Вы поднимаете гантели. Вначале это легко, но с каждым разом требуется всё больше усилий, и вот вы уже не можете выполнять упражнение. Мышцы ваших рук, отвечающие за поднятие тяжестей, больше не в состоянии сокращаться. Но почему мышцы устают? Часто причинами утомления называют молочную кислоту и расход энергии, но по отдельности эти факторы не приводят к утомлению мышц. Существует ещё одна основная причина, которая кроется в способности мышц реагировать на импульсы головного мозга.
Чтобы понять сущность мышечного утомления, необходимо знать, как мышцы сокращаются под действием нервных импульсов. Сигналы от мозга к мышцам доходят за доли секунды по длинным тонким клеткам, которые называются двигательными нейронами. Между двигательным нейроном и мышечной клеткой есть микроскопический промежуток, и сокращение происходит благодаря обмену частиц в нём.
С одной стороны этого промежутка в двигательном нейроне содержится нейромедиатор под названием ацетилхолин. С противоположной стороны по поверхности клеточной мембраны располагаются заряженные частицы, или ионы: со внутренней стороны — калия, а с наружной — натрия.
Реагируя на поступающий от мозга импульс, двигательный нейрон выделяет ацетилхолин, который активирует ионные каналы мышечной клетки, и они открываются. Натрий поступает внутрь, а калий выходит наружу. Постоянный обмен этими частицами является важным звеном в сокращении мышц: в результате изменения в заряде создаётся электросигнал, или потенциал действия, который распространяется по всей мышечной клетке, стимулируя высвобождение хранящегося в ней кальция. Потоки кальция заставляют сокращаться мышцы благодаря тому, что происходит связывание белков, запрятанных в мышечных волокнах, и их взаимное сближение, в результате чего мышцы напрягаются. Для сокращения мышц требуется энергия, которая поступает из молекулы АТФ. При помощи АТФ ионы также возвращаются назад в мембрану, восстанавливая баланс натрия и калия с каждой из сторон синапса.
При каждом сокращении мышцы процесс повторяется. С каждым сокращением расходуется получаемая из АТФ энергия, образуются конечные продукты обмена веществ типа молочной кислоты, часть ионов покидает мембрану мышечной клетки, и постепенно их становится всё меньше и меньше.
И хотя мышечные клетки в процессе сокращения используют АТФ, они же непрерывно воспроизводят её, поэтому даже в самых уставших мышцах этот источник энергии никогда не истощается полностью. Хотя многие конечные продукты являются кислотами, в уставших мышцах по-прежнему сохраняется в нормальных пределах рН. Это означает, что из ткани в полной мере выводятся продукты выделения. Однако постепенно, после многочисленных сокращений доступная в пределах мышечных мембран концентрация ионов калия, натрия или кальция окажется недостаточной для нормального перезапуска системы. И даже если мозг посылает импульс, то мышечная клетка не может выработать необходимый потенциал действия.
Но даже если вокруг мышечной клетки истощились концентрации ионов натрия, калия или кальция, этих ионов ещё очень много в организме. Спустя некоторое время они вернутся к тем мышцам, где их недостаточно, иногда при помощи активных натрий-калиевых насосов. Если остановиться и отдохнуть, мышечное утомление спадёт, поскольку мышцы пополнятся необходимыми ионами.
Чем больше вы тренируетесь, тем дольше в мышцах не наступает мышечная усталость. Потому что чем сильнее вы становитесь, тем меньшее количество раз требуется повторять цикл мозговых импульсов, направленных на сокращение мышц, отвечающих за поднятие определённых тяжестей. А чем меньше мозговых циклов, тем медленнее происходит истощение ионов, и по мере улучшения физической подготовки вы сможете дольше тренироваться с той же интенсивностью. С тренировками происходит рост многих мышц, а чем крупнее мышца, тем больше в ней запасов АТФ и тем больше у неё возможностей по удалению продуктов выделения, в связи с чем мышечное утомление наступает с каждым разом всё позднее.