Степень укорочения мышцы при сокращении зависит от силы раздражения, морфологических свойств и физиологического состояния. Длинные мышцы сокращаются на большую величину, чем короткие. Незначительное растяжение мышцы, когда напрягаются упругие компоненты, увеличивает ее сокращение, а при сильном растяжении сила сокращения уменьшается. Это зависит от условий взаимодействия актиновых и миозиновых нитей в процессе сокращения. Напряжение, которое могут paзвивать миофибриллы, определяется числом поперечных мостиков миозиновых нитей, взаимодействующих с нитями актина, так как мостики служат местом взаимодействия и развития усилия между двумя типами миофиламентов (нитей). В состоянии покоя довольно значительная часть поперечных мостиков взаимодействует с актиновыми нитями. При сильном растяжении мышцы актиновые и мнозиновые нити почти перестают перекрываться и между ними образуются незначительные поперечные связи. Величина сокращения снижается также при утомлении мышцы.
Силу мышцы определяют по максимальному напряжению, которое она может развить в условиях изометрического сокращения или поднимая максимальный груз. Изометрически сокращающаяся мышца развивает максимально возможное для нее напряжение в результате активации всех мышечных волокон. Такое напряжение мышцы называют максимальной силой. Максимальная сила мышцызависит от числа мышечных волокон, составляющих мышцу, в их толщины. Они формируют анатомический поперечник мышцы, который определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине. Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику названо относительной силой мышцы, измеряемой в кг/см 2 .
Существует также понятие физиологического поперечника мышцы - это поперечный разрез мышцы, перпендикулярный ходу ее волокон. В мышцах с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим. У мышц с косыми волокнами он будет больше анатомического. По этой причине сила мышцы с косыми волокнами значительно больше силы мышцы той же толщины с продольными волокнами. Большинство мышц животных с косыми волокнами перистого строения. Такие мышцы имеют большой физиологический поперечник, поэтому и обладают большой силой. Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называют абсолютной силой мышцы. В процессе мышечной работы поперечник мышцы увеличивается и следовательно, возрастает сила данной мышцы.
Работа мышц
При сокращении мышца укорачивается, совершая работу. Работу мышцы, при которой происходит перемещение груза и движение костей в суставах, называют динамической. Мышца производит работу и в том случае, когда она сокращается изометрически, развивая напряжение без укорочения мышцы, например при удержании груза. При этом внешней работы нe производится, и такую работу называют статической.
Динамическая работа мышцы (w ) измеряется произведением массы груза (р) на высоту его подъема (А) и выражается в килограммометрах: w = ph (кгм). Внешняя механическая работа мышцы по мере возрастания груза вначале увеличивается, а затем уменьшается.
Зависимость работы от величины груза выражается законом средних нагрузок: работа мышцы будет наибольшей при средних нагрузках. Кроме нагрузок, имеет значение и ритм работы. Максимальная работа будет выполнена при среднем ритме сокращения (закон средних скоростей).
Мы перевели, переработали и отредактировали грандиозную базовую статью Грега Нуколса о том, как взаимосвязан объем и сила мышц. В статье подробно объясняется, к примеру, почему средний пауэрлифтер на 61% сильнее среднего бодибилдера при том же объеме мышц.
Наверняка вам встречалась такая картина в спортзале: огромный мускулистый парень делает приседания с 200-килограммовой штангой, пыхтя и делая небольшое количество повторений. Затем с такой же штангой работает парень с намного менее массивными ногами, но легко делает большее количество повторений.
Аналогичная картина может повторяться и в жиме или становой. Да и из курса школьной биологии нас учили: сила мышцы зависит от площади поперечного сечения (грубо говоря – от толщины), однако наука показывает, что это сильное упрощение и дело обстоит не совсем так.
Площадь поперечного сечения мышцы.
В качестве примера посмотрите, как 85-килограммовый парень жмет от груди 205 кг:
Однако гораздо более массивные ребята не могут приблизиться к таким показателям в жиме.
Или вот 17-летний атлет приседает со штангой 265 кг:
При этом его объемы намного меньше многих атлетов, кому до такого результата далеко.
Ответ прост: на силу влияет много других факторов, кроме объема мышц
Средний мужчина весит около 80 кг. Если человек – не тренированный, то тогда около 40% веса его тела составляют скелетные мышцы или около 32 кг. Несмотря на то, что рост мышечной массы очень сильно зависит от генетики, в среднем мужчина способен за 10 лет тренировок увеличить свою мышечную массу на 50%, то есть добавить к своим 32 кг мышц еще 16.
Скорее всего 7-8 кг мышц из этой прибавки добавится в первый год упорных тренировок, еще 2-3 кг – за следующие пару лет, а остальные 5-6 кг – за 7-8 лет упорных тренировок. Это типичная картина роста мышечной массы. С ростом мышечной массы примерно на 50% сила мышц возрастет в 2-4 раза.
Грубо говоря, если в первый день тренировок человек может поднять на бицепс вес в 10-15 кг, то впоследствии этот результат может вырасти до 20-30 кг.
С приседом: если в первые тренировки вы приседали с 50-килограммовой штангой, этот вес может вырасти до 200 кг. Это не научные данные, просто для примера – как могут расти силовые показатели. При подъеме на бицепс сила может вырасти примерно в 2 раза, а вес в приседаниях – в 4 раза. Но при этом объем мышц вырос только на 50%. То есть получается, что в сравнении с ростом массы, сила растет в 4-8 раз больше.
Безусловно мышечная масса имеет важное значение для силы, но, возможно, не определяющее. Давайте пройдемся по основным факторам, влияющим на силу и массу.
Мышечные волокна
Как показывают исследования: чем больше размер мышечного волокна, тем больше его сила.
На этом графике показана явная зависимость размеров мышечных волокон и их силы:
Как зависит сила (вертикальная шкала) от размера мышечных волокон (горизонтальная шкала). Исследование: From Gilliver, 2009 .
Однако если абсолютная сила стремится к росту при бОльшем объеме мышечных волокон, относительная сила (сила в соотношении с размером) — наоборот — падает .
Давайте разберемся почему так происходит.
Есть показатель для определения силы мышечных волокон относительно их объема — “specific tension” (переведем его как «удельная сила»). Для этого нужно максимальную силу разделить на площадь поперечного сечения:
Мышечные волокна: удельная сила волокон бодибилдеров на 62% ниже лифтеров
Так вот дело в том, что удельная сила очень сильно зависит от типа мышечных волокон .
В этом исследовании ученые выяснили, что удельная сила мышечных волокон профессиональных бодибилдеров на целых 62% ниже, чем у профессиональных лифтеров .
То есть, условно говоря, мышцы среднего пауэрлифтера сильнее на 62% мышц среднего бодибилдера при одинаковом объеме.
Более того, мышечные волокна бодибилдеров также слабее на 41%, чем у нетренированных людей из расчета на их площадь поперечного сечения. То есть из расчета на квадратный сантиметр толщины, мышцы бодибилдеров слабее, чем у тех, кто вообще не тренировался (но в целом, бодибилдеры, конечно, сильнее за счет общего объема мышц).
В этом исследовании сравнили разные мышечные волокна и выяснили, что самые сильные мышечные волокна в 3 раза сильнее самых слабых той же толщины — это очень большая разница.
Мышечные волокна быстрее растут в площади сечения, чем в силе
Так вот оба этих исследования показали, что с увеличением размера мышечных волокон их сила к толщине падает . То есть в размерах они растут больше, чем в силе .
Зависимость такая: при удвоении площади поперечного сечения мышцы ее сила вырастает только на 41%, а не в 2 раза .
В этом плане с силой мышечного волокна лучше коррелирует диаметр волокна, а не площадь сечения (внесите это исправление в школьные учебники по биологии!)
В конечном итоге все показатели ученые свели вот к такому графику:
По горизонтали: увеличение площади поперечного сечения мышцы. Синяя линия — рост диаметра, красная — общий рост силы, желтая — рост удельной силы (на сколько сила увеличивается при увеличении площади поперечного сечения).
Вывод, который можно сделать: с ростом объема мышц растет и сила, однако прирост размера мышцы (т.е. площади поперечного сечения) обгоняет прирост силы . Это усредненные показатели, собранные из целого ряда исследований и в некоторых исследованиях данные разнятся.
К примеру, в этом исследовании за 12 недель тренировок у подопытных площадь сечения мышц выросла в среднем на 30%, но при этом удельная сила не изменилась (то есть, читаем между строк, сила тоже увеличилась примерно на 30%).
Результаты этого исследования схожи: площадь поперечного сечения мышцы увеличилась у участников на 28-45% после 12 недель тренировок, но удельная сила не изменилась.
С другой стороны, эти 2 исследования (раз и два) показали увеличение удельной силы мышц при отсутствии роста самих мышц в объеме. То есть сила выросла, а объем — нет и благодаря этому сочетанию, получается, выросла удельная сила.
Во всех этих 4 исследованиях сила росла в сравнении с диаметром мышцы, но в сравнении с площадью поперечного сечения сила росла только в том случае, если мышечные волокна не росли.
Итак, давайте подытожим важную тему с мышечными волокнами:
- Люди сильно отличаются по количеству мышечных волокон того или другого типа . Помните: удельная сила мышечных волокон у лифтеров (тренирующих силу) в среднем на 61% больше, чем у бодибилдеров (тренирующих объем). Грубо говоря, при одинаковых по объему мышцах лифтерские сильнее в среднем на 61%.
- Самые слабые мышечные волокна в 3 раза слабее самых сильных . Их количество у каждого человека определяется генетически. Это означает, что гипотетически максимально возможная разница в силе мышц одного и того же объема — различается до 3 раз.
- Удельная сила (сила на квадратный сантиметр поперечного сечения) не всегда растет с тренировками . Дело в том, что площадь поперечного сечения мышц растет в среднем быстрее, чем сила.
Место прикрепления мышц
Важный фактор силы — это то, как крепятся мышцы к костям и длина конечностей. Как вы помните из школьного курса физики — чем больше рычаг, тем легче поднимать вес.
Если прилагать усилие в точке А, то потребуется намного больше силы для подъема того же веса по сравнению с точкой B.
Соответственно, чем дальше мышца прикреплена (и чем короче конечность) — тем больше рычаг и тем бОльший вес можно поднять. Этим отчасти объясняется, почему некоторые довольно худые ребята способны поднимать намного больше некоторых особо объемных.
К примеру, в этом исследовании говорится, что разница в силе в зависимости от места прикрепления мышц в коленном суставе у разных людей составляет 16-25%. Тут уж как повезло с генетикой.
Причем, с ростом мышц в объеме момент силы увеличивается: это происходит потому, что с ростом мышцы в объеме «угол атаки» немного меняется и этим отчасти объясняется то, что сила растет быстрее объема.
В исследовании Andrew Vigotsky есть отличные картинки, наглядно демонстрирующие, как это происходит:
Самое главное — это заключение: последняя картинка, демонстрирующая, как с ростом толщины мышцы (площади поперечного сечения) — меняется угол приложения усилий, а значит и двигать рычаг более объемным мышцам становится легче.
Способность нервной системы активировать больше волокон
Еще один фактор силы мышц вне зависимости от объема — способность ЦНС (центральной нервной системы) активировать как можно большее количество мышечных волокон для сокращения (и расслаблять волокна — антагонисты).
Грубо говоря, способность максимально эффективно передавать мышечным волокнам правильный сигнал — на напряжение одних и расслабление других волокон. Вы наверняка слышали, что в обычной жизни мы способны передавать мышцам лишь определенное нормальное усилие, но в критический момент сила может вырастать многократно. В этом месте обычно приводятся примеры, как человек поднимает автомобиль, чтобы спасти жизнь близкого (и таких примеров действительно довольно много).
Впрочем, научные исследования пока не смогли доказать это в полной мере.
Ученые сравнивали силу «добровольного» сокращения мышц, а затем с помощью электростимуляции добивались еще большего — 100% напряжения всех мышечных волокон.
В результате оказалось, что «добровольные» сокращения составляют около 90-95% от максимально возможной сократительной силы , которой добивались с помощью электростимуляции (непонятно только какую погрешность и влияние такие «стимулирующие» условия оказали на мышцы-антагонисты, которые нужно расслаблять для получения большей силы — прим. Зожника ).
Ученые и автор текста делают выводы: вполне возможно, что некоторые люди смогут значительно увеличить силу, натренировав передачу сигналов мозга к мышцам, но большинство людей не способны значительно увеличить силу только за счет улучшения способности активировать больше волокон.
Нормализованная сила мышцы (НСМ)
Максимальная сократительная сила мышцы зависит от объемов мышцы, силы мышечных волокон, из которых она состоит, от «архитектуры» мышцы, грубо говоря, от всех факторов, что мы указали выше.
Объем мышцы согласно исследованиям отвечает примерно за 50% разницы в силовых показателях у разных людей.
Еще 10-20% разницы в силе объясняют «архитектурные» факторы, такие как место прикрепления, длина фасций.
Остальные факторы, отвечающие за оставшиеся 30-40% разницы в силе, вообще не зависят от размеров мышц .
Для того, чтобы рассмотреть эти факторы важно ввести понятие — нормализованная сила мышцы (НСМ) — это сила мышцы в сравнении с площадью ее сечения. Грубо говоря, насколько сильна мышца по сравнению со своим размером .
Большинство исследований (но не все) показывают, что НСМ растет по мере тренировок. Но при этом, как мы рассмотрели выше (в разделе про удельную силу), сам по себе рост объема не дает такой возможности, это значит, что рост силы обеспечивается не только ростом объема, улучшением прохождения мышечных сигналов, а другими факторами (теми самыми, что отвечают за те оставшиеся 30-40% разницы в силе).
Что это за факторы?
Улучшение качества соединительных тканей
Один из этих факторов — с ростом тренированности улучшается качество соединительной ткани, передающей усилия от мышц к костям . С ростом качества соединительной ткани скелету передается бОльшая часть усилий, а значит растет сила при том же объеме (то есть растет нормализованная сила).
Согласно исследованию до 80% силы мышечного волокна передается окружающим тканям, которые прикрепляют мышечные волокна к фасциям с помощью ряда важных белков (endomysium, perimysium, epimysium и другие). Эта сила передается сухожилиям, увеличивая общую передаваемую силу от мышц к скелету.
В этом исследовании , к примеру, показано, что ДО тренировок НСМ (сила всей мышцы на площадь поперечного сечения) была на 23% выше, чем удельная сила мышечных волокон (сила мышечных волокон на площадь поперечного сечения этих волокон).
А ПОСЛЕ тренировок НСМ (удельная сила всей мышцы) была на 36% выше (удельной силы мышечных волокон). Это означает, что сила всей мышцы при тренировках растет лучше, чем сила суммы всех мышечных волокон .
Ученые связывают это с ростом соединительных тканей, позволяющих эффективнее передавать силу от волокон к костям.
Сверху и снизу схематично показаны сухожилия — между ними — мышечное волокно. С ростом тренированности (правый рисунок) растет и соединительная ткань вокруг мышечных волокон, количество и качество соединений, позволяя эффективнее передавать усилие мышечного волокна к сухожилиям.
Идея о том, что с ростом тренированности улучшается качество волокон передающих усилие (и рисунок выше) взяты из исследования 1989 года и пока это по большей части теория.
Впрочем, есть исследование 2010 года , поддерживающее эту позицию. В ходе этого исследования при не изменившихся показателях мышечных волокон (удельная сила, пиковая сила) общая сила всей мышцы в среднем выросла на 17% (но с большим разбросом у разных людей: от 6% до 28%).
Антропометрия как фактор силы
В дополнение ко всем перечисленным факторам силы мышц, общая антропометрия тела также влияет на количество выдаваемой силы и насколько эффективно эта сила может передаваться при сгибании суставов (причем, независимо от момента силы отдельных суставов).
Возьмем для примера приседание со штангой. Гипотетическая ситуация: 2 одинаково тренированных человека с мышцами одинакового размера и состава волокон, идентично прикрепленные к костям. Если при этом у человека А бедро длиннее на 20%, чем у человека B, то человек B должен гипотетически приседать с весом на 20% больше .
Однако в реальности все происходит не совсем так, в связи с тем, что при изменении длины костей пропорционально меняется и место прикрепления мышц.
Таким образом, если у человека А бедро длиннее на 20%, то и место прикрепления мышц к кости бедра (величина рычага) также пропорционально — на 20% дальше — а значит, длина бедра нивелируется выигрышем в прикреплении мышцы дальше от сустава. Но это в среднем . В реальности антропометрические данные, конечно, разнятся от человека к человеку.
Например, есть наблюдение , что пауэлифтеры с более длинной голенью и коротким бедром склонны приседать с бОльшим весом, чем те, у кого бедро длиннее относительно голени . Аналогичное наблюдение и по поводу длины плеча и жима штанги от груди.
Независимо от всех остальных факторов антропометрия тела вносит коррективу в силу, однако измерение этого фактора представляет сложность, так как сложно отделить его от других.
Специфичность тренировок
Вы прекрасно знаете о специфичности тренировок: что тренируешь — то и улучшается. Наука говорит, что специфичность работает в отношении самых разных аспектов тренировок. Значительная часть этого эффекта работает благодаря тому, что нервная система учится эффективнее совершать определенные движения.
Вот простой пример. Это исследование часто используют в качестве примера, иллюстрирующего принцип специфичности:
- 1 группа тренировалась с весом 30% от — по 3 повторения до мышечного отказа.
- 2 группа тренировалась с весом 80% от 1ПМ — и делала только 1 повторение до мышечного отказа.
- 3 группа тренировалась с весом 80% от 1ПМ — по 3 повторения до мышечного отказа.
Наибольшего улучшения в силе ожидаемо добилась группа 3 — тренировки с тяжелым весом и 3 подхода в упражнении.
Однако когда в конце исследований среди всех групп проверяли максимальное количество повторений с весом 30% от 1ПМ, то наилучший результат показала группа, которая и тренировалась с 30% от 1ПМ. Соответственно, при проверке максимального веса на 1ПМ результаты лучше выросли у тех, кто тренировался с 80% от 1ПМ.
Еще одна любопытная деталь в этом исследовании: когда стали проверять как изменились результаты в статической силе (ее не тренировали ни в одной из 3 групп) — то результаты в росте этого показателя были одинаковы, так как все 3 группы не тренировали специфично этот силовой показатель.
С ростом опыта и оттачиванием техники связан рост силы. Причем, в комплексных многосуставных упражнениях, где задействованы крупные мышечные группы эффект от тренировок больше, чем в небольших мышцах.
На этом графике видно как с ростом количества повторений (горизонтальная шкала) уменьшается доля ошибок в упражнении.
Мышечную силу оценивают по максимальной силе, развиваемой мышцей или группой мышц при сокращении. Слабость или неравномерный тонус мышц может мешать движению, и эти нарушения должны быть устранены в процессе медицинской реабилитации. Мышечная Сила зависит от целого ряда факторов: физиологических, биомеханических, нервно-мышечных. В зависимости от фазы заживления используются разные методы увеличения мышечной силы, так как в каждой из фаз различаются и задачи, и достижимые уровни работоспособности.
Максимальная сила, которую может развить мышца, напрямую зависит от физиологической площади поперечного сечения мышечных волокон: с увеличением диаметра мышцы растет и сила. На силу влияет также длина мышцы перед сокращением: мышца способна развить максимальную силу , если перед сокращением она находилась в расслабленном состоянии (сохраняла «длину покоя»), когда нити актина и миозина связаны максимальным числом поперечных мостиков (зона перекрывания актиновых и миозиновых нитей максимальна). По мере укорочения мышцы сила уменьшается, так как уменьшается и возможность миофиламентов сдвигаться далее относительно друг друга. При растяжении мышечных волокон до большей, чем в покое, длины сила уменьшается, но повышается пассивное напряжение. Таким образом, растяжение соединительной ткани фактически приводит к приросту силы. Следовательно, общая сила, развиваемая мышцей (включая активную сократительную силу и пассивное напряжение), увеличивается по мере удлинения мышцы.
Сила зависит от сократительных свойств мышечных волокон. Выделяют несколько типов мышечных волокон, различающихся силой и скоростью сокращения и устойчивостью к утомлению. Красные, или медленные, волокна характеризуются незначительной силой, но устойчивы к утомлению. Промежуточные и белые, или быстрые, волокна способны развивать значительное напряжение, но быстро утомляются. Таким образом, сила сокращения в значительной степени зависит от содержания в разных типов.
Очередность вовлечения мышечных волокон зависит от вида нагрузки. При не тяжелой нагрузке, требующей выносливости, первыми активируются мелкие мотонейроны, иннервирующие красные мышечные волокна. По мере того как потребность в силе возрастает, начинают активироваться крупные мотонейроны, иннервирующие белые мышечные волокна.
Помимо типа волокон на силу влияют скорость и тип мышечного сокращения. Наибольшая сила достигается при эксцентрических сокращениях, когда мышца, сокращаясь, удлиняется. По мере увеличения скорости сокращения начинает расти напряжение, отчасти вследствие усиления сухожильного рефлекса и растяжения последовательных упругих элементов. Концентрические сокращения всегда дают меньшую силу. По мере того как мышца укорачивается и скорость сокращения возрастает, отмечается снижение общего напряжения, так как мышце не хватает времени для развития силы. Существует обратная зависимость между скоростью укорочения мышцы при концентрических сокращениях и развиваемой ею силой. Чтобы мышечное сокращение достигло соответствующего напряжения и мышца не утомлялась, ей необходимы достаточные запасы энергии и хорошее кровоснабжение. На силу, развиваемую мышцей, влияет также характер спортсмена, так как выраженность мотивации и желание прикладывать усилие, чтобы развить максимальную силу , зависят от человека.
В основе увеличения мышечной силы лежат такие изменения, как гипертрофия и гиперплазия. Гипертрофия - это увеличение размеров мышечных волокон вследствие увеличения в них числа сократительных белков и миофибрилл и повышение плотности капиллярной сети, окружающей мышечные волокна. Возможен также прирост соединительнотканного компонента мышцы. Показано, что силовые упражнения с большим отягощением вызывают избирательную гипертрофию белых мышечных волокон. Начальный эффект силовых упражнений, вероятнее всего, основан не на структурных, а на функциональных изменениях - преимущественно на двигательном навыке, который сопровождается более активным вовлечением и лучшей синхронизацией двигательных единиц. Гиперплазия - это увеличение числа мышечных волокон за счет их продольного расщепления. Возможность гиперплазии у человека спорна, но она подтверждена у лабораторных животных, подвергавшихся интенсивной силовой тренировке.
Сила напрямую связана со степенью напряжения сокращающейся мышцы . Увеличение мышечной силы возможно только в том случае, если мышца будет испытывать все большие и большие перегрузки, превосходящие уровень ее аэробного метаболизма. Перегрузки создаются либо за счет увеличения сопротивления, либо за счет увеличения сокращений, либо за счет того и другого. В результате такой тренировки, вызывающей гипертрофию и активацию двигательных единиц, достигается повышение напряжения.
Сила мышц. Максимальная сила мышц - это величина максимального напряжения, которое может развить мышца. В развитии мышечной силы имеют значение: 1) внутримышечные факторыВнутримышечные 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 регуляцииНервная 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 механизмыПсихофизиологические 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
Под силой понимается способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий. Один из наиболее существенных моментов, определяющих мышечную силу - это режим работы мышц. При существовании лишь двух реакций мышц на раздражение - сокращения с уменьшением длины и изометрического напряжения, результаты проявленного усилия оказываются различными в зависимости от того, в каком режиме мышцы работают. В процессе выполнения спортивных или профессиональных приемов и действий человек может поднимать, опускать или удерживать тяжелые грузы.
Мышцы, обеспечивающие эти движения, работают в различных режимах. Если, преодолевая какое-либо сопротивление, мышцы сокращаются и укорачиваются, то такая их работа называется преодолевающей (концентрической). Мышцы, противодействующие какому-либо сопротивлению, могут при напряжении, и удлиняться, например, удерживая очень тяжелый груз. В таком случае их работа называется уступающей (эксцентрической). Преодолевающий и уступающий режимы работы мышц объединяются названием динамического.
Сокращение мышцы при постоянном напряжении или внешней нагрузке называется изотоническим. При изотоническом сокращении мышцы, от предъявляемой нагрузки зависит не только величина ее укорочения, но и скорость: чем меньше нагрузка, тем больше скорость ее укорочения. Данный режим работы мышц имеет место в силовых упражнениях с преодолением внешнего отягощения (штанги, гантелей, гирь, отягощения на блочном устройстве). Величина прикладываемой к снаряду силы при выполнении упражнения в изотоническом режиме изменяется по ходу траектории движений, так как изменяются рычаги приложения силы в различных фазах движений. Упражнения со штангой или другим аналогичным снарядом с высокой скоростью не дают необходимого эффекта, так как предельные мышечные усилия в начале рабочих движений придают снаряду ускорение, а дальнейшая работа по ходу движения в значительной мере выполняется по инерции. Поэтому, упражнения со штангой и подобными снарядами малопригодны для развития скоростной (динамической) силы. Упражнения с этими снарядами применяются в основном для развития максимальной силы и наращивания мышечной массы, выполняются равномерно в медленном и среднем темпе. Однако, указанные недостатки силовых упражнений со штангой, гантелями, гирями и т. п. с лихвой компенсируются простотой, доступностью и разнообразием упражнений. мышечный штанга сила
В последние годы в мировой практике разработаны и широко применяются тренажеры специальных конструкций, при работе на которых задается не величина отягощения, а скорость перемещения звеньев тела. Такие тренажеры позволяют выполнять движения в очень широком диапазоне скоростей, проявлять максимальные и близкие к ним усилия практически на любом участке траектории движения. Режим работы мышц на тренажерах такого типа называется изокинетическим. При этом мышцы имеют возможность работы с оптимальной нагрузкой по ходу всей траектории движения. Изокинетические тренажеры широко применяются пловцами, а также в общефизической подготовке. Многие специалисты высказывают мнение о том, что силовые упражнения на тренажерах с данным режимом работы мышц должны стать основным средством силовой подготовки при развитии максимальной и "взрывной" силы. Выполнение силовых упражнений с высокой угловой скоростью движений более эффективно, по сравнению с традиционными средствами, при решении задач развития силы без значительного прироста мышечной массы, необходимости снижения количества жира, для развития скоростно-силовых качеств.
В подготовке спортсменов и в атлетических клубах широкое распространение получили также тренажеры типа "Наутилиус" с изменяющимся по ходу движения (переменным) сопротивлением. Такой эффект достигается применением в их конструкции эксцентриков и рычагов. Тренажеры этого типа в значительной мере компенсируют недостатки силовых упражнений с изотоническим режимом работы мышц, изменяя за счет конструктивных особенностей динамику мышечной тяги. Преимущество этих тренажеров заключается в том, что они позволяют регламентировать выполнение упражнений с большой амплитудой, максимально напрягать мышцы в уступающей фазе движений, совмещать развитие силы и гибкости мышц. Недостатками их являются сложность в изготовлении и громоздкость, возможность выполнения на одном тренажере только одного упражнения. Переменный режим работы мышц имеет место также и при использовании силовых упражнений с амортизаторами и эспандерами.
Выполняя движения, человек очень часто проявляет силу и без изменения длины мышц. Такой режим их работы называется изометрическим, или статическим, при котором мышцы проявляют свою максимальную силу. В целом для организма изометрический режим оказывается самым неблагоприятным в связи с тем, что возбуждение нервных центров, испытывающих очень высокую нагрузку, быстро сменяется тормозным охранительным процессом, а напряженные мышцы, сдавливая сосуды, препятствуют нормальному кровоснабжению, и работоспособность быстро падает. При насильственном увеличении длины мышц в уступающих движениях сила может значительно (до 50-100%) превосходить максимальную изометрическую силу человека. Это может проявляться, например, во время приземления с относительно большой высоты, в амортизационной фазе отталкивания в прыжках, в быстрых движениях, когда необходимо погасить кинетическую энергию движущегося звена тела и т. д. Сила, развиваемая в уступающем режиме работы в разных движениях, зависит от скорости; чем больше скорость, тем больше и сила.
Меньшую силу, чем в статическом и уступающем режимах, мышцы генерируют, сокращаясь в преодолевающем режиме<. Между силой и скоростью сокращения существует обратно пропорциональная зависимость. Важным является и то, что возможные значения силы и скорости при различных отягощениях зависят от величины максимальной силы, проявляемой в изометрических условиях. Ненагруженная мышца (без всяких отягощений и сопротивлений) укорачивается с максимальной скоростью.
Если постепенно наращивать величину отягощения (или сопротивления), то сначала с увеличением этого отягощения (т. е. перемещаемой массы тела) сила до определенного момента возрастает. Однако, попытки дальнейшего повышения отягощения силу не увеличивают. Например, сила, прикладываемая к теннисному мячу при его метании, будет существенно меньше, чем при метании металлического ядра весом 1-2 килограмма. Если же массу метаемого с ускорением снаряда постепенно повышать и далее, то наступает предел, выше которого развиваемая человеком сила уже не будет зависеть от величины перемещаемой им массы, а будет определяться лишь его собственно силовыми возможностями, то есть уровнем максимальной изометрической силы.
