тренировок.

4. Количество окислительных мышечных волокон увеличивается в результате тренировок на выносливость. Растёт количество митохондрий, капилляризация, активность ферментов аэробного метаболизма, уровень миоглобина и содержание мышечного гликогена и липидов.

5. Для увеличения силы окислительных волокон может использоваться статодинамический метод тренировки, при котором упражнения выполняются без расслабления. Однако это не отменяет необходимости классических тренировок на выносливость.

Источники:

1. Строение мышечной ткани. Мышечное волокно в физиологии. https://meduniver.com/Medical/Physiology/515.html?ysclid=ldho25ojbd493122797 MedUniver
2. Спортивная энциклопедия систем жизнеобеспечения. Редактор: Жуков А.Д. Изд.: Юнеско, 2011 год. 
3. А.В. Самсонова. Типы мышечных волокон.
4. Адаптация различных типов мышечных волокон к нагрузкам. Staron, R.S. Human Skeletal Muscle Fiber Type Adaptability to Various Workloads / R.S. Staron, R.S. Hikida, F.C. Hagerman, G.A. Dudley, T.F. Murray //The Journal of Histochemistry and Cytochemistry, 1984.– Vol. 32.– No 2.– pp.146-152.
5. В. Селуянов. Медленные или быстрые.
6. В. Селуянов. Сердце не машина. Журнал «Лыжный спорт».
7. В. Селуянов. Факторы мышечного роста. Антонов Андрей. «Железный Мир» №2.2014 г.

Читайте далее: Что происходит с организмом во время и после марафона