Transformacja mięśni szkieletowych

 

Transformacja włókien mięśniowych.

 

Jest zagadnieniem, o które często pytają trenerzy w perspektywie właściwego dozowania bodźców treningowych. Pytania te wynikają z powszechnie panującego przekonania, że transformacja zachodzi głównie w obrębie włókien szybkokurczliwych, które przechodzą we włókna wolnokurczliwe. Przekonanie to jest częściowo prawdziwe, ale jednocześnie w sposób znaczny upraszcza zjawisko przekształcania włókien mięśniowych (mięśni szkieletowych) pod wpływem treningu (bodźca treningowego). Ponadto, pojawiają się liczne obawy, że zawodnik poprzez niewłaściwe dozowanie bodźców treningowych utraci zdolności szybkościowo-siłowe (dotyczy to zwłaszcza sportów o dużym znaczeniu parametrów szybkościowo-siłowych takich jak np.: tenis, sporty walki, gry zespołowe, czy biegi krótkodystansowe).

Z tego względu warto zastanowić się nad transformacją włókien mięśniowych; czym ona jest i jakie muszą zaistnieć warunki, aby doszło do transformacji mięśni szkieletowych. W poniższym artykule postaram się w sposób uproszczony omówić fizjologiczne podstawy transformacji włókien mięśniowych, a także warunki jakie muszą być spełnione, aby zaistniała.

Omawiając transformację włókien mięśniowych zacznijmy od krótkiej charakteryzacji zmian tkanki mięśniowej jakie występują w ciągu życia, gdyż transformacja włókien mięśniowych zachodzi w obrębie tych zmian.

 

Zmiany mięśni w czasie życia, podstawy fizjologiczne zmian.

 

Zmiany tkanki mięśniowej w trakcie ontogenezy (całego życia od poczęcia do śmierci) należy rozpatrywać w odniesieniu do dwóch zasadniczych dla rozwoju tkanki mięśniowej okresów życia. Okresy te cechują się różnymi typami zmian zachodzących w obrębie tkanki mięśniowej:

• Okres miogenezy, czyli wczesna faza rozwojowa, która umożliwia powstanie mięśni szkieletowych. Wszystkie mięśnie szkieletowe, za wyjątkiem mięśni głowy powstają z mezodermy, czyli jednej z trzech listków zarodkowych. Miogeneza dzieli się na fazę embrionalną (pierwotną) oraz płodową (wtórną). W fazie embrionalnej dochodzi do powstania pierwszych miocytów, które początkowo są jednojądrzaste i łącząc się z sobą dają początek miocytom wielojądrzastym, które zwane są miotubami pierwotnymi. Miotuby pierwotne tworzą niedojrzałe embrionalnie włókna pierwotne, które jednocześnie stanową rusztowanie dla kształtujących się w fazie wtórnej włókien wtórnych. W fazie wtórnej filamenty miozynowe i aktynowe zaczynają się organizować w sarkomery dając początek charakterystycznemu prążkowaniu. Dodatkowo centralnie położone jądra przesuwają się na obrzeża komórki, a także każde włókno zostaje otoczone przez blaszkę podstawną oraz sarkolemę. Zakończeniem fazy wtórnej jest powstanie określonej ilości włókien mięśniowych w obrębie mięśni szkieletowych – z tego względu w fazie tej występuję zjawisko hiperplazji, czyli tworzenia się włókien mięśniowych na ilość. Należy też dodać, że w rozwijającym się mięśniu nie wszystkie komórki ulegają przekształceniu we włókna mięśniowe. Część z nich pozostaje w formie mioblastów związanych z powierzchnią rozwijającego się włókna – ta subpopulacja nazywana jest komórkami satelitarnymi (często też określa się je, jako komórki uśpione, zlokalizowane między błoną podstawną, a sarkolemą). Istotną ich rolą jest wspomaganie procesu regeneracji mięśni, tzn. aktywują się w odpowiedzi na uraz lub choroby degradacyjne tkanki mięśniowej. Pula komórek satelitarnych pozostaje względnie na tym samym poziomie, gdyż mają zdolność do samoodnowy.

 

• Okres zmian bazujących na przebudowie mięśni, jest to okres po utworzeniu się określonej ilości włókien mięśniowych w obrębie mięśni ciała, czyli okres po uformowaniu się mięśni. W okresie tym wyróżniamy:
  • • Hipertrofię – czyli wzrost wielkości włókien mięśniowych bez zwiększania ilości włókien. Okres ten praktycznie zaczyna się jeszcze w fazie płodowej i trwa nieprzerwanie do końca życia. Warunkiem zaistnienia hipertrofii jest właściwy bodziec stymulujący, czyli adekwatna aktywność, właściwa dieta oraz właściwy poziom hormonów. Zatem w ciągu życia mięśnie ulegają zmianom pod wpływem bodźca, który może wywołać przyrost wielkości włókien bez wpływu na ich ilość.
    • Atrofię – zanik mięśni szkieletowych lub spadek masy spowodowany chorobą, unieruchomieniem lub niedożywieniem, który najczęściej charakteryzuje się obniżeniem średnicy włókien mięśniowych bez istotnego zmniejszenie ich liczby. Atrofia najczęściej wynika z unieruchomienia mięśni lub znacznego ograniczenia aktywności. Atrofii często towarzyszy zmniejszenie średnicy włókien, obniżeniem zawartości białek oraz spadkiem siły skurczu mięśnia. Należy dodać, że w przypadkach chorobowych np.: stwardnienie zanikowe boczne może dodatkowo dojść do zaniku motonoeruronów i przez to do spadku liczby włókien mięśniowych. Do najczęstszych chorób, którym towarzyszy atrofia można również zaliczyć miopatie, dystrofię mięśniowe (miopatie o podłożu genetycznym) oraz choroby nowotworowe i anoreksję. Ogólnie mówiąc w atrofiach spowodowanych brakiem ruchu lub znacznym spadkiem aktywności zanik mięśni nie powoduje spadku ilości włókien, natomiast w procesach chorobowych powodujących zanik mięśni może dochodzić do zmniejszenia ilości włókien mięśniowych.

Ciekawostka:

U osób sparaliżowanych spadek masy mięśniowej może sięgać 30-60%, przy braku spadku ilości włókien mięśniowych, co obrazuje mechanizm atrofii z braku pobudzenia.

• • • Sarkopenię – proces postępującej z wiekiem utraty masy mięśniowej. Proces ten zazwyczaj rozpoczyna się już od 40rż, a około 80rż może stanowić około 50% utraty wyjściowej masy mięśniowej. Rozpoczęcie procesu sarkopenii wynika ze zmian proporcji procesów anabolicznych do katabolicznych, czyli w momencie, w którym następuje przewaga zmian katabolicznych nad anabolicznymi. Zatem można powiedzieć, że punktem rozpoczęcia postępującej sarkopenii jest punkt, w którym w metabolizmie zaczynają dominować procesy kataboliczne. Sarkopenia obejmuje zarówno spadek wielkości i liczby włókien mięśniowych, szczególnie spadek ilości włókien szybkich. Warto dodać, że najczęściej sarkopenia występuje w odpowiedzi na zmniejszenie aktywności fizycznej, co powoduje osłabienie stymulacji mięśni, a w efekcie powolny zanik tkanki mięśniowej. Natomiast przeciwdziałanie sarkopenii będzie liniowo zależne od zachowania właściwej aktywności, która powinna uwzględniać regularne pobudzanie wszystkich typów włókien mięśniowych, ze szczególnym zaakcentowaniem włókien szybkich. Dlatego tak istotny w prewencji sarkopenii staje się właściwy trening oporowy i szybkościowy.

Podsumowując

W perspektywie treningu i transformacji należy podkreślić, że w okresie po uformowaniu się określonej ilości włókien mięśniowych (hiperplazji komórek mięśniowych) główne zmiany w tkance mięśniowej zachodzą w obrębie zmiany gabarytów mięśnia bez istotnej zmiany ilości włókien mięśniowych. Ponadto zmiany te są ściśle zależne od bodźca jakim dla mięśni jest aktywność fizyczna. Zatem trening jest tylko bodźcem dla mięśnia, który stymuluje go do określonej pracy, a przez to może doprowadzić do kierunkowych zmian w obrębie struktury mięśnia. Kierunek tych zmian będzie ściśle zależny od cech bodźca. Dlatego właściwy trening z jednej strony będzie wywoływał kierunkowe zmiany np.: transformację w kierunku hipertrofii, zmianę proporcji włókien (właściwa transformacja włókien mięśniowych), a z drugiej strony może zapobiegać skutkom sarkopenii. Brak aktywności, treningu, czyli brak bodźca wywoła efekt atrofii związanej z brakiem ruchu (bodźca). Natomiast zmiany w obrębie ilości i wielkości włókien mięśniowych możemy obserwować głównie w przypadkach chorób tkanki mięśniowej.

 

Czym jest zatem  transformacja włókien mięśniowych i czy w ogóle istnieje?

 

Transformacja włókien mięśniowych, to zjawisko oparte na plastyczności mięśni, czyli zdolności do przebudowy pod wpływem określonego bodźca. Inaczej mówiąc zdolnością do adaptacji do zaistniałych warunków zewnętrznych (przede wszystkim) i wewnętrznych. Zatem transformacja jest zmianą proporcji włókien wolno i szybko kurczliwych pod wpływem bodźca, czyli jest zdolnością do adaptacji do zaistniałych warunków. W takim ujęciu transformacja włókien nie istnieje, jako odrębny proces w naszym organizmie, a jest wyrazem plastyczności mięśni, czyli zdolności do reagowania na bodziec. Każda zmiana w obrębie mięśnia, czy to związana ze zmianą gabarytu (hipertrofia),  zdolności wydolnościowo-szybkościowo-siłowych będzie wiązała się z określoną transformacją włókien mięśniowych. Właśnie dzięki zdolności do transformacji mięsień zmieni się tak, aby efektywniej reagować (w sensie: pracować) na zaistniały bodziec. Należy również wspomnieć, że brak bodźca też jest bodźcem, czyli mięsień nie pobudzany również ulega zmianie (w tym kontekście brak bodźca stanowi zmianę warunków zewnętrznych dla normalnie pobudzanego mięśnia).

 

Rodzaje włókien mięśniowych.

 

Typ włókien mięśniowych zależy od lizoform ciężkich miozyn mięśniowych, które warunkują typ włókien oraz cechy skurczu mięśniowego. W mięśniach szkieletowych człowieka wyróżniamy trzy typy włókien mięśniowych:

1. Typ I (miozyna typu I), kodowana przez gen MYH7 – włókna wolnokurczliwe, nazywane również włóknami ST (slow) lub SO (slow oxidative), są włókna o przewadze metabolizmu tlenowego. Potocznie włókna te nazywane są włóknami wolnymi lub czerwonymi, co wynika z dużej zawartości mioglobiny.
2. Typ IIa (miozyna szybka typu IIa), kodowana przez gen MYH2 – włókna szybkokurczliwe, nazywane również włóknami FTa lub FOG (Fast oxidative-glycolitic), są to włókna szybkie oksydoglikolityczne. Włókna te potocznie nazywane są pośrednimi lub czerwono-białymi.
3. Typ IIx (miozyna szybka typu IIx), kodowana przez gen MYH1 – włókna szybkokurczliwe, nazywane również włóknami FTx lub FG (Fast glycolitic), są to włókna szybkie glikolityczne. Włókna te nazywane są szybkimi lub białymi.

Ciekawostka:

W literaturze można też spotkać się z włóknami typu IIb, szczególnie w starszych pozycjach książkowych, ale ten rodzaj włókien nie występuje o ludzi i obecnie nazywany jest IIx. Natomiast typ IIb kodowany jest przez gen MYH4 i występuje u zwierząt determinując jednocześnie duże zdolności szybkościowe.

W literaturze możemy spotkać się z nazewnictwem wynikającym z innych cech budowy np.: w związku z typem motoneuronu.

• Włókna unerwiane przez małe motoneurony (mała średnica, niska prędkość przewodzenia aksonu, wysoka pobudliwość, czyli dość nisko prób pobudliwości oraz niska częstotliwość wyładowań) – ten typ określany jako S (Slow).
• Włókna unerwiane przez duże motoneurony (duża średnica, wysoka prędkość przewodzenia, średnia pobudliwość oraz wysoka częstotliwość wyładowań) , dodatkowo włókna odporne na zmęczenia – ten typ nazywany FR (Fast Resistant).
• Włókna unerwiane przez duże motoneurony (duża średnica, wysoka prędkość przewodzenia, niska pobudliwość, czyli próg pobudliwości wysoki, wysoka częstotliwość wyładowań) oraz niska odporność na zmęczenie – ten typ nazywany FF (Fast Fatigable).

W praktyce treningowej najczęściej posługujemy się nazewnictwem, w którym określamy: włókna szybkościowe (mając na myśli  typ IIx, FF, FG) , włókna pośrednie (typ IIa, FR, FOG) oraz włókna wolne (typ I, S, SO). Warto też pamiętać o przeważającym typie metabolizmu, czyli włókna wolnokurczliwe to tlenowe, włókna pośrednie , to tlenowo-beztlenowe oraz włókna szybkie to beztlenowe.

 

Również istotne jest, że dana jednostka motoryczna, (motoneuron wraz z unerwianymi przez niego włóknami mięśniowymi) należy do jednego typu opisywanych rodzajów włókien. Z tego względu jednostki motoryczne również można podzielić na wolne, pośrednie i szybkie. Jest to o tyle istotne, że dzięki temu organizm ma możliwość precyzyjnego sterowania procesem włączania jednostek motorycznych, tzn. procesem rekrutacji.

 

Proces rekrutacji, wzorzec włączania jednostek motorycznych.

 

Rekrutacja mięśniowa (wzorzec włączania jednostek motorycznych) to proces włączania poszczególnych jednostek motorycznych (rekrutowania ich) w celu wykonania ruchu. Proces ten jest ściśle zależny od niezbędnej do wykonania pracy, siły skurczu. Kolejność włączania jednostek motorycznych jest uporządkowany i ściśle powiązany z motoneuronami w sensie ich cech (od tych mniejszych, poprzez pośrednie do tych największych o wysokim potencjale pobudzenia) – jest to tzw zasada wielkości łącząca kolejność rekrutacji z wielkością motoneuronu (prawo Hennemana). Można powiedzieć, że wzorzec włączania jednostek motorycznych zależy jest od wypadkowego obciążenia pracą (zapotrzebowanie na siłę skurczu do pracy) i tak:

• gdy praca jest lekka to pobudzane są głównie jednostki motoryczne wolne, gdyż ich siła skurczu jest wystarczająca do wykonania pracy;
• następnie, gdy praca wymaga większej siły rekrutowane są coraz to mocniejsze jednostki motoryczne, czyli powoli uruchamiane są jednostki pośrednie;
• dalsze zwiększanie obciążenia, czyli zapotrzebowania na siłę skurczu, aby wykonać pracę powoduje uruchamianie jednostek szybkich o niższym potencjale, aby w momencie prawie maksymalnej siły skurczu rekrutować już wszystkie dostępne jednostki motoryczne (wolne, pośrednie, szybkie o niskim i wysokim potencjale). Należy też wspomnieć, że organizm nigdy nie włącza 100% dostępnych jednostek motorycznych. Zazwyczaj pozostawia niewielką granicę bezpieczeństwa szacowaną na około 20-30%. Granica ta jest zależna od treningu i może być zmniejszona do kilku procent. Uzyskanie 100% rekrutacji mogłoby skutkować kontuzją polegającą na zerwaniu mięśnia.

Ciekawostka:

W treningu siłowym ukierunkowanym na rekrutacje siłę uzyskuje się właśnie poprzez zwiększenie ilości rekrutowanych jednostek motorycznych (o najwyższym potencjale). Trening taki poprzez maksymalne i supramaksymalne (obciążenie większe niż 100% z ruchem negatywnym) obciążenia zwiększa ilość rekrutowanych jednostek motorycznych przez co zwiększa się zdolność do pokonywania oporu (podnoszenia masy) bez istotnego zwiększenia gabarytów mięśnia.

Taki wzorzec włączenia jednostek motorycznych (rekrutowania) umożliwia precyzyjne dozowanie niezbędnej siły do wykonania pracy i jednocześnie zapewnia najbardziej optymalne warunki do danej pracy. To znaczy, że wzorzec włączania włókien mięśniowych nie jest zależny od ruchu, a od zapotrzebowania na siłę skurczu, czyli obciążenia. Zrozumienie tego procesu pozwala wytłumaczyć dlaczego w procesie treningowym należy właściwie kształtować motorykę i technikę, czyli warunki do przejawiania nawyku NCR muszę być zbliżone do tych występujących w walce sportowej.

 

Przykład (obrazujący mechanizmy rekrutacji):

Koszykarz precyzyjnie rzuca piką do kosza, ale chciałby zwiększyć zasięg rzutu. Do tego celu wprowadza cięższą piłkę do treningu, tak żeby ona wymusiła większą siłę rzutu. Po okresie treningu na cięższej piłce wzrasta jego siła, ale znacząco spada precyzja – dlaczego tak się dzieje? Mianowicie cięższa piłka z racji na większą masę wymusiła zwiększenie siły skurczu, a przez to w procesie rekrutacji jednostek motorycznych zaczęły się załączać jednostki o wyższym potencjale i to one były trenowane. Powrót do piłki o standardowej masie spowodował utratę precyzji rzutu, gdyż zaburzony został wzorzec włączania, w tym sensie, że trenowane były inne jednostki i to zaburzyło precyzję włączenia jednostek motorycznych w rzucie. Przykład ten obrazuje jak poprzez nieprawidłowy trening proces rekrutacji wpłynął na wzorzec ruchu. Jednocześnie należy podkreślić, że w podanym przykładzie problem tkwi m.in. w zbyt dużej zmianie masy piłki oraz nieprawidłowym dozowaniu ćwiczeń z cięższą piłką w stosunku do piłki normalnej. Odpowiednie wprowadzenie cięższej piłki, tzn.  właściwe dozowanie tych ćwiczeń z ćwiczeniami na normalnej piłce zapewni poprawę zasięgu rzutów z zachowaniem wysokiej ich precyzji, czyli celności rzutów.

Podobnie jest z powszechnym przekonaniem, że trening na siłowni niszczy technikę i/lub szybkość, gdyż bazuje na innym rekrutowaniu jednostek motorycznych w treningu z dużym oporem. Oczywiście faktem jest, że trening z dużym oporem będzie zmieniał wzorzec rekrutowania, ale jednocześnie będzie rozwijał inne cechy. W związku z tym odpowiedni trening na siłowni, zgrany z treningiem technicznym i właściwie dozowany nie tylko nie zniszczy wzorca ruchowego dla danej techniki (nawyku NCR), a znacznie poprawi ten wzorzec i szereg innych elementów. Dlatego istota właściwego treningu siłowego leży we odpowiednim zaplanowaniu procesu treningowego. .

 

Dlaczego rekrutacja jest istotna w transformacji?

 

Proces rekrutacji opisuje mechanizm włączania jednostek motorycznych w zależności od obciążenia, czyli zapotrzebowania na siłę skurczu. W sporcie każda technika, czyli nawyk NCR jest niczym innym jak przestrzenno-czasowym uruchamianiem różnych mięśni z odpowiednią siłą skurczu, która gwarantuje optymalne wykonanie danego ruchu. Na drodze torowania i zapamiętywania nasz układ nerwowy „uczy się” odpowiednio uruchamiać określoną siłę skurczu mięśni. A w obrębie mięśni uruchamiać poszczególne włókna mięśniowe, aby zapewnić precyzyjne wykonanie techniki. Subtelne dostosowanie odpowiedniej siły realizowane jest z wykorzystaniem rekrutacji. Możemy je z łatwością obserwować w procesie uczenia techniki, gdzie początkowo dany ruch wykonywany jest ze zbyt dużym napięciem mięśniowym, aby wraz z postępem uczenia się stać się niemalże całkowicie naturalnym (różnica między etapem koordynacji podstawowej, a końcowym etapem uczenia, w którym technika staje się nawykiem). Z tego względu każdy ruch, każda technika wymaga właściwego pobudzenia przestrzenno – czasowego z odpowiednią siłą, która dozowana jest z wykorzystaniem odpowiedniej rekrutacji.  Można stwierdzić, że każdy ruch, technika niezależnie czy prosta, czy złożona posiada swoisty wzorzec włączania jednostek motorycznych. Transformacja, czyli zmiana proporcji włókien mięśniowych pod wpływem bodźca jest niejako dostosowaniem mięśnia do wymogów ruchu. To dzięki niej mamy możliwość, bazując na plastyczności mięśni, dostosować morfologicznie mięsień, tak aby jak najbardziej optymalnie wykonywał pracę. Jeśli dany ruch / technika wymaga rekrutacji większej ilości jednostek motorycznych, czyli większej siły skurczu to poprzez wielokrotne powtórzenie tego ruchu (np: poprzez powtarzalny trening) nasz organizm dostosuje zarówno proces koordynacji, czyli optymalnego przestrzenno-czasowego pobudzenia, jak i na drodze transformacji najlepszą proporcję włókien zapewniającą optymalny ruch. Z tego względu proces rekrutacji i transformacji wzajemnie się uzupełnia w procesie optymalizacji ruchu.

Warto dodać, że proces rekrutacji jest procesem dynamicznym, czyli występuje zawsze wtedy gdy zwiększa się zapotrzebowanie na siłę skurczu. W trakcie treningu możemy kształtować stopień rekrutacji włókien w danej technice (np.: w treningu siłowym ukierunkowanym na siłę max, będziemy dążyć do uruchomienia jak największej ilości jednostek motorycznych). Jednakże należy zaznaczyć, że  rekrutacja nie zależy od techniki w tym sensie, że przy podobnym stopniu rekrutacji można wykonać różne czynności.

Natomiast proces transformacji będzie wymagał czasu, dlatego tak istotne jest, aby w treningu była zachowana powtarzalność. Między innymi dlatego dobry proces treningowy wymaga periodyzacji, czyli podziału na okresy, w których działamy podobnym bodźcem, czyli zachowujemy powtarzalność stymulacji. Dzięki temu organizm ma czas na właściwą reakcję, czyli w ujęciu transformacji optymalną przebudowę włókien mięśniowych.

 

Aby w procesie treningowym doszło do trwałej adaptacji, inaczej mówiąc  aby zaszła transformacja włókien mięśniowych, jednostki motoryczne muszą być rekrutowane znacznie dłużej niż w warunkach normalnych.

 

Powyższe zdanie jest kluczowym elementem rozumienia transformacji pod wpływem treningu. To właśnie powtarzalność treningowa stymuluje jednostki motoryczne poprzez ich rekrutowanie do pracy i dzięki temu ich aktywność jest znacznie większa niż w warunkach normalnych doprowadzając do zmian w proporcjach włókien mięśniowych.

 

Zakres transformacji, co ulega zmianie i w jakim stopniu.

 

Transformacja włókien mięśniowych jest naturalnym procesem zmian w obrębie włókien mięśniowych, które zachodzą w odpowiedzi na bodziec lub jego brak. Zakres transformacji można  rozpatrywać już od momentu, zakończenia etapu miogenezy, gdyż po tym etapie w zależności od zaistniałych bodźców tkanka mięśniowa będzie ulegała zmianom. Natomiast na potrzebę opisania zjawiska transformacji w sporcie najlepiej jest przyjąć okres rozpoczęcia treningu. Należy jednak zaznaczyć, że z punktu widzenia biologicznego jeszcze lepiej byłoby przyjąć okres uzyskania dojrzałości. Wtedy następuje względna stabilizacja hormonalna i rozwojowa (np.: zrównoważenie procesów anabolicznych z katabolicznymi). Oznacza to, że na tempo transformacji nie wpływa naturalny okres intensywnego wzrostu i dojrzewania organizmu, a jedynie bodziec treningowy. Jednak w większości sportów czas rozpoczęcia treningu wypada znacznie szybciej niż uzyskanie dojrzałość. Dlatego za okres rozpoczęcia transformacji przyjmuje się okres rozpoczęcia treningu.

Zatem co ulega transformacji i w jakim zakresie?

1. Przede wszystkim należy zaznaczyć, że proporcje włókien mięśniowych są cechą indywidualną, która jest dziedziczona po rodzicach. Rozkład typów włókien w obrębie mięśni ciała jest różny. Oznacza to, że występują inne proporcje typów włókien między np.: kończynami górnymi, a dolnymi. Różnice te występują również w obrębie konkretnych mięśni. Wynikają one z funkcji, jakie dany mięsień lub grupa mięśni pełni. Dla przykładu mięśnie posturalne będą miały zawsze większy udział jednostek wolnokurczliwych, odpornych na zmęczenie niż mięśnie napędowe. Jednakże u osób cechujących się szybkością mamy większą procentową ilość jednostek szybkokurczliwych zarówno w obrębie kończyn dolnych, jak i górnych. Podsumowując każdy sportowiec posiada swój indywidualny rozkład procentowy trzech typów jednostek motorycznych.
2. Co się zmienia:
   1. Włókna szybkokurczliwe typu FG przechodzą w pośrednie FOG. Najczęściej i najszybciej zmiany zachodzą w obrębie włókien szybkokurczliwych o najwyższym potencjale, które ulegają zmian do włókien pośrednich.
   2. Włókna pośrednie FOG przechodzą w S – dość szybko włókna pośrednie mogą przejść w wolnokurczliwe, ale o wyższym potencjale.
   3. Włókna pośrednie FOG przechodzą FG – w miarę szybko włókna pośrednie, ale te z wyższym potencjałem, mogą przejść we włókna szybkie FG.
   4. Włókna wolnokurczliwe S przechodzą w FOG – proces możliwy, ale dość powolny i ograniczony.
   5. Włókna wolnokurczliwe S bezpośrednio w FG – proces bardzo trudny, nie do końca potwierdzony, czy zachodzi z pominięciem włókien FOG.

 

Warto dodać, że badania nad tymi zmianami były prowadzone na zwierzętach, które zostały poddane różnym kilkutygodniowym treningom (stymulowanym bodźcom). Badania wymagały możliwości biopsji tkanki mięśniowej. Z racji na charakter tych badań, wymagający bezpośredniej ingerencji w tkankę, nie były wykonywane u ludzi. (Podobieństwo budowy morfologicznej badanej tkanki mięśniowej z ludzką umożliwia interpretację i przeniesienie wyników na ludzi. Jednocześnie też praktyka treningowa potwierdza powyższy kierunek zmian w obrębie układu mięśniowego).

3. Zakres zmian – należy mocno podkreślić, że zakres obejmuje zmiany proporcji na poziomie jednego do kilku procent na korzyść danego typu włókien mięśniowych. Dlatego transformacja NIE dotyczy:
   1. Całkowitej zmiany danego typu włókien w inny – choć w tym aspekcie można zastanawiać się, czy w procesie starzenia, zwłaszcza pod koniec życia nie dochodzi do zaniku włókien typu FG z racji na brak stymulacji wynikający z charakterystyki aktywności (w zasadzie jej braku w zakresach maksymalnych). Dlatego właśnie w prewencji sarkopenii zaleca się trening oporowy, aby stymulować te jednostki motoryczne, które w normalnych warunkach są najrzadziej rekrutowane. Natomiast nawet zawodnicy ze skrajnie ukierunkowanym obciążeniem np.: maratończycy posiadają wszystkie trzy typy włókien w obrębie mięśni, ale oczywiście ze znaczną przewagą włókien S oraz FOG o niskim potencjale.
   2. Znacznej przebudowy proporcji włókien – pamiętajmy, że typ włókna mięśniowego jest silnie powiązany z wielkością motoneuronu (prawo Hennemana). Cały ten kompleks tworzący jednostkę motoryczną musiałby ulec przebudowie w perspektywie wszystkich pracujących mięśni, aby zmienić daną przez naturę proporcję włókien mięśniowych. Taka znaczna zmiana nie występuje, dlatego nie ma możliwości, aby osoba, którą cechuje przewaga włókien wolnych zmienić w osobę cechującą się szybkością. Oczywiście w tym aspekcie znacznie szybciej osoba cechująca się szybkością uzyska poprawę wydolności bazującej na włóknach wolnokurczliwych, ale jednocześnie zawsze będzie odznaczała się większą dynamiką i szybkością. Świadomość tego procesu nie ogranicza roli treningu, gdyż nawet niewielka zmiana proporcji może zawodnikowi zagwarantować sukces. Z drugiej strony, jeśli weźmiemy pod uwagę, sport wymagający skrajnie specyficznej struktury proporcji włókien np.: sprint na 100m to nie ma sensu angażować w niego zawodnika, który z natury nie ma odpowiedniej proporcji włókien mięśniowych. Transformacja która u niego zajdzie pod wpływem kierunkowego treningu i tak nie sprawi, że uzyska on właściwy poziom włókien szybkościowych.
4. Naturalna transformacja włókien szybkich do wolnych – naturalnie wraz z wiekiem u każdej osoby dochodzi do transformacji włókien szybkich FG do FOG oraz FOG do S. Mówiąc potocznie transformacja włókien szybkokurczliwych do wolnokurczliwych. Transformacja ta zachodzi pod wpływem znacznej przewagi aktywności włókien wolnokurczliwych w całej aktywności życiowej, w stosunku do włókien pozostałych. Jeśli się nad tym zastanowimy, to w obrębie całego życia najczęściej nasze aktywności są na niższym niż maksymalnym poziomie, przez co dla organizmu wystarczy rekrutacja jednostek S lub pośrednich o niższym potencjale. Nawet jeśli wykonujemy trening, to i tak zawsze więcej czasu aktywne są jednostki motoryczne wolne i pośrednie. Dlatego naturalnie wraz z wiekiem transformacja przebiega w kierunku od włókien szybkich do wolnych, tzn. stajemy się wolniejsi. Jedynym sposobem przeciwdziałania temu procesowi, choć nie da się go całkowicie powstrzymać, jest właściwy trening, który uwzględnia odpowiednią proporcję akcentów szybkościowo-siłowych.

Czy należy się bać transformacji naturalnej? – zdecydowanie NIE, gdyż jeśli jesteśmy zawodnikami, to właściwy trening techniczno-motoryczny zachowa nasze zdolności przez wiele lat na poziomie umożliwiającym rywalizację. Oczywiście w sportach skrajnie szybkościowych, czy skrajnie siłowych okres ten może być dość krótki, ale w większości dyscyplin przez wiele lat można utrzymać wysoki poziom. Warto jednak zaznaczyć, że mając świadomość czym jest transformacja, trening można właściwie planować, tak aby wraz z wiekiem jeszcze bardziej hamował naturalną transformację.

 

Mechanizm transformacji – jak to się dzieje, że włókna się zmieniają?

 

Mechanizm transformacji bazuje na procesie naprawy uszkodzeń mięśni powstałych pod wpływem treningu. Proces ten jest wspólny zarówno w sytuacji uszkodzeń wskutek czynników urazowych, mechanicznych i miotoksycznych. Mięśnie szkieletowe mają dużą zdolność do samo regeneracji, która jest również podstawą transformacji. Mechanizm ten przebiega w następujących etapach:

1. Degeneracja – w wyniku urazu zostaje zaburzona ciągłość błony podstawnej, sarkolemy i sarkomeru. Przerwanie tych struktur powoduje napływ jonów wapniowych Ca2+, co prowadzi do aktywacji zależnych od wapnia proteaz (np.: kalpainy). Proteazy te degradują białka mięśniowe, w tym strukturalne, co prowadzi do degradacji i nekrozy.

Ciekawostka: 

W etapie degradacji, w związku z utratą ciągłości oraz działaniem proteaz dostają się do surowicy enzymy wewnątrzkomórkowe np.: LDH (dehydrogenaza mleczanowa), CKMM (kinaza keratynowa mięśniowa) i inne, które są jednocześnie markerami uszkodzeń mięśniowych wykorzystywanych w diagnostyce biochemicznej w sporcie.

2. Stan zapalny – w wyniku obecności składników wewnątrzkomórkowych w przestrzeni międzykomórkowej następuje wyzwolenie reakcji zapalnej, która pełni istotną rolę w homeostazie i regeneracji mięśni. Uruchomiona zostaje reakcja układu odpornościowego (aktywacja układu dopełniacza), a przez to naciek komórek prozapalnych w uszkodzone miejsce (neutrofile i komórki tuczne), które wyzwalają cytokiny prozapalne. Dzięki nim następuję aktywacja neutrofilii, które usuwają zdegradowane włókno mięśniowe i jednocześnie stymulują napływ innych komórek zapalnych (makrofagów). Główną rolą komórek prozapalnych jest dodatkowe usunięcie uszkodzonej tkanki oraz aktywacja komórek miogennych (w tym komórek satelitarnych), które rozpoczynają proces naprawczy.
3. Regeneracja wraz z rekonstrukcją – komórki satelitarne ulegają proliferacji i wraz z innymi czynnikami miogennymi rozpoczyna się etap odtworzenia włókna mięśniowego. Nowe włókno mięśniowe początkowo charakteryzuje się centralnie ułożonym jądrem, z małym gabarytem, aby w procesie dojrzewania uzyskać swoją docelową wielkość.
4. Przebudowa tkanki mięśniowej to ostatni etap, w którym dodatkowo dochodzi do przebudowy tkanki łącznej i procesu powstawania naczyń krwionośnych.

Ciekawostka:

Podczas fazy ekscentrycznej treningu siłowego, czyli fazy w której zwiększa się długości napiętego mięśnia (rozciąganie podczas napięcia) dochodzi do uszkodzeń linii Z, a przez to do uszkodzeń miofibryli na poziomie komórkowym – wtedy właśnie aktywowane są komórki satelitarne, które odgrywają istotną rolę w naprawie powstałych mikrouszkodzeń treningowych. Stąd też zaakcentowanie fazy ekscentrycznej powoduje większe efekty uszkodzeniowe, które mogą być wykorzystane w kierunkowym treningu. Tłumaczy to dlaczego np.: efekt zbiegu z górki jest silniejszy niż podbiegu – oczywiście w sensie powstałych uszkodzeń.

 

Istotnym elementem całego procesu regeneracji jest fakt, że ostateczna ilość lizoform miozyny w nowo powstałym włóknie może się różnić w stosunku do włókna nieuszkodzonego.  Jest to właśnie ten moment, w którym włókno ulega transformacji. Trening wywołuje mikrouszkodzenia pracujących mięśni, czyli:

• etap degradacji -właściwy moment treningu,
• etap stanu zapalnego – bezpośredni efekt potreningowy, podwyższona ciepłota mięśni, obrzęk, itd.). Rozległość stanu zapalnego będzie zależna od obciążenia treningowe, czyli jak silny był trening,
• etap regeneracji – okres kilku godzin po treningu,
• etap przebudowy – w zasadzie etap do pełnej regeneracji z wystąpieniem superkompenscaji treningowej, czyli odbudowy z nadwyżką.

Dlatego właśnie transformacja zachodzi zgodnie z bodźcem jakim jest trening, tzn. jeśli na treningu akcentujemy pracę na jednostkach motorycznych pośrednich, to one ulegają uszkodzeniu i to one w procesie regeneracji mogą być odbudowane z superkomoensacją lub zmianą lizoform miozyny. Opisany powyżej proces wyjaśnia podłoże komórkowe transformacji. Oczywiście omówienie dokładnie tego procesu wymagałoby również szczegółowego opisu różnych mechanizmów ekspresji genów, czy np.: czynników miogennych, co znacznie wykracza poza zakres tego ten artykułu.

Warto wiedzieć, że::

Rozległe uszkodzenia mięśniowe mogą doprowadzić do powstania tkanki bliznowatej w obrębie uszkodzenia, co wynika z nadmiernej proliferacji fibroblastów. Tkanka bliznowata nie zapewnia pełnej funkcjonalności tkanki mięśniowej i często staje się przyczyną powtarzających się kontuzji mięśni (nie jest podatna na rozciąganie, przez co każde większe przeciążenie może skutkować rozrywaniem). Dlatego ważne jest aby trening nie doprowadzał do skrajnych uszkodzeń, bo może się zdarzyć, że w procesie regeneracji powstaną mikroblizny.

 

Mity dotyczące transformacji.

 

Omawiając transformację włókien mięśniowych warto omówić najczęstsze błędy w rozumieniu transformacji, które mogą rzutować na trening:

1. W procesie przygotowania motorycznego zawodników w sporach techniczno–motorycznych takich jak np.: tenis, gry zespołowe i sporty walki, wykonanie wybiegów może wpłynąć na utratę szybkości.

Wykonanie wybiegów, czy to pojedynczych, czy regularnie powtarzanych nie wpłynie od razu na utratę szybkości, gdyż transformacja wymaga znacznej zmiany proporcji obciążeń, aby zaszła. Dlatego wykonanie jednego wybiegu nie wpłynie na proporcję włókien. Natomiast wykonanie w cyklu np.: bazowym serii wybiegów też nie powinno wpłynąć na transformację jeśli pozostałe treningi będą właściwie zgrane. Dlatego w tego typu sportach nawet w okresie bazowym, jeśli zawodnik potrzebuje rozwinąć bazę wydolnościową to preferuje się interwały z elementami szybkościowymi (akcentami) połączonymi z biegami ciągłymi. Wtedy proporcje pobudzenia jednostek maksymalnych odpowiedzialnych za szybkość nie ulegną znacznej zmianie. Inaczej mówiąc wszystko zależy od dobrego planu treningowego.

2. Transformacja zachodzi tylko w kierunku zmian włókien szybkościowych w wolnokurczliwe.

Ten kierunek zmian jest kierunkiem naturalnej transformacji, ale jednocześnie pod wpływem bodźca treningowego może dość do transformacji w kierunku zwiększenia udziału włókien szybkokurczliwych. Dzieje się tak dlatego, że transformacja jest procesem adaptacji do bodźca. Obrazem tych zmian w treningu jest poprawa zdolności szybkościowych, siłowych czy eksplozywnych pod wpływem powtarzalnego treningu (oczywiście część tych zmian będzie efektem lepszej rekrutacji, czy koordynacji, ale w pewnym zakresie również i transformacji).

3. W procesie treningu młodych zawodników należy akcentować szybkość, aby wytrenować ją na przyszłość.

Akcentowanie szybkości w młodym wieku na pewno jest dobrym rozwiązaniem, gdyż może wspomóc ostateczne ustalanie się proporcji włókien mięśniowych (okres dojrzewania), ale jednoczenie NIE da się wytrenować szybkości na przyszłość, tzn. jeśli w przyszłości nie będzie akcentów szybkościowych to i tak nastąpi utrata włókien szybkokurczliwych na rzecz pośrednich i wolnokurczliwych. Chodzi o to, aby w każdym wieku stosować odpowiednie proporcje bodźców dopasowanych do dyscypliny i cech indywidualnych zawodnika. Transformacja jest adaptacją do bodźca, tzn. jeśli w późniejszym wielu struktura bodźca ulegnie zmianie, to na drodze transformacji dojedzie też do zmiany proporcji typów włókien mięśniowych.

 

Podsumowanie.

 

Transformacja włókien mięśniowych jest niezbędnym procesem dostosowania mięśni do obciążeń treningowych. Dzięki niej jesteśmy w stanie uzyskiwać tak duże efekty treningowe, ale jednocześnie wymaga powtarzalności bodźca treningowego, tak aby na drodze adaptacji doszło do zmian w obrębie jednostek motorycznych. Tylko właściwe zaplanowanie bodźca treningowego gwarantuje odpowiedni kierunek zmian strukturalnych, które jednocześnie zapewnią optymalne warunki do wykonywania techniki sportowej.  Natomiast brak właściwego treningu, czy złe proporcje obciążeń mogą przyspieszyć zmiany w kierunku utraty zdolności szybkościowo-siłowych, czy ogólnie utraty ogólnej sprawności organizmu.

 

Bibliografia wykorzystana do artykułu:

1. Trening siłowy; Trzaskoma i Trzaskoma, 2001.
2. Plastyczność mięśni szkieletowyh: Od Miogenezy po regenerację; Wojton, Rędowicz; Kosmos 2020, Tom 69.
3. Plastyczność układu nerwowo-mięśniowego – adaptacja do zmienionego poziomu aktywności ruchowej; Celichowski, Krutki; Kosmos 2020, Tom 69.
4. Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej; praca zbiorowa pod red. Traczyka i Trzebskiego; 2001r