Чем измеряется мышечная сила элек. Сила мышц. Виды силы и её измерение. Факторы, определяющие силу мышц. Определение силовой выносливости

Для исследования мышечной силы используются специальные приемы, при которых нагрузка падает только на отдельные мышцы и группы мышц. Исследуемого просят выполнить определенные движения в условиях сопротивления, о чем говорилось выше, либо наоборот - исследуемый оказывает сопротивление активным действиям врача. Там, где это возможно, обязательно сопоставляются симметричные группы мышц.
Исследование мышечной силы не проводится при локальном воспалении мышц, фасций, сухожилий, их разрыве, при ушибе, наличии гематомы.

В клинической практике мышечную силу условно подразделяют на 5 градаций:
1 - мышечная сила нормальная;
2 - мышечная сила снижена;
3 - мышечная сила резко снижена;
4 - напряжение мышцы совершается без двигательного эффекта;
5 - мышца парализована.

М. Доэрти, Д. Доэрти (1993 г.) приводят классификацию клинической оценки силы мышц, предложенную Медицинским исследовательским Советом.
Можно пользоваться упрощенным подразделением мышечной силы на нормальную, ослабленную (сниженную), ее отсутствие.

Некоторые приемы исследования мышечной силы в условиях сопротивления были приведены при описании исследования двигательной функции мышц. Приводим другие.
Определение силы мышц плечевого пояса . Исследуемый, согнув руки в локтевых суставах, поднимает их до уровня плеч и удерживает в таком положении. Врач, положив руки на локтевые суставы сверху, оказывает давление вниз. По степени сопротивления оценивается сила мышц плечевого пояса.

Определение силы мышц, сгибающих предплечье . Исследуемый сгибает руку в локтевом суставе и удерживает ее в таком положении. Врач делает попытку разогнуть ее, упершись одной рукой в плечо, другой захватив руку на уровне лучезапястного сустава.

Определение силы мышц, разгибающих предплечье в локтевом суставе . Рука исследуемого максимально согнута в локтевом суставе. Врач одной рукой удерживает его за плечо, другой, захватив за предплечье на уровне лучезапястного сустава, оказывает сопротивление исследуемому при разгибании руки в локтевом суставе.

Определение силы сгибателей и разгибателей кисти . Врач одной рукой фиксирует предплечье исследуемого на уровне дистальной трети предплечья, другой рукой фиксирует его ладонь (кулак), препятствуя сгибанию, а потом разгибанию кисти в лучезапястном суставе.

Определение силы мышц кисти . Врач попеременно или одновременно вкладывает указательный и средний пальцы в кисть исследуемого и просит их сжать. По степени сжатия оценивается сила сгибателей пальцев. Определение силы сгибателей бедра. Исследуемый лежит с вытянутыми ногами. Врач, положив руку на коленную чашечку или чуть выше, и, зафиксировав коленный сустав, предлагает ему согнуть ногу. По Величине усилия, приложенного к удержанию ноги в вытянутом положении, оценивается сила.

Определение силы сгибателей и разгибателей стопы . Исследуемый лежит на спине со стопами, свисающими над краем кушетки. Врач одной рукой фиксирует голень, другой, захватив стопу в дистальном отделе, оказывает Сопротивление при ее сгибании и разгибании в голеностопном суставе.

Определение силы мышц сгибающих и разгибающих пальцы стопы . Врач фиксирует пальцы стопы их поперечным захватом между большим и указательным пальцами и просит исследуемого выполнить сгибание и разгибание пальцев.

Мышечную силу определяют методом действия и противодействия, т. е. больного просят выполнять свойственное для сустава движение и, противодействуя рукой исследующего, определяют напряжение мышц. Силу мышц оценивают по 5-балльной системе: 5 баллов - мышцы здоровой конечности, 4 балла - незначительная атрофия мышц, но сила позволяет преодолеть вес сегмента конечности и препятствие, создаваемое рукой исследователя. Однако сопротивление слабее, чем на здоровой конечности. 3 балла - умеренная атрофия мышц с активным преодолением веса сегмента, но без сопротивления. 2 балла - выраженная атрофия, мышцы с трудом сокращаются, но без веса сегмента. 1 балл - выраженная атрофия мышц, сокращений нет.

Лабораторные: Клинические анализы

Под клиническими исследования понимают в первую очередь, общие анализы крови, мочи и кала. Это тот минимум лабораторных исследований, без которого пострадавшему невозможно провести полноценную терапию, а тем более выполнить хирургическое вмешательство без риска получить тяжелое осложнение или даже летальный исход.

Исследование крови проводят с подсчетом количества эритроцитов, лейкоцитов и лейкоформулы, определением уровня содержания гемоглобина, цветового показателя, гематокритного числа, СОЭ. Если предполагается оперативное вмешательство, есть подозрение на продолжающееся внутритканевое или внутриполостное кровотечение, исследование дополняют подсчетом тромбоцитов, ретикулоцитов, определением времени свертываемости и длительности кровотечения.

Приводим примерные нормальные показатели, перечисленных инградиентов исследований у взрослого человека. Почему примерные? Да потому, что они имеют колебания в зависимости от возраста, пола, иногда времени суток и места жительства исследуемого. Приводим средние цифры норм для центральной зоны России без учета экстремальных климатических районов Крайнего Севера, Северо-Востока, Юга.

Количество эритроцитов: Мужчины (4,0…5,5) х10 12/л; Женщины (3,6…5,0) х10 12/л.

Количество лейкоцитов: (4,0…4,8) х10 12/л

Гематокритное число – соотношение объемов эритроцитов и плазмы циркулирующей

крови: Мужчины - 0,380 – 0,480; Женщины – 0,330 – 0, 450;

Тромбоциты (180…320) х 10 9/л

Ретикулоциты (молодые формы эритроцитов) в норме в циркулирующей крови их от 0,2 до

1%, т. е. (30…70) х 10 9/л

Длительность кровотечения (по Дьюку) – 2-3 минуты

Время свертываемости крови (по Сухареву) – начало от 30 секунд до 2 минут.

Конец от 3 до 5 минут.

Лейкоформула –процентное содержание разных лейкоцитов в мазке крови. Исследование практически не специфическое, но очень важное, так как является показателем тяжести состояния больного.

Моча – определяют количество, цвет, прозрачность, плотность (норма 1,008-1,025, колеблется в течение суток). РН – 4.5 – 8. 0. Пробы на белок, глюкозу, билирубин – должны быть отрицательные.

При травмах – исследование на наличие крови. Положительная реакция указывать на повреждение мочеполовых органов и мочевыводящих путей. При тяжелых травмах – олигурия, анурия указывают на тяжесть состояния больного и являются прогностически плохим признаком.

Кал – наличие крови в кале после травмы подтверждает повреждение кишечника, другие отклонения от нормы могут указывать на сопутствующие заболевания: нарушение фукнции печени, поджелудочной железы, гельминты и. т. д.

Из общеклинических анализов важное значение имеют исследование жидкостей, полученных из серозных полостей: плевральной, перикарда, брюшной полости, сустава, люмбальной. Содержимое этих полостей при травмах может говорить о многом. Наличие крови в плевральной полости указывает на гематоракс или продолжающееся кровотечение. То же самое можно получит из брюшной полости, но в отличие от плевральной, содержимым ее может быть транссудат с примесью мочи, желчи, содержимого кишечника и даже остатков пищи, что указывает на катастрофу соответствующих органов.

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.

Но не обычных, которые используются в промышленности, а специальных - медицинских. К медицинским динамометрам относят кистевой, также называемый ручным, динамометр и становой динамометр. В данной статье мы расскажем, как же проводят измерения при помощи данных приборов.

Итак, начнем с кистевого динамометра. Данный прибор предназначается для определения сжимающей силы мышц сгибающих пальцы обоих рук человека, а также для диагностики состояния и функции рук, как здоровых людей, так и восстанавливающихся после травм. Динамометр кистевой используется врачами, которые занимаются физиотерапией, кроме того, динамометр применяется в правоохранительных органах, вооруженных силах и МЧС. Приборы для измерения силы незаменимы для подготовки профессиональных спортсменов. В качестве примера кистевого динамометра можно привести такие приборы, как: механический ДК и электронный ДМЭР.

Динамометр кистевой ДК.

Для проведения измерений изометрической силы с использованием динамометра не требуется много времени, к тому же процесс замера не утомляет испытуемого. Для получения точных абсолютных результатов необходимо, чтобы пациент соблюдал определенное положение тела и угол отдельных суставов. Пусть обследуемый человек вытянет руку с кистевым динамометром и отведет её в сторону перпендикулярно туловищу. Свободная рука, при этом, должна быть расслаблена и опущена вниз. После чего, по команде, он должен будет сжать динамометр кистевой так сильно, как только сможет. Динамометрическое измерение может проходить поочередно обеими руками несколько раз, при этом, выбирается лучший результат для каждой руки.

Делать выводы на основании абсолютных результатов проведенных измерений можно только в динамике, когда предыдущие результаты были занесены в специальный дневник. В противном случае, поскольку на результаты измерений, проведенных с использованием динамометра, оказывают влияние такие факторы, как возраст, пол испытуемого, а также рост и вес, следует использовать более объективные показатели. Самым объективным показателем силы будет являться так называемая, относительная величина мышечной силы. Это связано, помимо перечисленных факторов, с тем, что в ходе тренировок, рост абсолютных показателей силы тесно связан с ростом мышечной массы человека, и как следствие с его весом.

Чтобы определить величину относительной силы кисти, нужно абсолютные показания в килограммах, полученные измерением ручным динамометром, умножить на 100 и разделить на вес тела спортсмена. Для мужчин, не занимающихся спортом, этот показатель должен составлять 60-70, а для женщин 45-50.

Становая динамометрия, проводимая с использованием станового динамометра, это, можно сказать, комплексное измерение силовых качеств спортсмена, поскольку в таком исследовании участвуют практически все основные мышцы. Упражнение становой тяги с использованием динамометра должно применяться во всех учреждения диспансерного типа спортивно-оздоровительного профиля. В качестве примера станового динамометра можно привести ДС-200 и ДС-500.

Динамометр Становой ДС-200

Становая динамометрия подразумевает использование станового динамометра - прибора, который по виду напоминает обычный ножной эспандер, который состоит из рукояти, подножки, подкладываемой под ноги, троса и измерительного прибора с датчиком и отсчитывающим устройством. Испытуемый должен потянуть рукоять на себя и вверх так сильно, как только сможет, при этом, ноги должны быть прямыми в коленях.

Относительная величина становой силы рассчитывается точно так же, как и в ручной динамометрии, однако, здесь показатели индекса должны быть в разы больше. Например:

Если индекс менее 170 - то индекс относительной величины становой силы низкий.

• От 170 до 200 - ниже среднего.
• 200 - 230 - средний.
• 230 - 260 - выше среднего.
• Если же более 260 - то считается высоким.

Увеличение относительных показателей силы, как ручной, так и становой, как правило, говорит о повышении мышечной силы, а, следовательно, об увеличении мышечной массы в процентном соотношении.

Показания таких измерений используются в неврологии при обследовании заболеваний, которые могут сопровождаться мышечной слабостью, например, миастения, рассеянный склероз со слабостью конечностей, а также, различные последствия инсульта.

Отдельно следует выделить такой вид исследования, как динамография, при котором показатели силы и скорости сокращения мышц записываются на графике. Как видно из названия, суть этого метода состоит в том, что показания записываются в графическом виде в динамике (во времени). Часто, динамография связана с какими либо упражнениями или обстоятельствами, эффективность которых необходимо измерить.

У детей, также существуют усредненные показатели динамометрии, которые принято считать нормой. Усредненные величины различаются в зависимости от пола, роста, возрастной категории испытуемого. Измерения силы кисти правой руки и становой силы, обычно, проводят для детей в возрасте от восьми до 18 лет в два этапа, с небольшим перерывом для отдыха. Так, нормы показателей силы кисти правой руки для мальчиков составляют:

• От 13 до 18,5 кг - для возраста 8-11 лет.
• 21,6 - 37,6 кг - 12-15 лет.
• 45,9 - 51 кг - 16-19 лет.

Для девочек, норма колеблется в пределах:

• 9,8 - 17,1 кг - для возраста 8-11 лет.
• 19,9 - 28,3 кг - 12-15 лет.
• 31,3 - 33,8 кг - 16-19 лет.

Завершая статью, скажем только что динамометрия - это важный элемент антропометрии, который нашел свое применение в физиологии, спортивной медицине, гигиене спорта. Благодаря показателям абсолютной и относительной величины силы производится оценка степени физического развития человека.

Скелетные мышечные волокна подразделяются на быстрые и медленные. Скорость сокращения мышц различна и зависит от их функции. Например, быстро сокращается икроножная мышца, а глазная мышца сокращается еще быстрее.

Рис. Типы мышечных волокон

В быстрых мышечных волокнах более развит саркоплазматический ретикулум, что способствует быстрому выбросу ионов кальция. Их называют белыми мышечными волокнами.

Медленные мышцы построены из более мелких волокон, и их называют красными из-за их красноватой окраски, обусловленной высоким содержанием миоглобина.

Рис. Быстрые и медленные мышечные волокна

Таблица. Характеристика трех типов волокон скелетных мышц

Сила мышц

Силу мышцы определяют по максимальной величине груза, который она может поднять, либо по максимальной силе (напряжению), которую она может развить в условиях изометрического .

Одиночное мышечное волокно способно развить усилие 100-200 мг. В теле примерно 15-30 млн волокон. Если бы они действовали параллельно в одном направлении и одновременно, то могли бы создать напряжение 20-30 т.

Сила мышц зависит от ряда морфофункциональных, физиологических и физических факторов.

Расчет мышечной силы

Сила мышц возрастает с увеличением площади их геометрического и физиологического поперечного сечения. Физиологическое поперечное сечение мышцы представляет собой сумму поперечных сечений всех волокон мышцы по линии, проведенной перпендикулярно ходу мышечных волокон.

В мышце с параллельным ходом волокон (например, портняжная мышца) площади геометрического и физиологического поперечных сечений равны. В мышцах с косым ходом волокон (межреберные) площадь физиологического сечения больше площади геометрического и это способствует увеличению силы мышц. Еще больше возрастают физиологическое сечение и сила у мышц с перистым расположением мышечных волокон, которое наблюдается в большинстве мышц тела.

Для того чтобы иметь возможность сопоставить силу мышечных волокон в мышцах с различным гистологическим строением, используют понятие абсолютной силы мышцы.

Абсолютная сила мышцы — максимальная сила, развиваемая мышцей, в перерасчете на 1 см 2 физиологического поперечного сечения. Абсолютная сила бицепса составляет 11,9 кг/см 2 , трехглавой мышцы плеча — 16,8, икроножной 5,9, гладких мышц — 1 кг/см 2 .

где А мс — мышечная сила (кг/см 2); Р — максимальный груз, который способна поднять мышца (кг); S — площадь физиологического поперечного сечения мышцы (см 2).

Сила и скорость сокращения , утомляемость мышцы зависят от процентного соотношения различных типов двигательных единиц, входящих в эту мышцу. Соотношение разных типов двигательных единиц в одной и той же мышце у разных людей неодинаково.

Различают следующие типы двигательных единиц:

• медленные неутомляемые (имеют красный цвет), они развивают небольшую силу сокращения, но могут длительно находиться в состоянии тонического напряжения без признаков утомления;
• быстрые, легко утомляемые (имеют белый цвет), их волокна развивают большую силу сокращения;
• быстрые, относительно устойчивые к утомлению, развивающие относительно большую силу сокращения.

У разных людей соотношение числа медленных и быстрых двигательных единиц в одной и той же мышце определено генетически и может значительно различаться. Чем больше в мышцах человека процент медленных волокон, тем более она приспособлена к длительной, но небольшой по мощности работе. Лица с высоким содержанием в мышцах быстрых сильных моторных единиц способны развивать большую силу, но склонны к быстрому утомлению. Однако надо иметь в виду, что утомление зависит и от многих других факторов.

Сила мышцы увеличивается при ее умеренном растяжении. Одним из объяснений этого свойства мышц является то, что при умеренном растяжении саркомера (до 2,2 мкм) увеличивается вероятность образования большего количества связей между актином и миозином.

Рис. Соотношение между силой сокращения и длиной саркомера

Рис. Соотношение между силой мышцы и ее длиной

Сила мышц зависит от частоты нервных импульсов , посылаемых к мышце, синхронизации сокращения большого числа моторных единиц, преимущественного вовлечения в сокращение того или иного типа моторных единиц.

Сила сокращений увеличивается:

• при вовлечении в процесс сокращения большего количества моторных единиц;
• при синхронизации сокращения моторных единиц;
• при вовлечении в процесс сокращения большего количества белых моторных единиц.

При необходимости развить небольшое усилие сначала активируются медленные неутомляемые моторные единицы, затем быстрые, устойчивые к утомлению. Если надо развить силу более 20-25% от максимальной, то в сокращение вовлекаются быстрые, легко утомляемые моторные единицы.

При напряжении до 75% от максимально возможного практически все моторные единицы активированы и дальнейший прирост силы идет за счет увеличения частоты импульсов, посылаемых к мышечным волокнам.

При слабых сокращениях частота посылки нервных импульсов по аксонам мотонейронов составляет 5-10 имп/с, а при большой силе сокращения может доходить до 50 имп/с.

В детском возрасте прирост силы идет главным образом за счет увеличения толщины мышечных волокон, что связано с увеличением в них количества миофибрилл. Прирост числа волокон незначителен.

При тренировке мышц у взрослых нарастание их силы связано с увеличением миофибрилл, а повышение их выносливости обусловлено увеличением числа митохондрий и получением АТФ за счет аэробных процессов.

Имеется взаимосвязь силы и скорости сокращения мышцы. Скорость сокращения мышцы тем больше, чем больше ее длина (за счет суммации сократительных эффектов саркомеров). Она уменьшается при увеличении нагрузки. Тяжелый груз можно поднять только при медленном движении. Максимальная скорость сокращения, достигаемая при сокращении мышц человека, около 8 м/с.

Мощность мышцы равна произведению мышечной силы на скорость укорочения. Максимальная мощность достигается при средней скорости укорочения мышц. Для мышц руки максимальная мощность (200 Вт) достигается при скорости сокращения 2,5 м/с.

Сила сокращения и мощность мышцы снижаются при развитии утомления.