Fizjologia o sile, mięśniach i wytrzymałości – czyli odpowiedzi na pytania dla dociekliwych

Postaram się w formie odpowiedzi na pytania w przystępny sposób omówić procesy fizjologiczne stojące za najbardziej zauważalnymi zmianami w naszym organizmie, które następują pod wpływem treningu. Odpowiem również na pytanie nurtujące wielu – jak to się dzieje, że niektórzy umięśnieni sportowcy dźwigają mniejsze ciężary? I dlaczego maratończycy pomimo tak forsownego wysiłku nie są umięśnieni?

 

W jaki sposób stajemy się silniejsi?

Ustalmy najpierw to co kluczowe, podstawę wtłaczaną mi do głowy na lekcjach biomechaniki – siła skurczu mięśnia jest proporcjonalna do jego przekroju poprzecznego. Wykazano tutaj istotną zależność między przekrojem a liczbą miofibryli we włóknie mięśniowym (taka mniejsza struktura, z której składają się włókna mięśniowe). Czyli – im większy przekrój mięśnia, tym więcej miofibryli, czyli jednostek kurczliwych. Więc skoro jest ich więcej – tym mięsień może generować większą siłę kurcząc się.

Główną rolę w postępującym przyroście siły mięśniowej odgrywa jednak układ nerwowy. Im większa częstotliwość impulsów nerwowych w mięśniu, tym większą siłę możemy wygenerować. Zatem siła mięśnia rośnie wraz ze wzrostem częstości pobudzeń nerwowych.

Wykazano, że trening oporowy doprowadza do wzrostu siły poprzez oddziaływanie na procesy między układem nerwowym a mięśniowym, m.in. poprzez zwiększenie częstości wyładowań, wzrost liczby dostępnych jednostek ruchowych. Jednostka ruchowa to specyficzna komórka nerwowa z włóknami mięśniowymi, które unerwia.
Zmniejsza się wówczas też rola mechanizmów hamujących przewodnictwo, zwiększa tych pobudzających oraz dochodzi do zwiększenia słabnącego w czasie pracy potencjału pobudzającego, co maksymalizuje pobudzenie pola motorycznego.

W największym uproszczeniu oznacza to, że mięsień staje się bardziej wrażliwy na impulsy docierające do niego z zewnątrz i bardziej zdolny do reakcji i adaptacji do nich. A że dociera tych impulsów więcej, to więcej włókien nerwowych ma możliwość pracy w tym samym momencie i przez to generowana jest większa siła.

Zatem aby stawać się silniejszym nasz układ nerwowy potrzebuje stymulacji bodźcem, którym jest nakładanie coraz większych obciążeń.

Warto napomknąć jeszcze, że na fakt, iż jesteśmy w stanie pokonać większy opór ma również olbrzymi wpływ zakres kątowy, w którym pracujemy, długość włókna mięśniowego oraz prędkość skurczu. Nie odnosi się to jednak do adaptacji mięśni, a raczej techniki ćwiczeń i wyjaśnień z zakresu biomechaniki, więc zostawię to na inną okazję.

Jak dochodzi do hipertrofii mięśni?

Trzeba zaznaczyć, iż trening wytrzymałościowy ma znacznie mniejszy wpływ na przyrost masy mięśniowej (ale nie zerowy!) niż trening siłowy, jednak przy odpowiednim programie treningowym nie ma się co bać, że kardio zniweluje nasze staranie ku umięśnionemu ciału.

Jedną z teorii tłumaczących przerost włókien mięśniowych jest zwiększenie ilości białek we włóknach. Wysiłek fizyczny pobudza metabolizm białka w mięśniach, który utrzymuje się 24-48h po wysiłku. Dużą rolę dla hipertrofii mięśniowej w przypadku treningu siłowego odgrywa dieta i dostarczenie odpowiedniej ilości białka.

W czasie treningu siłowego dochodzi do ciągłych przemian w naszych mięśniach – zachodzą procesy syntezy i degradacji, i, jak się łatwo domyślić – gdy dominują procesy syntezy – dochodzi do przerostu mięśni. Aby jednak do tego mogło dojść niezbędna jest dostateczna podaż aminokwasów wykorzystywanych do resyntezy białka. Ok. 80% powstaje z degradacji białka w mięśniach, a 20% z diety – zatem niedostarczenie organizmowi odpowiedniej ilości białka nie doprowadzi do hipertrofii mięśni, nawet jeśli będziemy ćwiczyć bardzo intensywnie.

Nie oznacza to jednak, że zaraz po treningu trzeba czym prędzej biec do szatni i wcinać tony sproszkowanych protein! Nasze zdolności regeneracyjne i anaboliczne są podwyższone jeszcze przez 48 godzin po treningu (według niektórych źródeł nawet 72).

Wpływ na syntezę białek mięśniowych badacze upatrują w czynnikach hormonalnych i metabolicznych i to tutaj wskazują główną przyczynę tego, dlaczego wyższa objętość treningowa jest bardziej korzystna dla przerostu mięśni.

W czasie treningu oporowego w sytuacji niskiego poziomu energii dochodzi do stresu metabolicznego, który ma pozytywny wpływ na hipertrofię mięśni, m.in. poprzez stymulację wydzielania hormonów za to odpowiedzialnych (testosteron, hormon wzrostu) oraz „puchnięcie” komórek pod wpływem nagromadzonych w nich metabolitów, co pośredniczy w odpowiedzi anabolicznej i stymuluje syntezę protein i aktywację komórek satelitarnych (powodujące przerost masy włókien mięśniowych).

Również fakt, iż naczynia krwionośne są „ściskane” w czasie wysiłku, co wprowadza je w stan hipoksji (ograniczenie dostawy tlenu) powoduje stres metaboliczny.

Rodzaj treningu ma wpływ na wprowadzenie organizmu w stres metaboliczny – trening ukierunkowany na przerost mięśni z programem o wysokiej objętości taki stan powinien zapewnić.

Istnieje też teoria mówiąca, iż do hipertrofii mięśniowej prowadzą uszkodzenia mięśni, powodujące stan zapalny, następnie regenerację i w rezultacie ich przerost. Jest to jednak kwestia sporna, mająca swoich przeciwników i zwolenników, więc na razie ją zostawię.

 

W jaki sposób zwiększa się nasza wytrzymałość?

Składa się na to szereg przystosowań we wszystkich układach ciała – m.in. polepszona koordynacja ruchowa i eliminacja mięśni zbędnych przy danym ruchu (układ nerwowy); zwiększenie pojemności dyfuzyjnej płuc (oddechowy), lepsza odkształcalność naczyń płucnych, polepszona funkcja serca (krążenia)… ale skupmy się na mięśniach – co się dzieje?

U osób trenujących obserwuje się lepsze ukrwienie mięśni – zatem intensywniejsza dostawa tlenu i możliwość wykonywania intensywnego wysiłku przez dłuższy czas. Podobny wpływ ma wzrost liczby mitochondriów następujący pod wpływem treningu (struktury w komórce odpowiedzialne za wytwarzanie energii). Również zawartość mioglobiny (białka magazynującego tlen) oraz glikogenu w mięśniach zaobserwowane u osób wytrenowanych przyczyniają się do wzrostu wytrzymałości wysiłkowej.

 

Dlaczego muskulatura nie zawsze idzie w parze z siłą?

Udowodniono, że wysiłek wykonywany do maksymalnego zmęczenia bez względu na obciążenie przyczynia się do syntezy białek na podobnym poziomie i tym samym podobnego przyrostu mięśni. Czyli przykładowo 5 przysiadów ze sztangą 50 kg ma tę samą wartość co 15 przysiadów z odpowiednio mniejszym obciążeniem, ale wykonane do momentu, w którym już nie jesteś w stanie wykonać poprawnie powtórzenia.
Co więcej – to, czy w programie treningowym postawimy na duże obciążenia przy małej ilości powtórzeń (wysoka intensywność) czy na mniejsze obciążenia, ale więcej powtórzeń i krótkie przerwy (wysoka objętość) będzie determinowało osiąganie naszych celów.

Oczywiście trenowanie „do upadku” nie jest dobrym pomysłem! Uszkodzenia mięśni, które mają miejsce przy tak forsownym treningu, przekraczającym nasze możliwości powodują bolesność, która wymaga regeneracji trwającej co najmniej kilku dni przerwy od treningu. A gdy chcemy znów podjąć intensywny trening, to potrzeba jeszcze więcej czesu – zatem, jak łatwo się domyślić, nie sprzyja to polepszaniu zdolności wysiłkowych.

Jak zaprogramować więc trening ukierunkowany na przerost mięśni? Doniesienia są sprzeczne, bogate i burzliwe. Naprawdę czytałam wiele artykułów i opinii na ten temat i wniosek, który powtarzał się najczęściej był taki, że gdy jesteśmy nastawieni na hipertrofię mięśni, to nie tyle ciężar sztangi ma znaczenie, co wysiłek, jaki wykonują mięśnie. Czyli odpowiednia ilość powtórzeń wykonywana z obciążeniem, która powoduje uczucie zmęczenia. Można zatem użyć najlepiej działającego na przyrosty siły ok. 80% maksymalnego obciążenia w kilku powtórzeniach lub 60% w kilkunastu powtórzeniach i efekt przerostu mięśni powinien być taki sam.

Trening z większym obciążeniem spowoduje większy przyrost siły. Jak wspomniałam powyżej – za wzrost siły odpowiada (oprócz przystosowań układu nerwowego) – wzrost gęstości miofibryli we włóknie, co jest skorelowane ze wzrostem przekroju poprzecznego. Z kolei przerost mięśni następuje pod wpływem przerostu poszczególnych włókien, na co wpływa między innymi wzrost ilości białka.

Zatem zwiększona ilość białka w mięśniach nie musi być związana ze wzrostem liczb miofibryli, jednostek ruchowych oraz zwiększonego pobudzenia układu nerwowego – kluczowego dla wzrostu siły.

Trzeba również w tym wypadku jeszcze raz wspomnieć o roli układu nerwowego, co wydaje się kluczowe. Odsyłam do odpowiedzi na pytanie „W jaki sposób stajemy się silniejsi?”, gdzie tłumaczę rolę przewodnictwa nerwowego w rosnącej sile. Wynika z tego, iż odpowiednio zaprogramowany trening, ukierunkowany na intensywność (obciążenie) i stymulacje układu nerwowego będzie niósł ze sobą większe efekty dla siły aniżeli trening z wykorzystaniem mniejszych obciążeń, ale większej ilości powtórzeń, który przyjęło się, że jest bardziej korzystny dla hipertrofii mięśni.

Podsumowując – stawiając na ilość powtórzeń, a nie na wielkość obciążenia trudno będzie nam zwiększyć siłę. Odpowiedni program treningowy ma kluczowe znaczenie, bowiem da się wypracować mięśnie nie zwiększając istotnie siły. Z mięśniami sprawa wydaje się tylko teoretycznie prostsza, bo jak napisałam – badań przybywa, opinii naukowców również. Jednak nawet powołując się na czystą wiedzą fizjologiczną można wysnuć następujące wnioski:

– odpowiednie napięcie nałożone na mięśnie będzie napędzać przerost mięśni

– bodźcem zwiększającym naszą siłę będzie nakładanie coraz większych obciążeń.

 

Źródła:

Jenkins NDM, Miramonti AA, Hill EC, et al. Greater Neural Adaptations following High- vs. Low-Load Resistance Training. Front Physiol. 2017;8:331. Published 2017 May 29. doi:10.3389/fphys.2017.00331

Mangine GT, Hoffman JR, Gonzalez AM, et al. The effect of training volume and intensity on improvements in muscular strength and size in resistance-trained men. Physiol Rep. 2015;3(8):e12472. doi:10.14814/phy2.12472

Górski J. Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego. Wydawnictwo Lekarskie PZWL; Warszawa, 2001

Czerniakowska-Pączek B, Przybylski J. Zarys Fizjologii Wysiłku Fizycznego. Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner; Wrocław 2006.

Konopka AR, Harber MP. Skeletal muscle hypertrophy after aerobic exercise training. Exerc Sport Sci Rev. 2014;42(2):53-61. doi:10.1249/JES.0000000000000007

Thomas MH, Burns SP. Increasing Lean Mass and Strength: A Comparison of High Frequency Strength Training to Lower Frequency Strength Training. Int J Exerc Sci. 2016;9(2):159-167. Published 2016 Apr 1.

Kon M, Ohiwa N, Honda A, et al. Effects of systemic hypoxia on human muscular adaptations to resistance exercise training. Physiol Rep. 2014;2(6):e12033. Published 2014 Jun 6. doi:10.14814/phy2.12033

Feriche B, García-Ramos A, Morales-Artacho AJ, Padial P. Resistance Training Using Different Hypoxic Training Strategies: a Basis for Hypertrophy and Muscle Power Development. Sports Med Open. 2017;3(1):12. doi:10.1186/s40798-017-0078-z

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *