Процессы в тканях при растягивании

Мышечная ткань

В организме человека насчитывается 400-600 мышц. Их масса составляет у мужчин 40-45% веса, у женщин — около30%

55% массы всех мышц расположено в области нижних конечностей.

Основной функциональной единицей мышц опорно-двигательного аппарата является мышечное веретено – длинное и узкое. Оно состоит из брюшка, совершающего работу и сухожилия, которым мышца крепится к костям или другим мышцам. В брюшке одной мышцы содержится 100-150 волокон, длиной от 1 до 40 мм. Часто волокна расположены под углом к продольной оси мышцы. Когда длина мышцы превышает длину одного волокна, волокна соединяются между собой сухожилиями, образуя своего рода цепь.

Одно мышечное волокно – это большая клетка, симпласт, которая объединила в себе несколько исходных мышечных клеток – миоцитов. Основными рабочими единицами клетки являются миофибриллы – длинные белковые нити, которые расположены параллельно по оси волокна. В 1 кв.см мышечного волокна содержится в среднем 8000 миофибрилл. Вокруг миофибрилл находятся «обслуживающие структуры» — митохондрии, саркоплазматический ретикулум и пр.

Мускулатуру опорно-двигательного аппарата называют поперечно-полосатой, потому что под микроскопом миофибриллы видятся исчерченными. Они разделены на рабочие элементы –саркомеры. В одном сантиметре миофибриллы примерно 4500 саркомеров.

В каждом саркомере есть параллельные нити сократительных белков – филаменты. Филаменты актина, крепятся к поперечным стенкам – Z-линиям, филаменты миозина располагаются по центру саркомера. В процессе сокращения головки на миозине цепляются за актин и сдвигают его по направлению к центру саркомера, тем самым саркомер укорачивается. В результате сокращения многих саркомеров укорачивается миофибрилла, а в результате укорочения миофибрилл укорачивается мышца.

Нити миозина крепятся к нитям титина – самого длинного белка в человеческом организме. Титин проходит на всю длину саркомера от одной стенки до другой. Он имеет внутреннее напряжение. И при растяжке это напряжение возвращает саркомер в исходное положение.

Титин – ключевой элемент растяжки мышечного волокна. Он скручен, и при растяжке распрямляется. Если растяжка продолжается, начинает рекрутироваться часть титина, которая совмещена с миозином. См. рисунок ниже:

Найдено, что мышцы могут содержать разные изоформы титина — крупные и длинные. Крупные лучше обеспечивают сильное сокращение мышцы. Пока неизвестно, влияют ли тренировочные занятия на изоформы титина. 

При растяжке мышечной ткани в ней возникают мелкие травмы – отслоение титина от миозина, частичное повреждение титина, уменьшение поперечных сшивок коллагена и пр. Эти «микротравмы» затем адекватно восстанавливаются. На концах миофибрилл постепенно наращиваются новые саркомеры, также утолщаются Z-линии.

Влияние растяжки на силу

Длина саркомера при сокращении мышцы уменьшается на 20-50%, при растягивании она может увеличиваться – до дополнительных 120%. При безопасном активном сознательном растягивании – до 50%.

При очень укороченной мышце сила ухудшается в связи с уменьшением возможности смещения актина относительно миозина.

При чрезмерно растягиваемой (слишком сильно или слишком часто) мышце может произойти очень значительное отслоение титина от миозина. Это вызовет критичное уменьшение количества головок миозина, соприкасающихся с актином. Так же уменьшается напряжение титина по возвращению саркомера в исходное положение.

Выводы:

1. Мышцу нужно растягивать, т.к. укороченная мышца снижает силу.
2. С другой стороны, растяжка мышцы должна производиться постепенно, без излишнего рвения, т.к. излишняя травматизация мышечной ткани тоже может ухудшить силу.

2.2. Соединительная ткань

Соединительная ткань опорно-двигательного аппарата  представлена:

— сухожилиями, соединяющими концы мышечного волокна с костями;

— связками, соединяющими между собой кости напрямую;

— фасциями, окружающими отдельные мышечные волокна, мышцы в целом, органы и пр.   

Удельный вес сопротивления разных образований соединительной ткани в развитии гибкости составляет: сухожилия -10%, связки – 47%, фасции – 41%.

Заметим, что в организме только желтая и выйная связки в основном состоят из эластина (эластичного волокна). Остальные в большей степени из коллагена.

В мышце объем соединительной ткани составляет 30% массы. Видимо, растяжка внутримышечной соединительной ткани обуславливает гибкость мышцы, так же как и изменения в собственно мышечных волокнах.

Соединительная ткань содержит множество специализированных клеток. Для вопроса растягивания особую роль играют волокна коллагена, эластана и основное вещество.

Коллаген

Коллаген является преобладающим веществом в организме млекопитающих. Коллагеновая молеку­ла состоит из трех полипептидных цепочек, представленных в виде ри­гидной спиралевидной структуры. Для соединительных тка­ней характерны волнообразные ундуляции (колебания), или «волнистость» коллагеновых волокон. «Волнистая» организация коллагена — один из основ­ных факторов, лежащих в основе высокоэластичной реакции соедини­тельной ткани.

Коллагеновая нить состоит из фибрилл, соединенных в волокна. Механические свойства коллагеновых фибрилл таковы, что каждую фибриллу можно рассматривать как механическую пружину, а каждое волокно — как совокупность пружин. Коллагеновая нить также имеет поперечно-полосатую структуру, как и миофибрилла, и также имеет внутреннее напряжение. При растяжении волокна его дли­на увеличивается. Подобно механической пружине, энергия, обеспечи­ваемая для растягивания волокна, хранится в волокне, и именно выделе­ние этой энергии обусловливает возврат волокна в нерастянутое поло­жение, когда прикладываемую нагрузку убирают.

Ниже на рисунке показана структура сухожилия. Другие типы организации соединительной ткани имеют меньшее количество порядков организации.

Главным фактором, который увеличивает растягивающую силу коллагеновых структур, явля­ется наличие внутримолекулярных поперечных соединений между цепочками молекулы коллагена, а также межмолекулярных попе­речных соединений между коллагеновыми субфибриллами, филаментами и другими волокнами.  Поперечные соединения связывают молекулы в прочную единицу. Обычно чем меньше расстояние между одним попе­речным соединением и другим или чем больше число поперечных соеди­нений на данном расстоянии, тем выше эластичность.

Ученые высказывают предположение, что количество поперечных со­единений связано с интенсивностью обмена коллагена: коллаген непре­рывно производится и расщепляется. Если количество производимого кол­лагена превышает количество расщепляемого, число поперечных соедине­ний увеличивается и сопротивление структуры растягиванию повышается, и наоборот. По мнению некоторых специалистов, физическая нагрузка или занятия на подвижность уменьшают число поперечных соединений, увеличивая интен­сивность обмена коллагена. Результаты последних исследований также показывают, что эти два фактора могут играть определяющую роль в предотвращении образования поперечных соединений.

Эластин

Кроме коллагена, соединительная ткань содержит волокна эластина. Он делает соединительную ткань эластичной (подвижной), позволяет ей растягиваться, однако и заставляет возвращаться на исходную длину. Недостаток эластина вообще не позволит ткани растягиваться. Поэтому его нормальное содержание в ткани существенно важно.

Повышение гибкости заключается не в эластичности, а в пластичности ткани – т.е., способностью закрепить новую форму. А это зависит больше от коллагена и основного вещества, а не от эластина.

Гликозаминогликаны

Еще одним важным фактором, влия­ющим на механические свойства или поведение коллагена, является при­сутствие основных веществ. Эти вещества широко распространены в сое­динительной ткани. Во многих участках их называют цементирующими веществами. Они образуют нефиброзный элемент матрикса, в который заключены клетки и другие компоненты. Этот вискозный, гелеподобный элемент состоит из гликозаминогликанов (ГАГ, другое название —  протеогликаны), белков плазмы и множества не­больших белков, а также воды.

В соединительной ткани содержится 60-70 % воды. Гликозаминогликаны обладают большой способностью связывать воду, поэтому их считают частично ответственными за столь высокую концентрацию воды.

Основным ГАГ является гиалуроновая кислота. Гиалуроновая кислота и «захваченная» ею вода — основной смазыва­ющий материал фиброзной соединительной ткани. В частности, считают, что вместе с водой она выполняет роль смазывающего вещества между коллагеновыми волокнами и фибриллами. Это смазывающее вещество обеспечивает сохранение критического расстояния между волокнами и фибриллами, тем самым способствуя свободному скольжению волокон и фибрилл друг за другом и, возможно, предотвращая чрезмерное образова­ние поперечных соединений.

Механизм пластичности соединительной ткани

Соединительная ткань растягивается эластично, т.е. после окончания действия внешних сил, возвращается к исходной длине. Этим она напоминает растягивание резинового полимера, см. диаграмму ниже. Синусоидой показаны молекулы полимера, точками — поперечные соединения (Alexander, 1988).

При повышении гибкости нас интересует не столько эластичность, а пластичность соединительной ткани – т.е. ее способность закрепить новую форму.

На поведение соединительных тканей (коллагеновых или эластичных) и мышц, находящихся под воздействием нагрузки, влияет целый ряд фак­торов, в том числе:

• расположение или ориентация волокон;

• воздействие различных структур взаимного переплетения коллагено­вых молекул в каждой фибрилле;

• наличие межфибриллярных субстанций;

• количество волокон и фибрилл;

• площадь поперечного сечения волокон;

• соотношение количества коллагена и эластина;

• химический состав тканей;

• степень гидратации;

• степень расслабления сократительных компонентов;

• температура ткани до и во время приложения силы;

• температура ткани перед устранением действия силы;

• количество прикладываемой силы (нагрузка);

• продолжительность прикладывания силы (время);

• тип прикладываемой силы (баллистическая или статическая).

Основными используемыми факторами влияющими на упруговязкое поведение соединительной ткани являются температура, сила и скорость растягивания.

Кратковременное растягивание с большой силой при нормальной или несколько по­ниженной температуре тканей способствует эластичной, или обра­тимой, деформации.

Пластическому же, или постоянному, удлинению в большей степени способствует более длительное растягивание с меньшей силой при повышенной тем­пературе. В этом случае также является минимальным структурное ослабление, обусловленное остаточной деформацией ткани.

Сухожилия

Выше речь шла о соединительной ткани, задействованной в самих мышцах. Сухожилия же, которыми мышцы крепятся к костям, практически не растягиваются.

Небольшое, но значимое увеличение рас­тяжимости подколенных сухожилий сопровождается значительным увели­чением растягивающей силы, которую могли выдержать пассивные мыш­цы подколенных сухожилий. Уровень эластичности, однако, остается таким же. Это означает, что упражнения на растягивание не удлиняют подколенные сухожилия и не делают их менее жесткими, а только влияют на толерантность к растяжению. За счет увеличения этого растягивание уменьшает вероятность травм в результате несчастных случаев и физической нагрузки. Но для максимальной эластичности и ответа на плометрическую нагрузку (рывки, прыжки, броски), нужно эту нагрузку и совершать.

Изменения в соединительной ткани с возрастом

Эластичность с возрастом уменьшается за счет изменения угла коллагеновых волокон относительно направления мышечных волокон. Так же в старости потеря ферментов расщепляющих коллаген снижает растяжку.

Изменения в соединительной ткани при растяжке

• Поддерживается нормальное содержание гликозаминогликанов, что улучшает скольжение разных составляющих ткани;
• Поддерживается баланс синтеза и разрушения коллагена и эластина;
• Уменьшается количество поперечных сшивок коллагеновых волокон:
• Растяжка увеличивает стимул на развитие пролиферирующих миофибрилл. Хотя главным, конечно, здесь будет силовая нагрузка. Но растяжка будет помогать.

2.3. Нервы

Для большинства пери­ферических нервов характерны три особенности, защищающие их от фи­зической деформации: ненатянутость, ход (расположение) нервов относи­тельно суставов и эластичность.

Периферические нервы имеют три отдельные обо­лочки соединительной ткани: эпиневрий, периневрий и эндоневрий.

Одной из функций оболочек соедини­тельной ткани является обеспечение структурной поддержки периферическо­му нерву и эластичности, позволяющей нерву растягиваться во время движений тела.

Нервный ствол проходит волнообразно. Такой же волнообразный ход в оболочках эпиневрия характерен и для пучков волокон, а также для каждого нервного волокна внутри пучка. Если напряжение небольшое или отсутствует вообще, нервы сокращаются подобно гармошке. Вследствие этого длина нервного ствола и нервных волокон между любыми двумя фиксированными точками конечности значительно превышает линейное расстояние между этими точками. При начальном растягивании волнистость нерва устраняется. По мере продолжения растягивания она исчезает в пучках и, наконец, в от­дельных нервных волокнах.

Для запаса растягивания толщина оболочек нерва может быть очень существенной. Так, толщина соединительнотканных оболочек седалищного нерва в месте пересечения с разгибательной частью тазобедренного сустава составляет до 88%.

Одна из основных гипотез развития сколиоза говорит, что сколиоз развивается из-за того, что скорость развития нерва опревает рост развития костей по осей тела, и происходят боковые и спиральные смещения позвонков для удлинения траектории спинномозгового канала.

Ниже показана архитектура микрососудов внутри пучка, определенная в результате исследова­ний периневрия, артериолы, венулы, капилляров.

При удлинении нерва на 8% отмечается существенное ухудшение капиллярного кровотока внутри нерва. Это вызывает нарушение его электрической проводимости. Полная невральная ишемия возникает при удлинении нерва на 15%.  После расслабления, следовавшего за растяжением, кровообращение восстанавливается.

Вывод: при интенсивной растяжке в отдельных местах потенциально может возникать та или иная степень ухудшение передачи нервного сигнала. Однако после окончания растягивания сигнал восстанавливается. Травматизм нервов при растяжке крайне маловероятен.

2.4. Сосуды

Средние и большие сосуды растягиваются без особых проблем. Так, выяснено, что сокращение длины артерии на 20% не меняет ее диаметр.

Капилляры имеют извилистую форму и выпрямляются при вытяжении мышцы, а при большем растягивании способны к удлинению.

Растягивание мелких сосудов приводит к снижению кровотока, однако извлечение кислорода увеличивается, таким образом потребление кислорода как минимум остается на прежнем уровне.

Исключение, похоже, составляет случай с ухудшением кровоснабжение некоторых выше, о чем шла речь выше.

Вывод: растяжка повышает обменные процессы в стенках сосудов и является безопасной для них, при отсутствии генетических или серьезных возрастных патологий сосудистой стенки.

3. Влияние растягивания на нервную систему

Висцеральные рефлексы

При растягивании разных участков кожи, мышц и соединительной ткани происходит реализация кожно-висцеральных и моторно-висцеральных рефлексов. Это значит, что сигнал о растягивании ткани по пути в мозг «проходя» через нервный узел определенного позвонка стимулирует деятельность внутренних органов, вегетативные нервы которых проходят через этот же позвоночный сегмент.

Воздействие должно быть многократным.

На сегодня вопрос, насколько значимой является подобная стимуляция, является открытым.

Растяжка и ЦНС

При выполнении упражнений на растягивание стимулируются  различные проприорецепторы мышц, сухожилий, барорецепторы сосудов и др.  Чувствительным структурам ЦНС кажется, что возможна травма, и они реагируют на растяжку неспецифической стресс-реакцией. При этом задействуются стресс-активирующие и стресс-лимитирующие (ограничивающие развитие стресса) системы.

На баланс этих систем влияет время фиксации асаны на растяжку. Чем чаще меняются позы (короче фиксации), тем больше выражена активация стресс-реализующих систем – повышается уровень адреналина, затем — кортизола. Похожий эффект будут давать выполнение дополнительных движений во время фиксации асаны.

При растяжке пропорционально растет активность тормозящей опиоидной системы, которая призвана снижать уровень боли. Производимые ею эндорфины вызывают:

• Повышают порог болевой чувствительности; 
• Усиливают кровообращение миокарда и головного мозга;
• Повышение антиоксидантное действие, устойчивость клеток к гипоксии;
• Способствуют снижению ошибок в реализации двигательных доминант.
• Модифицируют личностное поведение, вызывают легкую эйфорию, снижая внутренние личностные ограничения.
• Оказывают некоторый анаболический эффект, т.е., способствуют более быстрому восстановлению после нагрузок.

Чем чаще стимулируются рецепторы, и чем больше частота их смены, тем интенсивнее общая реакция организма на растягивание. Поэтому выполнение большого количества упражнений на растягивание с небольшой фиксацией (или большое количество подходов), создаст выраженную стресс-реакцию.

По мере удлинения фиксации (от минуты и более) активность стресс-реализующих систем заметно снижается, тогда как стресс-лимитирующих остается на достаточном уровне. Но все таки не на максимальном уровне, эндорфинов производится меньше.

Выводы:

• Динамичная растяжка возбуждает. Ее лучше использовать пред силовой практикой, тогда выброшенные в кровь стрессовые гормоны утилизируются мышечной тканью. Либо же в умеренном объеме – утром, чтобы взбодриться.
• Статическая растяжка от минуты и более – успокаивает. Этот процесс усиливается, если растягивание больше затрагивает крестцовое парасимпатическое сплетение (наклоны вперед, бхадрасана и т.д.). Ее лучше использовать в конце интегрального занятия, или в рамках специального успокаивающего занятия.

Привыкание к растяжке

Любая деятельность, вызывающая массированный выброс эндорфинов, может вызвать привыкание. Обычно к этому больше склоняет активные стили практики.

Так же в растяжке привыкание может усиливать фактор идеологической значимости практики.

Человек начинает заниматься каждый день, бывает даже по два раза, и переживает, если практиковать не получилось. Это уже будет зависимостью. Обычно у таких людей за счет перегрузки стресс-систем, повышения уровня кортизола и других факторов растет лишняя возбудимость.

Влияние на ЦНС совмещения растяжки с силовой статикой

Если же растяжку совмещать со статической силовой практикой, такое занятие будет отличаться от чистой растяжки следующим образом:

• Стресс оказывается гораздо сильнее. Сильнее активируются стресс-развивающие и стресс-лимитирующие системы, гораздо боле выражена их тренировка. Заметим, что статическая силовая нагрузка, и особенно ее совмещение с растяжкой более эффективна для описываемой неврологической тренировки, чем стандартный силовой тренинг в тренажерном зале.
• Выброшенные в системный кровоток стрессовые гормоны утилизируются мышечной тканью. В результате после занятия нет лишнего возбуждении.
• После интегральной йоги с большим силовым компонентом человек скорее чувствуют бодрость, а не возбуждение.
• Важно, что по мере неврологической тренировки состояние бодрости и приподнятости становится постоянным (стабильный рост активности опиоидной и дофаминергической систем). При этом достаточно двух занятий в неделю. Тогда как привычка стимулировать психическое состояние чистой растяжкой часто требует почти каждодневных занятий.