Мышцы, с помощью которых мы двигаем конечностями, состоят из множества отдельных клеток под названием «мышечные волокна». Эти волокна прилегают друг к другу, образуя длинные тонкие мышечные пучки, придающие мясу его волокнистую структуру. Мышечные пучки, в свою очередь, собираются в мышцы и прикрепляются к костям сухожилиями. Мышечные волокна бывают двух видов – быстрые и медленные. Быстрые, как следует из названия, сокращаются стремительно. Однако они и устают быстро. Они задействуются при короткой интенсивной нагрузке, в спринте или тяжелой атлетике, а также в тех видах спорта, где необходимы короткие интенсивные рывки – как в хоккее на льду, например. Быстрые мышцы работают в основном на анаэробном метаболизме, не требующем кислорода. Второй тип мышц сокращается по крайней мере в два раза медленнее быстрых, однако при этом они отлично сопротивляются усталости. Метаболизм в них происходит с участием кислорода, и эти мышцы задействуются в спорте, требующем выносливости, – беге на длинные дистанции или плавании.
У неспортивного человека медленные мышцы составляют примерно половину всех мышечных волокон, однако у спортсменов-стайеров, например лыжников, участвующих в кроссах, их доля доходит до 90 %. И наоборот, у спринтеров и тяжелоатлетов преобладают быстрые мышцы. Как несложно догадаться, у спортсменов, специализирующихся на средних дистанциях или представляющих дисциплины, где нужна и скорость, и выносливость (футбол, например), быстрых и медленных мышц примерно поровну. Поэтому такое процентное соотношение совсем не обязательно характеризует человека как неспортивного лежебоку. Разумеется, человек, у которого изначально преобладают быстрые мышцы, больше приспособлен к спринту, чем к марафону. Остается выяснить, обусловлено ли преобладание того или иного типа волокон чистой генетикой или поддается исправлению с помощью тренировок. Пока считается, что тренировки мало влияют на соотношение типов мышц у человека – быть ему спринтером или стайером, определяет генетика.
Как сокращаются мышцы
Механизм сокращения мышц ставил ученых в тупик не одно столетие. Не далее как в 1950-х было высказано предположение, что сокращение мышцы происходит за счет укорачивания самих сократительных белков. Другими словами, сократительный белок из растянутого состояния переходит в сжатое, подобно молекулам резины в эластичном бинте, который сперва растянули, затем отпустили, или виткам «шагающей пружины».
Сейчас уже известно, что гипотеза эта была ошибочной. Сокращение мышц происходит, когда белковые нити двух типов скользят параллельно друг другу, обеспечивая укорачивание мышцы, но сами при этом не меняются в длину. Попробуйте сперва сомкнуть кончики пальцев обеих рук, а затем сцепить пальцы в замок, и вы получите ту же картину: общая длина сократится, а длина пальцев – разумеется! – останется прежней.
Сократительные белки бывают двух типов – в виде толстых и тонких нитей. У толстых по всей длине имеется множество крючков, которые могут цепляться за определенные участки тонких нитей. Разрывая эти связующие перемычки и вновь возводя их чуть дальше, толстые нити протягивают тонкие между собой, тем самым сокращая мышцу. Чем больше нахлест нитей, тем больше образуется перемычек и тем большую силу развивает мышца. И наоборот, когда мышца растянута, перемычек не образуется и сила не развивается, поэтому мышца расслаблена.
Как именно работают эти перемычки между толстыми и тонкими нитями, пока не очень понятно, и физиологам еще предстоит разгадать эту загадку. Однако точно известно, что разрыв и восстановление перемычек – процесс энергоемкий, с расходованием АТФ. Именно поэтому, когда после смерти уровень АТФ в организме падает, наступает трупное окоченение, поскольку для разрыва перемычек требуется энергия, и без АТФ мышца не может разжаться.
Различия в типах мышц наблюдаются не только у млекопитающих. У пелагических рыб, живущих в толще или на поверхности воды (таких как скумбрия или тунец), имеются медленные мышцы, отвечающие за непрерывное фланирование на невысокой скорости, и быстрые, которые включаются во время коротких рывков – например, когда надо удрать от хищника. Эти два типа мышц выглядят совершенно по-разному, как вы сможете убедиться сами, рассмотрев разделанного тунца в ближайшем рыбном отделе или попросив в суши-баре «торо» и «магуро». Быстрые мышцы – белого цвета. Медленные мышцы – насыщенно красного, поскольку содержат большое количество родственных гемоглобину молекул белка миоглобина. Он выступает временным источником кислорода, когда при интенсивном сокращении мышц капилляры сжимаются и уменьшается приток обогащенной кислородом крови. Когда приток крови восстанавливается, происходит пополнение израсходованных запасов.
Полный вперед!
Сердечный ритм у спринтера учащается еще до того, как он пускается бежать. Когда он сжимается в пружину на низком старте, напряжение стимулирует выброс в кровь адреналина, который переключает сердце на «повышенную передачу». Ученые установили, что перед забегом на 60 ярдов (около 60 м) пульс тренированного спортсмена взлетает до 148 ударов в минуту (т. е. сразу на 75 % от общего учащения сердечного ритма во время забега). Для короткого рывка такое предваряющее учащение крайне важно, поскольку «разогревает» тело перед предстоящей нагрузкой. Для длинных дистанций, где быстрый старт не так важен, оно малосущественно. Замечено также, что, чем длиннее предстоящая дистанция, тем меньше учащение сердечного ритма перед стартом. Значит ли это, что напряжение (а следовательно, и уровень адреналина) перед долгим забегом ниже?
Для спринтера крайне важен хороший старт. Он позволяет отвоевать те самые жизненно важные сотые доли секунды, которые отделяют победу от поражения. Однако слишком спешить тоже нельзя, иначе могут дисквалифицировать за фальстарт. Где же граница между «достаточно быстро» и «чересчур быстро»? Очевидно, что ее определяет быстрота реакции спортсмена – пока спортсмен услышит стартовый сигнал, пока нервные импульсы дойдут от уха до мозга, обработаются в коре и новые импульсы отправятся от мозга к ногам. Быстрота реакции человека лежит в пределах от 0,1 до 0,2 сек., поэтому Международной ассоциацией легкоатлетических федераций (ИААФ) установлено, что бегун, сорвавшийся со стартовой отметки раньше 0,1 сек., совершает фальстарт. На Олимпийских играх 1996 г. в Атланте британский бегун на 100 м Линфорд Кристи пустился бежать через 0,08 сек. после стартового выстрела и был дисквалифицирован. Возможно, впрочем, несправедливо. Как показывают последние исследования, в некоторых случаях человеческая реакция может оказаться быстрее 0,1 сек. Физиолог Жозеп Вальс-Соле и его коллеги установили, что время, которое требуется человеку на то, чтобы шевельнуть запястьем или ступней в ответ на световую вспышку, может сократиться почти вдвое, если к вспышке добавить громкий звуковой сигнал. Они предположили, что эта так называемая «стартовая реакция» поступает в мозг, минуя кору, более короткими и быстрыми путями. Интересно, что испытуемые сами заметили разницу – движение во втором случае получалось безотчетное, нецеленаправленное. Возможно, ведущим спортсменам удается выработать именно такую реакцию, «настраивая» себя на старте.
