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

Мышцы состоят из волокон разных типов. Их классифицируют по двум признакам: быстрые и медленные, окислительные и гликолитические. Соотношение волокон разных типов называют мышечной композицией, и оно во многом определяет перспективы в том или ином виде спорта.

Вы наверняка замечали: 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. Эти различия объясняются тем, какие мышечные волокна преобладают у спортсмена.

Какие бывают типы мышечных волокон, от чего зависит их соотношение, как это влияет на результаты в беге и можно ли изменить его тренировками — разберём в статье.

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 две 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 два 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.

Характеристика	I тип (медленные)	IIa тип (промежуточные)	IIb тип (быстрые)
Частота нервных импульсов	до 25 Гц	25–50 Гц	50–100 Гц
Сила	Низкая	Средняя	Высокая
Порог активации	Низкий	Средний	Высокий
Диаметр волокна	50 мкм	80 мкм	100 мкм
Утомляемость	Падение силы на 50% через несколько часов	Через 10 минут	Через 1,5 минуты
Запасы гликогена	Низкие	Большие	Большие
Основная работа	Длительная низкоинтенсивная, поддержание позы	Промежуточная (между I и IIb)	Кратковременная максимальная сила

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

Вторая 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 два типа мышечных волокон — окислительные и гликолитические.

Окислительные волокна

Окислительные волокна 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

Эти волокна 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.

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.

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.

Параметр	Медленные волокна	Быстрые волокна
Сильная сторона	Выносливость	Финишный спурт
Длинные дистанции	Хорошо	Хуже
Топливо	Жиры	Углеводы
Лактат и утомление	Позже	Раньше
Стабильность результатов	Высокая	Нестабильная
Лучшие тренировки	Объём, длительный бег	Короткие интервалы

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:

• 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. 

• увеличение содержания и активности специфических ферментов аэробного (окислительного) метаболизма

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

• повышение содержания 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.

Итоги 

Подводя итоги вышесказанному, можно выделить следующие основные моменты

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. 

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. 

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. 

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. 

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.

Часто задаваемые вопросы

Сколько типов мышечных волокон бывает?

Выделяют два основных типа: медленные (I тип) и быстрые (II тип). Быстрые, в свою очередь, делятся на IIa (промежуточные) и IIb. Существует и вторая классификация. По ней волокна делятся на окислительные и гликолитические.

Можно ли изменить тип мышечных волокон?

Соотношение быстрых и медленных волокон заложено генетически и тренировками не меняется. А вот соотношение окислительных и гликолитических изменить можно: при тренировках на выносливость растёт число митохондрий, и гликолитическое волокно становится окислительным.

Как определить свой тип мышечных волокон?

Есть прямые и косвенные методы. Прямой — биопсия мышцы, но она болезненна и не всегда точна. Косвенные методы основаны на реакции мышцы на электрические импульсы (тензиомиография) или на выполнении специальных упражнений.

Какие мышечные волокна у бегунов на длинные дистанции?

У бегунов на средние и длинные дистанции преобладают медленные волокна: у средневиков — 50–70%, у стайеров — 70% и выше. Чем выше доля окислительных волокон, тем ровнее спортсмен проходит дистанцию.

Чем отличаются окислительные и гликолитические волокна?

Окислительные содержат много митохондрий и получают энергию с участием кислорода, поэтому выносливы. Гликолитические имеют мало митохондрий, работают за счёт анаэробного гликолиза, сильнее, но быстрее утомляются и закисляются.

Как тренировать мышечные волокна для улучшения результатов в беге?

В видах спорта на выносливость задача — увеличить число окислительных волокон. Этого добиваются аэробными тренировками (длительный, темповый, интервальный бег), а для силы окислительных волокон применяют статодинамический метод как часть ОФП.

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.