Czynniki fizjologiczne wpływające na siłę mięśni

Rozwój siły mięśniowej jest uwarunkowany kombinacją kilku czynników morfologicznych i nerwowych. Jednakże mechanizmy, które poprawiają siłę mięśniową uważa się za wieloczynnikowe i mogą na nie wpływać inne czynniki zakłócające takie jak siła wyjściowa , stan wytrenowania ( staż treningowy ≠ stan wytrenowania - można mieć długi staż treningowy, a słaby stan wytrenowania ) i genetyka. Poniżej przedstawiono krótki przegląd czynników morfologicznych i neuronalnych, które w połączeniu mogą wpływać na siłę mięśniową. Zrozumienie tych czynników przed omówieniem zagadnień związanych z treningiem stwarza kontekst dla różnorodnych reakcji każdego z tych czynników, które prowadzą do poprawy siły mięśniowej. Należy zauważyć, że historia skurczu mięśni u sportowca (np. zmęczenie, postaktywacja, temperatura itp.) może wpływać na ekspresję siły mięśniowej.

Hipertrofia mięśniowa i struktura

Istnieją dowody na to, że skutki uboczne z poprzednich faz treningowych przenoszą się na kolejne fazy treningowe. Dlatego też zwiększanie hipertrofii w celu późniejszej poprawy siły ma związek z potencjalizacją i skutkami ubocznymi treningu. Wydaje się więc, że istnieje sekwencja lub progresja treningu, której przestrzeganie przynosi największe korzyści w treningu oporowym. Dowody wskazują, że kolejność zwiększania najpierw pola przekroju poprzecznego mięśnia (CSA - cross-sectional area) (tzn. hipertrofii) i zdolności do pracy (tj. zdolności do wytwarzania siły), a następnie progresji fazowej, może przynieść lepsze przyrosty siły i mocy. Zmiany w hipertrofii mięśni szkieletowych mogą w znacznym stopniu wpłynąć na zdolność mięśni do wytwarzania siły i mocy. Prosta obserwacja dostarcza pewnych dowodów na to, że większe CSA ma znaczenie w tworzeniu większej produkcji siły maksymalnej. Rzeczywiście - sporty dzielące się na kategorie wagowe, takie jak trójbój siłowy czy podnoszenie ciężarów potwierdzają tę obserwację. Uzasadnieniem jest to, że większy CSA włókien mięśniowych, szczególnie typu II, może zmienić charakterystykę siła-prędkość w całym mięśniu. Poprzednie badania wykazały, że istniała silna zależność (r = 0,70) pomiędzy CSA mięśni a produkcją siły. Dalsza literatura sugeruje, że wzrost CSA mięśni i zmiany w strukturze mięśni mogą odpowiadać za około 50-60% zmian w produkcji siły po krótkotrwałym treningu siłowym u osób stosunkowo niewytrenowanych. Fizjologicznie, zwiększenie przekroju poprzecznego mięśni może poprawić produkcję siły dzięki zwiększeniu liczby interakcji mostków poprzecznych między aktyną i miozyną w obrębie wcześniej i nowo powstałych sarkomerów. Kawakami i współautorzy wykazali, że kąty pennacji włókien mięśniowych są większe w mięśniach przerośniętych niż w mięśniach prawidłowych. Większe kąty pennacji mogą zwiększać liczbę interakcji pomiędzy mostkami poprzecznymi ze względu na upakowanie większej liczby powięzi mięśniowych w tym obszarze. Pomimo pewnych dowodów potwierdzających związek pomiędzy hipertrofią i siłą, należy zauważyć, że zmiany w wielkości i sile mięśni mogą być różne u poszczególnych osób. Taka rozbieżność pomiędzy hipertrofią mięśniową a późniejszymi zmianami siły może być spowodowana różnicami w czasie pomiędzy mierzoną adaptacją, późniejszą ekspresją podczas zadania siłowego, problemami metodologicznymi związanymi z określaniem hipertrofii (np. fizjologiczny CSA vs. anatomiczny CSA; pomiary rezonansu magnetycznego (MRI) i absorpcjometrii promieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii (DEXA) vs. pomiary obwodu itp.) lub tym, że na zwiększoną siłę mogą wpływać inne fizjologiczne lub neuronalne czynniki poza CSA. Podsumowując, wzrost przekroju poprzecznego mięśni stanowi platformę, która w połączeniu z towarzyszącymi lub następującymi po nich zmianami w strukturze mięśni, typie włókien i innych czynnikach neuronalnych, takich jak rekrutacja jednostek motorycznych (MU) i wzór aktywacji mięśniowej, zwiększa zdolność do zwiększania siły maksymalnej. Na odpowiedź hipertroficzną może wpływać wiele czynników (np. uszkodzenie mięśni, zmiany metaboliczne, napięcie itp.).

Sztywność mięśniowo-ścięgnista

Nieodłącznym elementem produkcji siły i późniejszej ekspresji siły jako jej miary jest koncepcja, że nasze tkanki wykazują zachowanie przypominające sprężynę, co wpływa na późniejszą pracę mięśni. Rzeczywiście - zwiększona sztywność tkanki (tj. zależność pomiędzy daną siłą a wielkością rozciągania jakiemu poddawana jest tkanka ) może poprawić przenoszenie siły. Dlatego adaptacje sztywności ścięgien jak również struktur wewnątrz mięśnia (np. aktyny, miozyny, tytyny i tkanki łącznej), mogą wpływać na siłę mięśniową i związane z nią cechy, takie jak tempo rozwoju siły (RFD - rate of force development) i moc. Jednakże, powszechnie pomijanym aspektem generowania siły w mięśniach szkieletowych i wyrażania siły za pomocą wyżej wymienionych środków jest rola dużego białka lub sprężyny lepkosprężystej w obrębie sarkomeru, tytyny . Tytyna może być odpowiedzialna za generowanie pasywnego napięcia w sarkomerze, co może być powodem, dla którego ostatnie dowody sugerują większe znaczenie roli tytyny w funkcjonowaniu mięśni. Należy jednak zauważyć, że zwiększone stężenie wapnia w sarkoplazmie może aktywnie zwiększać sztywność tytyny, przyczyniając się do zwiększenia sztywności całego sarkomeru. Dlatego zmiany siły mięśniowej i przenoszenia siły mogą być częściowo uwarunkowane zmianami sztywności tkanek w obrębie i wokół mięśnia.

Rekrutacja jednostek motorycznych

Henneman i współautorzy wskazali, jednostki motoryczne są rekrutowane w sposób sekwencyjny w oparciu o ich rozmiar (od najmniejszego do największego). Tak więc, pula jednostek motorycznych będzie rekrutowana w oparciu o wielkość siły i tempo rozwoju siły wymagane podczas danego zadania. Na przykład, mniejsze jednostki motoryczne, które obejmują włókna wolnokurczliwe typu I będą rekrutowane, gdy wymagane są mniejsze wielkości siły i tempo rozwoju siły, podczas gdy większe jednostki motoryczne, które obejmują włókna szybkokurczliwe typu IIa/IIx mogą być rekrutowane tylko wtedy, gdy wymagane są większe siły i tempo rozwoju siły. Kolejność rekrutacji może być zachowana podczas działań powolnych, stopniowanych, izometrycznych i balistycznych. Chociaż niższe progi rekrutacji jednostek motorycznych mogą wystąpić podczas ruchów typu balistycznego ze względu na wymagane tempo rozwoju siły, zasada wielkości wydaje się obowiązywać. Rodzaj i cel aktywności może bezpośrednio wpływać na to, które jednostki motoryczne są rekrutowane i jak się adaptują. Na przykład, biegacze długodystansowi mogą rekrutować tylko niskoprogowe, wolno męczące się jednostki mięśniowe zawierające włókna typu I. Biorąc pod uwagę umiarkowane siły, które są wymagane wielokrotnie podczas wyścigu. Ze względu na charakter zadania, wysokoprogowe jednostki motoryczne zawierające włókna typu II mogą być rekrutowane tylko wtedy, gdy jednostki motoryczne zawierające włókna typu I ulegają zmęczeniu i do podtrzymania aktywności potrzebna jest dodatkowa produkcja siły. Tak więc, podczas gdy jednostki typu I mogą zwiększać zdolność do produkcji siły, maksymalna siła wyrażona przy użyciu kombinacji wszystkich typów jednostek motorycznych może być stosunkowo niska u biegaczy dystansowych z powodu rzadkiej rekrutacji jednostek zawierających włókna typu II podczas treningu. W przeciwieństwie do nich, ciężarowcy często wykonują zadania balistyczne (np. snatch, clean and jerk, itp.), które wymagają zarówno dużej siły, jak i wielkości tempa rozwoju siły, a zatem jednostki motoryczne, które zawierają włókna typu II są ukierunkowane. W oparciu o kolejność rekrutacji i niższe progi rekrutacji.

Ciężarowcy prawdopodobnie rekrutują jednostki motoryczne, które zawierają zarówno włókna typu I jak i typu II, co pozwala na trening obu typów jednostek. Poprzednie badania wykazały, że podczas gdy uporządkowana rekrutacja jednostek motorycznych istniała zarówno podczas powolnej rampy, jak i działań balistycznych po treningu typu balistycznego, jednostki były rekrutowane przy niższych progach siły. Jeśli chodzi o rozwój siły, wydaje się, że korzystna jest rekrutacja wysokoprogowych jednostek mięśniowych podczas treningu. Ponadto balistyczne metody treningowe mogą promować rekrutację większych jednostek motorycznych, które zawierają włókna typu II przy niższych progach, co zwiększając potencjał pozytywnej adaptacji siłowo-mocowej.

Rate Coding (częstotliwość wypalania)

Po zrekrutowaniu jednostek motorycznych, częstotliwość, z jaką a-motoneurony wyładowują potencjały czynnościowe do włókien mięśniowych jednostek motorycznych, może modyfikować jego właściwości wytwarzania siły. Badania wykazały, że wielkość siły może wzrosnąć o 300-1500%, gdy częstotliwość wypalania rekrutowanych MUs wzrośnie z minimum do maksimum. Dodatkowe badania wykazały, że na tempo rozwoju siły może mieć wpływ częstotliwość wypalania jednostek motorycznych ponieważ wysoka początkowa częstotliwość wypalania jest związana ze zwiększoną liczbą wyładowań dubletu (tzn. dwa kolejne wyładowania jednostek motorycznych w odstępie ≤ 5 ms)]. Można zatem postulować, że zwiększona częstotliwość wypalania jednostek motorycznych, która skutkuje większymi wartościami siły i tempa rozwoju siły, może wspomagać rozwój siły i mocy. Wcześniejsze badania wskazywały, że 12 tygodni treningu balistycznego może zwiększać częstotliwość wypalania jednostek motorycznych. Jest więc możliwe, że inne metody treningu balistycznego, takie jak podnoszenie ciężarów i sprint, mogą zwiększać częstotliwość wypalania jednostek, ostatecznie wpływając korzystnie na charakterystykę siły i mocy.

Synchronizacja jednostki motorycznej

Chociaż niektóre pozycje literatury wskazują, że synchronizacja jednostek motorycznych może być bardziej związana z tempem rozwoju siły RFD niż z wielkością produkcji siły, możliwe jest, że jednoczesna aktywacja ≥ jednostek motorycznych  zwiększa szczytową produkcję siły poprzez wyrażenie większego tempa rozwoju siły w krótkim okresie czasu. Wcześniejsze badania wykazały, że 6 tygodni treningu siłowego zwiększyło synchronizację jednostek motorycznych, podczas gdy inne badanie wykazało, że siła synchronizacji jednostek była większa zarówno w dominującej, jak i niedominującej ręce u osób podnoszących ciężary w porównaniu z muzykami i osobami niewytrenowanymi. Wyniki te są poparte badaniami, które sugerują, że ciężki trening siłowy może zwiększyć synchronizację jednostek motorycznych i produkcję siły. Podczas gdy dowody jednoznacznie wskazują, że zmiany w sile mięśniowej zbiegają się z tradycyjnym treningiem siłowym, literatura omawiająca zmiany synchronizacji jednostek motorycznych po treningu typu balistycznego jest nieco mieszana. W jednym z badań stwierdzono, że synchronizacja jednostek motorycznych nie zmienia się po treningu typu balistycznego, podczas gdy inne badania wskazują, że synchronizacja jednostek motorycznych jest wzmocniona podczas zadań balistycznych. Praktycznie rzecz biorąc, wydaje się, że strategie treningowe, które obejmują ciężki trening siłowy i/lub ruchy typu balistycznego mogą poprawić synchronizację jednostek motorycznych. Chociaż badania dotyczące zmian w synchronizacji jednostek motorycznych w obrębie treningu siłowego związanego z ruchami motorycznymi brutto są ograniczone, nie można wykluczyć związku między poprawą wzorców aktywacji nerwowo-mięśniowej, a późniejszą produkcją siły.

Blokada nerwowo-mięśniowa

Zahamowanie nerwowo-mięśniowe odnosi się do zmniejszenia napędu nerwowego danej grupy mięśniowej podczas dobrowolnych działań mięśni, co może negatywnie wpływać na produkcję siły ze względu na nerwowe sprzężenie zwrotne otrzymywane z receptorów mięśniowych i stawowych. Podczas gdy poprzednie mechanizmy nerwowe mogą wytwarzać pozytywne adaptacje siłowo-mocowe, mechanizm nerwowy, który negatywnie wpływa na rozwój siły i mocy, może wpływać na potencjalne adaptacje treningowe. Wcześniejsze badania wykazały, że ciężki trening siłowy może zmniejszać regulację dośrodkowego sprzężenia zwrotnego Ib do puli motoneuronów rdzeniowych, prowadząc do zmniejszenia hamowania nerwowo-mięśniowego i zwiększenia produkcji siły. Dalsze badania wykazały zwiększony napęd nerwowy zarówno z poziomu rdzeniowego, jak i nadrdzeniowego po treningu siłowym, który jednocześnie zmniejszył hamowanie nerwowo-mięśniowe, zwiększył moc wyjściową poprzez wzajemne hamowanie podczas treningu złożonego, zmniejszył regulację hamowania rekurencyjnego po treningu typu eksplozywnego i zwiększał tempa rozwoju siły.

Materiał powstał dzięki opracowaniu artykułu The Importance of Muscular Strength: Training Considerations, którego autorami są: Timothy J. Suchomel, Sophia Nimphius, Christopher R. Bellon, Michael H. Stone