Обусловлен ли рост силы в первую очередь ростом мышц?

Краткий обзор

• Что анализировали? Исследователи изучали, как изменения размера мышц и нейромышечной активности связаны с увеличением силы после 15 недель тренировок с отягощениями для нижней части тела. Используя МРТ для измерения объема четырехглавой мышцы бедра, ЭМГ — для измерения нейромышечной активности, а также тесты на силу (изометрический крутящий момент и 1ПМ), они рассчитывали индивидуальные корреляции результатов каждого из участников, чтобы отследить, как изменения в размере мышц индивидуума соотносятся с увеличением его силы с течением времени.

• Что обнаружили? Рост мышц тесно коррелировал с увеличением силы (r = 0,89–0,92), в то время как нейромышечная активность дала лишь умеренную корреляцию (r = 0,56–0,58). Статистические модели показали, что рост мышц в 5 с лишним раз сильнее влиял на увеличение силы, чем нейромышечная активность.

• Что это значит для вас? Данная работа подчеркивает, что отслеживание собственного прогресса с течением времени более значимо, чем сравнение себя с другими. Ваши силовые показатели значительно зависят от вашей собственной гипертрофии, хотя у других людей прогресс может идти иначе.

Суть проблемы

Хотя десятилетия исследований показывают, что у всех людей более крупные мышцы, как правило, сильнее (например, объем мышц объясняет ~60% разницы в изометрической силе [1]), в экспериментах, где отслеживали вызванные тренировками изменения, выявили только слабую или умеренную связь между гипертрофией и силой [2, 3]. Это вызвало дискуссию о том, действительно ли увеличение размера мышц значимо влияет на увеличение силы после тренировок с отягощениями [4, 5].

На наш взгляд, путаница с прошлыми экспериментами в основном возникает из-за дизайна исследований и разных методов измерения. Во многих работах для измерения размера мышц вместо МРТ использовали менее точные инструменты; тренировки проводили в течение всего 8–12 недель, а при таком сроке нервная адаптация часто вносит главный вклад в прирост силы; опирались на нескорректированные данные поверхностной электромиографии, которые могут быть искажены из-за размера мышц (например, «сырые» результаты поверхностной ЭМГ отличаются от ЭМГ, нормализованной по M-волне). Кроме того, в исследованиях обычно проводят однократные измерения до и после периода тренировок, что оставляет больше места для ошибок по сравнению с несколькими измерениями интересующего параметра.

Также важно отметить, что в большинстве экспериментов участников сравнивают друг с другом и сводят прогресс каждого к одному числу «до и после», например: «Сила Коди увеличилась на 15%, а его мышцы — на 8%». Затем выстраивают в ряд процентные изменения каждого участника и ищут корреляцию в группе. Хотя в определенных ситуациях такой подход может быть полезен, он игнорирует тот факт, что прогресс Коди связан с ростом его собственных мышц, а не с тем, как он соотносится с результатами Джеймса или Лейна. Общий размер тела, длина конечностей, длины рычагов сухожилий и другие характеристики у всех людей разные, поэтому сравнение процентных изменений между людьми может скрыть истинную связь между приростом мышц и силы.

В новом исследовании Маркес с коллегами с помощью повторных измерений отследили изменения, происходящие с течением времени у каждого отдельного человека. Анализ индивидуальных показателей является более точным, что позволило выявить четкую взаимосвязь между размером мышц и силой. За счет удлиненной программы тренировок, МРТ-сканирования высокого разрешения, повторных тестов на силу и более совершенных методов ЭМГ авторы смогли тщательно проверить, какой вклад вносят рост мышц и нейромышечная активность в увеличение силы каждого человека во время тренировок с отягощениями для нижней части тела. Давайте посмотрим, что они обнаружили.

Цель

Целью данного исследования было оценить индивидуальную взаимосвязь между изменениями объема мышц / нейромышечной активности и изменениями силы (изометрической силы, а также максимальной силы, определяемой через одноповторный максимум, 1ПМ) у взрослых мужчин после относительно длительной программы силовых тренировок, длившейся 15 недель и включающей 45 занятий.

Гипотеза

Авторы выдвинули гипотезу, что индивидуальные коэффициенты корреляции будут больше, чем межиндивидуальные (т. е. средние по группе), и что изменения нейромышечной активности будут являться лучшим прогностическим фактором прироста силы после тренировок, чем изменения размера мышц.

Что и как тестировали?

Участники

39 здоровых мужчин в возрасте от 18 до 40 лет, более 18 месяцев не занимавшиеся силовыми тренировками на нижнюю часть тела, с низким или средним уровнем физической активности и адекватным потреблением белка/энергии. Данные были взяты из опубликованного ранее рандомизированного двойного слепого плацебо-контролируемого исследования, где сравнивали ежедневный прием пептидов коллагена и плацебо во время тренировок. Поскольку по ключевым для рассматриваемого исследования взаимосвязям между группами коллагена и плацебо не было обнаружено разницы, группы были объединены.

Методы

Участники прошли 15-недельный курс тренировок с отягощениями для нижней части тела под наблюдением тренера: 3 занятия в неделю, примерно по 45 минут каждое, без тренировок в смежные дни. Программа была направлена в первую очередь на четырехглавые мышцы бедер, во вторую очередь — на бицепсы бедер и ягодичные мышцы. Использовались три упражнения на тренажерах: одностороннее разгибание колена, двустороннее сгибание коленей сидя и двусторонний жим ногами под углом 45°. Применялась волновая периодизация с прогрессивным повышением нагрузки: количество подходов увеличивалось с 2 на первой неделе до 4 на седьмой неделе, а нагрузка на протяжении эксперимента циклически менялась от ~12ПМ до ~6ПМ (таблица 1). Каждое упражнение включало стандартизированный двусторонний разминочный подход, перерывы между подходами на одну группу мышц составляли 2 минуты. За 15 недель участники провели в общей сложности 45 тренировок.

Примерно за семь дней до первого тестирования была проведена ознакомительная тренировка, которая позволила участникам попрактиковаться во всех упражнениях с использованием ЭМГ. Затем тестирование проводилось дважды на начальном этапе (с интервалом 3–5 дней) и дважды после вмешательства (через 2–3 и 4–6 дней после последней тренировки), чтобы минимизировать погрешность измерений. Эти сессии включали тесты на изометрическую силу и 1ПМ при разгибании колена с одновременным проведением ЭМГ на доминирующей ноге. МРТ-сканирование четырехглавой мышцы проводилось за 5–7 дней до начала тренировок и повторно через 3–5 дней после заключительной тренировки, в одно и то же время суток для всех участников.

При анализе данных для каждого участника отслеживали индивидуальные корреляции между повторными измерениями, чтобы оценить, как изменение размера мышц и нейромышечной активности соотносятся во времени с силой. Также использовали статистические линейные смешанные модели для количественной оценки независимого вклада каждого фактора в результат.

Измерения

Сила (таблица 2). Изометрическую силу разгибания колена измеряли с помощью закрепленного динамометра (угол в колене ~104°, в тазобедренном ~126°); участники делали 3–4 максимальных произвольных сокращения после стандартной разминки. Наибольший пиковый крутящий момент участника принимался за изометрический максимальный произвольный крутящий момент (ИМПКМ). 1ПМ определяли на том же тренажере, что использовался во время тренировок, зафиксировав бедра; сначала участники выполняли разминочные подходы, затем — рабочие, с увеличением нагрузки на 2,5–5,0 кг до достижения максимального веса; как правило, 1ПМ определялся за 3–4 попытки. Результаты повторных попыток усреднялись при каждом измерении.

Нейромышечная активность агонистов (рисунок 2). Во время оценки ИМПКМ и самого тяжелого успешного 1ПМ проводилась поверхностная ЭМГ разных частей квадрицепса (латеральной широкой, медиальной широкой и прямой мышц). Результаты повторных попыток усреднялись.

Чтобы учесть различия в размере мышц и размещении электродов, среднеквадратичные амплитуды ЭМГ были нормализованы по максимальной M-волне (Mmax) — это пиковый электрический отклик мышцы при такой стимуляции бедренного нерва, которая активирует все двигательные единицы. Выражая амплитуду ЭМГ относительно Mmax, исследователи получили нормализованное значение ЭМГ, которое лучше отражает нейромышечную активность (степень активации мышцы нервной системой), устраняя влияние периферических факторов (например, размера мышцы). Это позволило отделить вклад нейромышечной активности от вклада гипертрофии в прирост силы.

На рисунке данные каждого участника представлены точками одного цвета, а линия этого цвета показывает корреляцию между повторными измерениями.

Что обнаружили?

Изометрический максимальный произвольный крутящий момент (ИМПКМ) увеличился с 228,4  ±  43,6  Н·м до 276,5  ±  50,5  Н·м (среднее изменение +21,6  ±  9,2%, P  <  0,001). 1ПМ в разгибании колена увеличился с 52,2  ±  11,4 кг до 66,7  ±  13,7 кг (среднее изменение +28,6  ±  12,9%, P  <  0,001). Индивидуальные корреляции между приростом силы и увеличением объема четырехглавой мышцы были очень сильными (ИМПКМ r  =  0,92; 1ПМ r  =  0,89). Корреляции прироста силы с нормализованной ЭМГ были умеренными (ИМПКМ r  =  0,58, 1ПМ r  =  0,56). В смешанных моделях рост мышц оказывал гораздо большее стандартизированное влияние на изменение силы, чем нейромышечная активность (разница примерно в 5 раз).

Объем четырехглавой мышцы увеличился с 1980,2  ±  381,3  см³ до 2217,7  ±  383,2  см³ (среднее изменение +12,7  ±  7,1%, P  <  0,001). Изменение объема мышц показало очень сильную внутреннюю связь как с ИМПКМ, так и с приростом 1ПМ (см. выше), и было основным прогностическим фактором увеличения силы в линейных смешанных моделях (стандартизированный коэффициент β  ≈  0,88–0,94 против 0,13–0,17 для ЭМГ).

Показатели нормализованной ЭМГ при тестировании ИМПКМ увеличились с 8,5  ±  2,7 до 9,9  ±  2,7% Mmax (среднее изменение +22,9  ±  35,7%, P  <  0,001). Показатели нормализованной ЭМГ при тестировании 1ПМ увеличились с 7,9  ±  2,4 до 9,1  ±  2,0% Mmax (среднее изменение +22,8 ±  35,9%, P  <  0,001). Изменения показателей ЭМГ умеренно коррелировали с приростом силы (ИМПКМ r  =  0,58; 1ПМ r  =  0,56), и в смешанных моделях вносили в увеличение силы статистически значимый, но небольшой вклад (по сравнению с ростом мышц).

Что означают эти результаты?

Чтобы изучить, как рост мышц и нейромышечная активность влияют на силу, исследователи использовали несколько технических методов: ИМПКМ, ЭМГ, МРТ и Mmax. ИМПКМ (изометрический максимальный произвольный крутящий момент) можно представить, как нажатие на педаль газа, когда автомобиль стоит на тормозе — машина не движется, но вы видите максимальную силу, которую двигатель может развить в фиксированном положении. Амплитуда поверхностной ЭМГ похожа на размещение микрофона рядом с двигателем — чем громче звук, тем, как кажется, сильнее работает двигатель. Но если сам двигатель становится больше (мышцы растут), то необработанная «громкость» может вводить в заблуждение. Волна Mmax сходна с диагностикой, при которой двигатель запускают на абсолютную полную мощность — она показывает истинную максимальную мощность системы. Наконец, ЭМГ, нормализованная относительно Mmax — это как оценка интенсивности работы двигателя в процентах от его истинной максимальной мощности. Нормализуя ЭМГ по отношению к Mmax, исследователи смогли различить, какая часть прироста силы была получена за счет усиления нейромышечной активности (силы нажатия на педаль) и какая — за счет «увеличения двигателя» (роста мышц).

В предыдущих исследованиях участников сравнивали друг с другом, что сводило прогресс каждого к одному лишь «процентному изменению». Такой подход может скрыть существующие взаимосвязи, поскольку разница в размерах тела, биомеханике конечностей и исходной силе вносят искажения, не связанные с адаптацией к тренировкам. В отличие от этого, в данном исследовании определяли индивидуальные корреляции участников, которые показывают, как изменения размера и активации мышц каждого человека соотносятся с его собственным приростом силы с течением времени. Этот способ технически лучше подходит для изучения рассматриваемого вопроса, поскольку он фокусируется на взаимосвязи между адаптациями у одного и того же человека, а не в разнородной группе. 

Также исследователи повысили точность измерений, выполнив повторные тесты, МРТ и ЭМГ как до, так и после периода тренировок. Усреднение результатов нескольких попыток снизило влияние ежедневных колебаний силы и случайных ошибок, что позволило более четко оценить реальные физиологические изменения. Все эти методологические улучшения повышают надежность доказательств того, что у данной группы участников рост мышц был тесно связан с увеличением силы, в то время как нейромышечная активность дала более скромный вклад. Тем не менее, важно признать, что в исследовании не были исключены другие потенциально значимые факторы (например, архитектура мышц, тип волокон, свойства сухожилий), и что его результаты ограничены участием только молодых нетренированных мужчин в строго контролируемых условиях.

После 15 недель тренировок с отягощениями для нижней части тела у участников наблюдалось явное увеличение как силы, так и размера мышц. Сила разгибания колена в среднем по группе увеличилась примерно на 22% в изометрических тестах (ИМПКМ) и почти на 29% — в тестах 1ПМ, а объем четырехглавой мышцы вырос примерно на 13%, что было измерено с помощью МРТ высокого разрешения. Нейромышечная активность, оцененная по нормализованной ЭМГ, также выросла в среднем примерно на 23%, хотя ее связь с увеличением силы была лишь умеренной. Важно подчеркнуть, что при анализе динамики не всей группы, а каждого участника по отдельности, рост мышц показал очень тесную связь с увеличением силы (r ≈ 0,89–0,92), в то время как изменения нейронной активации — более умеренную (r ≈ 0,56–0,58).

Статистическое моделирование продемонстрировало, что рост мышц в 5 раз больше, чем нейромышечная активность, влиял на увеличение силы в этой группе нетренированных молодых мужчин. Эти результаты указывают на то, что, хотя нервные адаптации и играют определенную роль, в условиях данного эксперимента существенное увеличение размера мышц теснее связано с развитием силы. На практике это означает, что тренировочные программы, направленные на гипертрофию, не только эффективны для роста мышц, но и очень важны для развития силы, хотя по-прежнему важно учитывать и другие факторы, такие как свойства сухожилий, архитектуру мышц и индивидуальные особенности.

Следует отметить несколько ограничений данного исследования. В нем участвовали только молодые, здоровые, ранее не тренировавшиеся мужчины, поэтому его результаты нельзя переносить на женщин, пожилых или тренированных людей. Однако можно предположить, что если у нетренированных людей была сильная связь между увеличением силы и гипертрофией, то она будет еще сильнее у людей тренированных, у которых нервные адаптации играют меньшую роль. Еще одним ограничением является то, что были исследованы только размер и активация мышц-агонистов и не измерялись другие факторы, влияющие на силу (например, архитектура мышц, тип мышечных волокон, жесткость сухожилий, активность мышц-антагонистов). Кроме того, нейромышечная активность оценивалась с помощью поверхностной ЭМГ, которая имеет хорошо известные ограничения и может не отражать всех нюансов. Наконец, сильная взаимосвязь не обязательно означает прямую причинно-следственную связь — рост мышц и увеличение силы могут быть связаны через дополнительные механизмы.

Как применить эти данные на практике?

Практический вывод из этого исследования заключается в том, что в границах определенного диапазона повторений прогресс в силе может служить полезным критерием роста мышц. Поскольку в течение 15 недель тренировок рост мышц и увеличение силы были тесно связаны, постоянная способность поднимать больше веса при том же количестве повторений (например, добавляя вес в ваших подходах с 8–10ПМ или 12ПМ), вероятно, отражает гипертрофию, а не просто нервную адаптацию. Хотя традиционные методы оценки: измерение окружности мышц, ультразвуковое или МРТ сканирование, определение состава тела — могут добавить деталей, простое отслеживание своей способности постепенно увеличивать нагрузку  (поднимать больше веса в том же количестве повторений или делать больше повторений с тем же весом) представляет собой практичный и доступный способ отслеживать рост мышц с течением времени. Этот подход согласуется с выводом исследования о том, что увеличение размера мышц было самым сильным прогностическим фактором увеличения силы, что подчеркивает ценность отслеживания силы как косвенного показателя гипертрофии.