Понятие о мышечной силе

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:

• или или скоростная сила (в которой отдельно выделяют )

Многие факторы способствуют 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 или (но, эти свойства помогают при выполнении становой тяги).

Для повышения силовых показателей активно применяется , и .

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 . 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. 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.

Оценка максимальной, максимальной произвольной, абсолютной и относительной силы мышц

Сила - это способность мышц преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий. Она проявляется в таких основных формах: максимальная мышечная сила (абсолютная и относительная), скоростная (динамическая), статическая (изометрическая) сила и силовая выносливость (Аганянц, 2001; Остапенко, 2002; Спортивная физиология, 1986).

Под максимальной силой подразумевают наибольшую возможность, которую спортсмен способен проявить при максимальном произвольном мышечном сокращении. Максимальная сила мышцы зависит от количества и толщины ее мышечных волокон. Количество и толщина мышечных волокон определяют толщину мышцы в целом -анатомический поперечник , то есть площадь поперечного сечения .

Отношение значения максимальной силы мышцы к его анатомическому поперечнику называют относительной силой мышцы . Поперечное сечение мышцы, перпендикулярное направлению ее волокон, составляет ее физиологический поперечник . Для мышц с параллельным направлением волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называют абсолютной силой мышцы.

Скоростная сила (взрывная) - это способность проявлять самую большую силу в самое короткое время.

Это способность мышцы или мышечной группы противостоять утомлению во время многократных мышечных сокращений.

Для развития силы существуют определенные возрастные периоды, когда благоприятными являются морфологические и функциональные предпосылки: у девочек-9-11 лет, а у мальчиков прослеживаются два периода - 9-12 лет и 14-17 лет (Апанасенко, 1985; Виксне, 1989; Ермолаев, 2001; Фомин, Вавилов, 1991).

Различают максимальную статическую и максимальную динамическую силу. Максимальная статическая сила проявляется во время изометрического сокращения мышц. Условия проявления максимальной статической силы таковы:

• активация всех двигательных единиц;

• сокращение мышц при условии полного тетануса;

• сокращение мышц в состоянии покоя;

• мобилизация деятельности симпатической нервной системы и др.

Максимальная динамическая сила - это сила, проявляемая спортсменом во время максимального произвольного сокращения мышц без учета времени и массы собственного тела. обеспечивается в основном:

• частотой импульсации в начале сокращения и синхронизацией импульсации различных мотонейронов (внутримышечная координация);

• сократительными свойствами мышц (внутримышечная координация);

• степенью гипертрофии быстросокращающихся мышечных волокон и др.

Тренировочные занятия силовой направленности стимулируют (увеличение обхвата мышц) саркоплазматическую и миофибриллярную (Спортивная фармакология, 1986; Солодков, Сологуб, 2003). Саркоплазматическая гипертрофия обусловлена увеличением объема саркоплазмы, содержания в ней митохондриальных белков, метаболических резервов, миоглобина, количества капилляров. К таким превращениям наиболее склонны медленные мышечные волокна и быстрые - окисляемые. Такой тип гипертрофии мало влияет на прирост силы, но повышает способность к продолжительной работе (выносливость).

Миофибриллярная гипертрофия обусловлена увеличением объема миофибрил за счет актомиозина.. При этом значительно повышается сила. Большую роль в активизации синтеза белка и нуклеиновых кислот играют и гормоны коры , а также средства с . Во всех случаях развиваются эти два типа гипертрофии с преобладающим развитием одного из них.

Тестирование

Оснащение : кистевой и становой динамометры.

• Оценку максимальной мышечной силы проводят при помощи разных динамометров. Кистевой динамометр (динамометр Коллина) используют для измерения силы мышц предплечья и кисти. Становой динамометр используют для регистрации силы мышц-разгибателей туловища.

Все испытуемые проводят измерения силы мышц предплечья и кисти, а также силу мышц-разгибателей туловища по два-три раза и записывают самый лучший результат. Следует помнить, что становая сила не исследуется в случае боли в пояснице, повреждении мышц живота, спины; у женщин - в период менструации и беременности.

В висе поднимание ног вперед (количество раз за 10 с).

• Оценку силовой выносливости мышц рук и пояса верхних конечностей испытуемых можно провести во время выполнения или сгибания и разгибания рук в упоре на брусьях. Для мышц живота используют поднимание и опускание туловища из положения лежа на спине, а для мышц ног- приседания.

Полученные данные заносят в таблицу 27, сравнивают и делают выводы о силовых возможностях всех испытуемых.

Таблица 27 - Определение силовых возможностей

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).

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).

Это способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противостоять ему за счёт мышечных усилий (напряжений).

Сила человека представляет собой его способность справляться с внешним сопротивлением либо противодействовать ему благодаря мышечным усилиям. Если не развивать физическую силу, то и овладеть спортивным мастерством не получится. Ведь она в большей степени определяет быстроту движений, а так же играет огромную роль в работе, которая требует ловкости и выносливости.

Сила мышцы напрямую зависит от сократительной силы ее мышечных волокон, то есть от размера физиологического поперечника, проходящего через все ее волокна и равного площади поперечного се
чения (исчисляется в см2).

Большая часть мышц человека имеют перистое строение, то есть их волокна друг к другу расположены под углом. Существуют мышцы, которые имеют параллельное и веретенообразное местоположение волокон. Так, к примеру, протяжные мышцы имеют параллельный ход волокон, а двуглавая мышца бедра наоборот – веретенообразный.

У перистых мышц при такой точно толщине, что и у мышц с веретенообразным и параллельным расположением волокон, больше физиологический поперечник, так как мышечных волокон в нем укладывается больше. Как результат перистая мышца мощнее.

Основная способность перистого строения мышц – это формирование мышечного напряжения. Если они проигрывают в величине укорочения, то в силе сокращения они выигрывают. Мышцам с веретенообразными мышцами и параллельными волокнами в большей степени характерно значительные трансформации длинны, что обеспечивает в различных суставах более выраженные движения.

Мышцы отличаются также и по анатомическому поперечнику, так называемому поперечному сечению, которое перпендикулярно к длине мышцы не учитывая особенностей расположения в ней волокон. Поэтому чем анатомический поперечник больше, тем толще мышца, тем она может развивать большую силу. При равных прочных условиях сила соразмерна поперечному сечению мышцы, а высота сокращения – соразмерна длине мышечных волокон.

Например, одиночная двигательная единица, которая состоит из 100 волокон, способна развивать силу в 10-20 г. Большая часть скелетных мышц обладает силой, которая превышает вес тела. Все человеческие мышцы содержат порядка 300 млн. волокон. Поэтому если бы они функционировали в одну сторону, то способны били бы развить силу, равную 25 тоннам.

На скорость сократительного акта определенное влияние оказывает строение мышц – перистые мышцы являются наиболее «быстрыми».

Быстрая сила мышц является понятием обобщенным и относительным. Сила, которая проявляется в быстрых движениях, обладает множеством качественных оттенков, и порой между ними довольно сложно провести грань. Приблизительно дифференцируя, можно определить две основополагающие группы движений, которые требуют быструю силу: первая, движения, где играет роль преимущественно быстрота перемещения при преодолении сравнительно небольшого сопротивления, вторая, движения, при которых рабочий эффект зависит от быстроты развития двигательного усилия при преодолении существенного сопротивления. Абсолютная сила мышц для выполнения первых движений не имеет существенной роли, а для вторых движений ее величина значима в рабочем эффекте.

Для первой группы различают движения, которые связаны со скоростью реагирования на опр еделенный сигнал извне либо в целом ситуацию, со скоростью однократных отдельных напряжений и с частотой повторяемых напряжений. Во второй группе стоит выделить движения по разновидности напряжения мышц: имеющее изометрическое взрывное напряжение (они связаны с одолением сравнительно большого отягощения и если нужно быстро развить максимальную силу), с баллистическим взрывным напряжением (стремительное преодоление сопротивления, незначительного по весу), и с взрывным реактивным баллистическим напряжением, при котором главное рабочее усилие развивается немедленно после того, как мышцы предварительно растянутся.

Следовательно, проявление быстрой силы очень разнообразно, ее природа довольно специфична, она обнаруживает сравнительно плохой «перенос» при движении и относительно медленный темп развития.