Адаптация организма к физическим нагрузкам и ее показатели

Регулярные физические упражнения — это эффективный способ поддержания здоровья. Они способствуют формированию различных физиологических адаптаций в нейромышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах организма человека, что приводит к улучшению его общего физического состояния. Именно об этих адаптациях и пойдёт речь ниже.

Адаптация к физическим упражнениям: принцип сверхнагрузки

Принцип сверхнагрузки ответственен за прогресс в освоении физических упражнений, равно как и за адаптацию к ним. Мышечная система может быть перегружена механически или метаболически. Эти механизмы приводят к специфическим и различным адаптациям, которые повышают производительность.

Масштаб этих адаптаций зависит от:

• Типа упражнений.
• Интенсивности упражнений.
• Частоты упражнений.
• Длительности упражнений.

Появляются всё новые свидетельства того, что и другие факторы могут влиять на масштаб адаптаций. Сюда относятся:

• Изначальный уровень тренированности организма.
• Генетические факторы, определяющие реакцию организма (присутствие/отсутствие ответа на подобную терапию) на проводимые мероприятия.

Характер упражнений (например, силовая тренировка или тренировка на выносливость) влияет на тип и масштаб адаптаций в нейромышечной системе. К примеру, если проводится тренировка на выносливость (большое число повторений, малая нагрузка), мышечная система подвергнется изменениям, направленным на интенсификацию аэробного метаболизма и сопротивляемость усталости. Напротив, силовые тренировки (малое число повторений, большая нагрузка) будут способствовать адаптации мышц, таким как повышенный синтез миофибриллярных белков. В результате будет наблюдаться рост мышц и, как следствие, мышечная сила и мощность.

Другой принцип, который необходимо учитывать, — это специфичность. В контексте тренировки важно принимать тип выполняемого упражнения. Принцип специфичности гласит, что только подвергнутая повторным нагрузкам система или часть тела будет адаптироваться к хроническим перегрузкам. Таким образом, конкретное упражнение вызывает специфические приспособления, создающие специфические тренировочные эффекты.

Анализ зон интенсивности тренировки[править | править код]

Годами восточноевропейские методисты и тренеры использовали зоны интенсивности тренировки как границы повторного максимума, чтобы разрабатывать и анализировать программы силовой тренировки. Согласно большей части литературы по методологии силового тренинга, лучшие зоны для выработки максимальной силы — это зоны 2 и 1 (нагрузка от 85 процентов и выше). В последнее время в центре внимания оказалась уже не зона 1 (нагрузка выше 90 процентов), а зона 3 (нагрузка от 70 до 80 процентов). Эта перемена произошла на базе полевого опыта тяжелоатлетов (кроме болгарской и греческой школы и их североамериканских двойников, которые очень часто использовали очень высокоинтенсивную нагрузку и, что неудивительно, отличались печальной историей положительных результатов анализов на допинг), а также русских и итальянских пауэрлифтеров. Таким образом, анализ лучших программ тяжелой атлетики[6] и пауэрлифтинга показал концентрацию тренировочных нагрузок в зоне 3. Опять же, идентификация зоны 3 как самой значимой зоны для развития максимальной силы — это фундаментальная перемена, поскольку почти вся классическая литература, посвященная силовому тренингу, утверждает, что нагрузка для тренировки максимальной силы должна составлять 85 процентов от повторного максимума или выше.

Полевые опыты показали

, что:

• большая часть адаптаций нервно-мышечной системы, необходимых для увеличения максимальной силы, требует нагрузки ниже 90 процентов от повторного максимума; и
• период подвергаемости нагрузкам в размере 90 процентов и выше (необходимых для конкретной адаптации к этому диапазону интенсивности) должен быть очень кратким.

В таблице указаны нервно-мышечные адаптации для каждого диапазона интенсивности. Из этой таблицы мы узнаем, что:

• большая часть увеличения внутримышечной координации требует нагрузки выше 80 процентов;

• большая часть увеличения межмышечной координации требует нагрузки менее 80 процентов; и

• мы должны использовать полный спектр интенсивности, чтобы увеличить нервно-мышечные адаптации и, соответственно, максимальную силу.

Нервные адаптации в соответствии с зонами силового тренинга

Адаптационный стимул: ****- очень высокий; ***-высокий; **-средний; *-низкий. Предполагается, что все нагрузки должны происходить посредством самого взрывного (и технически правильного) концентрического действия, которое допускает нагрузка.

Учитывая тренировочную методологию, мы можем сделать следующие выводы из этой таблицы.

• В подготовительный период с ограниченным временем развития максимальной силы — или в тех случаях, когда тренировка одной группы спортсменов, скорее всего, продлится только один сезон, — средняя интенсивность макроциклов максимальной силы выше (80-85 процентов от повторного максимума).

Этот подход обычно преобладает в командных видах спорта.

• В подготовительный период в индивидуальном виде спорта с достаточным количеством времени на развитие максимальной силы -особенно когда многолетняя перспектива проецирует постоянный прогресс в течение среднего и продолжительного срока — план периодизации силы должен быть сосредоточен в основном на межмышечной координации. Следовательно, средняя, не пиковая, интенсивность, используемая в макроциклах максимальной силы, ниже (70-80 процентов).

• Тем не менее, при развитии максимальной силы каждый план периодизации начинается с более низкой интенсивности, большим количеством времени под нагрузкой в течение подхода и сосредотачивается на технике, так чтобы более высокая интенсивность впоследствии вырабатывала более высокое мышечное напряжение.

Адаптация к тренировкам с отягощением

Тренировки с отягощением представляют собой тип тренировок, направленных на увеличение мышечной силы, мощности и размеров мышц за счет мышечного сокращения. Этот режим упражнений основан на принципе перегрузки, когда рост силы и объёма мышц осуществляется за счет их тренировки/работы при нагрузках, близких к максимальным значениям. Программа подобной тренировки может включать в себя поднимание и опускание веса 6–8 раз по 3–4 подхода с нагрузкой, равной приблизительно 70–80 % от максимального веса, поднимаемого за один раз.

Нейроадаптации

Этот и другие вопросы подробно разбираются на семинаре «Двигательный контроль и обучение». Узнать подробнее…

• Интенсификация деятельности двигательного центра после тренировок с отягощением частично ответственна за увеличение физической силы.
• Оптимизированная синхронизация нейромоторных единиц (одновременное действие нескольких единиц).
• Снижение порога нагрузки, при котором активизируются нейромоторные единицы.
• Возрастание скорости действия нейромоторных единиц.
• Снижение уровня коактивации мышц-антагонистов после тренировки.

Мышечные адаптации

Скелетные мышцы будут приспосабливаться к механическим перегрузкам, увеличиваясь в размерах. При тренировках с отягощением активируются различные сигнальные механизмы, которые инициируют синтез новых белков, рост мышечных волокон и клеток, что приводит к гипертрофии. При этом имеется мало доказательств того факта, что происходит увеличение количества мышечных волокон (гиперплазия).

Различные адаптации включают в себя:

• Увеличение поперечного сечения мышц (сечение, перпендикулярное).
• Изменения в строении:
• УЗ-исследования показывают изменение угла перистости (угла, под которым волокна прикрепляются к апоневрозу мышц). Оно определяет площадь поперечного сечения мышц и, как следствие, влияет на их силу.
• Гипертрофия типов волокон на клеточном уровне, особенно волокон II типа:
• Исследования показывают одновременное уменьшение числа волокон IIx типа и увеличение числа волокон IIa типа.
• Быстрые мышечные волокна по своей природе сильней и имеют большую скорость сокращения, поэтому влияние на уровень физической силы от их увеличения окажется значительно выше, чем от роста медленных волокон в тех же пропорциях.

Синтез мышечных белков

Общеизвестно, что мышцы чувствительны к тренировочным нагрузкам. Мышечная система — это динамическая система с синтезируемыми и расщепляющимися белками. Для роста мышц необходимо менять баланс между синтезом и расщеплением белка. Это может происходить либо путем увеличения скорости синтеза, либо путем снижения скорости расщепления, либо сочетанием того и другого.

Важные сведения, касающиеся процесса производства белка в теле человека:

• Натощак мышечные белки синтезируются со скоростью ~ 0,04% в час.
• Упражнения и питание стимулируют выработку миофибриллярных белков.
• Синтез белков увеличивается после тренировки с отягощением в 2–5 раз.
• Интенсификация синтеза белка происходит через 1–2 часа после тренировки. В сытом состоянии организм способен поддерживать увеличенную выработку белка в течение последующих 48–72 часов.
• Ускорение синтеза белка идёт наряду с повышенным его расщеплением после тренировки.
• В сытом состоянии синтез белка протекает интенсивней, чем его расщепление, способствуя получению избыточного белка.
• Накопленный от этого процесса эффект ведёт к выработке избыточного белка и, как следствие, увеличению мышечной массы после выполнения цикла упражнений.

Вышеупомянутые сведения ясно показывают, что адаптация мышц зависит от степени снабжения организма питательными веществами. Баланс между синтезом белка и его расщеплением после тренировки может быть скорректирован изменением количеств соответствующих питательных веществ. Как тренировки с отягощением, так и поступление аминокислот повышают синтез белка. Если эти факторы действуют сообща, наблюдаемые изменения в мышечной системе будут ещё более заметными.

Употребление белка после упражнений позволяет:

• интенсифицировать синтез белка;
• подавить расщепление белка.

С подавлением разложения белка в сытом состоянии после тренировки повышается также уровень инсулина, который ведёт к ещё большому подавлению расщепления протеинов. Поэтому важно поддерживать надлежащий уровень питания для наибольшей выгоды от тренировок с отягощением.

Миосателлиты

Миосателлиты — это специализированные мышечные стволовые клетки, расположенные в нише между базальной пластинкой и сарколеммой мышечного волокна. Они помогают в росте и восстановлении всех скелетных мышц. Эти клетки активируются при повреждении мышц и/или достаточных физических нагрузках. Как только эти клетки активируются, они пролиферируют, дифференцируются и сливаются с существующими мышечными волокнами, и таким образом образуются новые сократительные белки и восстанавливаются мышечные повреждения. Тренировка с отягощением приводит к увеличению количества миосателлитов в течение четырех дней после тренировки. При продолжении тренировок с отягощениями в течение продолжительного периода времени число миосателлитов может увеличиться на ~ 30% и, кроме того, может оставаться повышенным, даже если тренировки прекращены.

Другой немаловажной ролью миосателлитов является передача их ядер в растущие клетки мышечных волокон, выполняющих роль пост-митотических ядер.

Использование механизма адаптации в тренировочном процессе

Чтобы выстроить тренировочный процесс грамотно, согласно научным выкладкам и данным, придется разобраться, как же можно применить знание об адаптации, да и ее саму для пользы нашему телу. Самые важные закономерности, которые при этом используются, называются биологическими принципами спортивной тренировки (БПСТ). В научном мире их существует много, но мы рассмотрим наиболее важные.

Принцип регулярности

Это понятие имеет прямое отношение к адаптации, которая происходит в процессе регулярных (систематических) тренировок, а также отдыха между ними.

• Если человек слишком часто выполняет упражнения, то каждая последующая тренировка у него происходит до того, как организм успевает полностью восстановиться от предыдущих занятий. Возможности тела на тот момент еще пришли в норму, потому изменения несут ярко выраженный характер. Это называется отрицательное взаимодействие нагрузок. Причем каждая последующая тренировка только усугубит ситуацию, а работоспособность, выносливость, сила в итоге сойдут на нет.
• Когда новое занятие спортом проводится как раз в фазе суперкомпенсации, тогда организм может применять намного более весомые нагрузки. Это правильный вариант, который поможет постепенно вызывать наращивание потенциала атлета.
• При чрезмерно длительном периоде отдыха между тренировками, занятия обычно выпадают на время, когда все восстановительные процессы в нашем теле уже завершены. Тогда все показатели уже возвращаются к уровню, что был до нагрузки. Потому ожидать возрастания адаптивных показателей при такой регулярности не представляется возможным.

Чаще всего в спортивной практике применяют принципы положительной или отрицательной регулярности. Зато нейтральное взаимодействие (длинные перерывы) отлично сочетается со многими видами лечебной гимнастики, к примеру, суставная по методу доктора Бубновского.

Принцип доступности и индивидуализации

Простыми словами, это понятие отражает возможность выполнения тех или иных упражнений разными людьми в группе занимающихся. Следует выбирать тот уровень нагрузки, который способны «потянуть» даже те, у кого физическая подготовленность находится на довольно низком уровне. Если искусственно завысить уровень, то пострадает техника выполнения упражнений, чего ни в коем случае нельзя допускать. Чрезмерно легкие задания в то же время не дадут никакого эффекта. Фактически стоит остановиться на алгоритме: от простого к сложному, от неизвестного, к известному, от главного к второстепенному.

Индивидуализация занятий при этом не менее важна. При отказе учитывать личностные данные каждого спортсмена наступает торможение скорости адаптации, накопившимися продуктами рабочего распада. То есть, это значит, что всегда надо делать скидку на индивидуальные показатели каждого атлета в отдельности. Однако противопоставлять это общему принципу доступности ни в коем случае нельзя, он всегда остается в приоритете.

Принцип последовательности и постепенности

В основе адаптации организма к физическим нагрузкам лежат биохимические изменения в организме, это мы уже выяснили. Они появляются, а также развиваются не все вместе, а поочередно и постепенно. Первым проявляется и сохраняется намного дольше аэробное энергообеспечение. Содержание в мускулах гликогена при этом сильно повышается, ведь именно он применяется в качестве источника энергии. Для весомого роста выносливости, силы, скорости и ловкости нужны многие годы интенсивных тренировок.

Принцип постепенности подразумевает медленное, а не резкое наращивание физических нагрузок. Реализация его обеспечивает плавный переход атлета с одного уровня физической подготовленности на другой. Суть всех изменений заключается в постоянном повышении требований к занимающемуся. Учтите, что наращивать нужно с умом, так как у малоподготовленных людей каждое занятие и так вызывает сильный стресс, что сводит на нет все показатели адаптации. Потому крайняя степень постепенности играет главенствующую роль в процессе.

Принцип обратимости

Любые изменения в нашем теле не постоянны, они могут меняться под влиянием тренировок. Если прекратить занятия полностью или же постепенно снижать нагрузки, то в итоге можно легко вернуться к изначальным показателям. Все это закономерно и основано на биохимии. К примеру, в мускулах начинает падать содержание креатинфосфата и гликогена, как источников энергии, а миофибрилл становится намного меньше.

Профессиональные спортсмены называют это явление растренированностью. Фактически суперкомпенсация является полностью обратимым процессом, причем носит она временный характер. Это значит, что единичные тренировки не вызывают адаптивных явлений в организме. Чтобы они возникли, тренировки должны происходить регулярно, с правильным чередованием отдыха и занятий, а также верно подобранными нагрузками.

Основные показатели адаптации к физическим нагрузкам

• Изменения в состоянии ЦНС.
• Увеличение подвижности нервных процессов.
• Укорочение скрытого периода двигательных реакций.
• Изменения опорно-двигательного аппарата.
• Изменения функции органов дыхания.
• Ускорение кровообращения.
• Изменение состава крови.

Адаптации к тренировкам на выносливость

Тренировки на выносливость направлены на повышение сопротивления мышечной усталости при длительных тренировках. Усталость определяется как «потеря способности развивать силу и/или скорость мышц в результате мышечной деятельности под нагрузкой, обратимая в состоянии покоя». Результаты деятельности, требующей высокой выносливости, зависят от способности организма производить достаточное количество АТФ посредством аэробного окисления. Этот процесс требует взаимодействия нейромышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем. В рамках данной статьи основное внимание уделяется именно локальным адаптациям, происходящим в скелетных мышцах.

По сути, тренировки на выносливость повышают окислительную способность и метаболическую эффективность скелетных мышц. Адаптации, с помощью которых это достигается, включают использование кислорода (митохондриальные адаптации), доставку кислорода (ангиогенез) и локальную доступность окисляемого субстрата.

Митохондриальные адаптации (использование кислорода)

Митохондрия – это своеобразная «силовая установка» клетки. Эти органеллы генерируют большую часть клеточных резервов АТФ через аэробное дыхание. Тренировки на выносливость могут увеличить объёмы и количество митохондрий. Величина этих изменений зависит от частоты и интенсивности тренировок.

С ростом числа и размера митохондрий доля пирувата, образующегося во время гликолиза, переходящего в митохондрии для окислительного фосфорилирования, увеличивается с меньшим использованием для производства лактата и его побочных продуктов. В результате интенсивность упражнений, которую можно поддерживать, полагаясь на аэробный метаболизм, становится выше.

Ангиогенез (доставка кислорода)

Сеть капилляров, примыкающих к мышечным волокнам, ответственна за диффузный обмен газами, субстратами и метаболитами между кровеносной системой и мышечными волокнами. Тренировки на выносливость результируют в росте новых капилляров (процесс ангиогенеза) примерно на 20% через 8 недель тренировок в волокнах типа I и II.

Использование субстрата

Во время тренировок при субмаксимальных нагрузках главными источниками энергии выступают углеводы (обычно мышечный гликоген) и жиры (локальные и циркулирующие жирные кислоты). Тренировки на выносливость ведут к ключевым адаптациям в использовании субстрата:

• При фиксированном уровне субмаксимальных нагрузок вклад окисления жирных кислот в общее производство энергии растёт одновременно со способностью мышц окислять внутримышечные триглицериды в качестве первичного источника энергии.
• Тренировки ведут к увеличению запасов гликогена в мышечных волокнах в формах гранул, что ведёт к росту числа агломератов внутримышечных липидов, контактирующих с митохондриями.
• Выносливые спортсмены полагаются на более активное окисление жирных кислот, поскольку оно не затрагивает мышечные запасы гликогена (он необходим в большей степени во время высокоинтенсивных упражнений).

Нейроадаптации

Во время тренировок на выносливость в нервной системе развиваются следующие адаптации:

• Снижение времени реакции моторных единиц на полученную нагрузку.
• При непрерывных мышечных сокращениях, имеющих место при в тренировках на выносливость, скорость проведения импульса нейромоторных единиц спадает медленней.
• Снижение порога нагрузки, при котором активизируются нейромоторные единицы.

Модель

Предлагаемая модель состоит из трех частей:

• предпосылки
• возможности
• закрепление

Можно также использовать в качестве трех описывающих терминов периодизацию / планирование, восстановление и суперкомпенсацию. Аспект модели предпосылки

отражают вид, количество и доступность ресурсов у человека для того, чтобы справляться со стрессом от тренировок, соревнований и жизни. Ресурсы возникают из физиологических, психологических и социальных факторов. Определение и реализация предрасполагающих факторов могут включать значительное время и предусмотрительность.
Возможности
означают знание, мотивацию и условия для улучшения восстановления от утомления, вызванного тренировкой и снижением работоспособности, путём ремонта повреждённых нервно-мышечных структур и функций (260). Утомление в
возможностях
преимущественно периферическое (215). Именно в пределах возможностей обнаруживается большинство кратковременных механизмов восстановления. Третья часть модели состоит из
закрепления
адаптации от продолжительного действия механизмов восстановления и перехода от локальной реакции тканей к более системной реакции органов.
Закрепление –
непрямой механизм ВА и нужен для улучшения адаптации путём усиления тканевых структур, метаболизма, увеличения доступности субстратов и психологической устойчивости. Многие кратковременные механизмы способны усиливать адаптацию путём повторения и накопления, но требуют значительных ресурсов, которые увеличат продолжительность их действия. Доказательство улучшения адаптации заключается в увеличении производительности выше доступного ранее уровня, устранении боли, повышения желания тренироваться и общей готовности. Предложенная модель показана в таблице.

Сравнение нейромышечных адаптаций во время силовых тренировок и тренировок на выносливость

Источники[править | править код]

1. Lamb, D.R. 1984. Physiology of Exercise: Responses and Adaptations, 2nd ed. New York: MacMillan Publishing Company.
2. Broughton, A. 2001. Neural mechanisms are the most important determinants of strength adaptations. Proposition for debate. School of Physiotherapy, Curtin University.
3. Ploutz, L., et al. 1994. Effect of resistance training on muscle use during exercise, Journal of Applied Physiology, 76: 1675-1681.
4. Moritani, X, and deVries, H.A. 1979. Neural factors versus hypertrophy in the time course of muscle strength gain. American Journal of Physical Medicine 58 (3): 115-30.
5. Rasmussen, R.B., and Phillips, S.M. 2003. Contractile and nutritional regulation of human muscle growth. Exercise and Sport Sciences Reviews 31 (3): 127-31.
6. Roman Suarez, I. 1986. Levantamiento depesos—Periodo competitivo. La Habana, Cuba: Editorial Cientifico Tecnico.
7. Crameri, R.M., et al. 2004. Enhanced procollagen processing in skeletal muscle after a single bout of eccentric loading in humans. Matrix Biology 23 (4): 259-64.
8. Miller, B.F., et al. 2005. Coordinated collagen and muscle protein synthesis in human patella tendon and quadriceps muscle after exercise. Journal of Physiology 567 (Pt 3): 1021-33.
9. Babraj, J.A., et al. 2005. Collagen synthesis in human musculoskeletal tissues and skin. American Journal of Physiology—Endocrinology and Metabolism 289 (5): E864-69.
10. Doessing S. and Kjaer. 2005. Growth hormone and connective tissue in exercise. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, 15(4): 202-210.
11. Kjaer, M., et al. 2005. Metabolic activity and collagen turnover in human tendon in response to physical activity. Journal of Musculoskeletal and Neuronal Interactions 5 (1): 41-52.
12. Kjaer, M., et al. 2006. Extracellular matrix adaptation of tendon and skeletal muscle to exercise. Journal of Anatomy 208 (4): 445-50.
13. Tesch, P.A., Thorsson, A., and Kaiser, P. 1984. Muscle capillary supply and fiber type characteristics in weight and power lifters. Journal of Applied Physiology 56:35-38.
14. Tesch, P.A., and Larsson, L. 1982. Muscle hypertrophy in bodybuilders. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology 49 (3): 301-6.
15. Howard, J.D., Ritchie, M.R., Gater, D.A., Gater, D.R., and Enoka, R.M. 1985. Determining factors of strength: Physiological foundations. National Strength and Conditioning Journal 7 (6): 16-21.
16. Schmidtbleicher, D. 1984. Sportliches krafttraining. Berlin: Jung, Haltong, und Bewegung bei Menchen.
17. Behm, D., and Sale, D.G. 1993. Intended rather than actual movement velocity determines velocity-specific training response. Journal of Applied Physiology 74:359-68.