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
Понимание этой темы позволит вам регулярно повышать рабочие веса в абсолютно любом упражнении, избегая так называемого «плато». Если вы грезите большими мышечными объемами, обязательно прочитайте нижеприведенную информацию.
Бытует мнение, согласно которому сила мышцы напрямую зависит от её объёма, то есть чем больше мышечная группа, тем большую силу она может развить. Данное высказывание верно лишь отчасти. Постараемся объяснить почему.
Влияние нервной системы
Прежде всего, необходимо вспомнить базовый курс физиологии. Скелетные мышцы человека обладают удивительным свойством - они могут работать не всей массой, а лишь определенными частями. Грубо говоря, именно этот факт позволяет нам регулировать силу.
Управление сократительной активностью мышц происходит с помощью мотонейронов – особых клеток нервного типа, которые находятся в спинном мозге. Именно отсюда по специальным каналам (аксонам) в каждую мышцу посылается сигнал той или иной мощности. В то же время ветки аксона непосредственно возле мышечной группы разветвляются на огромное количество канальцев, каждый из которых подведен к отдельной мышечной клетке – симпласту.
Чем сильнее сигнал поступает от мотонейронов, тем большее количество мышечных волокон включается в работу. Именно так мы регулируем силу и скорость мышечного сокращения, однако показатель максимальной силы зависит совсем от других факторов.
Тетанус
Для того чтобы продолжить, необходимо ввести термин тетанус
– это состояние длительного непрерывного сокращения. Данный процесс наблюдается при подъеме рабочего веса (позитивное движение), при опускании (негативное движение) и при статическом удержании.
Сила тетануса зависит от характера и скорости сокращения мышц. Следует помнить: чем быстрее сокращается мышца, тем меньшую силу она может создать . Следовательно, максимальная скорость сокращения мышечного волокна наблюдается при отсутствии внешней нагрузки. В то же время максимальная сила развивается при негативном движении, например в опускании штанги при жиме лежа.
Влияние типов мышечных волокон Как уже говорилось выше, сокращение мышцы начинается с сигнала ЦНС, который поступает в мотонейрон, а оттуда по аксонам к мышцам. Силу сигнала контролирует человеческий мозг, и чем сильнее воздействие на мотонейрон, тем выше частота импульса поступающего по аксонам.
Для ходьбы, как правило, достаточно 4-5 Гц, однако максимальная частота может превышать 50 Гц. В спинном мозге существуют мотонейроны как быстрого, так и медленного типа. Первые могут создавать высокочастотный импульс, который вызовет гораздо большую силу, нежели частоты медленных мотонейронов. Интересным фактом является то, что все быстрые мотонейроны подключены к быстрым мышечным волокнам (белым), а медленные в свою очередь к одноименным (красным).
Сила мышечной группы так же зависит от самой банальной характеристики – количества активных в данный момент волокон. Люди, у которых количество быстрых (белых) мышечных волокон преобладает, могут похвастаться большей силой, так как за единицу времени могут задействовать большее число мышечных клеток.
Люди с преимущественно красными (медленными) волокнами не выделяются силовыми результатами, зато они сильнее предрасположены к совершению длительной работы с умеренной нагрузкой.
Защитные механизмы
Нельзя не отметить существование целой защитной системы под названием органы Гольджи, которые находятся непосредственно в сухожилиях. Они играют роль «сканеров», которые проверяют каждый сигнал, посланный из ЦНС.
При регистрации слишком сильного напряжения, потенциально опасного для костей и суставов, органы Гольджи оказывают угнетающее и тормозящее действие на все активные мотонейроны. В итоге по аксонам идет заниженный сигнал, что в свою очередь заметно ослабляет ту или иную мышечную группу. К сожалению, зачастую данный процесс начинается задолго до реальной опасности. Организм лишний раз подстраховывается, вследствие чего органы Гольджи работают «с запасом».
Однако не все так плохо, ведь данная характеристика тренируется. Регулярные субмаксимальные нагрузки способствуют повышению порога возбудимости органов Гольджи. Кроме того стоит учесть, что некоторые люди от рождения обладают хорошо развитой сухожильной системой, вследствие чего проявляется так называемая сверхсила.
Влияние мышечного энергообмена
Еще одним важным фактором, влияющим на силу мышечной группы, является режим , в котором выполняетсся то или иное упражнение.
Естественно каждый читатель знает о том, что максимальный рабочий вес, то есть сила, зависит и от количества времени под нагрузкой (количества повторений).
В рамках данной темы достаточно отметить, что исходный уровень АТФ и КрФ заметно влияет на возможный рабочий вес отягощения в любом упражнении. Однако стоит помнить, что у некоторых людей, и в частности спортсменов со стажем, уровень энергетических ресурсов достаточно высок, и прием креатиновых добавок в этом случае не поспособствует заметному увеличению силы. В то же время, новичок с заведомо низким уровнем КрФ и АТФ может получить невероятный скачок в силе, за счет банального употребления креатина.
В случае с 8-12 повторениями, ключевую роль играет не количество фосфатов, а каскад других характеристик, таких как: способность сопротивляться лактату (молочной кислоте), количество гликогена мышц, частота мотонейронных сигналов и других. Также стоит отметить, важность активности фермента АТФазы , который расщепляет АТФ и дарит нам энергию.
Данная характеристика всецело зависит от кислотности среды. Так, в нейтральной среде (pH=7) данный фермент показывает отличную работоспособность, но как только в мышечной группе начнут появляться кислые продукты метаболизма, активность АТФазы начнет спадать к нулю. Если в диапазоне повторений 1-6 лактата нет, то при 8-12 рабочих движениях, молочная кислота непременно понизит ваши силовые характеристики.
Практические выводы
Резюмируем всё вышесказанное. Итак, сила мышц зависит от следующих факторов:
- Силы и частоты сигналов ЦНС и мотонейронов соответственно;
- Количества мышечных волокон, в частности быстрого (белого) типа;
- Высокого порога возбудимости органов Гольджи, то есть от крепости связок и суставов;
- Количества гликогена, АТФ, КрФ или способности противостоять лактату, при том или ином количестве повторений.
Теперь, зная какие факторы влияют на силу мышц, вы можете развивать каждую отдельную характеристику, будь то нервная система или количество КрФ.
Выбор тренировочной цели зависит от того, какую силу вы развиваете: на 1-6 повторений или на 8-12. Необходимо помнить, что у любой характеристики есть свой предел развития. Если вы столкнулись с застоем, попробуйте сменить тренировочную цель. Как правило, достаточно поменять количество повторений.
Стоит отметить, что любая тренировка и развитие силы в целом, увеличивает количество мышечных волокон и объем мускулатуры. Именно поэтому все представители силовых видов спорта обладают хорошим телосложением.
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?
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.
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.
