Трудные вопросы фитнеса. Практическая теория

В статье описаны особенности энергетических процессов при разных видах спортивных нагрузок – аэробных («кардио») и анаэробных (силовых), их целесообразность, приведены сведения о типах мышечных волокон, уровнях интенсивности аэробных и анаэробных нагрузок, упражнениях и тренировках с разными видами нагрузки.

1.1. Аэробная и анаэробная системы, типы мышечных волокон и их тренировка

Организм человека имеет две системы энергообеспечения своей жизнедеятельности, и в частности мышечной работы (мышечных сокращений).

(1) Аэробную – основную систему, в рамках которой внутриклеточные энергетические процессы протекают с участием кислорода, содержащегося в воздухе (отсюда и название), которым мы дышим. Окисляются разные энергоёмкие субстраты – в основном глюкоза, гликоген, жирные кислоты, аминокислоты, с получением при этом энергии для мышечных сокращений (подробнее см. «Энергетика при мышечной деятельности»). Причём эта система открытая, т.е. мышечные клетки непосредственно во время работы как получают субстраты для окисления (из кровотока, куда они попадают из ЖКТ и/или соответствующих депо организма), так и выводят конечные продукты их окисления – углекислый газ и воду (в кровь и далее в окружающую среду). Поэтому аэробная работа может непрерывно продолжаться долго – она не лимитирована накоплением конечных / побочных продуктов энергетических процессов и запасы энергии в виде жира (одного из возможных субстратов для аэробного окисления) велики в организме даже у людей без лишнего веса.

Однако аэробные нагрузки – это только невысокой интенсивности / мощности мышечные сокращения при ходьбе и другой повседневной физической активности без чрезмерных напряжений, медленном беге, плавании и т.п., разных видах аэробики. В скелетных мышцах под такую работу приспособлены т.н. медленные, или аэробные, мышечные волокна (клетки). В названии «медленные» отражено в т.ч. то, что аэробный путь энергопродукции, который они используют для обеспечения своих сокращений, – относительно медленный процесс, также ограниченный возможностями кардиореспираторной системы поставлять кислород (в то время как чем больше интенсивность / мощность мышечного сокращения, тем больше энергии требуется одномоментно, соответственно и скорость её воспроизводства должна быть высокой). Медленные мышечные волокна содержат большое количество миоглобина – белка, обеспечивающего оперативное запасание и транспорт кислорода для внутриклеточного использования, и митохондрий – органоидов клетки, в которых непосредственно происходят энергетические процессы с участием кислорода. При систематических аэробных тренировках медленные мышечные волокна не склонны к гипертрофии и существенному росту силы сокращений, а склонны в основном к повышению аэробной выносливости (продолжительности сокращений в своей зоне интенсивности), причём как за счёт собственных внутриклеточных изменений – увеличения количества миоглобина и митохондрий, так и за счёт повышения функциональных возможностей кардиореспираторной системы.

Аэробная («кардио») тренировка, помимо профильного развития аэробной выносливости – тренировочный эффект здесь достигается при постепенном планомерном увеличении продолжительности и/или интенсивности аэробных нагрузок (см. «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки»), традиционно используется в фитнесе при похудении просто как инструмент для дополнительного расхода калорий с целью создать их суточный дефицит.

(2) Анаэробную – вспомогательную систему, предназначенную для энергообеспечения мышечных сокращений большой мощности / интенсивности, в рамках которой энергетические процессы в клетке протекают без кислорода и изолированно. Расщепляются только внутриклеточные запасы глюкозы и гликогена вплоть до их истощения и лимитирующего накопления побочных продуктов – молочной кислоты и других метаболитов, т.е. эта система закрытая. Поэтому анаэробная мышечная работа может непрерывно продолжаться всего до нескольких минут, после чего требуется непродолжительный отдых либо снижение интенсивности работы до аэробного уровня. Т.е. в любом случае переключение на аэробную систему – для очищения клеток от молочной кислоты (с её частичным аэробным доокислением), пополнения внутриклеточных запасов глюкозы и гликогена, а также ресинтеза израсходованных КФ и АТФ (подробнее см. «Словарик терминов и определений» и «Энергетика при мышечной деятельности»). При этом повышается ЧСС и ЧД – эти процессы, связанные с повышенным потреблением кислорода после анаэробных мышечных сокращений, характеризуются как восполнение т.н. кислородного долга.

Итак, эта система предназначена для энергообеспечения высокоинтенсивной мышечной работы – она приходит на смену аэробной системе при повышении мощности мышечных сокращений. Соответственно, анаэробные нагрузки – это бег, плавание и т. п. с максимальной скоростью (о зависимости мощности от скорости см. «Скорость движений – темп выполнения упражнений»), рабочие подходы в упражнениях на силовой тренировке, а также моменты приложения значительный усилий в повседневной физической активности (сдвинуть мебель, перепрыгнуть лужу и т.п.). В скелетных мышцах под такую работу приспособлены т.н. быстрые, или анаэробные, мышечные волокна (клетки). В названии «быстрые» отражена в т.ч. необходимая для мощных мышечных сокращений скорость анаэробных энергетических процессов (подробнее опять же см. «Энергетика при мышечной деятельности»). Быстрые мышечные волокна содержат во внутриклеточной жидкости большое количество ферментов анаэробного гликолиза (расщепления глюкозы и гликогена без участия кислорода), их субстратов (глюкоза, гликоген) и готовых высокоэнергетических соединений (АТФ и КФ). При систематических анаэробных тренировках быстрые мышечные волокна не склонны к повышению общей выносливости, а склонны к гипертрофии и повышению силы / мощности сокращений, силовой анаэробной выносливости, преимущественно за счёт внутриклеточных изменений – синтеза и накопления всех видов мышечных белков, в т.ч. сократительных в составе миофибрилл (см. «Словарик терминов и определений»), гликолитических ферментов-белков, а также энергии в виде гликогена, КФ и АТФ. При этом и нервная система учится включать в работу одномоментно или попеременно больше двигательных единиц (см. «Словарик терминов и определений»). Возможно и некоторое улучшение функциональности кардиореспираторной системы, так как между непродолжительными (по определению) анаэробными мышечными сокращениями всегда повышается активность аэробной системы для восполнения кислородного долга, как уже было сказано выше.

Анаэробная (силовая) тренировка – специальный инструмент для гипертрофии мышц, увеличения их мощности (скоростно-силовых качеств), силы и силовой выносливости (дополнительно см. «Почему силовые тренировки не для похудения»). Для достижения обозначенных целей необходима диета с профицитом калорий и соблюдение принципа прогрессивной сверхнагрузки (см. «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки»).

Смешанная аэробно-анаэробная нагрузка – это когда аэробная и анаэробная работа чередуется попеременно. Например, интервальный бег – когда чередуется бег с медленной, средней скоростью и максимальные ускорения. Ещё хороший пример – единоборства и игровые виды спорта. Когда боксёр, в промежутках между активными атакующими или защитными действиями, свободно передвигается по рингу – это аэробная нагрузка, но когда он атакует или вынужден активно защищаться – анаэробная. Когда футболист просто перемещается по полю для смены позиций – это аэробная нагрузка, но когда он ускоряется и/или бьёт по мячу – это уже анаэробная нагрузка.

Также к смешанной можно отнести аэробную нагрузку высокой интенсивности – когда в той или иной степени неизбежно начинает дополнительно параллельно работать и анаэробная система энергообеспечения мышечных сокращений (об этом ниже). Или, наоборот, анаэробную работу невысокой интенсивности – когда параллельно с доминирующим анаэробизмом происходит в той или иной степени и аэробное окисление.

Смешанная аэробно-анаэробная нагрузка может использоваться для всесторонней тренировки разных качеств и для разных целей – повышения общей и силовой выносливости, «сжигания» жира (большого расхода калорий), укрепления мышц, повышения общих функциональных возможностей организма.

1.2. Уровни интенсивности аэробной и анаэробной нагрузок

Аэробная интенсивность. Возможность в основном аэробного энергообеспечения мышечной работы ограничена максимумом потребления кислорода (МПК), или аэробной мощностью. Т.е. тем условным порогом при возрастании интенсивности аэробной нагрузки, до которого организм способен наращивать подачу кислорода в клетки за счёт усиления работы кардиореспираторной системы (повышения УОС и ЧСС, ГД и ЧД), и клетки способны использовать этот кислород (что зависит от плотности митохондрий и капилляров в мышцах). Индивидуальная величина МПК, или аэробная мощность, зависит от аэробной тренированности, т.е. может увеличиваться вследствие специфической тренировки (см. «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки»). Например, средняя нормальная величина МПК взрослого равна 40 мл/кг/мин, а у спортсменов высокой квалификации в циклических видах спорта может достигать 80 мл/кг/мин.

Косвенно узнать свой индивидуальный МПК (а прямое определение – с помощью сложной аппаратуры, не используется в практике массового спорта), т.е. уровень аэробной тренированности, позволяет 12-минутный тест Купера. Он заключается в преодолении максимально возможного расстояния бегом (в аэробном равномерном или интервальном режиме) за 12 минут по ровной местности без подъёмов и спусков. Преодолённое расстояние в километрах тесно коррелирует и прямо пропорционально величине МПК в мл/кг/мин. Таблицы как для просто оценки функционального состояния по результатам теста с учётом пола и возраста (приблизительные нормативы см. ниже «Простые функциональные пробы и измерения»), так и соответствия преодолённых за 12 минут километров конкретным значениям МПК (в мл/кг/мин) можно найти в учебниках по спортивной медицине, возможно и в интернете на соответствующих ресурсах.

Таким образом, аэробная мышечная работа, будучи низкоинтенсивной в принципе – относительно анаэробной, сама делится по интенсивности относительно МПК и, соответственно, величине расхода энергии в аэробных условиях (думаю, с учётом всего вышеизложенного, не требует пояснений связь величины потребления кислорода и расхода энергии в аэробных условиях). На примере самой естественной для человека мышечной работы:

спокойная ходьба – аэробная нагрузка низкой интенсивности, до 25% аэробной мощности и небольшой расход энергии;

быстрая ходьба / медленный бег – аэробная нагрузка средней интенсивности, в районе 50% аэробной мощности и повышенный расход энергии;

быстрый бег (но ещё не спринт, естественно) – аэробная нагрузка максимальной интенсивности, до 100% аэробной мощности и максимальный расход энергии в аэробных условиях, при этом уже с частичным задействованием анаэробной системы (см. ниже ПАНО).

Соответственно, низкоинтенсивная аэробная работа может продолжаться хоть весь день; средней интенсивности – до нескольких часов; а максимальной интенсивности – до 0,5—2 часов. В последних двух случаях продолжительность лимитируется истощением доступных источников энергии, утомлением нервной системы, возможно и разными сдвигами КЩР крови вследствие продолжительной повышенной активности аэробной системы, а в последнем случае и метаболическим ацидозом вследствие «закисления» крови метаболитами анаэробного обмена.

Между величиной потребления кислорода (интенсивностью аэробной нагрузки) и ЧСС существует линейная зависимость. Нагрузка интенсивностью в районе 50% аэробной мощности соответствует ЧСС в диапазоне примерно 120—140 ударов в минуту (у взрослых). Именно такая нагрузка популярна в фитнесе для «жиросжигания» и в целом большого расхода энергии за тренировку (напрямую зависит от её продолжительности) – т.н. «кардио». Она же считается оптимальной для полезного тренировочного воздействия на аэробную выносливость и производительность, и практически характеризуется как 70—80% от максимальной ЧСС, которая ориентировочно определяется путём вычитания из числа 220 возраста. Например, для человека в возрасте 40 лет максимальная ЧСС составляет 220 – 40 = 180, 70% от 180 = ЧСС 126, 80% от 180 = ЧСС 144, соответственно, оптимальный тренировочный диапазон будет 126—144 ударов в минуту. По мере роста тренированности скорость и продолжительность бега в этой пульсовой зоне будет естественным образом возрастать (см. «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки»).

ПАНО. Переходя от уровней интенсивности аэробных нагрузок к рассмотрению уровней интенсивности анаэробных нагрузок, больше для справки стоит упомянуть о таком понятии, как порог анаэробного обмена (ПАНО). Он не равен 100% МПК, как можно подумать, а существенно ниже, и «серая зона», в которой пересекаются аэробный и анаэробный процессы, обширна. При возрастании интенсивности аэробной нагрузки, ещё задолго до максимальных значений МПК неизбежно параллельно подключается анаэробная система энергообеспечения (в соответствии с аэробной тренированностью в диапазоне между 40—70% МПК – чем ниже тренированность, тем раньше), т.е. нагрузка перестаёт быть чисто аэробной, но остаётся в основном аэробной. В некоторых источниках это характеризуется как порог аэробного обмена, или ПАНО1, – когда анаэробизм уже присутствует, молочная кислота образуется, но не накапливается значительно и не лимитирует нагрузку благодаря буферным системам и частичному окислению в аэробных процессах. При дальнейшем возрастании интенсивности нагрузки начало существенного вклада анаэробных процессов в энергообеспечение мышечных сокращений, с резким возрастанием концентрации молочной кислоты в крови (также косвенно определяется по параметрам внешнего дыхания), обозначается как порог анаэробного обмена – просто ПАНО или ПАНО2. С ростом аэробной тренированности ПАНО отодвигается, что соответствует повышению аэробной производительности, способности выполнять предельную аэробную нагрузку без лимитирующего накопления в крови продуктов анаэробного обмена.

Анаэробная интенсивность. При интенсивности / мощности мышечных сокращений превышающей аэробные возможности организма (на примере бега – спринт) работает в основном анаэробная система энергообеспечения, и здесь также есть свои уровни интенсивности.

Низкоинтенсивная анаэробная мышечная работа может непрерывно длиться до нескольких минут – вплоть до лимитирующего истощения внутриклеточного гликогена и накопления молочной кислоты и других метаболитов анаэробных процессов.

Высокоинтенсивная же анаэробная мышечная работа максимальной мощности может непрерывно длиться считанные секунды – для её энергообеспечения не успевают даже быстрые анаэробные процессы – лимитирует её непрерывное выполнение истощение внутриклеточных готовых к срочному использованию АТФ и КФ (дополнительно см. «Энергетика при мышечной деятельности»). После чего анаэробная работа может ещё продолжаться, но уже со сниженной интенсивностью / мощностью.

Анаэробные нагрузки разной интенсивности хорошо иллюстрирует спринтерский бег на 60—100 и 800 м (официально 800 м не являются спринтерской дистанцией, но речь сейчас не об этом). На дистанции 60—100 м достигается максимальная мощность мышечных сокращений, которая может поддерживаться считанные секунды, после чего неизбежно падение мощности и, соответственно, замедление скорости. Если бы максимальную мощность мышечных сокращений можно было сохранять дольше нескольких секунд, то дистанцию 800 м подготовленные спортсмены (например, уровня 1-го взрослого разряда) пробегали бы за полторы минуты, а не за две.

Что касается лимитирующих факторов при повторяемой с необходимыми перерывами анаэробной мышечной работе, например, при выполнении рабочих подходов в упражнениях на силовой тренировке. Повторяемая с перерывами мышечная работа низкой интенсивности ограничена в основном истощением запасов гликогена в мышцах и печени, общим метаболическим ацидозом (вследствие накопления в организме молочной кислоты и других метаболитов), утомлением нервной системы и в меньшей степени микроповреждениями сократительных элементов мышечных волокон (миофибрилл). А повторяемая с перерывами мышечная работа высокой и максимальной интенсивности лимитирована в большей степени микроповреждениями сократительных элементов мышечных волокон и истощением нервной системы, которая теряет способность генерировать импульсы достаточной силы и частоты, и в меньшей степени истощением запасов гликогена, общим метаболическим ацидозом.

В силовых тренировках интенсивность анаэробной нагрузки – число повторений в подходе до отказа мышц (неспособности продолжать выполнять упражнение). В одной из классификаций для тренировок по программам классического бодибилдинга выделяют следующие зоны анаэробной интенсивности в зависимости от числа повторений в подходе: 6—10 повторов – высокая интенсивность; 12—20 повторов – средняя интенсивность; 25—40 повторов – низкая интенсивность. При этом гипертрофия мышц и рост их силы / силовой выносливости возможны в любом случае (см. «Стрессовые факторы роста мышц», «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки» и «Скорость движений – темп выполнения упражнений»). А максимальная интенсивность – 1—3 повторения в подходе, как правило, не используется на постоянной основе в тренировках, а предназначена только для проверки максимальных силовых способностей. Оптимальной для роста силы и массы мышц считается нагрузка в 70—80% от максимальной (от 1ПМ – максимального веса для 1 повторения в упражнении), что соответствует числу повторений в диапазоне 8—20 (почему такой широкий возможный диапазон, см. «Соотношение силы и силовой выносливости мышц»).

1.3. Упражнения и тренировки с разными видами нагрузки

Практически все физические упражнения – от бега до классических упражнений с отягощениями, в зависимости от преследуемых целей могут выполняться либо в аэробном, либо в анаэробном, либо в смешанном аэробно-анаэробном режиме.

Например, бег можно сделать аэробной нагрузкой – продолжительный бег в соответствующей пульсовой зоне. А можно сделать бег анаэробной нагрузкой – спринт, т.е. забег на короткое расстояние с максимальной скоростью – чем больше ускорение, тем больше мощность мышечных сокращений (см. «Скорость движений – темп выполнения упражнений»). Также можно сделать бег смешанной аэробно-анаэробной нагрузкой – т.н. интервальный бег, когда разные отрезки дистанции пробегают с разной скоростью. Таким образом беговая тренировка может быть чисто аэробной – продолжительный бег для развития аэробной выносливости и/или дополнительного расхода калорий при похудении; чисто анаэробной – несколько коротких забегов с максимальной скоростью для развития скоростно-силовых качеств и роста работающих мышц; или смешанной аэробно-анаэробной – интервальный бег для развития универсальных спортивных качеств.

А жим лёжа, например, можно делать с маленьким весом (пустой гриф от штанги, бодибар), который позволит непрерывно выполнять упражнение долго – аэробная нагрузка. Или увеличить вес и сделать ограниченное число повторений до отказа мышц – анаэробная нагрузка. Или сделать несколько подходов со средним или высоким числом повторений не до отказа мышц, но с минимальными паузами между подходами – условно это можно считать смешанной анаэробно-аэробной нагрузкой (дополнительно см. «Различия силовых тренировок для набора веса и при похудении»). Таким образом и целая тренировка из нескольких подобных упражнений (жимы, тяги, приседания) может быть чисто аэробной, чисто анаэробной или смешанной, также в соответствии с преследуемыми целями.

Т.е. любые упражнения и их комплексы можно выполнять с разной интенсивностью / мощностью, используя соответствующую систему энергообеспечения мышечных сокращений (и соответствующие мышечные волокна) и получая нужный тренировочный эффект (см. «Тренировочный эффект – принцип прогрессивной сверхнагрузки»).

В статье вкратце и в общих чертах, без детализации конкретных биохимических реакций и этапов, изложена энергетика при мышечной деятельности, особенности каждого пути внутриклеточного превращения энергии и следующие из этого некоторые практические моменты.