Популярность эксцентрического тренинга начала возрастать в начале 21 века. До конца прошлого тысячелетия такой вид тренировок практиковался гораздо реже. Это связано с тем фактом, что при эксцентрических нагрузках спортсмены получают больше всего травм. На сегодняшний день эксцентрический тренинг используется не только как эффективный способ наращивания мышечной массы, но и в реабилитации или профилактике травм.
Изначально интерес к эксцентрическим нагрузкам был вызван в 70-х годах 20 века статьями Артура Джоунса, публиковавшимися в популярных спортивных журналах. Там Джоунс описывал тактики эксцентрических тренировок, впоследствии даже разработал специальные тренажеры.
Эксцентрический тренинг – что это
Условно все упражнения делятся на два этапа – концентрический и эксцентрический. Оба этапа подразумевают сокращение мышц, только на концентрическом этапе происходит укорачивание мышцы, а на эксцентрическом удлинение.
Самым простым примером является упражнение со штангой – при поднятии штанги происходит концентрическое сокращение, при опускании – эксцентрическое.
Оба этапа призваны спровоцировать прирост мышечного объема, но эффект от эксцентрических нагрузок более продуктивный. Исследования показывают, что этому есть два объяснения:
- кислота фосфатидная – химическое соединение, вырабатываемое организмом при растяжении мышцы. Соединение активирует выработку мышечного протеина, это способствует набору мышечной массы;
- клетки-сателлиты – «дремлющие» клетки, находящиеся в наружной области мышц. В ходе эксцентрического упражнения ткани нередко повреждаются. Именно повреждения «пробуждают» сателлиты – клетки притягиваются в пораженную область и преобразовываются в мышечные волокна, становясь частью мускулатуры.
Когда эксцентрических тренировок лучше избегать
При всех своих преимуществах эксцентрические тренировки подходят не всем. В некоторых случаях стоит от них воздержаться.
- Если у вас есть заболевания суставов, такие как остеоартрит. Эксцентрические тренировки могут усилить боль в повреждённом суставе.
- В период восстановления после травмы. Поскольку эксцентрические упражнения травмируют мышцы больше, чем концентрические, после травм следует быть особенно осторожными. Прежде чем начинать тренировки, проконсультируйтесь с физиотерапевтом.
Достоинства тренинга
Эксцентрические тренировки – действенный инструмент для наращивания мускулатуры, профилактики и избавления от последствий травм. Основные преимущества упражнений:
- прирост мышечного объема. Для гипертрофии мышцам нужно сначала повреждаться. Во время интенсивной эксцентрической тренировки поврежденные участки восстанавливаются спутниковыми (сателлитовыми) клетками. Они отдают свое ядро, умножая концентрацию миозина и актина в саркомере. Таким образом, мышца растет в поперечнике;
- увеличение мускульной силы. В ходе эксцентрического тренинга увеличивается мощность, взрывная сила;
- улучшение гибкости. Регулярные эксцентрические нагрузки способны увеличивать диапазон движения сустава, а также длину мышцы;
- профилактика травм. Тренировки провоцируют мышцы адаптироваться к новым нагрузкам. Со временем мышцы достигают приемлемого растяжения, что снижает риск травмироваться;
- ускорение метаболизма. Эксцентрический тренинг разгоняет обмен веществ. Эта особенность тренинга будет полезна тем, кто хочет сбросить вес посредством силовых упражнений.
Эксцентричный тренинг также эффективен для атлетов, достигших тренировочного плато. Исследования доказали, что «пробуждение» клеток-сателлитов способствует скорейшему сдвигу гипертрофии мышц в сторону увеличения.
Как часто устраивать эксцентрические тренировки
Поскольку тяжёлые эксцентрические тренировки вызывают боль в мышцах и ограничивают силу и диапазон движения на срок до семи дней, нет смысла выполнять их чаще разаEccentric Resistance Exercise for Health and Fitness в неделю: иначе вы просто не успеете восстановиться.
На следующий день после эксцентрической тренировки выполняйте лёгкие упражнения с акцентом на концентрическую фазу. Это ускоритLight concentric exercise during recovery from exercise-induced muscle damage восстановление.
Если вы не собираетесь устраивать тяжёлые эксцентрические тренировки, можете выполнять два-три упражнения с акцентом на эксцентрическую фазу в каждой тренировке.
Оптимальное время растягивания эксцентрической фазы
В ходе экспериментов с эксцентрическими тренировками многие спортсмены замедляли негативную фазу вплоть до 6 секунд. Но подобные затягивания не принесли ожидаемых плодов, чрезмерной гипертрофии добиться не удалось.
Ученые пришли к выводу — быстрые эксцентрические повторы гораздо эффективнее медленных и лучше провоцируют факторы роста – размножение спутниковых (сателлитовых) клеток и выработку мышечного протеина.
Объясняют это явление «поперечные мостики», образующиеся при соединении миозина с актином. Без этого соединения невозможно сокращение мышц. Большое количество «мостиков» защищает мышечную ткань от повреждений. При замедленном движении в эксцентрической фазе организм располагает большим временем для создания «мостиков». Снижение травмирования тканей приводит к сокращению выработки мышечного белка и уменьшению количества активных сателлитов.
Исходя из этих фактов, специалистами было установлено оптимальное время «растягивания» эксцентрической фазы – от 1 до 3 секунд.
Что вас ждёт после эксцентрической тренировки
Эксцентрическая тренировка вызывает отложенную боль в мышцах, снижает диапазон движения и силу мышц сразу после тренировки, через 24Eccentric exercise and delayed onset muscle soreness of the quadriceps induce adjustments in agonist-antagonist activity, which are dependent on the motor task и 48The Effect of Eccentric Exercise-Induced Delayed-Onset Muscle Soreness on Positioning Sense and Shooting Percentage in Wheelchair Basketball Players часов после занятия.
От этого никуда не деться, но за болью и скованностью следует прогресс. Организм быстро адаптируетсяEccentric Exercise Testing and Training N94-28363 к эксцентрическим тренировкам, увеличится сила и способность противостоять нагрузкам без травм и боли.
Оптимальный вес эксцентрического опускания
Проводился эксперимент, в котором участвовали пауэрлифтеры. Они выжимали одинаковый вес сначала с упором на концентрическую фазу, затем на эксцентрическую. При сравнении результатов тренировок оказалось, что разница в приросте мышечной массы стремится к нулю.
Это доказывает, что для достижения продуктивности эксцентрического тренинга необходимо поднимать вес, превышающий максимально возможный при концентрической тренировке. Человек способен опустить снаряд приблизительно на 70% тяжелее того, который может поднять.
Рекомендуемый тренерами вес при эксцентрическом тренинге составляет 100-170% от рабочего максимума.
Как добавить эксцентрические упражнения в тренировку
Вы можете сделать эксцентрическим практически любое упражнение, просто удлинив фазу растяжения мышц под нагрузкой. Например, если вы делаете жим лёжа, опускайте штангу за 4–6 секунд, а поднимайте за 2 секунды.
Вот несколько упражнений, которые легко можно сделать эксцентрическими.
- Отжимания. Медленно опускаетесь вниз, быстро выжимаете себя наверх.
- Подтягивания. Это подводящее упражнение для классических подтягиваний. Вы делаете подтягивание с прыжка, а затем разгибаете руки максимально медленно, удерживая вес своего тела.
- Сплит-приседания на одной ноге. Медленно опускаетесь вниз, быстро выходите наверх.
- Приседания с весом. Медленно опускаетесь вниз, немного задерживаетесь в нижней точке и быстро выходите наверх. Упражнение поможет развить мобильность тазобедренных суставов.
- Разгибание ног в тренажёре. Разгибаете ноги быстро, а сгибаете медленно.
- Жим гантелей вверх. Поднимаете гантели быстро, а опускаете медленно.
Концентрическая фаза упражнения должна быть быстрой, но без рывков, иначе вы рискуете повредить мышцы или связки. Эксцентрическую фазу старайтесь делать максимально долгой: от 4 до 10 секунд.
Включение эксцентрических нагрузок в программу тренировок
Фактически любое упражнение может стать эксцентрическим, нужно просто увеличить период растяжения мышц. Примеры упражнений:
- отжимания – замедлить опускание тела, ускорить поднятие;
- подтягивания – в прыжке ухватиться за турник, потом медленно выпрямлять руки, держа вес собственного тела;
- приседания – замедлить опускание, ненадолго задержаться в приседе, затем быстро встать.
Для исключения травм мышц и суставов, концентрическую фазу необходимо выполнять быстро, но плавно.
Если же перед спортсменом стоит цель добиться увеличения мышечной массы и прироста абсолютной силы, то акцент делается на упражнениях с опусканием максимальных весов.
Не стоит сразу начинать со своего предельного веса – это может повлечь за собой серьезные травмы.
Специалисты рекомендуют начинать с развития навыка «контролируемого опускания». Проще говоря, сначала необходимо научиться опускать вес за то время, которое запланировали заранее.
После приобретения навыка подконтрольного опускания веса, можно начинать эксцентрические упражнения с использованием 70% от максимального веса. Постепенно увеличивать вес до эксцентрического предела.
Так как тренировки проходят с использованием сверхтяжелых нагрузок работать необходимо в паре. Например, в упражнении со штангой, партнер сначала помогает ее поднять, а затем контролирует ее опускание.
Интенсивные тренировки такого рода вызывают отложенные боли, которые способны продолжаться на протяжении нескольких дней. Поэтому до полной адаптации мышц к нагрузкам не рекомендуется повторять упражнения чаще одного раза в неделю.
Что такое изометрические упражнения?
«Во время изометрического движения вы совершенно неподвижны под определенным углом, при котором мышцы не удлиняются и не сокращаются», — объясняет Маккинни. Не каждое упражнение будет включать изометрическую часть, но вы можете добавить ее к большинству упражнений, совершая паузу в середине движения.
Давайте еще раз вернемся к сгибанию бицепса: представьте, как вы сгибаете бицепс на 90 градусов так, чтобы предплечье оказалось параллельно полу, а затем удерживаете вес в этой точке в течение десяти секунд. Это изометрическая тренировка. Любое движение, которое влечет за собой полное неподвижное удержание, может рассматриваться как изометрическое удержание.
Другие распространенные изометрические движения:
- удержание стойки на руках
- планка на кистях
- «стульчик» у стены
- вис на перекладине
- удержание гири в передней стойке
Преимущества изометрической тренировки
Если вы когда-либо удерживали положение «стула» с опорой на стену или сидели на корточках в неподвижности, вы точно знаете, что, несмотря на статичность, мышцы буквально горят от напряжения. Чтобы удержаться в неподвижности в том или ином положении, вам необходимо задействовать мышцы для улучшения баланса и контроля над телом. Изометрия также поможет преодолеть плато силы. Например, задержка в нижней точке во время приседа с утяжеленной штангой на спине поможет вам развить силу, необходимую для того, чтобы снова поднять вес и начать новое движение. По словам Уикхэм, эта же концепция применима к отжиманиям или жиму лежа. Удержание вашего тела на дюйм или два над землей во время отжимания поможет облегчить все движение. Вы не можете заниматься только изометрией и ожидать, что станете сильнее, но подобная тактика отлично подходит для тех, кто пытается преодолеть плато силы или улучшить свою мобильность.
Сравнение эксцентрического и концентрического тренинга
Проводилось множество исследований, сравнивающих эффект от концентрической и эксцентрической силовых тренировок. Каждое из них доказывает преимущества эксцентрического тренинга для ускорения наращивания мышечной массы и мощности.
К примеру, одно из исследований выявило, что через сутки после эксцентрической тренировки количество клеток-сателлитов возросло на 27%, в то время как после концентрической осталось неизменно. При этом сателлиты образуются исключительно в мышечных волокнах, способных к быстрому росту, то есть способствуют укоренной гипертрофии.
Эксцентрический тренинг эффективен для наращивания мышечной массы и абсолютной силы, способен адаптировать и защитить мышцы от серьезных травм. В то же время такие тренировки травмоопасны, их стоит делать исключительно подконтрольно, используя рекомендации тренера. При правильном подходе к тренировкам результат не заставит себя долго ждать.
Чем полезны эксцентрические упражнения
Помогают быстрее накачать мышцы и стать сильнее
Чтобы мышцы росли, они должны сначала повреждаться в процессе тренировок, а затем восстанавливаться во время отдыха. В восстановлении принимают участие спутниковые клетки, или сателлиты, расположенные на наружной поверхности мышечных волокон.
Стволовые клетки скелетных мышц / cell.com
После повреждения мышц спутниковые клетки начинают размножаться, и дочерние клетки притягиваются к травмированному участку. Клетка-сателлит отдаёт своё ядро, увеличивая количество актина и миозина в саркомере — базовой сократимой единице мышечных волокон.
Строение скелетной мышцы / oli.cmu.edu
Учёные сравнилиSatellite cell activity is differentially affected by contraction mode in human muscle following a work-matched bout of exercise эффект от эксцентрической и концентрической тренировок и выяснили, что через 24 часа после эксцентрической нагрузки количество клеток-сателлитов увеличивается на 27%, а после концентрической оно не изменяется.
К тому же количество спутниковых клеток увеличиваетсяEccentric exercise increases satellite cell content in type II muscle fibers только в мышечных волокнах II типа, которые способны сильно расти в размерах и обеспечивать нам визуально большие мышцы. В волокнах I типа количество клеток-сателлитов остаётся без изменений.
Параллельно с увеличением мышечной массы растутEccentric exercise: mechanisms and effects when used as training regime or training adjunct также сила и мощность (максимальная сила × скорость).
Недавнее исследованиеThe Effects of Eccentric Contraction Duration on Muscle Strength, Power Production, Vertical Jump, and Soreness Университета Нью-Мексико показало, что четыре недели силовых тренировок с эксцентрической фазой в 2, 4 и 6 секунд значительно увеличивают силу и мощность тренированных спортсменов.
Увеличивают гибкость
Гибкость важна в любом спорте, включая силовой. Например, в тяжёлой атлетике вы не сможете сделать рывок или толчок без достаточной гибкости в плечевом суставе.
Эксцентрические тренировки увеличиваютThe effects of eccentric training on lower limb flexibility: a systematic review длину мышц и диапазон движения сустава ничуть не хуже статических поз на растяжку.
В исследованииEccentric Training and Static Stretching Improve Hamstring Flexibility of High School Males Рассела Нельсона (Russell T. Nelson) одна группа студентов выполняла эксцентрические упражнения, другая — статическую растяжку в течение шести недель. В итоге первая группа увеличила диапазон движения на 12,79°, а вторая — на 12,05°.
Защищают от травм
Эксцентрические упражнения повреждаютMuscle damage from eccentric exercise: mechanism, mechanical signs, adaptation and clinical applications саркомеры, чувствительные нервы в мышцах и проприоцепторы, что снижает диапазон движения и силовые показатели.
Однако уже через неделю наступает адаптация: мышцы растягиваются оптимальным образом, чтобы соответствовать нагрузке, что в дальнейшем защищает атлета от травм.
Помогают преодолеть плато
В эксцентрической фазе упражнения мышцы могут выдержать больше веса, чем в концентрической. Например, когда вы взяли слишком большой вес в жиме лёжа и у вас не получается выжать штангу, вы всё же можете удерживать её над своим телом или медленно опускать обратно на стойку.
Эта особенность эксцентрических упражнений поможет вам в преодолении тренировочного плато. Если вы не можете выполнить концентрическое упражнение с новым весом, попробуйте эксцентрическое: это подготовит ваши мышцы и ускорит прогресс.
Но будьте осторожны: обязательно просите подстраховать вас, если выполняете эксцентрические упражнения с большими весами.
Разгоняют метаболизм
Если вы хотите похудеть с помощью силовых тренировок, сделайте акцент на эксцентрических упражнениях.
ИсследованиеResting energy expenditure and delayed-onset muscle soreness after full-body resistance training with an eccentric concentration Университета Уэйна показало, что эксцентрические тренировки на всё тело ускоряют метаболизм в покое на 72 часа после занятия. Причём результаты справедливы и для новичков, и для опытных атлетов.
Учёные из Канзасского университета также отметилиMuscle damage and resting metabolic rate after acute resistance exercise with an eccentric overload значительное повышение метаболизма в покое через 24–48 часов после эксцентрической тренировки.
КОГДА АКТИВНЫЕ МЫШЦЫ УДЛИНЯЮТСЯ. СВОЙСТВА И ЗНАЧЕНИЕ ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИХ СОКРАЩЕНИЙ
ABSTRACT
Когда сила, приложенная к мышце превышает силу, производимую мышцей, она удлиняется, поглощая механическую энергию. Эти эксцентрические сокращения, приводящие к торможению и накоплению энергии упругой деформации в обычной локомоции, требуют очень небольшого количества метаболической энергии, и к тому же характеризуются высоким производством силы.
Введение
Каждый раз, когда величина силы, приложенная к мышце, превышает силу, производимую самой мышцей, происходит ее удлинение. Удлинение, или эксцентрическое сокращение мышцы имеет удивительно длинную историю в физиологических исследованиях. (Отметьте, что это слово было сначала введено как «excentric» Asmussen в 1953. Эта оригинальное правописание более информативно, поскольку комбинирует приставку ex-, «от или далеко,» от поэтому и означает сокращение мышцы, которое двигается от центра мышцы). В 1882, Fick заметил, что мышца может проявить большую силу, когда она растянута при выполнении сокращения. Пятьдесят лет спустя, Hill сообщил о другой особенности эксцентрических сокращений, а именно, что выделение энергии в мышце, растянутой во время сокращения уменьшается. Но первое открытие функционального значения этих свойств произошло путем искусного эксперимента, разработанного Bud Abbott, Brenda Bigland, и Murdoch Ritchie ). Они подключили два стационарных велоэргометра в последовательную цепочку таким образом, что один велосипедист крутил педали вперед, а другой сопротивлялся переднему продвижению, путем торможения педалей в обратном направлении. Несмотря на то, что внутреннее сопротивление устройства было низким и та же самая сила прилагалась обоими испытуемыми, задача была намного легче для тормозящего индивидуума. Этот эксперимент умело показал, что крошечная женщина, сопротивляющаяся движению педалей (в этом случае, Bigland), могла легко проявить больше силы и, следовательно управлять развиваемой мощностью, чем большой крепкий мужчина, едущий на велосипеде вперед (Ritchie).
Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах:
- Гипертрофия скелетных мышц человека
- Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека
Удивительно, что до сих пор так относительно мало было сделано для исследования свойств удлинения мышечных сокращений. Общепринятая точка зрения в основном была сосредоточена на работе, произведенной сокращением мышц, как определяющей во время движения. Кроме того, большая часть классических исследований в физиологии мышц, сформировавшие основу базового понимания работы мышц, основаны на двух важных экспериментальных подходах: изометрическом (постоянная длина) и изотоническом (укорочение при постоянной нагрузке) сокращении мышц. В следствие этого, о механике и энергетике активированной мышцы во время принудительного удлинения известно намного меньше, чем о сокращении или сохранения мышцы в постоянной длине. Как факт, известно, что последний биомеханик мышц Том McMahon и его студент Jason Harry, характеризовали эксцентрическое сокращение, как «темную сторону графика сила-скорость»; ссылаясь на относительную нехватку знания об этой области в классической модели Хилла, который описал отношение между скоростью мышечного сокращения и произведенной силой. Только недавно важность и распространенность эксцентрических сокращений в обычных локомоциях получили достаточное внимание (см. справочную информацию в ).
Мышцы, как упругие амортизаторы
Когда сила, приложенная к мышце превышает силу, производимую мышцей, работа выполняется на растянутой мышце, в процессе которой мышца поглощает механическую энергию. Это часто относится к мышцам, выполняющих «отрицательную работу» ). Из этого следует , что поглощение энергии зависит от того, как эта мышца используется. Энергия может быть рассеяна в виде тепла, в этом случае мышца функционирует, как демпфер или амортизатор. Спуск с возвышенности, особенно крутой преимущественно функция двигательных мышц (рис. 1 ). Например, 70-килограммовый человек, идущий вниз 500 м., поглощает ~350 kДж энергии, которой достаточно, чтобы увеличить температуру тела на 4–5°C. Однако, энергия, поглощенная во время передвижения, может также быть временно сохранена, как потенциальная энергия упругой деформации и впоследствии восстановлена. Например при беге, кинетическая энергия поглощается каждый раз, когда нога касается поверхности и это продолжается до момента пока центр масс не пересечет линию ноги , пункта, в котором потенциальная энергия силы тяжести и кинетическая энергия находятся в их минимумах (следовательно потенциальная энергия эластической тяги в ее максимуме) во время выполнения обычного бегового шага.(см., например, Refs. 3, , и ). Большая часть этой поглощенной энергии восстанавливается, добавляясь к активной силе, произведенной на последующем беговом шаге. Например, во время бега, ускорения, подскакивания и подпрыгивания мышечно-сухожильный аппарат функционирует, как пружина, когда мышца удлиняется во время активации, перед последующим сокращением (рис.1). Этот цикл «растяжения-укорочения» приводит к улучшению экономичности бега путем значительного увеличения развиваемой мощности последующих сокращений. В естественных условиях измерения демонстрируют, что это увеличение производства силы может превысить 50 % (, ).
Рис.1.Амортизатор функционирует как демпфер, когда несжимаемая жидкость направляется мимо поршня, преобразовывая кинетическую энергию в тепловую. Если амортизатор соединен последовательно с пружиной, растягивание является результатом напряжении пружины или растягивания амортизатора , в зависимости от величины и динамики производимой силы. Когда активная мышца удлинена во время эксцентричного сокращения, она ведет себя как пружинно-демпферный комплекс. В пешем туризме под гору почти вся энергия, которая растягивает активные мышцы, теряется на нагревание (увеличение амортизации). Напротив, млекопитающие в беге сохраняют большую часть энергии, необходимой для растяжения мышц, как энергию упругой деформации (растяжение пружины), которая может быть восстановлена на последующем шаге. Динамика растягивания и восстановления энергии упругой деформации зависит от величины вовлеченных сил и растяжимости ( свойство пружины) мышц. Поскольку оба из этих свойств зависят от размера тела, маленькое млекопитающее передвигается с очевидно большей частотой шага, чем большое.
Имея эту способность, мышцы и их сухожилия ведут себя как пружины, которые периодически поглощают и возвращают энергию упругой деформации. В значительной степени эта функция зависит от времени, если энергия не восстанавливается, она теряется в виде тепла ). Следовательно при объединении обоих важных свойств (амортизационности и зависящей от времени упругости) в единую модель, мышца функционирует как пружинный амортизатор. Эта концептуальная модель фиксирует две особенности эксцентрических сокращений: поглощение энергии и ее восстановление через определенное время (рис. 1). Поскольку упругая функция зависит от времени, любой сдвиг в продолжительности цикла работы мышц, например частота длинного шага, также приведет к сдвигу в доле восстановленной и потерянной в виде тепла энергии, таким образом воздействуя на затраты при движении. Когда нет строгого соответствия резонирующей частоте (но см. ), период продолжительности мышечного растяжения и последующего сокращения может быть единственной самой важной переменной, устанавливающей частоту длинного шага передвижения у млекопитающих; млекопитающие, как предполагается, будут двигаться с использованием такой частоты длинного шага, которая направлена на максимальное восстановление энергии. Как факт, бегущее млекопитающее, обхватом трех — порядков величины массы тела, было успешно смоделировано как простая система масса-пружина. Выводом из этого моделирования стало то, что частота длинного шага бегущего млекопитающего может быть спрогнозирована в соответствии с относительно простым понятием, что мышцы, их сухожилия и связки функционируют таким образом, чтобы максимально восстановить накопленную упругую энергию ).
Обучающая физиологическая лаборатория, которую мы используем, вдохновленные работой Claire Farley и C. R. Taylor, доказывает количественную экономию энергии и зависимость от времени упругой функции мышц, которые временно сохраняют и восстанавливают энергию упругой деформации. Подпрыгивая на месте, студент доброволец быстро выбирает предпочтительную частоту подпрыгиваний, при которой чувствует себя комфортно и это является высоко воспроизводимым для любого взятого человека. Измеряя потребление кислорода, можно продемонстрировать, что выбранная частота – это частота, которая минимизирует энергетические затраты за подскок. При требовании подпрыгивания в половине этой частоты (контролируя высоту подскока, мы используем вертикальную высоту скачка, равную 107 % от высоты уровня глаз испытуемого для этой лаборатории), затраты за подскок удваиваются.
Эта лаборатория обнаруживает поразительную экономию энергии, в результате, когда энергия упругой деформации дополняет силу, которую мышцы должны произвести, работая циклически, в этом случае против одной только силы тяжести; затраты составляют половину, или 50 % энергии восстанавливается. Кроме того, лаборатория обнаруживает зависимость размера тела от этой частоты. Когда специальная предпочтительная частота была помещена на поверхность графика, описывающего частоту длинного шага, как функцию массы тела среди популяции полноразмерных скачущих млекопитающих (15), она очень близко подходила к значению, рассчитанному для млекопитающего размера тела испытуемого(см. ). Taylor сделал предположение, что подпрыгивание на двух ногах у двуногих биомеханически подобно галопу у четвероногих животных. Обычно, эта лаборатория демонстрирует еще один принцип (новый или наивный) эксцентрических сокращений: испытуемый почти несомненно испытывает некоторую болезненость мышц на следующий день. Если частота подпрыгивания служит для максимизации энергии упругой деформации исключительно у людей, то возможно частота длинного шага выбрана, чтобы максимизировать энергию восстановления у всех млекопитающих. Это может также объяснить, почему при любой походке животные выбирают относительно постоянную частоту длинного щага и изменяют скорость в основном путем изменения длины этого шага. Было бы слишком энергетически затратным отклониться от этой целесообразной энерго-восстанавливаюшей частоты. Мышцы могут восстановить 50 % (или больше) энергии, которая была бы иначе потеряна, путем простого настраивания частоты их использования.
Адаптируемость упругости мышц
Если «упругое свойство» мышц крайне важно для экономии энергии, можно было бы предположить, что изменение в характере спроса (то есть, образец или природа использования мышцы) могли бы привести к изменениям в упругих свойствах мышц. Другими словами, возможно эта мышечные характеристики, такие, как сократительные и метаболические свойства мышц, являются также фенотипически пластичными. Если мышцу хронически подвергнут эксцентричной нагрузке, ответит ли она увеличением жесткости мышечной пружины? Можно было бы ожидать, что у более жесткой пружины могло быть два воздействия. Во-первых, это могло быть действием защиты растянутой мышцы от повреждения избыточной нагрузкой. Например, кто-то непривычный к прогулке пешком под гору, вероятно, испытает синдром отсроченной мышечной болезненности от единственного спуска с горы (или побыв испытуемым, подпрыгивающим в лаборатории), тогда как у другого, кто выполняет спуски под гору регулярно, нет никакого дискомфорта вообще (в ответ на большую жесткость пружины). Во-вторых, более жесткая пружина могла увеличить количество энергии упругой деформации, доступном в цикле «растяжение-укорочение» ). Seyforth и др. (13) продемонстрировали важность этого увеличения в задаче, такой как прыжок в длину. Могло ли увеличение жесткости мышечной пружины быть результатом большей равнодействующей силы во время этого вида деятельности? Мы использовали две различных модели, чтобы исследовать эти возможности.
Мы разработали эксцентрический велоэргометр, который использует двигатель в 3 лошадиные силы, с управлением педалями в обратном направлении. При сопротивлении или замедлении движения педалей, испытуемый ощущает эксцентрические сокращения в мышцах разгибателях колена (quadriceps) и бедра (hamstrings and gluteals). Мы нашли, что, когда рабочая нагрузка увеличивалась медленно (и в интенсивности и в продолжительности) в течении нескольких дней, испытуемые, ведущие ранее малоподвижный образ жизни не испытывали мышечных повреждений (то есть, не было потери силы мышц), небольшого дискомфорта (10), и после 8 недель ими продуцировалась эксцентрическая сила во время их 1/2- часовых ежедневных занятий, превысившая по величине запись 1-часовой работы на велоэргометре, произведенной концентрически. В последующие 8 недель тренировки, как сила мышц (измеренных изометрически), так и наблюдаемая площадь поперечного сечения (биопсированного мышечного волокна) увеличились на ~40 % (рис. 2A). Напротив, у испытуемых, тренировавшихся в той же самой метаболической интенсивности упражнений (измеренной как как частота сердечных сокращений) на стандартном эргометре, не было никакого изменения ни в силе мышц, ни в размере ). Кроме того, эта деятельность очевидно привела к увеличению жесткости «мышечной пружины». Все испытуемые в этом исследовании выбрали более высокую частоту подпрыгиваний в конце 8-недельной продолжительной эксцентрической тренировки (рис. 2A).
Рис 2. Продолжительная эксцентрическая тренировка приводит к сдвигам в свойствах и у людей, и у крыс. A: после 8-недельной продолжительной эксцентрической тренировки на эксцентрическом эргометре, поперечное сечение мышечных волокон, изометрическая сила, и частота подпрыгиваний у людей значительно увеличились. B: когда крысы бежали под гору с дополнительными весами, равными 15 % массы тела, ре-зультат — (несмотря на незначительное увеличение силы мышц), существенно увеличилась упругая жесткость (измеренная, как добавленная сила, следующая из удлиняющего сокращения). В этой подготовке сухожилия были шунтированы; следовательно все увеличение произведенной силы можно отнести только к мышцам (9,11).).К тому же 11%-ое увеличение частоты подпрыгиваний (P = 0.001) эквивалентно увеличению частоты, рассчитанной для 50%- размера тела среди млекопитающих (15). Следовательно это не только сделало результат эксцентрической тренировки несомненным в профилактике мышц от повреждения (которые могут быть серьезными у неподготовленных испытуемых, упражняющихся с высокой интенсивностью), но и привели к значительным изменениям в фундаментальных свойствах упругости мышц. Эта более жесткая пружина проявляет себя в изменении предпочтительной частоты подпрыгивания.
Чтобы исследовать природу и причину этих изменений, мы использовали модель () животных. Только лишь положительным подкрепление крысы легко научились двигаться под гору на тредмиле с маленькими «рюкзачками», составляющими 15 % массы тела каждого животного. Эта нагруженная наклонная модель представляет существенную эксцентричную нагрузку, потому что крысы должны использовать свои двигательные мускулы для того, чтобы тормозить. После 8 недель наклонного передвижения мы измерили изометрическую силу, произведенную мышцами трицепса, так же как и приращение силы, когда активная мышца была растянута (то есть, когда растянута во время изометрического сокращения). Удлинение только <2 % длины мышцы (0.58 мм в мышце 30 мм длиной) увеличило производство силы на ~38 % в контрольной (нетренированной) мышце, тогда как идентичное растягивание у эксцентрично тренируемых животных привело к увеличению силы, равной 54 % сверх контрольного изометрического (несмотря на то, что размеры мышцы не изменились; рис. 2B; ). Это большое увеличение «динамической жесткости» мышцы могло быть полезным не только для увеличения величины энергии упругой деформации, восстановленной за длинный шаг, но и иметь значение для предохранения мышцы от эксцентрической травмы.
Эксцентрика: высокая нагрузка может вызвать травму мышц
Поскольку мышца производит силу, любое существенное изменение в обычной модели работы мышцы может привести к ее болезненности, если или природа, или величина изменений производства силы значительна (например, новое упражнение или непривычное количество повторений, и т.д.), . Так как повреждение мускула, вызванное упражнением, является довольно общим явлением, механизмы, ответственные за повреждение, восстановление, и предохранение привлекли довольно большое внимание. В идентификации мышечной реакции на повреждение или травму, эти исследования внесли большой вклад в понимание процесса мышечного восстановления и профилактики мышц от повреждения. Самый печально известный признак после непривычной деятельности – синдром отсроченной мышечной болезненности, который обычно сопровождается присутствием в сыворотке внутриклеточных мышечных ферментов или белков, предполагая повреждение волокон. (справочная информация в ). Ключевым функциональным изменением, которое обеспечивает подтверждение повреждения волокон, и следовательно мышечную травму, является уменьшение способности производить мышечную силу.
Возможно из-за сильной ассоциации эксцентрических сокращений с повреждением/травмой мышц, продолжительная эксцентрическая тренировка редко проводилась экспериментально. Критерием в науке, по видимости является то, что намного меньше доказательств необходимо, чтобы подтвердить идею как «факт», чем сместить идею, однажды установленную (аксиома «достаточности доказательства» ). Однажды принятые, любые наблюдаемые причинно-следственные связи становятся парадигмой, в связи с которыми проектируются и интерпретируются будущие эксперименты. По сути, мы много учили о том, как мышца отвечает на повреждение/травму через эту значимую модель высоконагрузочных острых эксцентрических сокращений. Однако необходимо заметить что, хотя эксцентрические сокращения могут, и часто приводят к повреждению/травме мышц, эксцентрические сокращения не должны вызывать повреждение мышц или травму вообще. К сожалению, понятие, связывающее эксцентричные сокращения и повреждение/травму мышц сохраняется по всей видимости из-за недостатка исследований продолжительной эксцентрической тренировки.
Так же, как любая новая задача может привести к болезненности мышц, регулярное повторение этой задачи обычно приводит к специфическим мышечным приспособлениям, функцией которых является защита от повреждений или болезненности. Скорее всего разрушительной является не сама эксцентрика, а скорее, те последствия повреждения мышц, которые возникают при воздействии любой значительной силы или при новой задаче для мышцы. Следовательно, когда эксцентрические сокращения имеют первоначально небольшую силу и медленно увеличиваются и в силе, и в продолжительности в течение долгого времени, никакой травмы не происходит. Представленные объяснения очевидного защитного эффекта повторных эксцентрических упражнений («эффект повторной встречи») включают устранение слабых мест специфических волокон мышцы после первоначального воздействия упражнения, изменений в рекрутировании моторных единиц с последующим воздействием эксцентрических сокращений, и формирование более упругой структуры мышцы (, ). Мы предполагаем, что это может значительно способствовать повышению жесткости мышечной пружины, хотя ее точная природа может быть плохо описана (см. ниже). Что является бесспорным, однако, это то, что травма мышцы не является необходимой предпосылкой, чтобы произошла эта защитная адаптация.
Эксцентрика в восстановлении и спорте
Продолжительные эксцентрические упражнения характеризуются уникальным набором признаков, которые приводят к нескольким функциональным модификациям мышц. В совокупности, эти изменения могут найти глубокое применение среди больных пациентов и/или у тех, кто интересуется повышением спортивного мастерства (рис. 3).
Рис.3. Продолжительная эксцентрическая тренировка вызывает ряд мышечных адаптаций, которые имеют существенные и желательные эффекты и в восстановлении и в спортивных состязаниях.
Поскольку намного большая сила может быть произведена эксцентрически, чем концентрически, у нее есть способность «перегрузки» мышцы, которая является целью силовой тренировки с сопротивлением. Сила этой величины (сверх максимальной изометрической силы) возможна только во время эксцентрического (против изометрического или концентрического) сокращения. Однако, не все эксцентрические сокращения приводят к высоким нагрузкам. Если упражнение направлено на то , чтобы просто эксцентрически восстановить силы, произведенные концентрически, тогда это упражнение не использует преимущества этого уникального свойства. Это — электромотор эксцентрического велоэргометра, который производит большую силу против силы мышц; она значительно превышают по величине мышечную силу, которая могла быть произведена концентрически.
Более того, из-за того, что эксцентрические сокращения мышц происходят с очень небольшим количеством метаболической стоимости, мышцы, сокращающиеся эксцентрически, производят «большее для меньшего»; они продуцируют высокое мышечное напряжение при низких метаболических затратах. Эксцентрические сокращения не только производят самые большие силы, но и делают это при значительно уменьшенном потреблении кислорода; это наблюдение впервые было зафиксировано в новаторской работе под руководством Bigland-Ritchie и др. ), который показал, что потребление кислорода при субмаксимальной эксцентрической циклической работе составляет только 1/6–1/7 его для концентрической циклической работы при той же самой рабочей нагрузке.
Таким образом, эксцентрическая тренировка может увеличить размер и силу двигательной мышцы (рис. 2A) с очень небольшими требованиями к сердечно-сосудистой системе ). Величина наблюдаемых увеличения силы, и области волокна при эксцентрической тренировке часто превышает наблюдаемое после работы похожей продолжительности в традиционной тренировке с сопротивлением. Результатом продолжительной эксцентрической тренировки является также повышение жесткости мышечной пружины, которое может произойти независимо от, или в дополнение к, увеличению размера и изометрической силы мышцы (11). По всей вероятности, увеличение силы и упругие изменения после продолжительного эксцентрической тренировки происходят как из-за структурных, так и из-за нервных влияний.
Применение в реабилитации и спорте
Потенциал применения продолжительных эксцентрических упражнений для пожилых и пациентов, страдающих от болезней, ограничивающих доставку кислорода, например, хроническими обструкционными легочными заболеваниями или хронической сердечной недостаточностью, очень привлекателен. Эти люди могут быть так строго ограничены в упражнениях это, что даже ходьба может быть в или вне их аэробных мощностей, не считая упражнений интенсивностью, необходимой для того, чтобы предотвратить потерю мышц (саркопения). Любые упражнения, требующие существенного увеличения вентиляции легких и сердечной мощности, могут быть не только неудобными, но и для многих пожилых невозможными. Поэтому, продолжительная эксцентрическая тренировка может быть ненапряженной (низкие метаболические затраты) мощной силой восстановления в качестве контрамеры, с потенциалом преодоления этих дефицитов скелетных мышц и уменьшенной способности независимого функционирования (рис. 4). Кроме того, с увеличением жесткости (более напряженная мышечная пружина) в мышце после эксцентрического упражнения, результатом может быть усовершенствование спортивных движений, таких как прыжок (13). В предварительном исследовании, сравнивающем игроков баскетбола, тренировавшихся 6 недель по программе с интенсивным применением эксцентрического велоэргометра или с традиционной программой сопротивления силы/мощности, мы отметили увеличение вертикальной высоты подскока более 8 % в эксцентрично тренируемой группе, тогда как те в традиционной группе силовой тренировки не обнаружилось никакого изменения в высоте подпрыгивания.
Рис 4. Bigland-Ritchie (2) первая составляющая графика потребление кислорода к работе, показывающей от 6 до 7-разовое уменьшение метаболических затрат, для достижения той же самой величины работы (отрицательная против положительной). Если мы перевернем оси, очевидно, что при идентичной интенсивности упражнений (измеренной, как потребление кислорода) намного больше силы может быть произведено эксцентрично, чем концентрично при умеренных метаболических затратах.
