53. Структурная перестройка мышечной системы под влиянием физических нагрузок.

Большие физические нагрузки, характерные для современного спорта, представляют повышенные требования ко всем системам организма спортсмена, в том числе и к скелетным мышцам. Изучение изменений, происходящих в мышцах под влиянием разных двигательных режимов на макроскопическом, микроскопическом и субмикроскопическом уровнях имеет большое теоретическое и практическое значение, так как изменения в строении мышц отражаются и на их функциональных возможностях.

Спортивная практика показывает, что целенаправленные тренировки увеличивают силу и другие функциональные свойства мышц. Но наблюдаются и такие явления. Когда при максимальных нагрузках и недостаточном времени отдыха, сила мышц начинает снижаться и спортсмен не может повторить показанные им раньше высокие результаты. Важно знать, какие изменения при этом происходят в мышцах, и каким должен быть в дальнейшем двигательный режим спортсмена: полный покой (адинамия), минимальный объём движений (гиподинамия) или постепенное снижение объёма нагрузки.

Рабочая гипертрофия мышечной ткани. Гиперфункция мышечной системы является неотъемлемым компонентом большинства приспособительных реакций здорового организма и отчётливо проявляется у человека при всех видах физической работы. Систематические физические нагрузки в процессе занятий спортом приводят к тому, что гиперфункция мышц закрепляется соответствующей структурной перестройкой. Этот процесс получил название рабочей гипертрофии.

Среди морфологических признаков, характеризующих гипертрофию мышц, следует отметить увеличение объёма, веса органа, объёма (длины и толщины) клеточных элементов органа. Увеличение количества мышечных волокон не является обязательной характеристикой гипертрофии мышц, хотя нередко сопровождает её.

Гипертрофия мышц при повышенных физических нагрузках развивается как следствие их гиперфункции. В процессе приспособительных реакций происходят морфологические преобразования на различных уровнях структурной организации скелетных мышц: органном, клеточном и субклеточном. Следствием таких преобразований может быть метаболическая перестройка в миоцитах, а при определённых условиях и изменение пластических свойств их энергообразующих и сократительных структур. В связи с этим возникает настоятельная необходимость систематических измерений показателей развития мышечной системы с тем, чтобы предотвратить нежелательные её изменения.

Увеличение интенсивности сокращения мышц закономерно влечёт за собой активизацию процессов энергообразования и синтеза белка. Активное энергообразование характеризуется значительным повышением потребления кислорода на единицу массы мышечной ткани, а также ростом окислительного фосфорилирования, т.е. аэробного ресинтеза АТФ. Поскольку энергия используется не только для интенсификации деятельности мышц, но и для возросшего синтеза белков (сократительных), происходит мобилизация и анаэробного пути ресинтеза АТФ за счёт распада гликогена и креатин-фосфата, содержащихся в миоцитах. Все эти изменения отчётливо выявляются с помощью гистохимических методик и служат определённым показателем динамики функциональной активности скелетных мышц. Вслед за активизацией синтеза энергообразующих структур (митохондрий) возрастает синтез белка и увеличивается масса функционирующих структур - миофибрилл. В целом увеличение массы мышечной ткани ведёт к тому, что повышенная функциональная активность мышц приходит в соответствие с их структурой. Морфологически это выражается в увеличении размеров мышечных волокон (рис.17).

Изменения в тонком строении мышечной ткани в процессе адаптации к физическим нагрузкам характеризуются очаговым повышением активности ферментов энергообразующего цикла (цитохромоксидазы, сукцинатдегидрогеназы и др.), усилением отложения миоглобина, особенно на уровне миофибрилл, очаговыми изменениями содержания гликогена и увеличением митохондрий.

В настоящее время в литературе сложилось мнение, что набухание митохондрий служит признаком усиления активности окислительных ферментов, а также признаком понижения содержания в клетках АТФ и стимуляции гликолиза. Последний играет важную роль в энергетическом обеспечении миоцитов при кратковременной интенсивной мышечной работе, которая непременно сопровождается рабочей гипоксией (снижением уровня кислорода). Эти полностью обратимые изменения митохондрий расцениваются так же, как признаки, свидетельствующие о повышении обменных процессов в митохондриях и окружающей цитоплазме в результате возрастания потребления энергии при мышечной работе.

Наиболее общей реакцией сосудов терминального кровеносного русла скелетных мышц является рабочая гиперемия, которая создаёт необходимые условия для интенсивного притока крови к органам за счёт раскрытия резервных капилляров. Так, икроножная мышца кошки в покое потребляет 0,3 см3 О2 в минуту на 100 г мышцы и через неё протекает 116 мл крови, а при тетаническом сокращении соответственно 1 см3 О2 и 240 мл крови. В мышцах передней брюшной стенки расстояние между капиллярами равно 83 мкм, а в постоянно работающей диафрагме - 17 мкм. Нарастание суммарного кровоснабжения при работе мышцы связано с увеличением числа возбуждаемых мышечных волокон и частотой циклов их возбуждения.

Как известно, при активизации деятельности органов в них усиливаются обмен веществ и кровоснабжение. Это показано для многих органов и, особенно для скелетных мышц. Деятельность всех органов и сосудов зависит от влияний нервной системы. Однако доказано, что денервация (выключение нервных влияний) сосудов скелетных мышц существенно не изменяет характера их реагирования на изменение деятельности кровоснабжаемых мышц. Когда управляющая команда с мотонейронов на мышцы подана, тогда поведение сосудов больше всего определяется событиями, происходящими в мышцах, и мало зависит от воздействий, передаваемых по сосудодвигательным нервам. Поэтому сосудистые реакции, разыгрывающиеся в мышцах в ответ на усиление их сокращений, являются по своему механизму местными, хотя они и определяются теми изменениями, которые вызваны управляющим влиянием нервной системы.

Увеличение функциональной активности органа и более всего сокращение скелетных мышц происходит при обязательном усилении тканевого метаболизма. Поскольку анаэробные процессы не могут на долгий срок обеспечить функционирование тканей, постольку ускорение окислительного метаболизма невозможно без увеличения доставки к работающим органам крови, а вместе с ней кислорода. На этом, собственно говоря, и базируется метаболическая гипотеза о механизме рабочей гиперемии скелетных мышц.

Перестройка мышц под влиянием статических и динамических нагрузок. Изменения в мышцах под влиянием нагрузок преимущественно статического характера отличаются от изменений под влиянием нагрузок преимущественно динамического характера.

При статических нагрузках наряду с возрастанием объёма мышц увеличивается поверхность их прикрепления к костям, удлиняется сухожильная часть, увеличиваются внутримышечные соединительнотканные прослойки эндомизия. При микроскопическом исследовании наблюдается увеличение трофического аппарата мышечного волокна (саркоплазмы, ядер, митохондрий). В связи с увеличением количества саркоплазмы каждое отдельное мышечное волокно утолщается, многочисленные ядра принимают округлую форму. Однако сократительный аппарат мышечного волокна (миофибриллы) развит относительно меньше и располагается рыхло.

Длительное сокращение мышечных волокон и интенсификация в них метаболических процессов способствуют увеличению количества кровеносных капилляров, которые образуют густую узкопетлистую сеть. Двигательные бляшки на поперечнополосатых мышечных волокнах увеличиваются в большей мере в поперечных размерах.

При нагрузках преимущественно динамического характера вес и объём мышц также увеличиваются, но в меньшей степени, чем при статических нагрузках. В мышцах происходит удлинение мышечной части и укорочение сухожильной. Мышечные волокна чаще располагаются почти параллельно продольной оси мышц. Микроскопическое исследование показывает, что количество миофибрилл в поперечнополосатых мышечных волокнах растёт. Ядра вытягиваются, их становится несколько больше. Двигательные бляшки обычно вытягиваются вдоль мышечного волокна. Количество нервных волокон в мышцах, выполняющих преимущественно динамическую функцию, в 4-5 раз больше, чем в мышцах, работа которых связана в основном с выполнением статической функции. С увеличением количества нервных элементов возрастает количество нервных импульсов, поступающих в работающую мышцу.

Особенности перестройки скелетных мышц под влиянием физических нагрузок разной интенсивности. Большое практическое значение имеет научное обоснование двигательных режимов, благоприятных для мышечной системы как в обычных условиях, так и в состоянии перетренированности после максимальных и субмаксимальных нагрузок. Исследования в этом направлении П.З. Гудзя (1963, 1968) показали, что во время хронического переутомления гиподинамия оказывает отрицательное влияние на восстановление функциональных свойств мышц. Значит, при построении рационального двигательного режима как в процессе спортивной тренировки, так и в восстановительный период необходимо учитывать те структурные изменения в мышцах, которые возникают в результате физических нагрузок различной интенсивности. При систематических умеренных физических нагрузках мышцы увеличиваются в размерах, наощупь они становятся плотными, упругими. Микроскопическое исследование показывает улучшение их кровоснабжения. Отдельные мышечные волокна гипертрофируются. Увеличение объёма мышц происходит не только благодаря увеличению размеров мышечных волокон, но и благодаря увеличению их количества. Возрастает площадь соприкосновения мышечных волокон с нервными элементами. В мышечных волокнах наблюдается выраженная продольная исчерченность.

После предельных физических нагрузок должен быть период отдыха, достаточный для восстановительных процессов в мышцах. В противном случае в организме развивается хроническое переутомление или перетренированность. П.З. Гудзь показал, что морфологические изменения в мышцах при хроническом переутомлении происходят в двух направлениях:

- с одной стороны, наблюдается распад мышечных волокон;

- с другой - продолжает развиваться рабочая гипертрофия мышечной ткани (в зависимости от степени перетренированности преобладают те или иные процессы).

При распаде мышечных волокон двигательные бляшки уменьшаются в объёме, как бы сжимаются, в результате чего уменьшаются контактирующие поверхности мышечных и нервных волокон. Поступление нервных импульсов в мышцу понижается, а, следовательно, ухудшаются и функциональные свойства мышц. Капиллярная сеть в мышцах суживается, в ней наблюдаются патологические изменения. В мышечных волокнах также происходят патологические изменения: уменьшается их продольная и поперечная исчерченность, отдельные волокна подвергаются дистрофии, в некоторых из них появляются вздутия и сужения. Под микроскопом можно иногда наблюдать и фрагментацию мышечных волокон. На месте распавшихся мышечных волокон образуется соединительная ткань.

Таким образом, под влиянием физических нагрузок в мышечной системе происходит сложная структурная перестройка, в основе которой лежит рабочая гипертрофия мышечной ткани. Различные виды спортивной деятельности предъявляют к определённым группам мышц, которые в большей мере выполняют характерную для данного вида спорта работу, особые требования. Поэтому у спортсменов различных специализаций наблюдается неодинаковое развитие скелетных мышц, а соответственно и их силовых качеств.

Нарушение двигательного режима, связанное с перетренированностью спортсмена. Сопровождается предпатологическими и патологическими изменениями в мышечной ткани.