Взаємодія повільних та швидких м’язових волокон
Жодне багатство не може перекупити вплив оприлюдненої думки. (А. С. Пушкін)
Всі ми знаємо про існування БМВ та ММВ. Знаємо про те швидкість скорочення БМВ приблизно в 2 рази вище, ніж у ОМВ, при тому, що швидкість гребків міозинових містків у МВ обох типів однакова. Різниця полягає в активності ферменту АТФ-ази. Щоб досягти піку напруги при стимулюванні ММВ потрібно 110 мс, а БМВ 50 мс (Дж. Вілмор; Д. Костіл. Фізіологія спорту. 1994). Як правило, швидкість, необхідна більшості видів спорту, не перевищує швидкості скорочення ММВ і тому МВ обох типів повноцінно беруть участь у виконанні рухової дії. Але яким чином вони взаємодіють між собою за різної швидкості скорочення? У літературі відповіді на це питання знайти не вдалося, і ми звернулися до нашого постійного консультанта професора Віктора Миколайовича Селуянова з проханням пояснити цей процес методом математичного моделювання
ЖМ: Здрастуйте, Вікторе Миколайовичу! Як задається необхідна швидкість м'язової роботи. Адже не секрет, що у повільних рухах з великим обтяженням працюють одночасно і БМВ та ММВ. Але якщо активність АТФ-ази вони різна яким чином БМВ і ОМВ можуть здійснювати гребки з частотою? Що є у БМВ стримуючим фактором?
НД: М'язові волокна різних типів скорочуються з різною швидкістю.
ЖМ: Тобто в процесі м'язового скорочення одне МВ скорочуватиметься швидше за друге повільніше
ЖМ: Виходить одне МВ скоротилося, а друге ще ні?
ЖМ: Як це можливо при одному положенні кісткових важелів щоб одні МВ були скорочені, а інші ні?
НД: Так все і відбувається. Мало того, я побудував модель. Імпульси йдуть від середини МВ і вонирозходяться. Вийшло, що ці скоротилися, інші ще тільки розтягуються, а треті взагалі ще у стані спокою перебувають. І протягом кількох мілісекунд твориться незрозумілий хаос, а потім уже вони починають все виходити на рівень, коли вони вже всі напружені. У кожного свого ступеня скорочення – ці скорочені, ці менш, ці вже не можуть тягнути, а ці можуть – там дуже цікава картина виходить.
ЖМ: При повільній м'язовій роботі включаються БМВ?
НД: Повільно це умовна назва. Як би ти повільно не працював, особливо з великою вагою, все вмикається майже одночасно.
ЖМ: Це не зовсім зрозуміло
НД: Там все зрозуміло, навіть замислюватися про це не треба, бо цей повільний рух та активізація відбувається за 10-20 мілісекунд. Що це за час для режиму підйому снаряду? Там 500-600 мс триває напругу.
ЖМ: Багато хто вважає, що БМВ скорочуються в такому ж темпі, як і повільні. Щось стримує активність АТФ-ази і тому містки БМВ та ММВ роблять гребки одночасно.
НД: Ні, так не можна думати. Є окреме БМВ, там міозинові АТФ-ази скрізь однакові, а поряд лежить ММВ, там АТФ-аза повільна. Там просто містки відчіплюються повільніше. Тому швидкість руху містків приблизно однакова, а цикл відновлення АТФ та подальшого скорочення коротше приблизно в 2 рази. Але це не означає, що це повільний рух. Воно починає позначатися тільки в дуже швидких рухах, коли потрібно виконати метання легкого снаряда, там великі швидкості ММВ майже не працюють. Вони включені, але нічого не встигають.
ЖМ: Тобто містки у ММВ не роблять своїх гребків?
НД: Вони намагаються робити, але вони справді гальмують. ММВ скорочуються, точніше намагаються скоротитись, але вони не тягнуть.
ЖМ: Щовідбувається у ММВ. Містки не встигають зчепитися? І актинові, і міозинові філаменти ММВ пасивно ковзають між собою? Адже ММВ теж повинні скорочуватися якщо весь м'яз скорочується?
НД: Тут що виходить, БМВ натягнуті та створюють зусилля, а ММВ не можуть їх наздогнати. Вони чіпляються і в цьому зчепленому стані вони гальмують. Вони не можуть створити зусилля, вони ж зчеплені.
ЖМ: Виходить вони перешкоджають руху БМВ
ЖМ: І що відбувається. Під дією сили скорочення БМВ містки ММВ розчіплюються, як при роботі, що поступається?
НН: Ні. При долаючий роботі пасивного розчеплення немає. Річ у тім, що це структури можуть деформуватися. Виходить, БМВ тягнуть, а ММВ перетворюються на гармошку. І ця гармошка є свого роду гальмом, але не таким сильним, щоб значно сповільнити рух. А ось при уступаючій роботі швидкі можуть встигнути від'єднатися, а повільні відриваються.
ЖМ: Ну як ММВ можуть складатися у гармошку? Вони ж щільно паралельно упаковані упереміж із БМВ.
ВН: Вони в собі колагенові, вони можуть скручуватися, закручуватися. При максимально можливої активації МВ і вільному кінці м'язи практично одночасно скорочуються саркомери БМВ і ММВ Оскільки БМВ скорочується швидше, то активне ММВ зморщуватиметься рахунок, наприклад, титину. Але ніхто цього не знає, це я собі модель збудував. У літературі цього нема. Але цей момент притаманний максимально швидкого руху вільної кінцівки чи невеликого обтяження. Але при трохи меншій швидкості м'язового скорочення всі активні МВ скорочуються з однаковою швидкістю, тільки БМВ мають багато зчеплених містків, а ММВ мають менше містків відповідно до закону Хілла. Різниця у включенні МВ лише 5 мс. Причому за цечас нічого особливого не сталося. Вони тільки збираються почати скорочуватися, кальцій тільки накопичується. Трохи раніше почнуть скорочуватись БМВ, потім підключаться ММВ. І дадуть свій внесок. Імпульс надходить у середину МВ. І імпульси починають поширюватися МВ. Центральна частина МВ працює, а дистальні ділянки ще немає. Значить, вони повинні розтягуватися. Потім до них підійде сигнал, кальцій почне виділятись і піде процес їх скорочення. Практично у всіх видах спорту ММВ роблять свій внесок. Швидкість у спортивних рухах така, що ММВ повноцінно працюють.
ЖМ: Тоді яке значення має м'язова композиція?
ВС: Ймовірність утворення містків у БМВ вища, тому у них швидкість скорочення вища. А ММВ все одно підключаються, тільки за великої швидкості скорочення м'яза вони дають менший внесок. Тільки і всього.
ЖМ: Тоді виходять штангісти, які мають великий відсоток БМВ, не мають переваги перед штангістами, які мають переважно ММВ? Адже штанга досить важкий снаряд і швидкість руху можуть повністю забезпечити і ММВ.
НД: Коли штанга відривається від помосту, справді композиція не така важлива. А потім йде підрив, що триває, ну умовно кажучи, 0,1 сек. Так ось за 0,1 сек. Розвинути необхідну потужність можуть лише БМВ
ЖМ: У підриві ММВ не встигають увімкнутися?
НД: Ні, вони всі включаються, але внесок ММВ буде значно меншим. Максимальна потужність БМВ на більшій швидкості, а у ММВ на меншій. Чим більше штангіст БМВ, тим краще він робить підрив.
ЖМ: А як зараз працюють ММВ?
НД: Коли ти тягнеш, ти включаєш не весь м'яз, а 60-70%, як тільки до колін дійшло починається підрив, там і інші м'язи включаються, трапецієподібні, задня поверхня стегна. Івсі вони повинні максимально включитись за 0.1 сек. Якщо цього не зроблять, штанга не вилетить. Швидкість руху така, що швидкі дають 100% своєї сили, а ММВ лише 30%. Тому у кого більше БМВ, тому легше вкласти свою силу у цей часовий відрізок.
ЖМ: Але ж ММВ не гальмують рух? Адже містки у них не встигають відчепитися, а м'яз скорочується.
НД: Вони розвинути потужність не можуть, а причепиться і слідом за цим рухатися можуть без проблем. Швидкість не гранична їм. Вони роблять меншу кількість гребків, бо надто довго відчеплюються. Міофібрили – пружна структура. І містки і самі філаменти і Зет диски мають пружність, яка згладжує різницю в швидкостях. У жорсткій системі це був би гальмуючий фактор, тут немає. Найменша кількість гребків і більша довжина гребка за рахунок пружної деформації.
ЖМ: Як здійснюється робота в БМВ при повільному русі?
НД: При повільному русі БМВ та ММВ працюють з однаковою швидкістю. Зовнішня сила заважає БМВ швидко рухатися. Вони містки зробили гребок, розчепилися і знову причепилися, тільки роблять це часто, і тому основну тягу створюють вони. А в ММВ це робиться повільно, і тому менший потяг, і звідси різні оптимуми, а зовнішня сила не дає їм рухатися кожному самостійно. Ось що, наприклад, відбувається при ізометричному напрузі? Містки гребуть, БМВ швидше, ММВ повільніше, але під дією зовнішньої сили актинові філаменти тягнеться назад і міозиновий місток після гребка зчіпляється з однією і тією ж ділянкою актину. Виходить біг на місці. А якщо рух повільний, то містки БМВ роблять маленькі кроки, а то й тупцюють на місці, при дуже маленькій швидкості. А містки ММВ роблять більш рідкісні, але ширші кроки. Але все це йде на мікрорівні і ці крокинастільки маленькі, що пружність елементів її повністю згладжує. Але при ексцентричному русі, коли є потяг назад, зовнішня сила сама розриває містки і енергія АТФ не витрачається. Містки зчіплюються, їх пасивно відривають, вони знову зчеплюються їх знову відривають. Виходить гальмування, що виникає, не в результаті витрати АТФ, а в результаті електростатичних сил, які неминуче виникають у присутності Са++.