Мышечная сила измеряется. Объем и сила мышц: почему некоторые люди — сильнее, а некоторые – объемнее. Оценка максимальной, максимальной произвольной, абсолютной и относительной силы мышц

Сила мышц. Максимальная сила мышц - это величина максимального напряжения, которое может развить мышца. В развитии мышечной силы имеют значение: 1) внутримышечные факторы

Внутримышечные факторы развития силы включают в себя биохимические, морфологические и функциональные особенности мышечных волокон.

Физиологический поперечник, зависящий от числа мышечных волокон (он наибольший для мышц с перистым строением); Мышечная сила человека при прочих равных условиях пропорциональна площади физиологического поперечника мышцы. Это еще отметил немецкий физиолог Е.Вебер (1846). Известно, что 1 см. мышцы поднимает от 6 – 10 кг безотносительно к тому, тренирован или не тренирован ее обладатель.

Состав (композиция) мышечных волокон, соотношение слабых и более возбудимых медленных мышечных волокон (окислительных, мало утомляемых) и более мощных высоко пороговых быстрых мышечных волокон (гликолитических, утомляемых);

Миофибриллярная гипертрофия мышцы - т.е. увеличение мышечной массы, которая развивается при силовой тренировке в результате адаптационно-трофических влияний и характеризуется ростом толщины и более плотной упаковкой сократительных элементов мышечного волокна - миофибрилл.

2) особенности нервной регуляции

Нервная регуляция обеспечивает развитие силы за счет совершенствования деятельности отдельных мышечных волокон, двигательных единиц (ДЕ) целой мышцы и межмышечной координации. Она включает в себя следующие факторы:

Увеличение частоты нервных импульсов, поступающих в скелетные мышцы от мотонейронов спинного мозга и обеспечивающих переход от слабых одиночных сокращений их волокон к мощным тетаническим;

Активация многих ДЕ - при увеличении числа вовлеченных в двигательный акт ДЕ повышается сила сокращения мышцы;

Синхронизация активности ДЕ - одновременное сокращение возможно большего числа активных ДЕ резко увеличивает силу тяги мышцы;

Межмышечная координация - сила мышцы зависит от деятельности других мышечных групп: сила мышцы растет при одновременном расслаблении ее антагониста, она уменьшается при одновременном сокращении других мышц и увеличивается при фиксации туловища или отдельных суставов мышцами- антагонистами. Например, при подъеме штанги возникает явление натуживания (выдох при закрытой голосовой щели), приводящее к фиксации мышцами туловища спортсмена и создающее прочную основу для преодоления поднимаемого веса.

3) психофизиологические механизмы

Психофизиологические механизмы увеличения мышечной силы связаны с изменениями функционального состояния (бодрости, сонливости, утомления), влияниями мотиваций и эмоций, усиливающих симпатические и гормональные воздействия со стороны гипофиза, надпочечников и половых желез, биоритмов.

Измерение мышечной силы . Основным методом определения силы мышц является динамометрия. Для измерения силы кисти широко применяют ручные плоскопружинные динамометры (рис. 21). Существуют разные их модификации: ДРП-10 предназначен для детей младшего школьного возраста и ослабленных больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. ДРП-30 - для детей среднего школьного возраста и для ослабленных больных, ДРП-90 для здоровых взрослых, ДРП-120 - для спортсменов.

Рис. 21. Динамометры для измерения силы рук

Для измерения силы мышц кисти испытуемый максимально сжимает динамометр правой, затем левой рукой. Рука должна быть вытянута в сторону, и поднята до уровня плеч. Измерение проводят 2-3 раза и записывают наибольшую цифру. Точность измерения ±2 килограмма. Нормативные показатели силы кисти ведущей руки для мужчин и женщин в зависимости от возраста представлены в приложении 1, таблице 1.

После проведения динамометрии рассчитывают силовой индекс по формуле:

Силовой индекс = Мышечная сила ведущей кисти (кг) / Вес тела (кг) ´100 %

Норма: для женщин 45-50 %, для мужчин – 65-80 %

Для определения силы мышц разгибателей спины используют становой динамометр, который снабжен опорной площадкой для ног. При измерении становой силы испытуемый встает на опорную площадку, нагибается, берется руками за ручку динамометра и с максимальным усилием медленно выпрямляется. Исследование повторяют 2-3 раза, отмечают лучший результат. Точность измерения равна ± 5 килограмм.

Нормативные показатели становой силы у мужчин и женщин представлены в приложении 1, таблице 2.

Для сравнения силы различных мышц определяют их удельную или абсолютную силу. Она равна максимальной, делённой на кв. см. площади поперечного сечения мышцы. Удельная сила икроножной мышцы человека составляет -2 кг/см 2 , трехглавой - 16,8 кг/см 2 , жевательных - 10 кг/см 2 .

Работа мышц. Работу мышц делят на динамическую и статическую. Динамическая выполняется при перемещении груза. При динамической работе изменяется длина мышцы и ее напряжение. Следовательно мышца работает в ауксотническом режиме. При статической работе перемещения груза не происходит, т.е. мышца работает в изометрическом режиме. Согласно законам физики, работа есть энергия, затрачиваемая на перемещение тела с определенной силой на определенное рас­стояние:

А = F´S.

Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом режиме), то механическая работа равна нулю. Если при максимальной нагрузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то работа также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью переходит в тепловую.

Зависимость величины работы от нагрузки подчиняется закону средних нагрузок. При увеличении нагрузки работа мышц первоначально растет. При средних нагрузках она становится максимальной. Если увеличение нагрузки продолжается, то работа снижается. Такое же влияние на величину работы оказывает ее ритм. Максимальная работа мышцы осуществляется при среднем ритме.

Мощность мышцы Особое значение в расчете величины рабочей нагрузки имеет определение мощности мышцы. Это механическая (сила ´длину укорочения) работа, выполняемая в единицу времени

N (Р) = А / Т

Мощность мышечного сокращения отличается от силы мышцы, поскольку мощность является мерой общего количества работы, выполняемой в единицу времени. Следовательно, мощность определяется не только силой мышечного сокращения, но также расстоянием сокращения и числом сокращений в минуту. Мышечная мощность обычно измеряется в килограммометрах (кгм) в минуту. Максимальная мощность, развиваемая всеми мышцами очень тренированного спортсмена при условии их совместной работы примерно следующая: первые 8-10 сек.- 7000 кгм/мин; следующая 1 мин – 4000 кгм/мин; следующие 30 мин – 1700 кгм/мин. Таким образом, максимальную мощность человек может развивать только в течение коротких промежутков времени, тогда как для долговременных нагрузок, требующих выносливости, мощность мышц составляет лишь ј от первоначальной величины.

Мышечная выносливость. В условиях статической работы мышечная выносливость определяется временем, в течение которого поддерживается статическое напряжение или удерживается некоторый груз. Предельное время статической работы (статическая выносливость) обратно пропорционально нагрузке. Выносливость в процессе выполнения динамической работы измеряется отношением величины работы ко времени ее выполнения. При этом выделяют пиковую и критическую мощность динамической работы: пиковой является максимальная мощность, достигаемая в какой-то момент динамической работы; критической называют мощность, поддерживаемую на одинаковом уровне достаточно длительное время. Выделяют также динамическую выносливость, которая определяется временем осуществления работы с заданной мощностью.

В зависимости от типа и характера выполняемой физической (мышечной) работы различают:

1. статическую и динамическую выносливость, т. е. способность длительно выполнять соответственно статическую или динамическую работу;

2. локальную и глобальную выносливость, т. е. способность длительно осуществлять соответственно локальную работу (с участием небольшого числа мышц) или глобальную работу (при участии больших мышечных групп - более половины мышечной массы);

3. силовую выносливость, т. е. способность многократно повторять упражнения, требующие проявления большой мышечной силы;

4. анаэробную и аэробную выносливость, т. е. способность длительно выполнять глобальную работу с преимущественно анаэробным или аэробным типом энергообеспечения.

Контрольные вопросы

1. Что такое максимальная сила мышц?

2. От каких показателей зависит сила мышц?

3. Какие виды работы выполняют мышцы?

4. Какие методы используют для измерения мышечной силы?

5. Какая существует зависимость величины работы от нагрузки?

6. Что такое мощность мышцы, как ее определяют?

7. Что такое выносливость, как определяют этот показатель?

Утомление мышц

В результате продолжительной деятельности рабо­тоспособность скелетной мускулатуры понижается. Это явление назы­вается утомлением. При этом снижается сила сокращений, увеличиваются латентный период сокращения и период расслабления. Статический режим работы более утомителен, чем динамический.

В прошлом веке, на основании опытов с изолированными мышцами, было предложено 3 теории мышечного утомления:

1) Теория истощения Шиффа (1868): утомление является следствием истощения энергетических запасов в мышце.

2) Теория отравления Пфлюгера (1872): утомление обусловлено накоплением в мышце продуктов обмена, в частности молочной кислоты.

3) Теория удушения Ферворна (1901): утомление объясняется недостатком кислорода в мышце.

Все эти теории объединяют в группугуморально-локалистических теорий .

Действительно эти факторы способствуют утомлению в экспериментах на изолированных мышцах. В процессе совершения работы в мышечных волокнах накапливаются продукты процессов окисления - молочная и пировиноградная кислоты, которые снижают возможность генерирования ПД. Кроме того, нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энергообеспечения мышечного сокращения.

Однако в организме интенсивно работающие мышцы, получают необходимый кислород, питательные вещества, освобождаются от метаболитов за счет усиления общего и регионального кровообращения. Поэтому были предложены другие теории утомления, которые объединены в группу центрально-нервных теорий . Выделяют четыре основных направления в рамках центрально-нервных теорий:

1) утомление как результат торможения в центральной нервной системе (Васильев Л.Л., Виноградов М.И., 1966). В качестве основных факторов, обуславливающих торможение выступает затухание рабочей доминанты, чрезмерный афферентный поток от работающих мышц и влияние на нервные центры биохимических сдвигов в крови, возникающих при активной мышечной работе.

2) утомление – результат дисбаланса во взаимодействии коры больших полушарий и центров вегетативной нервной системы (Левицкий В.А., 1926). Центры вегетативного обеспечения деятельности выступают в качестве защитных по отношению к коре, посылая к ней тормозные сигналы.

3) утомление как нарушение координации процессов, обеспечивающих деятельное состояние в первую очередь в центральной нервной системе. Это направление основано на теории доминанты Ухтомского А.А. (1934). Эта теория имеет большее число сторонников.

4) утомление возникает в связи с ослаблением адаптационно-трофического влияния симпатической нервной системы на соматическую (Кекчеев К.Х, 1927)

Рис. 22. Факторы, влияющие на развитие утомления при экстремальных нагрузках (по А. Коробкову, 1975)

В прошлом веке И.М.Сеченов установил, что если наступает утомление мышц одной руки, то их работоспособность восстанавливается быстрее при работе другой рукой или ногами. Он считал, что это связано с переключением процессов возбуждения с одних двигательных центров на другие. Отдых с включением других мышечных групп он назвал активным.

Несмотря на длительную историю изучения вопроса, общей теории утомления до сих пор не сформулировано. На рис. 22 представлена схема механизмов утомления при мышечной работе.

В настоящее время установлено, что в различных условиях деятельности вклад тех или иных факторов в развитие утомления может изменяться.

Контрольные вопросы

1. Какие теории существуют для объяснения развития утомления в изолированных мышцах?

2. Какие основные направления выделяют в рамках центрально-нервных теорий?

3. От каких факторов зависит развитие утомления в мышцах при экстремальных нагрузках?

Мышечная сила человека- это способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечных усилий.

В теле человека насчитывается около 600 мышц. Мышцы составляют у мужчин - 42% веса тела; у женщин - 35%; в пожилом возрасте - 30%; у спортсменов - 45-52%. Более 50% веса всех мышц располагается на нижних конечностях, 25-30% - на верхних конечностях; 20-25% - в области туловища и головы.

Силу мышц определяют с помощью динамометров и по максимальному весу поднимаемой штанги (тяжести). Например, средний показатель силы мышц кисти, измеренный с помощью динамометра, у женщин равен 30-35 кг, у мужчин - 40-45 кг. У спортсменов этот показатель в 1,5-2,0 раза больше .

В основном выделяют 2 вида силы мышц человека:

  • · абсолютную
  • · относительную

Для мышц человека характерно 2 режима работы:

  • · динамический
  • · статический

В динамическом, в свою очередь, выделяют уступающий режим, когда при мышечном напряжении длина мышцы увеличивается, и преодолевающий,когда при работе мышца укорачивается.

Развитие мышечной силы человека

Сила как физическое качество человека

Физическое качество человека «сила» можно определить, как его способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий . Одним из наиболее существенных моментов определяющих мышечную силу - это режим работы мышц. В физиологии человека выделяют две формы мышечного сокращения - динамическую и статическую.

Динамическая форма проявляется в двух видах работы: 1) если внешняя нагрузка меньше развиваемого мышцей напряжения, то она укорачивается, выполняя преодолевающую работу; 2) если же внешняя нагрузка больше, чем напряжение мышцы, то мышца под ее действием растягивается, удлиняется и таким образом производит уступающую работу.

Если внешняя нагрузка равна напряжению, развиваемому мышцей, а ее длина не изменяется, то такую работу мышц называют изометрической. Это статическая форма сокращения. Для измерения силы мышц введено два понятия: абсолютная сила и относительная сила. Абсолютная сила - вся сила, проявляемая человеком в каком либо упражнении без учета веса мышц или всего тела. Например: наибольший вес штанги, с которым удалось встать атлету из приседа, служит показателем абсолютной силы мышц ног. Можно измерить силу мышц - сгибателей или разгибателей локтевого, коленного суставов, силу мышц разгибателей туловища. Относительная сила - сила человека проявляемая в каком либо упражнении приходящаяся на 1 кг веса тела. Относительная сила увеличивается, если абсолютная растет без заметного увеличения веса тела занимающегося.

Величина внешнего сопротивления или нагрузка определяет быстроту сокращения мышцы. При очень малых нагрузках мышца сокращается быстро, а при очень больших медленно. Установлено, что способности к проявлению силы в движениях разной быстроты и продолжительности мало взаимосвязаны. Можно выделить четыре типа спортивных движений, в которых проявляются силовые качества спортсмена:

  • а) движения, где требуются максимальные, либо близкие к ним усилия, называют собственно силовыми;
  • б) движение, где требуется проявлять значительную силу за короткий промежуток времени, называют скоростно-силовыми;
  • в) движения, которые выполняются с предельной быстротой при очень незначительном внешнем сопротивлении, называют скоростными;
  • г) статические и циклические упражнения силового и скоростно-силового характера, выполняемые длительно, требуют проявления силовой выносливости;

Морфологической основой мышечной силы является содержание сократительных белков в мышечном волокне, толщина мышечных волокон. Проявление мышечной силы зависит также от типа мышечных волокон - быстрых и медленных. Если в мышцах больше быстрых волокон, человек способен развивать максимальную мощность в быстрых скоростно-силовых движениях, выполнять работу взрывного характера. Преобладание медленных моторных единиц дает возможность длительно поддерживать мышечное напряжение. Силовая выносливость у таких людей выше, чем у людей взрывного типа.

Биохимической основой мышечной силы является эффективность энергетического обмена и пластической функции белка, совершенствование сократительного актомиозинового комплекса, активность ферментов, ускоряющих ресинтез АТФ, гормональная регуляция. Максимальная мышечная сила при систематических занятиях растет за счет увеличения абсолютного (анатомического) поперечника мышц, а также за счет физиологических резервов мобилизации нервно-мышечных (моторных) единиц, вовлекаемых в работу.

Сила мышцы зависит от многих факторов. При прочих равных условиях она пропорциональна поперечному сечению мышц (принцип Вебера). Максимально возможное ее сокращение, укорочение при прочих равных условиях пропорционально длине мышечных волокон (принцип Бернулли).

Структура силовых способностей человека

При педагогической характеристике силовых способностей человека выделяют следующие их разновидности.

  • 1. Максимальная изометрическая (статическая) сила - показатель силы, проявляемой при удержании в течение определенного времени предельных отягощений или сопротивлений с максимальным напряжением мышц.
  • 2. Медленная динамическая (жимовая) сила , проявляемая, например, во время перемещения предметов большой массы, когда скорость практически не имеет значения, а прилагаемые усилия достигают максимальных значений.
  • 3. Скоростная динамическая сила характеризуется способностью человека к перемещению в ограниченное время больших (субмаксимальных) отягощений с ускорением ниже максимального.
  • 4. «Взрывная» сила - способность преодолевать сопротивление с максимальным мышечным напряжением в кратчайшее время.
  • 5. Амортизационная сила характеризуется развитием усилия в короткое время в уступающем режиме работы мышц, например при приземлении на опору в различного вида прыжках, или при преодолении препятствий в рукопашном бою и т. д.
  • 6. Силовая выносливость определяется способностью длительное время поддерживать необходимые силовые характеристики движений. Среди разновидностей выносливости к силовой работе выделяют выносливость к динамической работе и статическую выносливость. Выносливость к динамической работе определяется способностью поддерживания работоспособности при выполнении профессиональной деятельности, связанной с подъемом и перемещением тяжестей, с длительным преодолением внешнего сопротивления. Статическая выносливость - это способность поддерживать статические усилия и сохранять малоподвижное положение тела или длительное время находится в помещении с ограниченным пространством.
  • 7. Силовая ловкость - способность к переключению с одного режима мышечной работы на другой при необходимости максимального или субмаксимального уровня проявления каждого силового качества. Она проявляется там, где есть сменный режим работы мышц и непредвиденные ситуации деятельности (борьба, регби и др.) Для развития этой способности, зависящей от координационных способностей, нужна специальная направленность тренировки.

Направленность упражнения на ту или иную силовую способность определяется компонентами нагрузки и зависит от: 1) вида и характера упражнения; 2) величины отягощения или сопротивления; 3) количества повторений упражнения или времени изометрического напряжения мышц; 4) скорости движений; 5) темпа выполнения упражнения.

Режимы работы мышц

Учитывать отмеченные режимы работы мышц важно, т.к. они имеют разную эффективность в тренировке. В специальных исследованиях делались попытки определить эффективность уступающего, преодолевающего, статистического и комбинированного режимов работы мышц в силовой подготовке. Было установлено, что преодолевающий режим эффективнее уступающего и статического,но наиболее эффективный - комбинированный .

Известно также, что предшествующее статическое напряжение мышц положительно сказывается на последующей динамической работе, повышая её эффективность иногда на 20%. Поэтому статические силовые элементы следует планировать перед динамическими .

Методы и средства развития силы

На практике распространены следующие методы силовой подготовки:

  • · метод максимальных усилий
  • · метод повторных усилий
  • · метод динамических усилий
  • · метод статических усилий
  • · метод электрической стимуляции
  • · метод биомеханической стимуляции

Сравнивая динамический и статистический методы развития силы, необходимо отметить следующее

При динамическом режиме работы мышц происходит достаточное кровоснабжение. Мышца функционирует как насос - при расслаблении наполняется кровью и получает кислород и питательные вещества.

Во время статического усилия мышца постоянно напряжена и непрерывно давит на кровеносные сосуды. В результате она не получает кислород и питательные вещества. Это ограничивает продолжительность работы мышц .

Поэтому проблема физического и функционального развития мышц рук является актуальной.

Определение мышечной силы спомощью динамометрии

Одним из показателей физического развития организма является сила мышц.

Оценку силовых качеств человека определяют методом кистевой динамометрии, позволяющей определить максимальную мышечную силу, показатель силы, уровень работоспособности мышц и показатель ее снижения.

При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.

Силой мышц обозначают максимальное проявление произвольного усилия, которое может развивать группа мышц в определенных условиях. Эти условия в большой степени определяются заинтересованностью обследуемого лица или возможностью выполнить максимальное усилие. Обычно одновременно сокращается определенная группа мышц, поэтому трудно точно определить работу каждой мышцы в суммарном проявлении силы. Кроме того, в действии мышц участвуют костные рычаги.

Измерение изометрической силы не требует много времени и не утомляет обследуемого. Здесь сила проявляется в одном циклическом максимальном сокращении. Однако на результат измерения могут повлиять несколько факторов. Так, изометрическое напряжение, развиваемое каждым мышечным волокном, зависит от его относительной длины и продолжительности стимуляции. При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.

Учитывая эти обстоятельства, при измерении изометрической силы необходимо строго соблюдать определенные позиции тела и угол соответствующих суставов. Несоблюдение этого правила может привести к значительным ошибкам. Сила идентичных групп мышц у разных людей неодинакова.

Во-первых, изометрическая сила пропорциональна площади поперечного сечения мышцы. Если исходить из того, что геометрическая форма мышц у людей разного роста одинакова, то сила измеряется пропорционально квадрату линейной деменции (роста). Следовательно, увеличение роста на 20% дает увеличение силы на 44 %. Это дает определенные преимущества высокорослым людям при перемещении тяжестей руками, метании спортивных снарядов и т.п. Однако при преодолении веса собственного тела (например, при подтягивании на перекладине и т.п.) у них преимущества нет, так как масса тела увеличивается пропорционально кубу роста.

Во-вторых, изометрическая сила зависит от пола и возраста. Половые различия мало выражены до полового созревания. Однако показатели силы у взрослых женщин ниже на 30- 35 % по сравнению с мужчинами. Частично это объясняется различием роста. Но после соответствующей коррекции силовые показатели у женщин в среднем составляют только 80 % от показателей мышечной силы у мужчин. Взрослые мужчины достигают максимума изометрической силы в возрасте около 30 лет, потом сила уменьшается.

Многие из нас наверняка задумывались над тем, от каких факторов зависит физическая сила. Ведь не всегда человек с большими мышцами сильнее человека более скромной комплекции. Существует несколько факторов, которые непосредственно влияют на силу человека.

Типы мышечных волокон. Многое зависит от преобладающего типа мышечных волокон. Их существует два вида: быстрые и медленные. Быстро сокращающиеся волокна способны создавать большое количество энергии за короткие промежутки времени. То есть, отвечают именно за взрывную силу, когда требуется максимальное мышечное усилие. Медленно сокращающиеся волокна издают небольшое количество энергии, но уже на длительные промежутки времени. То есть отвечают за силовую выносливость. Изначально у большинства из нас количество медленных и быстрых волокон практически одинаково. Хотя бывает, что преобладает, какой-то один тип. В результате разного рода тренировок развиваются те или другие мышечные волокна. Тут все просто – малое число повторов с максимально допустимым весом тренирует быстрые волокно, то есть силу. Большое число повторов с небольшим весом тренирует медленные волокна, то есть выносливость.

Возраст. Возраст, конечно же, влияет на нашу способность к тренировкам мышц, а соответственно на развитие силы. По данным исследователей прибавку к силе можно получить практически в любом возрасте, регулярно занимаясь спортом. Но самого быстрого результата добиться можно в промежутке 15-25 лет, так как в данном возрастном промежутке организм активно растет и развивается.

Пол. Строение мужских и женских мышц одинаковое, но из-за наличия гормона тестостерона мышцы у мужчин больше и сильнее.

Длина конечностей и мышц. Людям с короткими конечностями изначально легче поднимать большие веса из-за более короткого, удобного рычага. Еще играет роль длина самой мышцы. Чем она длиннее, тем потенциал для ее развития больше.

Место прикрепления сухожилия. От сухожилий также во многом зависит физическая сила. Имеют значение размеры, а также место крепления сухожилий. К примеру, у двух спортсменов одинакового телосложения при подъеме штанги на бицепс преимущество буде у того, у кого связки прикреплены дальше от локтя. Это дает биомеханическое преимущество.

Генетика. От генетики, несомненно, зависит наше телосложение, размер костей и потенциал роста мышечной массы, изначальная сила. Но правильными, регулярными тренировками можно добиться хорошего результата даже с самой плохой генетической одаренностью. И этому есть много примеров.

И напоследок стоит отметить, что развитая физическая сила помогает человеку во многих жизненных обстоятельствах, придает уверенность в себе, повышает самооценку.

физическая сила

БЫСТРЫЕ И МЕДЛЕННЫЕ МЫШЕЧНЫЕ ВОЛОКНА

Мышцы человека состоят из мышечных волокон, которые, в свою очередь, делятся на два принципиально отличающихся типа: быстрые и медленные. Отличия выражаются не только в скорости вовлечения мышц и используемом для их работы источнике энергии, но даже и в цвете волокна.

8 главных факторов, от которых зависит сила мышц

Медленные (красные) волокна, ответственные за продолжительные монотонные нагрузки, используют в качестве основного источника энергии жир. Быстрые (белые) волокна, необходимые для короткой и высокоинтенсивной нагрузки, «питаются» запасами углеводов и креатина.

РАЗЛИЧИЯ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН

Наглядным примером различия мышечных волокон является мясо курицы: грудка и крылья обладают характерным белым цветом и минимальным содержанием жира в мясе, тогда как окорочка и бёдрышки отличаются более высоким содержанием жира и темным цветом.

Поскольку большую часть времени курица проводит стоя, мускулатура ее ног испытывает постоянную нагрузку низкого уровня – ответственность медленных волокон. Мышцы крыльев используются для резких энергичных взмахов – ответственность быстрых мышечных волокон.

МЕДЛЕННЫЕ / КРАСНЫЕ ВОЛОКНА

Важно не путаться в формулировках: выполнение какого-либо движения крайне медленно не означает автоматического вовлечения в работу медленных мышечных волокон. Для их задействования требуется легкая статичная нагрузка продолжительностью в несколько минут.

Мышцы, работающие при низкой интенсивности на протяжении десятков минут, требуют в качестве энергии для своей работы окисления жиров (триглицеридов) при помощи кислорода. Красный цвет таких мышечных волокон обусловлен именно наличием молекул кислорода.

БЫСТРЫЕ / БЕЛЫЕ ВОЛОКНА

Для высокоинтенсивных и краткосрочных нагрузок мышцы требуют быстродоступной энергии. Поскольку процессы окисления жира довольно длительны, в качестве источника энергии для взрывного усилия организм использует запасы углеводов (гликоген) и креатин фосфата.

Источником мышечного гликогена являются углеводы, источником креатин фосфата – мясо. Именно креатин доступен в виде спортивной добавки, увеличивающей как силу мышц, так и их визуальный объем за счет наполнения клеток питательными веществами и водой.

КАКИХ ВОЛОКОН У ВАС БОЛЬШЕ?

Любая мышечная группа человека состоит из волокон различных типов. За исключением преобладания медленных мышечных волокон в мышцах ног и позвоночника, мускулатура обычных людей состоит наполовину из быстрых, наполовину из медленных волокон.

При постоянных занятиях спортом организм может изменять это распределение, отдавая предпочтение тому типу волокон, который наиболее необходим. Спринтеры, прыгуны и тяжелоатлеты имеют больше быстрых волокон, тогда как марафонцы, велосипедисты и пловцы – медленных.

ТРЕНИРОВКИ ДЛЯ РОСТА МЫШЦ

Силовые тренировки в тренажерном зале вовлекают в работу преимущественно быстрые мышечные волокна, делая гликоген основным источником энергии. Чем меньше количество повторов упражнения и чем больше вес, тем сильнее задействованы быстрые волокна.

Поскольку увеличение размера мышц во многом связано именно с увеличением запасов гликогена, для успешного набора мускулатуры крайне важно иметь достаточное количество углеводов в питании как после силовой тренировки, так и непосредственно перед ее началом.

Мышечная сила.

Сила мышцы может быть определена как максимальное напряжению, которое она развивает в условиях изометрического сокращения.

Измерение мышечной силы у человека осуществляется при произвольном напряжении мышц (например, динамометрия). Поэтому когда говорят о мышечной силе человека, практически всегда речь идет о максимальной произвольной мышечной силе , т. е. о суммарной величине изометрического напряжения (точнее — о суммарном моменте) группы мышц при максимальном произвольном усилии испытуемого. Максимальная произвольная мышечная сила зависит от двух групп факторов, которые можно обозначить как мышечные (периферические) факторы и координационные (нервные) факторы.

К мышечным (периферическим) факторам относятся:

· механические условия действия мышечной тяги – плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;

Этот фактор менее всего зависит от желаний или возможностей человека, его анатомические особенности определены геномом, а условия, при которых следует развить максимальную силу, специально создаются разве что на соревнованиях. Однако если ничего не мешает, человек или другой организм будет стремиться занять наиболее выгодное (удобное) положение для получения максимального результата движения (прыжка, удара, толчка и т.д.).

· поперечник активируемых мышц , так как при прочих равных условиях проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц.

Это, пожалуй, самый широко обсуждаемый фактор, и чаще всего естественно и искусственно изменяемый фактор. Действительно, максимальная сила мышцы зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от толщины этих волокон. Число и толщина их определяют толщину мышцы в целом, или, иначе, площадь поперечного сечения мышцы (анатомический поперечник). Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Она измеряется в кг/см 2 . Анатомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине, а именно перпендикулярно ходу волокон, что важно учитывать при расчете относительной силы для мышц с косым расположением волокон.

Поперечный разрез мышцы, перпендикулярный ходу ее волокон, позволяет получить физиологический поперечник мышцы . Для мышц с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим, Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы . Она колеблется в пределах 4 — 8 кг/см 2 .

Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечника, увеличение последнего сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате мышечной тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы. Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками не способны к делению с образованием новых волокон. Рабочая гипертрофия мышцы происходит отчасти за счет продольного расщепления, а главным образом за счет утолщения (увеличения объема) мышечных волокон.

Можно выделить два основных типа рабочей гипертрофии мышечных волокон. Первый тип (саркоплазматический) – утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т. е. несократительной части мышечных волокон. Этот тип гипертрофии приводит к повышению метаболических резервов мышцы: запасов гликогена, безазотистых веществ, креатинфосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может в какой-то мере вызывать некоторое утолщение мышцы.

Первый тип рабочей гипертрофии мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность их к продолжительной работе, т. е. выносливость.

Второй тип рабочей гипертрофии (миофибриллярный) связан с увеличением объема миофибрилл, т. е. собственно сократительного аппарата мышечных волокон. При этом мышечный поперечник может увеличиваться не очень значительно, так как в основном возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Второй тип рабочей гипертрофии ведет к значительному росту максимальной силы мышцы.

Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, тогда как при первом типе рабочей гипертрофии она или совсем не изменяется или даже несколько уменьшается.

Преимущественное развитие первого или второго типа рабочей гипертрофии определяется характером мышечной тренировки. Вероятно, длительные динамические упражнения с относительно небольшой нагрузкой вызывают рабочую гипертрофию главным образом первого типа (преимущественное увеличение объема саркоплазмы, а не миофибрилл). Изометрические упражнения с применением больших мышечных напряжений (более 2/3 от максимальной произвольной силы тренируемых мышечных групп), наоборот, способствуют развитию рабочей гипертрофии второго типа (миофибриллярной гипертрофии).

· исходная длина мышц , при которой начинается её сокращение;

Для развития максимальной силы мышца перед началом сокращения должна быть в состоянии длины покоя, то есть максимально расслаблена, но не растянута (Рис.2.А).

Этот фактор специально учитывают спортсмены в тех видах спорта, где необходим высокий силовой результат. Например, тяжелоатлеты непосредственно перед поднятием штанги пытаются максимально расслабить мышцы, интенсивно встряхивая верхними и нижними конечностями.

Действительно, сточки зрения теории скользящих нитей (см. предыдущее занятие) при сокращении тонкие нити протягиваются (скользят) вдоль толстых. Усилие, которое при этом развивается, будет определяться исходной степенью перекрывания толстых и тонких нитей в саркомере.

Если исходная длина мышцы больше длины покоя (мышца исходно растянута) степень перекрывания головок миозина с нитями актина уменьшается (Рис. 2Б). Другими словами часть головок миозина еще в покое не контактирует с актином, а значит и не участвует в сокращении. Усилие, развиваемое сокращающейся мышцей, при этом снижается.

Если исходная длина мышцы меньше длины покоя (мышца исходно сокращена, а значит укорочена), то расстояние на которое саркомер, а следовательно и мышца может укоротиться при сокращении уменьшается (Рис. 2В).

К координационным (нервным) факторам относится совокупность центральнонервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом, которые можно разделить на две группы: механизмы внутримышечной и межмышечной координации .

Механизмы внутримышечной координации , регулирующие напряжение конкретной мышцы мы подробно рассмотрели выше. Напомним для получения максимального результата сокращения, в нашем конкретном случае силового результата, необходимо, во —первых – одновременная активация максимального числа двигательных единиц данной мышцы, т.е. активация максимально большого числа мотонейронов иннервирующих мышцу. Во-вторых, – режим полного тетануса у всех двигательных единиц, т.е. оптимальная частота импульсации этих мотонейронов. И в-третьих совпадение во времени активности разных двигательных единиц одной мышцы, т.е. не только максимальная но и одновременная активация мотонейронов иннервирующих мышцу. Это особенно важно в условиях тетанического сокращения.

Механизмы межмышечной координации координируют и согласуют сокращения всех мышц обеспечивающих движение, что так же влияет на показатель максимальной произвольной силы. В частности, совершенство межмышечной координации проявляется в правильном выборе активируемых мышц-синергистов, в адекватном ограничении активности мышц-антагонистов данного сустава и усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных суставов и т. п.

Т.о., управление мышцами в случае, когда требуется проявить максимальную произвольную силу, является сложной задачей для центральной нервной системы. Поэтому, в обычных условиях, максимальная произвольная сила тех или иных групп мышц меньше, чем их максимальная сила.

Разница между максимальной силой мышц и их силой, проявляемой при максимальном произвольном усилии, называется силовым дефицитом .

Различие между максимальной силой и произвольной максимальной силой данной мышечной группы (силовой дефицит) тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом.

Величина силового дефицита зависит от трех факторов:

· психологического состояния испытуемого , так при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его максимальные силовые возможности в обычных условиях. У спортсменов такие состояния могут возникать во время соревнований.

От чего зависит сила мышцы?

При этом положительный эффект (уменьшение силового дефицита) более выражен у нетренированных испытуемых и слабее или совсем отсутствует у хорошо тренированных спортсменов, например тяжелоатлетов;

· количества одновременно активируемых мышечных групп, при одинаковых условиях измерения величина силового дефицита, по-видимому, тем больше, чем больше число одновременно сокращающихся мышечных групп.

· степени совершенства произвольного управления ими . Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, может вызвать значительное повышение максимальной произвольной силы, измеряемой в том же положении. Если измерения силы проводятся при других положениях конечности, то прирост мышечной силы оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы увеличение силы зависело лишь от прироста поперечника тренируемых мышц, то оно должно бы обнаружиться при измерениях в любом положении конечности. Однако увеличение произвольной мышечной силы выявляется в основном при измерениях в определенной (тренируемой) позе. Это означает, что в данном случае прирост силы обусловлен более совершенным, чем до тренировки, центральным управлением мышцами, т. е. совершенствованием координационных (нервных) механизмов.

К одной из разновидностей мышечной силы относят так называемую взрывную силу , которая характеризует способность к быстрому проявлению мышечной силы. Она в значительной мере определяет, например, высоту вертикального прыжка или прыжка в длину с места, переместительную скорость на коротких отрезках бега с максимально возможной скоростью и др. В качестве показателей взрывной силы используют отношение максимальной проявляемой силы к времени ее достижения или времени достижения половины этой силы. Показатели взрывной силы мало зависят от максимальной произвольной изометрической силы соответствующих мышечных групп. Так, изометрические упражнения, увеличивая статическую силу, незначительно изменяют показатели прыгучести (вертикального прыжка или прыжка с места в длину). Следовательно, физиологические механизмы, ответственные за взрывную силу, отличны от механизмов, определяющих статическую силу. Среди координационных факторов важную роль в проявлении взрывной силы играет характер импульсации мотонейронов активных мышц — частота их импульсации в начале разряда и синхронизация импульсации разных мотонейронов.

Среди «мышечных» факторов определенное значение, видимо, имеют скоростные сократительные свойства мышечных волокон.

Предыдущая123456789101112Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Источники энергии.

Источниками энергии для мышечного сокра­щения обычно служит глюкоза, приносимая кровью или образующаяся при расщеплении гликогена в мышцах, а также жирные кислоты. При окислении этих молекул в митохондриях (аэробном дыхании) синтезируется АТФ.

Обычно кислород для дыхания поставляется гемоглобином крови. Однако мышцы могут так­же запасать его, поскольку содержат белок миоглобин, близкий по структуре к гемоглобину. Миоглобин также обратимо свя­зывается с кислородом (оксигенируется) и вы­свобождает ею в случае необходимости, когда кровь не успевает удовлетворять потребности мышечной ткани в кислороде, например при интенсивной физической нагрузке.

В расслабленной мышце уровень АТФ низок, поэтому АТФ быстро расходуется при сокращении и запас должен пополняться за счет иных механизмов, пока скорость аэробного дыхания не адаптиру­ется к возросшим энергозатратам.

Один из способов регенерации АТФ в анаэ­робных условиях основан на использовании креатинфосфата. Это вещество всегда присутст­вует в мышце, но его запасов обычно хватает ненадолго - за 1 мин интенсивной физической работы расходуется примерно 70% креатинфосфата. Следовательно, креатинфосфат полезен лишь в случае кратковременной и интенсивной мышечной активности, например при резком рывке во время спринтерского бега. Затем его запасы должны пополняться за счет окисления жирных кислот или глюкозы.

При интенсивной работе мыши кислород быстро расходуется и аэробное дыхание стано­вится невозможным. В таких условиях мышцы регенерируют АТФ за счет анаэробного расщеп­лении глюкозы. В этом случае говорят, что рабо­та мышцы создает кислородную задолжность.

Объем и сила мышц: почему некоторые люди - сильнее, а некоторые – объемнее

Одним из конечных продуктов анаэробного получения АТФ является молочная кислота. Накапливаясь в мышцах, она изменяет их кислотно-щелочной баланс, что выражается в повышенной утомляемости, боли, а иногда и в спазмах. Время полной переработки молочной кислоты - это именно то время, ко­торое необходимо для ликвидации кислородной задолженности после энергичной работы мыши. (к оглавлению) Путем тренировки можно повысить ус­тойчивость организма к молочной кислоте и, следовательно, увеличить объем развивающейся кислородной задолженности.

Выделяют два типа скелетных мышечных воло­кон, каждый из которых имеет свои физиологические особенности. Это медленные (тониче­ские) и быстрые (фазические волокна). В некоторых мышцах могут быть только быстрые или только медленные волок­на, в других - волокна обоих типов в определен­ном соотношении.

Благодаря волокнам этих двух типов орга­низм способен передвигаться и поддерживать позу. Быстрые волокна позволяют мышце со­кращаться с высокой скоростью. В большом ко­личестве эти волокна имеются у хищников; они обеспечиваю! быстроту реакций при ловле до­бычи. Вместе с тем потенциальная добыча, что­бы не стать жертвой хищников, тоже должна быть способна к быстрому реагированию. В обоих случаях от подвижности животного будут зависеть его шансы на выживание.

Когда животное находится в покое, оно под­держивает определенную позу с помощью тони­ческих мышечных волокон. Им свойственно бо­лее медленное и длительное сокращение, но за­то энергетические затраты при этом меньше, чем при сокращении быстрых волокон.

У человека все мышцы тела состоят из волокон обоих типов, но обычно один из них доминирует. Это имеет физиологическое значение, поскольку тонические мышцы способны к медленному и длительному сокращению и их соответственно больше в позных мышцах-разгибателях, тогда как сгибателях, предназначенных для быстрых реак­ций, преобладают фазические волокна.

Быстрые мышечные волокна иногда называ­ют белыми: в них относительно мало красного пигмента миоглобина, связывающего кислород.

В медленных волокнах его намного больше и их называют красными.

Определение силы

Физическая сила человека — это способность двигать груз, преодолевая сопротивление. Грузом может быть чье-то тело, лопата со снегом, гантель с дисками или любые другие предметы. Сопротивлением обычно выступает сила притяжения Земли, которую невозможно отделить от груза, потому что вес груза определяется как количество силы, которое необходимо, чтобы оторвать этот груз от центра Земли. Есть и другие формы сопротивления, не связанные с силой притяжения, такие, как, например, упругое сопротивление, которое можно преодолеть, растягивая пружину, или сопротивление трения, которое преодолевается, когда везешь сани.

Cуществует много форм силы мышц, каждая специфична для какой-то особой функции:

Многие факторы способствуют развитию физической силы мышц человека, и не все они связаны с мускулатурой. К примеру, если у вас короткие конечности (руки и ноги), то это может помочь вам в выполнении определенных силовых задач, потому что таким образом расстояние переноса груза будет меньше. Например, длинные ноги и руки ставят в невыгодное положение, когда выполняется жим лежа или приседания со штангой (но, эти свойства помогают при выполнении становой тяги).

Для повышения силовых показателей активно применяется спортивная фармакология, эргогенные средства и спортивное питание.

Два основных свойства , от которых зависит сила мышц, - это площадь поперечного сечения мускулов и нервно-мышечная эффективность. Площадь поперечного сечения мускулов отвечает за плотность мускулов. Обычно чем плотнее становится мускул, тем он способен проявить больше силы. Отчасти это из-за того, что у более плотных мускулов более плотное мышечное волокно, а в более плотных мышечных волокнах обычно содержится больше сократительного белка, который представляет собой основной механизм сокращения мышц. Увеличивать количество сократительного белка в мышечных волокнах - это все равно что добавлять еще одного человека со своей стороны при перетягивании каната.

Нервно-мышечная эффективность - в широком смысле это понятие приводит нас к пониманию сочетания мыслительных процессов и мышечной силы. Любое сокращение мышц начинается с мозга. Та часть в вашей голове, которая называется «двигательный центр», посылает электрический сигнал по позвоночнику и дальше по двигательным нервам в мышечные волокна, благодаря чему они начинают сокращаться. Спортивные тренировки ведут к таким изменениям в системе, которые дают возможность мускулам сокращаться быстрее, используя больше силы и более эффективно. Если вы представите ваш мозг в роли сержанта-инструктора по строевой подготовке, который отдает приказания взводу мышечных волокон, чтобы они начали сокращаться, то для вас подобный взгляд может оказать влияние, подобное увеличению громкости команд от шепота до крика.

Развитие нервно-мышечной активности происходит независимо от роста мышц. Вот почему вы никогда не можете сказать наверняка, насколько силен какой-либо человек, руководствуясь размером его мышц. Человек с относительно небольшими мускулами и высоким уровнем нервно-мышечной активности с большей вероятностью сможет победить человека с большими мускулами и низким уровнем нервно-мышечной активности.

В идеале тренировки на увеличение площади поперечного сечения мускулов отличаются от тренировок на повышение нервно-мышечной активности.

Головне меню

Если вы новичок, то, скорее всего, вы не заметите этой разницы и любой вид тренировок поможет вам как увеличить размеры мускулов, так и повысить нервно-мышечную активность. Увеличивая количество упражнений или вес штанги, вы продолжите развивать площадь поперечного сечения ваших мускулов, а также повышать нервно-мышечную активность. Хотя, становясь более опытным, вы придете к выводу, что это просто невозможно найти такой вид тренировок, который бы увеличил размеры и силу мускулов одновременно. На самом деле вы не можете увеличить количество упражнений и вес штанги одновременно. Если вы хотите увеличить объем ваших тренировок, вам неминуемо придется ограничить количество веса, который вы поднимаете, таким образом, ваши мускулы не станут изнуренными очень быстро. Но если вы решите увеличить вес, который вы поднимаете, то вам нужно ограничить объем тренировок, потому что поднятие (работа) с очень тяжелым весом утомляет мускулы.

Поднимать очень тяжелые грузы - это наиболее эффективный способ увеличить нервно-мышечную активность. Поэтому если вы предпочтете увеличить количество упражнений вместо весов, с которыми вы их выполняете, вы, вероятнее всего, придете к такому состоянию, когда количество упражнений, которые вы выполняете для того, чтобы увеличить размеры своих мускулов, выполняются за счет вашей нервно-мышечной активности, а сила мышц вообще перестает развиваться. Хотя если вашей целью является повышение максимальной силы мышц настолько, насколько это возможно, то вам нужно тренироваться таким способом, который бы сбалансировал рост мышц и развитие нервно-мышечной активности.

Читайте подробнее: Различия тренировки на силу и массу

Все, кто любит спорт, знают, конечно, имя замечательного советского спортсмена, рекордсмена мира по прыжкам в длину Игоря Тер-Ованесяна . Но не всем, вероятно, известно, что однажды, после неудачного падения во время лыжной тренировки, Игорь услышал от врачей:

– Вы больше не спортсмен, молодой человек.

Нет, нога не была сломана, но частично были повреждены мышечные и нервные волокна, наступила атрофия мышц – уменьшение ее в размерах, ослабление, что бывает при длительном бездействии или нарушении питания мышцы.

Приговор был тяжелым, но… через два с половиной года Игорь установил новый рекорд мира. Как же это могло произойти? «Чудо» сотворил спорт.

Сам спортсмен, уезжая домой, говорил друзьям:

— Буду потихоньку тренироваться. Я верю в поистине чудодейственную силу физических упражнений – они еще никого никогда не подводили.

И вот «чудо» произошло. В июне 1962 года на соревнованиях в Ереване Игорь Тер-Ованесян прыгнул на 8 метров 31 сантиметр. А совсем недавно, в октябре 1967 года, на предолимпийских соревнованиях в Мехико Игорь довел рекорд Европы в прыжках в длину до 8 метров 35 сантиметров. Это повторение мирового рекорда американского спортсмена Ральфа Бостона .

Сила мышц человека

«Мышечное сокращение – это одно из удивительных явлений в живом мире. Поистине чудо, что мягкий студень может внезапно становиться твердым, изменять свою форму и поднимать груз, вес которого в тысячу раз выше его собственного, да притом еще делать это не один раз. Мышца, без сомнения, один из интереснейших экспонатов в богатом музее природы ». Эти слова принадлежат известному венгерскому ученому Сент-Дьёрди.

Каждый знает, что даже самое простое движение осуществляется при участии многих мышц. Одни обеспечивают основное движение, другие – плавность и соразмерность движений.

Они позволяют человеку осуществлять бесконечное многообразие движений с различной силой сокращений. Ведь иногда надо поднять с пола спичку, а иногда тяжелую гирю.

От чего же зависит сила мышечного сокращения ? Все от тех же нервных импульсов, о которых мы уже говорили.

Вообще в организме мышцы никогда не бывают вполне расслабленными. Это постоянное их напряжение называется тонусом (от греческого слова «тонос» – напряжение). Интересно, что мышечный тонус сохраняется без всякой затраты энергии. Это и понятно: ведь энергию приходится затрачивать тогда, когда нужно выполнить какую-то работу.

Вот простой пример. На стене висит картина. Казалось бы, что гвоздь, на котором она держится, многие годы верно выполняет свою службу. А ведь с точки зрения физики он «безработный», так как никакой видимой энергии при этом не затрачивает.

Но почему же человек устает, если неподвижно сидит или несет тяжесть, скажем, под уклон? Ведь кастрюля, стоящая на столе, «не устает», даже если она наполнена водой.

Конечно, любому школьнику понятно, что стоящий человек по сравнению с любым неодушевленным предметом непрерывно работает – он должен поддерживать равновесие. Идущий человек работает еще энергичнее – ему с каждым шагом приходится поднимать тяжесть собственного тела. И энергия эта буквально «уходит в землю»: она передается почве, вызывая ее сотрясение. Чем больше весит тело человека и груз, который он несет, тем больше расходуется энергии.

Энергия, энергетические процессы … Те, что происходят в живом организме, очень сложны. Найти для этих процессов какое-либо подобие в технике пока нельзя. Ни одна тепловая машина не работает так экономно и не имеет такого высокого коэффициента полезного действия, как живая мышца. КПД мышцы приближается к 50 процентам, тогда, как, например, у паровых машин он почти в 10 раз ниже – 5–7 процентов.

Наши мышцы обладают и еще одним ценным качеством – они могут работать «в долг», за счет собственных энергетических запасов.

Кто бегал стометровку, тот знает: за те 10–14 секунд можно успеть сделать всего один-два вдоха. Да и кровь за этот короткий промежуток времени, конечно, не успеет доставить мышцам нужное им количество кислорода. Для этого ей пришлось бы протекать по кровеносным сосудам в десятки раз быстрее, чем обычно.

Но вот спринтер у финиша, он еще бежит несколько метров, потом идет шагом, останавливается. Теперь он дышит часто и глубоко, сердце его бьется значительно быстрее и с каждым ударом выбрасывает в сосуды намного больше крови , чем до старта.

Конечно, мышца не может работать «в долг» неограниченное время. Наступает момент, когда ее энергетические запасы истощаются – мышца устает. И этому есть характерные примеры.

Кто видел когда-нибудь на стадионе бег на 400 метров? Это зрелище очень хорошо иллюстрирует умение наших мышц работать «в кредит».

Сначала бегуны несутся как настоящие спринтеры; в таком темпе они пробегают первые 200 метров. Может быть, удается пробежать и еще 100 метров в том же темпе. Но картина бега резко меняется: как будто тяжелый груз придавливает спортсменов к земле, причем всех почти одновременно. Кажется, что бегут они, как говорится, только волей, «на нервах».

«Скисли!» – презрительно заметит иной неопытный болельщик или случайный зритель. Но ведь это совсем не так. И если кто хоть раз, пробегая эту дистанцию, испытал на себе ни с чем не сравнимое чувство свинцовой тяжести вблизи трехсотметровой отметки, тот никогда так не скажет.

Почему мышцы устают?

Первые две стометровки мышцы бурно расходуют энергию, и подходит момент, когда запасы ее истощились, а переработанные вещества – продукты обмена, ненужные организму (например, так называемая молочная кислота – один из конечных продуктов распада гликогена – животного крахмала),– не успели удалиться.

В это время спортсмен как раз и ощущает сильное мышечное утомление, и бег намного замедляется: мышцы, использовав все оставшиеся запасы энергии и питания, работают практически без доставки кислорода. Но вот кровь начинает циркулировать быстрее, дыхание и сердцебиение учащаются. Мышцы снова начинают получать достаточное количество кислорода. Сила мышц вновь возрастает.

Такого тяжелого перелома не бывает, если спортсмен бежит на длинную дистанцию. У стайера утомление накапливается постепенно, но тоже иногда достигает такой степени, что впору сходить с беговой дорожки. Так иногда и поступают новички. Если же силы воли и опыта хватает и бег продолжается, то бегун вдруг ощущает прилив новых сил. Спортсмены образно назвали его «вторым дыханием ». Это значит, что мышцы, как и весь организм, приспособились к новому ритму работы.

И, наконец, мышцы обладают еще одним важным свойством – способностью к тренировке .

Наибольшая сила мышц достигается либо за счет наибольшего увеличения массы поднимаемого или перемещаемого груза, либо за счет возрастания ускорения, т. е. изменения скорости до максимальной величины. В первом случае увеличивается напряжение мышцы, а во втором - скорость ее сокращения. Движения у человека обычно происходят при сочетании сокращения мышц с их напряжением. Поэтому при возрастании скорости сокращения пропорционально увеличивается и напряжение. Чем больше масса груза, тем меньше сообщаемое ему человеком ускорение.

Максимальная сила мышцы измеряется определением массы максимального груза, который она может сместить. При таких изометрических условиях мышца почти не сокращается, а ее напряжение является предельным. Следовательно, степень напряжения мышцы - выражение ее силы.

Силовые движения характеризуются максимальным напряжением при увеличении массы груза и неизменной скорости его перемещения.

Сила мышцы не зависит от ее длины, а зависит главным образом от ее толщины, от физиологического поперечника, т. е. от количества мышечных волокон, приходящихся на наибольшую площадь ее поперечного сечения. Физиологическим поперечником называется площадь сечения всех мышечных волокон. У перистых и полуперистых мышц этот поперечник больше анатомического. У веретенообразных и параллельных мышц физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Поэтому наиболее сильные перистые мышцы, затем полуперистые, веретенообразные и, наконец, наиболее слабые мышцы с параллельным ходом волокон. Сила мышцы зависит также от ее функционального состояния, от условий ее работы, от предельной частоты и величины, пространственной и временной суммации притекающих к ней нервных импульсов, вызывающих ее сокращение, количества функционирующих нейромоторных единиц и от импульсов, регулирующих . Сила мышц повышается при тренировке, снижается при голодании и утомлении. Вначале она увеличивается с возрастом, а затем к старости уменьшается.

Сила мышцы при максимальном ее напряжении, развиваемая при наибольшем ее возбуждении и наиболее выгодной длине до начала ее напряжения, называется абсолютной .

Абсолютная сила мышцы определяется в килограммах или ньютонах (Н). Максимальное напряжение мышцы у человека вызывается волевым усилием.

Относительная сила мышцы высчитывается следующим образом. Определив абсолютную силу в килограммах или ньютонах, делят ее на число квадратных сантиметров поперечного сечения мышцы. Это позволяет сравнить силу разных мышц одного и того же организма, силу одноименных мышц разных организмов, а также изменения силы одной и той же мышцы данного организма в зависимости от сдвигов ее функционального состояния. Относительная сила скелетной мышцы лягушки 2-3 кг, разгибателя шёи человека - 9 кг, жевательной мышцы - 10 кг, двуглавой мышцы плеча - 11 кг, трехглавой мышцы плеча - 17 кг.

Растяжимость и эластичность

Растяжимостью называется способность мышцы увеличивать длину при действии груза или силы. Растяжение мышцы зависит от массы груза. Чем больше груз, тем больше растягивается мышца. По мере возрастания груза требуется все больший груз или сила для получения одинакового прироста длины. Имеет значение и продолжительность действия груза. При приложении груза или силы в течение 1-2 с происходит удлинение мышцы (быстрая фаза), а затем ее растяжение замедляется и может продолжаться несколько часов (медленная фаза). Растяжимость зависит от функционального состояния мышцы. Красные мышцы растягиваются больше белых. Растяжимость зависит и от типа строения мышцы: параллельные мышцы растягиваются больше перистых.

Скелетные мышцы обладают эластичностью, или упругостью,- способностью возвращаться после деформации в исходное состояние. Эластичность, как и, растяжимость, зависит от функционального состояния, строения мышцы, ее вязкости. Восстановление исходной длины мышцы также происходит в 2 фазы: быстрая фаза продолжается 1-2 с, медленная фаза - десятки минут. Длина мышцы после растяжения, вызванного большим грузом или силой, и после длительного растяжения долго не возвращается к исходной. После кратковременного действия небольших грузов длина мышцы быстрее возвращается к исходной. Таким образом, для эластичности мышцы имеет значение степень и продолжительность ее растяжения. Эластичность мышцы малая, непостоянная и почти совершенная.

Длина анизотропных дисков при сокращении и пассивном растяжении не изменяется. Уменьшение длины мышечного волокна при сокращении и увеличение при его растяжении происходит вследствие изменения длины изотропных дисков. При укорочении волокна до 65% изотропные диски исчезают. Во время изометрического сокращения анизотропные диски укорачиваются, а изотропные удлиняются.

При сокращении увеличивается эластичность изотропных дисков, которые становятся почти в 2 раза длиннее анизотропных. Это предохраняет волокно от разрыва при очень быстром уменьшении длины анизотропных дисков, наступающем при изометрическом сокращении мышцы. Следовательно, растяжимостью обладают только изотропные диски.

Растяжимость увеличивается при утомлении пропорционально возрастанию утомления. Растяжение мышцы вызывает повышение ее обмена веществ и температуры. Гладкие мышцы растягиваются значительно больше, чем скелетные, в несколько раз больше своей первоначальной длины.

Эластичность мышцы уменьшается при контрактурах, при окоченении. В покое эластичность мышцы является свойством миофибрилл, саркоплазмы, сарколеммы и соединительнотканных прослоек, при сокращении - свойством сокращенных миофибрилл.

Растяжение гладких мышц до критического предела может происходить без изменения их напряжения. Это имеет большое физиологическое значение при растяжении гладкой мускулатуры полых органов, в которых при этом не изменяется давление. Например, давление в мочевом пузыре не изменяется при значительном растяжении его мочой.

Работоспособность мышц

Работа мышцы измеряется произведением массы поднятого ею груза на высоту его поднятия или на путь, следовательно, на высоту сокращения мышцы. Универсальной единицей работы, а также количества теплоты, является джоуль (Дж). Работоспособность мышцы изменяется в зависимости от ее физиологического состояния и нагрузки. При увеличении груза работа мышцы вначале увеличивается, а затем после достижения максимального значения уменьшается и доходит до нуля. Начальное увеличение работы при увеличении груза зависит от повышения способности мышцы возбуждаться и от прироста высоты сокращения. Последующее уменьшение работы зависит от понижения сократительной способности мышцы вследствие возрастающего растяжения грузом. Величина работы зависит от количества мышечных волокон и их длины. Чем больше поперечное сечение мышцы, чем она толще, тем больше груз, который она может поднять.

Перистая мышца может поднять большой груз, но так как длина ее волокон меньше длины всей мышцы, то она поднимает груз на сравнительно небольшую высоту. Параллельная мышца может поднять меньший груз, чем перистая, так как ее поперечное сечение меньше, но высота подъема груза больше, так как длина ее мышечных волокон больше. При условии возбуждения всех мышечных волокон высота сокращения мышц при прочих равных условиях тем больше, чем волокна длиннее. На величину работы влияет растяжение мышечных волокон грузом. Первоначальное растяжение небольшими грузами увеличивает высоту сокращения, а растяжение большими грузами уменьшает высоту сокращения мышцы. Работа мышцы зависит также от количества мионевральных аппаратов, от их расположения и от одновременного их возбуждения. При утомлении работа мышцы уменьшается и может прекратиться; высота сокращения мышцы по мере развития утомления понижается, а затем доходит до нуля.

Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма

Так как по мере увеличения груза уменьшается высота сокращения мышцы, то работа, являющаяся произведением груза и высоты, достигает наибольшей величины при некоторых средних нагрузках. Эти средние нагрузки называются оптимальными.

При прочих равных условиях при оптимальных нагрузках мышца сохраняет свою работоспособность наиболее продолжительное время. При оптимальной нагрузке работоспособность мышцы зависит от частоты ритма ее сокращений, т. е. от частоты равномерного чередования сокращений мышцы. Ритм сокращений мышцы при средней нагрузке, при которой сохраняется наиболее продолжительная работоспособность мышцы, называется оптимальным,

У разных мышц оптимальные нагрузки и оптимальный ритм неодинаковы. Они изменяются и у данной мышцы в зависимости от условий работы и ее физиологического состояния.

Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм обусловлены прежде всего нервной системой (И. М. Сеченов). Что касается человека, то его умственная и физическая работоспособность определяется социальными условиями труда (орудиями труда, отношением к труду, эмоциями и др.). Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм у человека значительно изменяются в зависимости от жизненного опыта, возраста, питания и тренированности.

Динамическая работа и статическое усилие

Работа скелетных мышц, обеспечивающая движения тела и его частей, называется динамической, а напряжение скелетных мышц, обеспечивающее поддержание тела в пространстве и преодоление земного притяжения, называется статическим усилием.

Динамическая работа различается по мощности. Измерителем мощности, или интенсивности, является работа, выполненная в единицу времени. Единица мощности - ватт (вт = 1 Дж/с). Между интенсивностью динамической работы и ее продолжительностью существует закономерное отношение. Чем больше интенсивность работы, тем меньше ее продолжительность. Различают работу малой, умеренной, большой, субмаксимальной и максимальной интенсивности. При динамической работе учитывается скорость, или быстрота движений. Для измерения быстроты движений используются: 1) время двигательной реакции, быстрота реагирования, или латентный период двигательного рефлекса, 2) продолжительность отдельного движения при минимальном напряжении мышц, 3) число движений в единицу времени, т. с. их частота.

Скорость движений зависит от характера и ритма импульсов из центральной нервной системы, от функциональных свойств мышц во время движений, а также от их строения. Способность производить мышечную деятельность определенного вида и интенсивности в течение наибольшего времени обозначается как выносливость. Чем больше выносливость, тем позднее начинается утомление.

Основные виды выносливости: 1) статическая - непрерывное, в течение предельного времени поддерживание напряжения скелетных мышц при постоянной силе давления или удерживании в постоянном положении определенного груза. Предельное время статического усилия тем меньше, чем больше сила давления или величина груза, 2) динамическая - непрерывное выполнение мышечной работы определенной интенсивности в течение предельного времени. Предельное время динамической работы скелетных мышц, зависит от ее мощности. Чем больше мощность, тем короче предельное время динамической выносливости.

Динамическая выносливость в большой степени зависит от повышения работоспособности внутренних органов, особенно сердечнососудистой и дыхательной систем.

Динамическая работа характеризуется также ловкостью.

Ловкость - это способность производить координированные движения с очень большой пространственной точностью и правильностью, быстро и в строго определенные, очень небольшие промежутки времени при внезапной перемене внешних условий.

Статическое усилие состоит в поддержании в течение некоторого времени напряжения мышц, т. е. в удержании веса тела, конечности или груза в неподвижном состоянии. В физическом смысле удерживание груза или тела в неподвижном состоянии не является работой, так как при этом отсутствует движение груза или веса тела. Примерами статических усилий являются неподвижное стояние, вис, упор, неподвижное держание руки, ноги или груза. Продолжительность статического усилия зависит от степени напряжения мышц. Чем меньше величина напряжения мышц, тем оно продолжительнее. При статических усилиях расходуется, как правило, значительно меньше энергии, чем при динамической работе. Расход энергии тем больше, чем тяжелее статическое усилие. Тренировка увеличивает продолжительность статических усилий.

Выносливость к статическим усилиям зависит не от повышения работоспособности внутренних органов, а главным образом от функциональной устойчивости двигательных центров к частоте и силе афферентных импульсов.



 

Возможно, будет полезно почитать: