Текст книги "Держите спину прямо. Как забота о позвоночнике может изменить вашу жизнь"

Единственное нежелательное последствие чрезмерного сокращения мышц при выполнении упражнений – накопление в мышечной ткани молочной кислоты.

В нормальных условиях глюкоза в клеточных митохондриях преобразуется в углекислый газ и воду с использованием молекул кислорода.

Когда мышцы становятся слишком активными, митохондрии не успевают вырабатывать достаточно энергии, в результате чего дополнительно образуются молекулы АТФ в процессе анаэробного (без участия кислорода) превращения глюкозы в молочную кислоту.

Если повышенная потребность в энергии сохраняется длительное время, а митохондрии не могут ее полностью удовлетворить из-за нехватки кислорода, то уровень молочной кислоты увеличивается. Это приводит к изменению химической структуры мышечных волокон, которые перестают сокращаться до тех пор, пока митохондрии не получат достаточно кислорода для того, чтобы быстро преобразовать молочную кислоту в углекислый газ и воду.

В целом этот побочный продукт неполного сжигания глюкозы – молочная кислота – вредит организму, особенно сердечной мышце.

Избыток молочной кислоты не только сопровождается спазмами и болями в мышцах, но и снижает общую работоспособность мышечной ткани, поскольку вызывает чувство усталости.

У спортсменов во время тренировок регулярно проверяют уровень молочной кислоты в организме, чтобы понять, насколько эффективно работают мышцы.

Мышечной усталостью называют состояние, при котором мышцы больше не могут сокращаться. Главная причина – накопление молочной кислоты, которая препятствует нормальной работе мышц. Именно такой способ создала природа, чтобы помешать человеку бесконечно напрягать мышцы. Из-за этого марафонцы, особенно недостаточно тренированные, нередко сдаются на полпути, и далеко не все добегают до финишной прямой. Мышечная усталость предоставляет мышцам возможность восстановить запасы энергии и избавиться от отходов своей жизнедеятельности.

Любая физическая активность приводит к той или иной степени усталости. Самые маленькие мышцы, такие как мышцы глаз или кистей, устают гораздо быстрее, чем более крупные.

Те, кому доводилось подолгу писать рукой, прекрасно знакомы с ощущением, когда кисть устает настолько, что они больше не могут написать ни слова. Дети во время контрольных или экзаменов частенько стараются писать очень быстро, из-за чего их руки устают, начинают болеть, и им ничего не остается, кроме как прервать это занятие.

Таким образом, необходимо чередовать периоды нагрузки и отдыха. Для этого природа одарила нас механизмом сна, благодаря которому мышцы имеют возможность ежедневно восполнять запасы энергии, восстанавливать любые повреждения, связанные с физическим износом, и избавляться от отходов жизнедеятельности, в том числе от молочной кислоты. Когда человек не высыпается и усердно трудится, расходуя отведенное на отдых время, мышцы теряют способность нормально функционировать и рано или поздно наступает изнеможение.

Как бы сильно нам того ни хотелось, мы не можем заставить свои мышцы работать с неизменной эффективностью продолжительный период. Именно поэтому спортсменам после соревнований рекомендуется полноценный отдых или здоровый сон.

Мышечная деятельность характеризуется такими параметрами, как сила – максимальное напряжение, которое способна создать отдельная мышца или группа мышц, и выносливость – промежуток времени, в течение которого человек в состоянии продолжать занятие, связанное с физической активностью.

Мышечная деятельность определяется двумя основными факторами: разновидностью задействованных мышечных волокон, а также уровнем физической подготовки человека.

Миологи различают три основных типа волокон скелетных мышц в организме человека: быстрые, медленные и промежуточные.

Быстрые мышечные волокна

Из них состоит большая часть скелетных мышц. Своим названием эти мышечные волокна обязаны тому факту, что они способны моментально сокращаться после внешнего возбуждения (приблизительно уже через одну сотую долю секунды).

Такие волокна отличаются большим диаметром, состоят из плотно упакованных миофибрилл, обладают значительными запасами гликогена (форма, в которой глюкоза запасается в организме) и содержат относительно мало миоглобина и митохондрий. Они прекрасно справляются с быстрыми и резкими движениями.

Этим мышечным волокнам некогда ждать, пока до них доберется медленная кровь, так что капилляров в них очень мало. Такие мышцы сокращаются стремительно и с огромной силой, в связи с чем у них нет ни времени, ни возможности использовать кислород для производства энергии (поэтому в них низкая циркуляция крови, мало митохондрий и миоглобина). Они применяют оперативный и удобный анаэробный способ переработки глюкозы, в ходе которого как побочный продукт образуется пресловутая молочная кислота. Вот почему быстрые мышечные волокна устают очень быстро. Они справляются с поставленной задачей – и тут же теряют силы.

КСТАТИ

Спринтеры выкладываются на стометровке настолько, что у финишной прямой чуть ли не валятся с ног – в течение нескольких минут после этого им даже стоять удается с трудом. Если вскоре попросить их сделать еще один забег, то вы удивитесь, насколько хуже окажется результат. Плохо тренированные бегуны нередко сталкиваются с коликами – болезненными спазмами в боку.

Что касается выносливости, то быстрые мышцы уступают в этом другим видам мышечных волокон. Из-за малого количества кровеносных сосудов и пониженного содержания миоглобина они отличаются очень бледным цветом.

Медленные мышечные волокна

Их диаметр в два раза меньше, чем у быстрых волокон, а на сокращение у них уходит почти в три раза больше времени, но вместе с тем они могут работать гораздо дольше. Мышцы, состоящие из этих волокон, содержат изрядное количество миоглобина, обладают разветвленной сетью капилляров и множеством митохондрий, однако запасы гликогена в них минимальны (вот почему они не такие объемные).

Медленные мышечные волокна используют для получения энергии и другие источники: углеводы, аминокислоты и жирные кислоты.

Такие мышцы не очень сильны, но весьма выносливы: для удовлетворения своих умеренных потребностей в энергии они применяют аэробный процесс преобразования глюкозы, за счет чего устают не так быстро. Благодаря обильному кровоснабжению они получают достаточно кислорода, а продукты распада постоянно удаляются с кровью, так что медленные мышечные волокна способны нормально работать продолжительное время.

Медленные мышечные волокна отвечают за поддержание осанки, они могут подолгу оставаться сокращенными, при этом ничуть не уставая. Из-за большого содержания миоглобина и разветвленной сети капилляров мышцы, состоящие из медленных волокон, обладают темно-красным цветом.

Промежуточные мышечные волокна

По своим свойствам они находятся посередине между быстрыми и медленными мышечными волокнами. Они выносливее, чем быстрые волокна, но вместе с тем сильнее медленных.

Во время тренировок бегуны на длинные дистанции стараются разрабатывать мышечные волокна именно этого типа, так как они отличаются потрясающим сочетанием силы и выносливости.

С помощью правильно составленной программы тренировок можно запросто изменить тип мышечных волокон. Тяжелоатлеты и культуристы добиваются образования промежуточных мышечных волокон за счет быстрого сокращения бицепсов и других мускулов.

Пропорция мышечных волокон различных типов в мышце может меняться в зависимости от выбранной тренировочной программы.

Соотношение быстрых и медленных мышечных волокон определяется генетическими параметрами, однако относительное количество промежуточных волокон (по отношению к быстрым) можно увеличить.

Регулярные упражнения способствуют образованию дополнительного количества митохондрий, накоплению запасов гликогена и повышению концентрации белков и ферментов в мышечной ткани. Благодаря всем этим факторам мышцы увеличиваются в объеме.

Количество мышечных волокон, определяемое генетически, со временем не меняется, однако их состав (содержание белков, гликогена, ферментов, митохондрий) может измениться.

КСТАТИ

В большинстве человеческих мышц присутствуют мышечные волокна всех типов, из-за чего такие мышцы выглядят розовыми. Однако мышцы спины (а также икроножные мышцы) состоят в основном из медленных волокон, поэтому отличаются красным цветом и способны поддерживать осанку. Мышцам глаз и кистей рук, отвечающим за быстрые движения, присущ белый цвет, потому что в них меньше кровеносных сосудов и миоглобина.

Некоторые люди остаются худыми, сколько бы они ни ели и ни тренировались в спортзале. Они могут набрать только минимум мышечной массы. Такова их генетическая конституция. Борцы сумо за счет высококалорийной диеты и постоянных тренировок наращивают огромные запасы мышечной и жировой тканей.

Когда я в студенческие годы учился в СССР, один преподаватель рассказал мне, что советские спортсмены в большом количестве пьют кефир, так как вместе с ним в организм поступают цепочки аминокислот, необходимые для образования белков в мышцах. Они также принимали женьшень (особенно в Сибири) для увеличения мышечной силы и выносливости. Поэтому советские спортсмены были непобедимы в тяжелой атлетике и других дисциплинах на Олимпийских играх.

Чтобы набрать мышечную массу, некоторые спортсмены используют стероиды или тестостерон. Но даже в таких случаях мышцы увеличиваются в объеме лишь при условии регулярных изнурительных тренировок: простого способа «накачаться» не существует.

Не существует убедительных доказательств того, что прием стероидов и тестостерона полезен для «искусственного» набора мышечной массы, тогда как о вреде, причиняемом ими организму, всем давно и хорошо известно.

Мышцы могут не только расти, но и атрофироваться, особенно если их почти не задействовать в повседневной жизни. Они теряют массу. Это легко заметить по сломанной ноге, которая долгое время находилась в гипсе, из-за чего ею нельзя было двигать. Отдельные болезни, например полиомиелит, поражают нервы, приводя к параличу и атрофии тех или иных мышц.

Итак, ученые установили следующие факты, касающиеся мышц.

1. В организме человека существует три типа мышц: скелетные, гладкие и сердечные.

2. Скелетные мышцы, как правило, сокращаются произвольно – мы можем управлять ими по своему желанию.

3. Гладкие мышцы сокращаются непроизвольно и не подлежат контролю со стороны нашего сознания (стенки кровеносных сосудов, мочевой пузырь, кишечник и т. д.).

4. Волокна, из которых состоят скелетные мышцы, в свою очередь, делятся на три типа:

• быстрые мышечные волокна. Они содержат мало кровеносных сосудов и миоглобина, характеризуются бледным цветом, отвечают за выполнение быстрых и резких движений. Быстро устают;

• медленные мышечные волокна. Они содержат много кровеносных сосудов, митохондрий и миоглобина, отличаются красным цветом, отвечают за выполнение медленных и продолжительных действий, таких как поддержание осанки. Устают не так быстро;

• промежуточные мышечные волокна. По своим характеристикам они находятся между быстрыми и медленными. Устают медленнее, чем быстрые мышечные волокна (в этом плане они ближе к мышцам, отвечающим за поддержание осанки).

5. Мышечные сокращения бывают двух видов:

• изометрические – длина мышцы остается неизменной;

• изотонические – нагрузка на мышцу не меняется, но изменяются ее длина и поперечное сечение (это происходит при выполнении различных движений).

6. Сокращаясь, мышцы потребляют огромное количество энергии, в связи с чем вынуждены вырабатывать ее самостоятельно. Для этого они используют один из двух механизмов:

• аэробный процесс в медленных мышечных волокнах. У них есть доступ к большому количеству кислорода в крови, а использовать его помогает миоглобин;

• анаэробный процесс в быстрых мышечных волокнах. Энергия вырабатывается в процессе неполного сжигания глюкозы без участия кислорода. Дополнительно образуется молочная кислота, являющаяся причиной того, что мышцы устают.

7. Мышцы сокращаются из-за возбуждения волокон двигательными нейронами. В основе сокращения лежит сложнейшая биомеханическая реакция, которая протекает при участии кальция и в результате которой белковые цепочки входят друг в друга. Таким образом, работу мышц следует рассматривать не только с механической, но и с неврологической точки зрения. Мышцы, напрягаясь, совершают видимое усилие, одновременно пропуская через себя электрические импульсы.

Глава 3. Великий просчет

Благодаря усилиям миологии – разделу неврологии, изучающему скелетные мышцы и их функции, – нам очень хорошо известно строение мышечной ткани со всеми ее элементами: сетью кровеносных и лимфатических сосудов, миоглобином, митохондриями, нервными волокнами и т. д.

Мышечная ткань обладает уникальной способностью: она может сокращаться, то есть уменьшаться в длину за счет того, что белковые цепочки входят друг в друга.

Физиология мышц (их функционирование) весьма сложна. К настоящему времени она изучена довольно хорошо, но все же не без пробелов. Многие вопросы по-прежнему остаются без ответа.

По какой-то причине существующие методы исследования не полностью справляются с задачей анализа живой ткани. К сожалению, современная наука, использующая для изучения мышц ограниченную методику, рассматривает их так, словно это просто эластичные ленты, которые реагируют на электрические импульсы. Однако это примитивная модель. Природа же все устроила гораздо сложнее.

На сегодняшний день логика позволяет добиться куда более значительных результатов при изучении мышечной ткани, чем электрофизиология.

Я уверен, что когда-нибудь появятся более совершенные способы анализа, которые помогут нам по-настоящему раскрыть природный замысел, но пока самое правдоподобное объяснение можно получить, обратившись к таким проверенным временем методам, как логические рассуждения и здравый смысл.

Иногда обычного наблюдения за каким-либо явлением оказывается достаточно, чтобы получить развернутое представление о его устройстве и функционировании.

Возьмем в качестве примера советских ученых, которые решили, что СССР должен во что бы то ни стало добиться превосходства в спорте перед Западом. Они обнаружили, что скелетные мышцы обладают собственным механизмом накачки крови. А все благодаря простому вопросу: как напряженные скелетные мышцы получают достаточно крови?

Сокращенная мышца оказывает такое сильное сопротивление, что никакая жидкость не в состоянии в нее просочиться. Эта задача выглядит невыполнимой, но работающие мышечные волокна нуждаются в постоянном снабжении энергией, которую они каким-то образом и добывают. Анаэробный распад сахара (гликолиз) является одним из способов получения энергии без участия кислорода, но этого процесса недостаточно – так много энергии требуется мышцам.

Советские ученые отыскали разгадку, просто наблюдая за мышечной тканью. Когда тяжелоатлеты поднимают над головой штангу и замирают в таком положении, чтобы судьи могли засчитать попытку как успешную, мышцы на руке начинают ритмично вибрировать. Им приходится выдерживать огромный вес (100 кг и даже больше), так что потребность в энергии достигает максимума. Чтобы ее удовлетворить, мышцы совершают быстрые ритмичные сокращения, действуя наподобие насоса и тем самым обеспечивая приток крови.

Так и был открыт новый процесс – или, если хотите, новое функциональное свойство скелетных мышц, – а именно тот факт, что у мышечной ткани есть собственный механизм накачки.

Наблюдателям стало очевидно, что при максимальной нагрузке мышцы на руках тяжелоатлетов совершают ритмичные сокращения. Советские ученые взялись за изучение этого явления и создали устройство, вырабатывающее слабые электрические импульсы по аналогии с механизмом накачки, причем в естественном ритме. Это позволило уменьшить период отдыха, требующийся уставшим мышцам.

После начала применения этой нехитрой методики результативность советских спортсменов тут же поползла в гору. Ее также стали использовать артисты балета в перерывах между актами, чтобы быстро восстанавливать запас энергии в мышцах и успешно продолжать потрясающие по красоте, но вместе с тем крайне утомительные выступления.

Было также замечено, что даже после самых изнурительных тренировок оказывается достаточно простейшего массажа активных мышц, чтобы восстановить их максимальную работоспособность благодаря улучшению циркуляции крови.

Хотя поначалу наука не могла объяснить данное явление, постепенно массаж стали широко использовать в спортивной медицине, и он сделался неотъемлемой частью тренировочного плана для многих спортсменов.

В штате каждой спортивной команды появился квалифицированный физиотерапевт или массажист, который регулярно делает спортсменам массаж для восстановления и поддержания мышечного тонуса. Все это стало результатом наблюдения и изучения нескольких восточных методов воздействия на мышцы.

Самая серьезная ошибка, допущенная медицинской наукой, состоит в том, что мышцы, которые несут весовую нагрузку, были включены в категорию произвольно сокращающихся скелетных мышц.

Данный просчет привел к ряду других ложных выводов, из-за которых возникло глубинное недопонимание природы такой распространенной проблемы, как боли в спине. (Этот процесс напоминает ситуацию, когда человек сначала лжет по какому-то поводу, а затем, чтобы скрыть правду, ему приходится врать все больше и больше.) Одна-единственная ошибка привела к тому, что людям часто ставят неправильный диагноз, назначают неправильное лечение и рекомендуют неправильные меры для профилактики болей в спине.

Вот как все началось.

КСТАТИ

Изначально физиологи, изучавшие мышцы, основное внимание уделяли нейромеханическим аспектам их функционирования. Мышцы сравнивали с нервами, потому что через свои мембраны они пропускают электрический ток так же, как это делают нервы. Мышечная и нервная ткани наделены уникальной способностью: они реагируют на электрическое возбуждение и производят собственный электрический потенциал. Их мембраны заряжены и очень чувствительны к электрическим импульсам, поступающим от других нервных окончаний. Клетки мышечной ткани, очевидно, обладают еще и дополнительной способностью сокращаться. Электрическая природа позволяет мышцам с удивительной быстротой распространять «сообщения» по всей своей длине (иногда мышечные клетки имеют такую же длину, как и мышца, которая из них состоит), что облегчает задачу согласованного сокращения. Ни один другой способ передачи сигналов в организме не обладает такой скоростью из-за сопротивления среды (жидкости, белков).

Изучая работу мышечной ткани, медицина уделяла внимание и ее биохимической природе. Ученые обнаружили, что филаменты (мельчайшие структурные единицы мышцы) состоят из белковых молекул – актина и миозина. В присутствии кальция эти белки вступают в реакцию, в результате которой белковые цепочки входят друг в друга (подобно пальцам рук, сцепленных в замок), из-за чего они сами уплотняются, а их длина уменьшается. Конечный итог этого процесса мы и называем сокращением мышцы.

Мышцы делятся на две основные группы: сгибатели (они отвечают за движение одной части тела к другой) и разгибатели (они отталкивают части тела друг от друга). Таким образом, бицепс руки – это мышца-сгибатель, потому что при его сокращении кисть приближается к плечу, а трицепс – мышца-разгибатель, потому что отвечает за противоположное движение. Следует иметь в виду, что слова «сгибание» и «разгибание» употребляются для описания движений, тогда как обе мышцы (бицепс и трицепс) в действительности не сгибаются и не разгибаются, а сокращаются, чтобы выполнять указанные движения. Впрочем, «сокращаются» – тоже не самое удачное слово для обозначения истинной функции мышц. Более того, далее мы с вами увидим, что оно противоречит некоторым явлениям, происходящим в мышечной ткани. Разумеется, все это лишь условные термины.

Чтобы изучить функции мышечной ткани, через нее пропускали электричество и рассматривали ее в электронный микроскоп. В наши дни, разумеется, существуют и более замысловатые методы. В прошлом же мышечные сокращения исследовались с помощью электрических импульсов. К мышцам прикрепляли некоторый вес, чтобы зафиксировать изменение длины или тонуса (понять, происходит изометрическое или изотоническое сокращение).

Для изучения структуры (или морфологии) мышцы использовали электронный микроскоп. Так были обнаружены быстрые, медленные и промежуточные мышечные волокна. Они, как мы уже знаем, значительно отличаются друг от друга – содержат разные количества митохондрий, кровеносных сосудов и миоглобина. Данные структурные особенности влияют на их выносливость. А расположение волокон на теле зависит от того, какая роль на них возлагается. Так, мышцы спины характеризуются ярко-красным оттенком (они содержат множество капилляров) и состоят преимущественно из медленных мышечных волокон. Соответственно, они могут сокращаться в течение длительного времени, почти не уставая. Мышцы ног бледнее на вид, поскольку выполняют быструю и напряженную работу. Они устают довольно быстро. Это связано с тем, что они содержат меньше митохондрий и кровеносных сосудов и полагаются на энергию, получаемую в процессе анаэробного расщепления глюкозы, которое приводит к образованию молочной кислоты. Все перечисленные открытия в точности отражали действительность – они помогли понять, почему различные мышцы функционируют по-разному.

Мышцы характеризуются гибкостью и легко растягиваются, в отличие от твердых материалов, которые уменьшаются в размерах на холоде и увеличиваются в тепле.

Главная проблема в том, что мышцы изучались отдельно от человеческого организма, в искусственных условиях. А ведь процессы, протекающие в мышцах живого организма под воздействием электрического тока, немного отличаются от того, что наблюдали экспериментаторы. Однако исследовать работу мышц у живого существа негуманно, к тому же такой эксперимент сложно организовать. Фактически для изучения работы мышц используется электромиография (ЭМГ) – весьма болезненная процедура, как и спинномозговая пункция, биопсия костного мозга и прочие инвазивные вмешательства. Помимо всего прочего, мышцы человека получают куда больше информации, чем просто электрические импульсы от нервов, заставляющие их сокращаться.

Основное отличие заключается в наличии у человека мышечного тонуса. Если мышцу отделить от кости, тонус пропадает и она становится дряблой.

Мышечный тонус не только придает мускулатуре отчетливые контуры, но и поддерживает ее в постоянной боевой готовности. Более того, он помогает различным частям тела оставаться на своих местах. Как я упоминал ранее, люди, перенесшие инсульт, частенько сталкиваются со смещением плечевого и тазобедренного суставов. Кости, соединенные по принципу шарнира, удерживаются на месте как за счет связок, так и благодаря тонусу расположенных вокруг мышц. Если конечность парализована, то мышцы вокруг сустава расслаблены и не в состоянии удерживать головку кости в суставной сумке. Под тяжестью собственного веса конечность выходит из сустава – возникает вывих. Смещение сустава нарушает нормальную работоспособность конечности, которая больше не может совершать обычные движения.