Фитнес New life. Том 1. Анатомия и физиология

Поэтому тренер должен анализировать не только название упражнения или предполагаемую целевую мышцу, но и фактический характер движения.

Знание мышечной анатомии помогает выбирать упражнения, оценивать их функциональную направленность, планировать последовательность тренировочной нагрузки и объяснять занимающимся особенности выполнения движений.

При этом необходимо учитывать, что развитие отдельных мышц не должно происходить в отрыве от общей двигательной функции организма. Грамотно построенная программа должна обеспечивать сбалансированную работу основных мышечных групп с учётом целей, возможностей и ограничений человека.

11.11. Профессиональные задачи фитнес-тренера

Понимание общей организации мышечной системы позволяет тренеру решать несколько важных профессиональных задач.

Прежде всего оно необходимо для определения основных мышечных групп, участвующих в выполнении упражнений. Это помогает осознанно подбирать движения в соответствии с поставленными тренировочными целями.

Не менее важно понимание совместной работы мышц. Знание функций агонистов, антагонистов, синергистов и стабилизаторов позволяет анализировать двигательные действия и выявлять особенности их выполнения.

Также тренер должен учитывать, что мышечная работа зависит от нервной регуляции, кровоснабжения и энергетического обеспечения. Поэтому эффективность тренировки определяется не только внешней нагрузкой, но и способностью организма адаптироваться к ней.

Особое внимание необходимо уделять индивидуальным различиям. Два человека могут выполнять одно и то же упражнение, но демонстрировать различную амплитуду движения, координацию и распределение мышечного усилия.

Задача тренера заключается не в том, чтобы привести всех занимающихся к единому шаблону движения, а в том, чтобы подобрать подходящий вариант упражнения с учётом анатомических особенностей, двигательных возможностей и тренировочных целей.

Итоги главы

Мышечная система обеспечивает движение, поддержание позы, стабилизацию суставов, терморегуляцию и выполнение ряда других физиологических функций.

В организме человека выделяют скелетную, гладкую и сердечную мышечную ткань. Основное внимание в подготовке фитнес-тренера уделяется скелетной мускулатуре, поскольку она непосредственно участвует в выполнении физических упражнений.

Скелетные мышцы различаются по форме, размерам, расположению и функциональному назначению. Они состоят из мышечных волокон, объединённых в пучки и окружённых соединительнотканными оболочками.

В двигательной деятельности мышцы работают совместно. Агонисты создают основное усилие, антагонисты выполняют противоположное действие, синергисты помогают движению, а стабилизаторы поддерживают необходимое положение отдельных частей тела.

Мышечная деятельность может осуществляться в концентрическом, эксцентрическом и изометрическом режимах. Выбор режима зависит от характера упражнения и поставленной задачи.

Работа мышц регулируется нервной системой и требует постоянного энергетического обеспечения. Поэтому мышечная деятельность представляет собой результат взаимодействия нервных, механических и физиологических процессов.

Для фитнес-тренера понимание общей организации мышечной системы является необходимой основой для анализа упражнений, составления программ и управления тренировочной нагрузкой.

Контрольные вопросы

Какие основные типы мышечной ткани существуют в организме человека?

Каковы основные функции скелетной мускулатуры?

Чем скелетная мышечная ткань отличается от гладкой и сердечной?

Какие основные анатомические группы скелетных мышц выделяют?

Из каких структурных элементов состоит скелетная мышца?

Что такое мышечное волокно?

Какую функцию выполняют эпимизий, перимизий и эндомизий?

Чем отличаются длинные, короткие и широкие мышцы?

Что такое агонист и какую функцию он выполняет?

Какую роль играет мышца-антагонист?

Чем синергисты отличаются от стабилизаторов?

Какие режимы мышечной деятельности существуют?

Чем концентрическое сокращение отличается от эксцентрического?

Что происходит при изометрической мышечной работе?

Как нервная система управляет скелетными мышцами?

Что представляет собой двигательная единица?

Какую роль играет кровоснабжение в работе мышц?

Почему для мышечного сокращения необходима энергия АТФ?

Почему мышцы необходимо рассматривать как элементы единой двигательной системы?

Как знания об общей организации мышечной системы помогают фитнес-тренеру составлять программы?

Практическое задание

Выберите три упражнения: жим гантелей лёжа, приседание и тягу горизонтального блока.

Для каждого упражнения определите основные мышечные группы, участвующие в движении. Установите, какие мышцы выполняют основную двигательную работу, какие помогают ей, а какие обеспечивают стабилизацию.

Затем проанализируйте фазы каждого упражнения. Определите, в каких фазах мышцы преимущественно работают концентрически, эксцентрически или изометрически.

В завершение объясните, почему при выполнении упражнения необходимо учитывать не только работу целевой мышцы, но и взаимодействие всей мышечной системы.

Основные термины главы

Мышечная система — совокупность мышечных тканей и анатомических образований, обеспечивающих движения и другие физиологические функции.

Скелетная мышца — мышца, преимущественно прикреплённая к костям и обеспечивающая произвольные движения.

Гладкая мышечная ткань — мышечная ткань внутренних органов и кровеносных сосудов, работающая преимущественно непроизвольно.

Сердечная мышечная ткань — специализированная мышечная ткань, образующая миокард.

Мышечное волокно — специализированная вытянутая мышечная клетка, способная сокращаться.

Мышечное брюшко — основная сократительная часть скелетной мышцы.

Эпимизий — соединительнотканная оболочка, окружающая мышцу целиком.

Перимизий — соединительнотканная оболочка, окружающая пучки мышечных волокон.

Эндомизий — тонкая соединительнотканная оболочка отдельного мышечного волокна.

Агонист — мышца, создающая основное усилие для выполнения определённого движения.

Антагонист — мышца, выполняющая действие, противоположное действию агониста.

Синергист — мышца, помогающая другой мышце выполнять определённое движение.

Стабилизатор — мышца, обеспечивающая устойчивость определённой части тела во время движения.

Концентрический режим — мышечная работа, при которой мышца развивает напряжение и укорачивается.

Эксцентрический режим — мышечная работа, при которой мышца развивает напряжение и удлиняется под действием внешней силы.

Изометрический режим — мышечная работа, при которой мышца развивает напряжение без заметного изменения общей длины.

Двигательная единица — один двигательный нейрон и все мышечные волокна, которые он иннервирует.

АТФ — аденозинтрифосфат, непосредственный источник энергии для процессов мышечного сокращения.

Глава 12. Строение скелетной мышцы и механизмы мышечного сокращения

12.1. Общая организация скелетной мышцы

Скелетная мышца представляет собой сложную биологическую структуру, способную преобразовывать химическую энергию в механическую работу. Благодаря этому человек может выполнять движения, удерживать положение тела и преодолевать внешнее сопротивление.

В предыдущей главе мы рассмотрели общую организацию мышечной системы и основные функции скелетной мускулатуры. Теперь перейдём к более глубокому изучению строения отдельной мышцы и процессов, благодаря которым она сокращается.

Скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, объединённых в пучки. Каждое мышечное волокно представляет собой специализированную вытянутую клетку, которая может достигать значительной длины. В отличие от большинства других клеток организма, зрелые скелетные мышечные волокна содержат несколько ядер, расположенных преимущественно по периферии клетки.

Внутри мышечного волокна находятся многочисленные миофибриллы — длинные сократительные структуры, проходящие практически через всю его длину. Именно миофибриллы обеспечивают непосредственное выполнение мышечного сокращения.

Миофибриллы состоят из последовательно расположенных участков, называемых саркомерами. Саркомер является основной структурной и функциональной единицей поперечнополосатой скелетной мышцы.

Таким образом, организация мышцы имеет несколько уровней: целая мышца состоит из пучков, пучки — из мышечных волокон, мышечные волокна содержат миофибриллы, а миофибриллы образованы повторяющимися саркомерами.

Эта последовательная организация позволяет мышце создавать значительное усилие и передавать его через соединительнотканные структуры на сухожилия и далее на кости.

12.2. Мышечное волокно: строение и основные компоненты

Мышечное волокно является основной клеточной структурой скелетной мышцы. Оно окружено клеточной мембраной, которая называется сарколеммой. Сарколемма отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды и участвует в передаче электрических сигналов, необходимых для сокращения.

Внутреннее пространство мышечного волокна заполнено саркоплазмой. В ней находятся миофибриллы, митохондрии, ферменты, запасы гликогена, жировые включения и другие клеточные компоненты.

Митохондрии обеспечивают значительную часть процессов аэробного образования АТФ. Их количество и функциональные особенности зависят от типа мышечного волокна и характера физической активности.

Гликоген представляет собой форму хранения углеводов внутри мышечных клеток. Он может использоваться для получения энергии во время физической нагрузки. При продолжительной или интенсивной мышечной деятельности запасы гликогена имеют важное значение для поддержания работоспособности.

Особое место в структуре мышечного волокна занимает саркоплазматический ретикулум — специализированная система мембранных каналов и цистерн, окружающая миофибриллы. Его главная функция заключается в накоплении, хранении и высвобождении ионов кальция, которые необходимы для запуска мышечного сокращения.

С саркоплазматическим ретикулумом функционально связаны поперечные трубочки, или Т-трубочки. Они представляют собой углубления клеточной мембраны, которые проводят электрический сигнал от поверхности мышечного волокна в его глубину.

Совместная работа сарколеммы, Т-трубочек и саркоплазматического ретикулума обеспечивает согласованную активацию сократительных структур по всей толщине мышечного волокна.

12.3. Миофибриллы и саркомер

Миофибриллы представляют собой длинные сократительные структуры, состоящие из повторяющихся участков — саркомеров. Именно их упорядоченное расположение создаёт характерную поперечную исчерченность скелетной мышечной ткани, заметную при микроскопическом исследовании.

Саркомер ограничен двумя Z-дисками. Внутри него располагаются тонкие и толстые белковые филаменты, взаимодействие которых обеспечивает сокращение мышцы.

Тонкие филаменты преимущественно образованы белком актином. Толстые филаменты состоят главным образом из белка миозина. Эти белки обладают различным строением и выполняют взаимодополняющие функции.

Актин формирует основу тонких филаментов, вдоль которых располагаются регуляторные белки. Миозин образует толстые филаменты, имеющие выступающие головки. Именно головки миозина взаимодействуют с актином и обеспечивают развитие механического усилия.

В структуре саркомера выделяют несколько характерных областей.

Z-диски обозначают границы саркомера и служат местом прикрепления тонких актиновых филаментов.

I-диск содержит преимущественно тонкие филаменты. Во время сокращения его ширина уменьшается.

A-диск соответствует длине толстых миозиновых филаментов. При обычном сокращении мышцы его длина практически не изменяется.

H-зона представляет собой центральную область саркомера, в которой в расслабленном состоянии располагаются преимущественно толстые филаменты. По мере сокращения она может уменьшаться и становиться менее выраженной.

M-линия располагается в центре саркомера и участвует в организации и поддержании положения толстых филаментов.

Важным структурным белком является титин. Он соединяет толстые филаменты с областью Z-дисков, помогает поддерживать организацию саркомера и обладает эластическими свойствами.

Саркомер является ключевой структурной единицей мышечного сокращения. Именно на его уровне происходит взаимодействие актина и миозина, в результате которого мышечное волокно развивает напряжение и может укорачиваться.

12.4. Сократительные белки: актин и миозин

Основными белками, обеспечивающими сокращение скелетной мышцы, являются актин и миозин.

Актин образует тонкие филаменты. Его молекулы объединяются в длинные цепочки, формирующие основу сократительной структуры. На поверхности актиновых филаментов расположены участки, с которыми могут взаимодействовать головки миозина.

Миозин образует толстые филаменты. Его молекулы имеют вытянутую структуру и головки, способные связываться с актином. Головки миозина обладают ферментативной активностью: они способны расщеплять АТФ, используя высвобождаемую энергию для выполнения механической работы.

Однако взаимодействие актина и миозина регулируется дополнительными белками.

К ним относятся тропомиозин и тропонин. Тропомиозин располагается вдоль актинового филамента и в состоянии покоя закрывает участки связывания миозина с актином.

Тропонин представляет собой белковый комплекс, связанный с тропомиозином. Он участвует в регуляции взаимодействия сократительных белков в ответ на изменение концентрации кальция.

В состоянии покоя взаимодействие актина и миозина ограничено. Когда в саркоплазме увеличивается концентрация ионов кальция, они связываются с определённым компонентом тропонинового комплекса. Это вызывает изменение положения тропомиозина и открывает участки актина для взаимодействия с головками миозина.

Таким образом, актин и миозин обеспечивают непосредственное создание механического усилия, а тропонин и тропомиозин регулируют возможность их взаимодействия.

12.5. Механизм мышечного сокращения: теория скользящих филаментов

Основным научным объяснением мышечного сокращения является теория скользящих филаментов.

Согласно этой теории, мышца сокращается не потому, что актиновые и миозиновые белки сами по себе становятся короче. Сокращение происходит благодаря взаимному скольжению тонких и толстых филаментов относительно друг друга.

Когда головки миозина связываются с актином, они изменяют своё положение и перемещают тонкие филаменты к центру саркомера. В результате Z-диски сближаются, а длина саркомера уменьшается.

Поскольку миофибрилла состоит из большого количества последовательно расположенных саркомеров, одновременное уменьшение их длины приводит к укорочению всей миофибриллы и, соответственно, мышечного волокна.

При этом длина самих актиновых и миозиновых филаментов в процессе обычного сокращения существенно не изменяется. Изменяется степень их взаимного перекрытия.

Рассмотрим основные этапы этого процесса.

Сначала мышечное волокно получает сигнал, запускающий сокращение. В результате электрическое возбуждение распространяется по сарколемме и Т-трубочкам.

Затем происходит высвобождение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в саркоплазму.

Кальций связывается с тропонином, вызывая изменение положения тропомиозина. Участки актина, необходимые для взаимодействия с миозином, становятся доступными.

Головки миозина связываются с актином и образуют поперечные мостики. После этого происходит изменение положения головок миозина, сопровождающееся перемещением актиновых филаментов.

В результате повторяющихся циклов образования и разрыва поперечных мостиков происходит скольжение филаментов и развитие мышечного напряжения.

Пока в саркоплазме сохраняется достаточная концентрация кальция и имеются необходимые энергетические ресурсы, цикл взаимодействия актина и миозина может продолжаться.

12.6. Роль АТФ в мышечном сокращении

Аденозинтрифосфат, или АТФ, является непосредственным источником энергии для работы сократительного аппарата мышечной клетки.

АТФ необходим не только для создания мышечного усилия, но и для завершения отдельных этапов взаимодействия актина и миозина, а также для восстановления состояния покоя.

Когда головка миозина связана с актином, присоединение новой молекулы АТФ к миозину приводит к разрыву поперечного мостика. Это позволяет головке миозина отделиться от актинового филамента.

После этого АТФ расщепляется под действием ферментативной активности миозина. Энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ, используется для изменения положения головки миозина и подготовки её к следующему циклу взаимодействия.

Если кальций продолжает поддерживать доступность участков связывания на актине, головка миозина может снова соединиться с актином и выполнить очередной цикл.

Таким образом, АТФ обеспечивает возможность повторяющегося взаимодействия сократительных белков.

Особенно важно понимать, что АТФ требуется и для расслабления мышцы. Специальные белки-переносчики используют энергию АТФ для возвращения кальция из саркоплазмы обратно в саркоплазматический ретикулум.

Следовательно, энергетическое обеспечение необходимо как для сокращения, так и для последующего расслабления мышечного волокна.

12.7. Нервный импульс и запуск мышечного сокращения

Сокращение скелетной мышцы начинается с нервного сигнала, поступающего к мышечному волокну от двигательного нейрона.

Место контакта нервного окончания с мышечным волокном называется нервно-мышечным синапсом, или нервно-мышечным соединением.

Когда нервный импульс достигает окончания двигательного нейрона, происходит высвобождение нейромедиатора ацетилхолина в синаптическую щель.

Ацетилхолин связывается с рецепторами на мембране мышечного волокна. Это вызывает изменение электрического состояния сарколеммы и запускает потенциал действия.

Потенциал действия распространяется по поверхности мышечного волокна и проникает в его глубину через систему Т-трубочек.

Далее электрический сигнал запускает высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. Повышение концентрации кальция в саркоплазме создаёт условия для взаимодействия актина и миозина.

Таким образом, последовательность событий выглядит следующим образом: нервный импульс достигает нервного окончания, выделяется ацетилхолин, возбуждается мембрана мышечного волокна, высвобождается кальций, активируются сократительные белки и развивается мышечное напряжение.

Этот процесс называется электромеханическим сопряжением, поскольку он связывает электрическое возбуждение мышечного волокна с механическим сокращением.

12.8. Расслабление скелетной мышцы

Мышечное расслабление является активным физиологическим процессом, требующим участия клеточных механизмов и расходования энергии.

После прекращения возбуждающего сигнала высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе прекращается. Ацетилхолин, уже выделившийся в синаптическую щель, разрушается ферментом ацетилхолинэстеразой.

Электрическое возбуждение мышечного волокна прекращается, и саркоплазматический ретикулум начинает возвращать кальций из саркоплазмы внутрь своих мембранных структур.

Для этого используются специальные кальциевые насосы, работающие с затратой энергии АТФ.

По мере уменьшения концентрации кальция в саркоплазме он отделяется от тропонина. Тропомиозин возвращается в положение, при котором участки связывания миозина с актином становятся закрытыми.

Образование новых поперечных мостиков прекращается, а уже существующие взаимодействия завершаются при участии АТФ.

В результате мышечное волокно постепенно утрачивает способность поддерживать активное напряжение и возвращается к состоянию расслабления.

Важно отметить, что расслабление мышцы не означает полного исчезновения всех видов напряжения. Даже в покое скелетные мышцы могут сохранять определённый уровень активности, необходимый для поддержания позы и стабилизации тела.

12.9. Виды мышечного сокращения и их физиологическая основа

В предыдущей главе мы рассмотрели концентрический, эксцентрический и изометрический режимы мышечной деятельности. Теперь необходимо подробнее связать эти режимы с работой сократительного аппарата.

При концентрическом сокращении мышца развивает усилие и укорачивается. Это происходит, когда создаваемая мышцей сила преодолевает внешнее сопротивление. Например, при подъёме гантели во время сгибания локтя мышцы-сгибатели выполняют концентрическую работу.

При эксцентрическом сокращении мышца остаётся активной, но её длина увеличивается под воздействием внешней силы, которая превышает создаваемое мышцей усилие. Например, при контролируемом опускании гантели мышцы-сгибатели локтя продолжают создавать напряжение, хотя локтевой сустав разгибается.

При изометрическом сокращении мышца развивает напряжение без заметного изменения общей длины мышечно-сухожильного комплекса. Такой режим характерен для удержания статических положений, например при выполнении планки.

В реальных упражнениях эти режимы обычно чередуются или сочетаются. Во время приседания мышцы нижних конечностей выполняют эксцентрическую работу при опускании и концентрическую при подъёме. Мышцы туловища преимущественно обеспечивают стабилизацию в изометрическом режиме.

Различия между режимами важны для понимания тренировочной нагрузки. Эксцентрическая работа при определённых условиях позволяет развивать высокое мышечное усилие, но может сопровождаться более выраженным повреждением мышечных структур и последующей болезненностью, особенно у людей, не привыкших к подобной нагрузке.

Изометрическая работа позволяет создавать значительное напряжение без выраженного перемещения суставов. Концентрическая работа непосредственно обеспечивает преодоление внешнего сопротивления и выполнение многих двигательных действий.

Ни один из этих режимов нельзя считать универсально лучшим. Их применение определяется тренировочной задачей, подготовленностью занимающегося и особенностями упражнения.

12.10. Сила мышечного сокращения и факторы, влияющие на неё

Сила, которую способна развивать мышца, зависит от взаимодействия нескольких физиологических и механических факторов.

Одним из важнейших факторов является площадь поперечного сечения мышцы. В общем случае увеличение физиологической площади поперечного сечения связано с возможностью вовлечения большего количества сократительных элементов и развития более значительного усилия.

На силу также влияет нервная регуляция. Нервная система управляет мышечной деятельностью посредством изменения количества активируемых двигательных единиц и частоты нервных импульсов. Это позволяет регулировать величину развиваемого мышечного напряжения в зависимости от задачи.

Важную роль играет длина мышцы в момент создания усилия. Способность мышцы развивать силу зависит от степени перекрытия актиновых и миозиновых филаментов. При определённой длине условия для образования поперечных мостиков наиболее благоприятны. При чрезмерном укорочении или растяжении эффективность взаимодействия сократительных белков может снижаться.

Существенное значение имеет скорость изменения длины мышцы. При концентрической работе увеличение скорости укорочения обычно сопровождается снижением силы, которую мышца способна развить. При эксцентрической работе мышца может противодействовать более значительному внешнему сопротивлению, хотя конкретные значения зависят от условий выполнения движения.

Также на мышечное усилие влияют уровень утомления, температура мышечной ткани, энергетическое обеспечение, особенности строения мышцы и тренировочная подготовленность человека.

Для фитнес-тренера особенно важно учитывать, что сила в конкретном упражнении зависит не только от размера целевой мышцы, но и от техники движения, положения суставов, координации и участия других мышечных групп.

12.11. Утомление мышц и особенности поддержания работоспособности

Мышечное утомление представляет собой временное снижение способности мышечной системы поддерживать необходимую силу или мощность при выполнении физической работы.