Znaczenie układu nerwowego w formowaniu siły mięśniowej. Wytyczne dla treningu oporowego.
Na podstawie artykułu: „Neural adaptations to resistive exercise. Mechanisms and Recommendations for Training Practices” D.A.Gabriel, G.Kamen, G.Frost. Sports Med. 2006; 36 (2):133-149.
Literatura naukowa analizując mechanizm leżący u podstaw wzrostu siły mięśniowej na skutek prowadzenia ćwiczeń oporowych, dużo miejsca poświęca zagadnieniom związanym z rozbudową masy mięśniowej. Innymi zmianami wynikającymi z prowadzenia takich ćwiczeń są zmiany w strukturze mięśnia i fizjologii skurczu. Nie bez znaczenia pozostaje także udział czynników neurologicznych, których wagę podkreśla się szczególnie we wczesnej fazie treningu siłowego. Mimo licznych prac badawczych wiele zagadnień związanych z udziałem systemu nerwowego w inicjacji skurczu mięśniowego, w rozwoju siły mięśniowej, w promieniowaniu pobudzeń do kończyny przeciwnej i aktywacji jednostek motorycznych pozostaje zagadką.
Dowodem na istnienie udziału struktur neurologicznych w formowaniu siły mięśniowej jest fakt, iż przyrost masy mięśniowej jest widoczny dopiero po 8 tygodniach treningu, podczas gdy wzrost siły mięśniowej odnotowuje się znacznie wcześniej. Bezpośrednim potwierdzeniem wpływu struktur neurologicznych na formowanie siły mięśniowej są zapisy EMG wykonywane techniką powierzchniową. W ich obrazie widoczny jest wzrost amplitudy sygnału EMG, mimo że nie odnotowuje się zmian w rozmiarze mięśnia. Co więcej eksperymenty naukowe wykazują, iż już po tygodniu treningu opartego o ćwiczenia oporowe obserwuje się nie tylko wzrost siły mięśniowej, ale także wzrost częstości pobudzeń jednostki ruchowej mięśnia badanego podczas maksymalnego skurczu dowolnego. Ma to miejsce w odniesieniu do trenowanej grupy mięśniowej oraz tych samych mięśni kończyny kontralateralnej, co potwierdza wpływ układu nerwowego na kształtowanie siły mięśniowej we wczesnym etapie treningu. Ciekawym wydaje się spostrzeżenie, iż częstość pobudzeń jednostki ruchowej po 6 tygodniach treningu wraca do poziomu z pierwszego dnia. Naukowcy tłumaczą ten fakt rozwojem innych mechanizmów wpływających na formowanie się siły mięśniowej w tak zaawansowanej fazie treningu. Innym dowodem na istnienie centralnej kontroli systemu mięśniowego jest obniżenie amplitudy sygnału EMG rejestrowanego podczas maksymalnego wysiłku, gdy badanie poprzedzał okres unieruchomienia. Jednym z wytłumaczeń tego zjawiska jest osłabienie przewodnictwa z CSN do mięśnia. Inne możliwe wytłumaczenia, to zmniejszenie rozmiarów mięśnia, zwiększenie ilości tkanki tłuszczowej oraz ilości kolagenu wynikające z faktu unieruchomienia.
Warto zwrócić uwagę na fakt, iż podczas maksymalnego skurczu mięśniowego nie aktywizuje się 100% jednostek ruchowych mięśnia. Około 2-5% pozostaje nieaktywnych. Badania wskazują, że liczba ta może ulec zmniejszeniu w warunkach odpowiednio prowadzonego treningu, co jest kolejną wytyczną dla możliwości poprawy aktywności skurczowej mięśnia. Prowadzony trening siłowy przyczynia się także do wzrostu częstości występowania zdwojenia potencjałów czynnościowych na początku skurczu. Takie zdwojenie podczas inicjacji skurczu pojawia się, gdy ma zostać wygenerowany szybki wzrost siły lub szybki skurcz mięśniowy. Badania dowodzą, że wzór aktywacji jednostki ruchowej ma równie istotne znaczenie dla poprawy siły mięśniowej, jak liczba aktywowanych jednostek ruchowych. Podobnie rzecz ma się z synchronizacją pobudzania licznych jednostek motorycznych, im jest ona bardziej jednoczesna, tym lepiej dla generowania sprawnego ruchu.
Nie ma jednoznacznego stanowiska, co do wpływu treningu mentalnego na generowanie siły mięśniowej. Część badań wykazało, iż podczas wyobrażania sobie aktywności ruchowej stymulowane są te same obszary kory mózgowej, co podczas faktycznego jej wykonywania. Autorzy prowadzonych eksperymentów wskazują, że trening mentalny usprawnia zstępujący sygnał płynący z kory mózgowej do mięśni. Prowadzi tym samym do ich większej aktywności i generowania większej siły. Inni autorzy, nie negując znaczenia treningu mentalnego, podkreślają, że jego efektywność nie jest porównywalna z intensywnym treningiem fizycznym i sugerują jego większe znaczenie dla potrzeb rehabilitacji niż treningu sportowego.
Warte krótkiego komentarza są także spostrzeżenia, które mówią o korzystnym wpływie treningu oporowego na poprawę siły mięśniowej generowanej przez obie kończyny jednocześnie. Prowadzone badania wykazały, że siła rozwijana przez obie kończyny jednocześnie, nie jest sumą siły mierzonej dla każdej z nich osobno. Za przyczynę tego zjawiska uznaje się mechanizm inhibicji między półkulami mózgu. Prowadzony trening oporowy pozwala osiągnąć taki stan, w którym siła generowana przez obie kończyny jednocześnie jest większa od sumy sił rozwijanych przez każdą z osobna.
Współcześnie dużo uwagi poświęca się także zagadnieniom związanym z irradiacją, czyli wpływem, jaki wywołuje aktywność jednej części ciała, na inne jego okolice. Obserwuje się, iż aktywność zgięciowa w obrębie jednej kończyny, pociąga za sobą aktywację prostowników tej samej okolicy w kończynie przeciwnej. Badania wykazały, iż 8 tygodni treningu izometrycznego prostowników łokcia, spowodowało wzrost siły zginaczy łokcia kończyny kontralateralnej o 25%. Jeszcze efektywniejszy okazał się trening dynamiczny, w którym odnotowany wzrost siły sięgał 70%. Zjawisko to określa się mianem fenomenu transferu krzyżowego i jest zbadane zarówno dla kończyn górnych, jak i dolnych. Badając mechanizm leżący u podstaw tego zjawiska stwierdzono, że ma on podłoże neurologiczne. W badanych mięśniach nie zauważono bowiem zmian w obszarze włókien mięśniowych, ani w aktywności enzymatycznej nietrenowanej grupy. W obliczu braku zmian fizjologicznych i biochemicznych przyjmuje się, iż wzrost siły mięśniowej jest wynikiem zmian w przewodnictwie nerwowym (co potwierdza wzrost aktywności elektromiograficznej kontralateralnej grupy mięśniowej, mierzonej techniką powierzchniową). Jedno z uzasadnień tego zjawiska mówi, że aktywność mięśniowa wpływa na pobudzenie neuronów korowych związanych z kontralateralną grupą mięśniową. Alternatywne koncepcje podają, iż transfer krzyżowy może być związany ze ścieżkami segmentowymi powodującymi: recyprokalną inhibicję, presynaptyczną inhibicję oraz pobudliwość kontralateralnych motoneuronów, powodowaną aktywacją receptorów powierzchniowych.
Wskazówki dla prowadzenia terapii z wykorzystaniem ćwiczeń oporowych.
• Należy pamiętać o zachowaniu odpowiednich przerw wypoczynkowych w sesji treningowej. Badania dowodzą, że powtarzany trening kontroli ekscentrycznej wykonywany przy maksymalnym skurczu mięśniowym może wymagać nawet 72 godzin odpoczynku. Jeśli składową treningu jest także nauczanie motoryczne, to w trakcie przerwy zaleca się stosowanie wyobrażeniowego treningu motorycznego. Pozwala on na zachowanie umiejętności specyficznych dla ćwiczeń oporowych.
• Trening izometryczny stosowany jest w rehabilitacji, gdy ruch w stawie jest niewygodny lub przeciwwskazany dla chorego, gdy istnieje unieruchomienie stawu lub osłabienie w pewnym zakresie jego ruchu. W świetle prowadzonych badań, stosowanie ćwiczeń izometrycznych jest najskuteczniejsze w pozycji maksymalnego, możliwego wydłużenia ćwiczonego mięśnia. Pozycja ta rzutuje bowiem na rozwój siły mięśniowej w większym zakresie ruchu, niż te same ćwiczenia prowadzone przy skróconym mięśniu.
• Dla potrzeb treningu sportowego ćwiczenia izometryczne wykorzystuje się dla poprawy szybkości rozwijania siły. W tym celu do treningu włącza się gwałtowne, maksymalne skurcze izometryczne, które pomagają sportowcom sprawnie inicjować aktywności wymagające szybkiego wzrostu siły. U osób starszych taka umiejętność szybkiego rozwoju siły mięśniowej decyduje o adekwatnej odpowiedzi na zaburzenia równowagi. Często zdarza się, iż mimo dobrego czasu reakcji osoba starsza nie jest w stanie równie szybko wygenerować odpowiedniej siły mięśniowej. Jest to wskazówka, którą warto uwzględnić opracowując plan rehabilitacji dla tej grupy wiekowej.
• Planując rehabilitację lub trening sportowy należy pamiętać o wykorzystaniu ekscentrycznej pracy mięśniowej. Jak podają naukowe źródła, skurcz ekscentryczny działa szczególnie korzystnie na włókna mięśniowe typu II. Jednocześnie ważne jest, by w trakcie treningu oporowego wykonywać zarówno ekscentryczne skurcze mięśniowe na poziomie submaksymalnym jak i maksymalnym. Gwarantuje to aktywację dużej liczby jednostek motorycznych mięśnia, co nie byłoby możliwe przy zastosowaniu jedynie skurczów na submaksymalnym poziomie intensywności.
• W rehabilitacji i treningu sportowym wykorzystuje się także aktywności dynamiczne. Ciekawych wskazań dostarczają wyniki badań mówiące o korzystnym wpływie pobudzania mięsni antagonistycznych do ćwiczonej grupy mięśniowej, na krótko przed wykonaniem przez nie planowanej aktywności. Skurcz mięśniowy antagonistów działa na ich wrzeciona Golgiego. Konsekwencją ich aktywacji jest autogenny mechanizm inhibicji pracującej grupy mięśniowej i facylitacja grupy mięśni antagonistycznych. Zanim do mięśni, które chcemy trenować dotrze sygnał z centralnego systemu nerwowego ( za pomocą α motoneuronów), wartość progowa błony zostanie już obniżona przez proprioceptywne oddziaływanie pracujących antagonistów. Zastosowanie wzorca skurczowego „antagonista do agonisty” wpływa zatem na poprawę dynamiki pracy mięśniowej.
• Pracując nad poprawą siły mięśniowej osłabionej grupy, możemy wykorzystywać irradiację z kończyny przeciwnej. Badania dowodzą, iż bardziej skuteczny jest trening dynamiczny niż statyczny kończyny kontralateralnej.
• Ćwiczenia prowadzone w łańcuchu zamkniętym przyczyniają się do poprawy stabilności stawowej.