Большинство людей знают, что объем мышц не является единственным показателем их силы. Чтобы в этом убедиться, достаточно вспомнить, какое телосложение было у великого Брюса Ли и на что он был способен. Конечно, в боевых искусствах, кроме силы, важную роль играет техника и ловкость. В действительности же бывает, что два человека с разным мышечным объемом одинаково хорошо показывают себя в тяжелоатлетических дисциплинах. А иногда и вовсе тот, кто гораздо меньше по объему, жмет больший вес. Наверное, именно по этой причине не все мужчины увлекаются накачкой мышц. Сегодня мы узнаем, от чего, кроме объема, зависит сила мышц.
Объем
Чем больше мускул, тем сильнее он гипертрофирован. Бывает два типа миофибриллярная и саркоплазматическая. Когда увеличивается в объеме, имеет место главным образом второй вид. Увеличение происходит за счет насыщения мускула саркоплазмой. Такая гипертрофия сама по себе не приносит увеличения силы. Но, к счастью атлетов, в чистом виде она и не встречается. Поэтому даже при увеличении объема в какой-то степени подключается миофибриллярная гипертрофия, которая увеличивает силу. Так что даже у тех, кто работает исключительно на массу, сила также растет.
Иннервация
Сила мышц в какой-то степени зависит также от иннервации. Она выражается обеспеченностью мышц двигательными нейронами. Как известно, мышечные ткани сокращаются под воздействием сигнала головного мозга. К волокнам мускулов он идет по мотонейронам - двигательным нервам. Чем больше у мышцы нейронных связей, тем больше она задействует и тем более сложную работу может проделать. У спортсменов-новичков обычно рекрутируется не более 80 % мышечных волокон. У профессионалов этот показатель доходит до 100 %. Чтобы повлиять на иннервацию, нужно просто регулярно тренироваться. Через какое-то время, под действием постоянных нагрузок, мотонейроны плотнее оплетут ваши мускулы.
Толщина сухожилий
От этого фактора вбольшой мере зависит сила и выносливость мышц. Организм человека устроен таким образом, что если он при развитии каких-либо физических параметров натыкается на слабое место, прекращает это самое развитие, вне зависимости от наших усилий. В данном случае имеется в виду, что мышца не может стать устойчивее к нагрузке, чем сухожилие. Когда мускул сокращается больше, чем может, сухожилие просто отрывается от кости. Поэтому организм, будучи совершенной системой, сдерживает рост силы мышцы, если она приближается к пределу прочности сухожилия. К сожалению, на этот фактор можно повлиять лишь отчасти. Толщина сухожилий в основном закладывается в детстве, на генетическом уровне. Взрослый человек с помощью регулярных тренировок может слегка увеличить выносливость сухожилий, но совсем незначительно.
Соотношение волокон
Многие наверняка знают, что в организме человека есть быстрые и медленные мышечные волокна. Их еще называют белыми и красными, соответственно. Конечно, различие между ними весьма условно. Красные волокна содержат больше митохондрий и лучше снабжаются кровью, поэтому они обуславливают не силу мышц, а их выносливость.
Белые волокна, в свою очередь, больше подходят для кратковременной взрывной работы, в которой необходима сила. Какие мышцы выполняют задачи - такие у них и волокна. К примеру, голень славится своей выносливостью, а грудная мышца - силой. По мере старения организма процент медленных волокон возрастает, а быстрых снижается. Происходит это путем трансформации одного вида в другой. На этот фактор повлиять нельзя. Соотношение волокон закладывается генетически. Поэтому одним людям с рождения лучше даются аэробные нагрузки, а другим - силовые. Все, что может человек в данном случае - подобрать упражнения, которые лучше развивают тот или иной вид мышечных волокон. Но разница, как вы понимаете, здесь весьма условна.
Эластичность мускулов
Как известно, все мускулы в нашем организме работают за счет сокращений и растяжений. Чем больше разница между этими двумя состояниями, тем больше сила мышц. Грубо говоря, здесь работает тот же принцип, что и в резиновом жгуте. Чем сильнее его растягивают, тем большей будет сила сжатия. От эластичности мышц зависит их способность к растягиванию, а следовательно, и сила сокращения. Это даже не физиологическая особенность, а биомеханическая. К счастью спортсменов, на этот фактор можно повлиять. Чтобы мускулы были эластичными, нужно просто регулярно и грамотно растягиваться.
Расположение сухожилий
Чтобы было понятно, как этот фактор влияет на силу мускула, разберем его детально на примере бицепса. Физиологически рука устроена таким образом, что от места крепления бицепса до локтевого сустава всегда есть промежуток. Его длина разная для каждого человека. Как это влияет на силу мускула? Здесь работает закон рычага. Чем ближе точка приложения силы (место крепления сухожилия) к оси вращения (локтевой сустав), тем больше руке нужно потратить сил для сгибания. Грубо говоря, если переместить сухожилие на пару сантиметров в сторону кисти, то сила мышц рук значительно возрастет. Конечно, это возможно лишь в теории. Такой же закон рычага применим практически ко всем мышечным группам, которые имеет человек. Сила мышц в этом случае дается нам с рождения. На расположение сухожилия нельзя никак повлиять. У разных людей оно отличается буквально на пару миллиметров. Кажется, что это незначительная разница, но она играет довольно весомую роль в формировании силы.
Количество мышечных волокон
В чем сила каната? Конечно же, в огромном количестве тонких ниточек. То же самое можно сказать и о наших мышечных тканях. Мускулы могут быть одинаковыми по объему, но состоять из разного количества волокон. Эта характеристика закладывается генетически и не меняется на протяжении жизни. Однако исследования ученых показали, что при воздействии на организм гормона роста волокна мускулов могут делиться. Но эта тема на сегодняшний день не настолько досконально изучена, чтобы давать обнадеживающие комментарии. Да и к тому же нас интересует природная сила мышц, без вмешательства каких-либо препаратов. Большое количество волокон способствует повышению иннервации, поэтому благоприятно сказывается на силе. Тот, у кого мышцы содержат больше волокон, способен показать большую силу, чем тот, чьи мускулы объемнее.
Психоэмоциональный фактор
Порой наши силы зависят не от способностей организма, а от уровня мотивации. В истории было много случаев, когда при угрозе для жизни человек показывал феноменальную силу. К примеру, выпав с балкона, мужчина схватился за трубу и провисел на руках до приезда спасателей. После он пытался повторить это достижение на перекладине, но не смог провисеть даже 10 % от того времени.
Мышцы сокращаются с той силой, с которой нервная система отправляет сигналы из мозга. В экстренной ситуации сигнал настолько велик, что организм задействует все энергетические ресурсы на выполнение этой задачи. Возможно, именно поэтому спортсмены-силовики перед выходом на арену колотят себя кулаками в грудь и кричат.
Немаловажную роль здесь также играют волевые качества индивида. Еще один пример - человек, не умеющий плавать, достает из бушующего моря утопающего ребенка, а спасатель с идеальным торсом стоит в растерянности на берегу. Может, здесь дело не в силе мышц, но принцип тот же. Тот, кто настроен на спасение, сделает это, даже будучи тощим, совершенно неспортивным человеком.
Заключение
Сегодня мы узнали, от чего зависит сила и работа мышц, и частично развеяли мнение о том, что большие мускулы сильнее. Почему частично? Потому что объем в какой-то степени все-таки увеличивает силовые показатели. Но если сопоставить размер мышц с остальными семью факторами, его место будет совсем незначительным.
Удивительно, но эти факторы действительно играют важную роль. Если сравнить двух мужчин с одинаковым телосложением, но разными характеристиками мышц (у одного все перечисленные показатели выше), то мы увидим разницу в силовых показателях. Причем исчисляться она будет не десятками, а сотнями процентов.
Тем не менее ни один уважающий себя спортсмен в случае провала не станет ссылаться на физиологическую предрасположенность к малым нагрузкам, и тому есть две причины. Во-первых, на 5 факторов из 8 можно повлиять. То есть развитие силы мышц действительно возможно. Догнать того, кому природой дано поднимать большие веса, реально, но придется проделать титаническую работу. Во-вторых, важнейшую роль играет психоэмоциональный фактор. Правильно мотивированный человек способен на все.
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).
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 человека- это способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечных усилий.
В теле человека насчитывается около 600 мышц. Мышцы составляют у мужчин - 42% веса тела; у женщин - 35%; в пожилом возрасте - 30%; у спортсменов - 45-52%. Более 50% веса всех мышц располагается на нижних конечностях, 25-30% - на верхних конечностях; 20-25% - в области туловища и головы.
Силу мышц определяют с помощью динамометров и по максимальному весу поднимаемой штанги (тяжести). Например, средний показатель силы мышц кисти, измеренный с помощью динамометра, у женщин равен 30-35 кг, у мужчин - 40-45 кг. У спортсменов этот показатель в 1,5-2,0 раза больше .
В основном выделяют 2 вида силы мышц человека:
- · абсолютную
- · относительную
Для мышц человека характерно 2 режима работы:
- · динамический
- · статический
В динамическом, в свою очередь, выделяют уступающий режим, когда при мышечном напряжении длина мышцы увеличивается, и преодолевающий,когда при работе мышца укорачивается.
Развитие мышечной силы человека
Сила как физическое качество человека
Физическое качество человека «сила» можно определить, как его способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий . Одним из наиболее существенных моментов определяющих мышечную силу - это режим работы мышц. В физиологии человека выделяют две формы мышечного сокращения - динамическую и статическую.
Динамическая форма проявляется в двух видах работы: 1) если внешняя нагрузка меньше развиваемого мышцей напряжения, то она укорачивается, выполняя преодолевающую работу; 2) если же внешняя нагрузка больше, чем напряжение мышцы, то мышца под ее действием растягивается, удлиняется и таким образом производит уступающую работу.
Если внешняя нагрузка равна напряжению, развиваемому мышцей, а ее длина не изменяется, то такую работу мышц называют изометрической. Это статическая форма сокращения. Для измерения силы мышц введено два понятия: абсолютная сила и относительная сила. Абсолютная сила - вся сила, проявляемая человеком в каком либо упражнении без учета веса мышц или всего тела. Например: наибольший вес штанги, с которым удалось встать атлету из приседа, служит показателем абсолютной силы мышц ног. Можно измерить силу мышц - сгибателей или разгибателей локтевого, коленного суставов, силу мышц разгибателей туловища. Относительная сила - сила человека проявляемая в каком либо упражнении приходящаяся на 1 кг веса тела. Относительная сила увеличивается, если абсолютная растет без заметного увеличения веса тела занимающегося.
Величина внешнего сопротивления или нагрузка определяет быстроту сокращения мышцы. При очень малых нагрузках мышца сокращается быстро, а при очень больших медленно. Установлено, что способности к проявлению силы в движениях разной быстроты и продолжительности мало взаимосвязаны. Можно выделить четыре типа спортивных движений, в которых проявляются силовые качества спортсмена:
- а) движения, где требуются максимальные, либо близкие к ним усилия, называют собственно силовыми;
- б) движение, где требуется проявлять значительную силу за короткий промежуток времени, называют скоростно-силовыми;
- в) движения, которые выполняются с предельной быстротой при очень незначительном внешнем сопротивлении, называют скоростными;
- г) статические и циклические упражнения силового и скоростно-силового характера, выполняемые длительно, требуют проявления силовой выносливости;
Морфологической основой мышечной силы является содержание сократительных белков в мышечном волокне, толщина мышечных волокон. Проявление мышечной силы зависит также от типа мышечных волокон - быстрых и медленных. Если в мышцах больше быстрых волокон, человек способен развивать максимальную мощность в быстрых скоростно-силовых движениях, выполнять работу взрывного характера. Преобладание медленных моторных единиц дает возможность длительно поддерживать мышечное напряжение. Силовая выносливость у таких людей выше, чем у людей взрывного типа.
Биохимической основой мышечной силы является эффективность энергетического обмена и пластической функции белка, совершенствование сократительного актомиозинового комплекса, активность ферментов, ускоряющих ресинтез АТФ, гормональная регуляция. Максимальная мышечная сила при систематических занятиях растет за счет увеличения абсолютного (анатомического) поперечника мышц, а также за счет физиологических резервов мобилизации нервно-мышечных (моторных) единиц, вовлекаемых в работу.
Сила мышцы зависит от многих факторов. При прочих равных условиях она пропорциональна поперечному сечению мышц (принцип Вебера). Максимально возможное ее сокращение, укорочение при прочих равных условиях пропорционально длине мышечных волокон (принцип Бернулли).
Структура силовых способностей человека
При педагогической характеристике силовых способностей человека выделяют следующие их разновидности.
- 1. Максимальная изометрическая (статическая) сила - показатель силы, проявляемой при удержании в течение определенного времени предельных отягощений или сопротивлений с максимальным напряжением мышц.
- 2. Медленная динамическая (жимовая) сила , проявляемая, например, во время перемещения предметов большой массы, когда скорость практически не имеет значения, а прилагаемые усилия достигают максимальных значений.
- 3. Скоростная динамическая сила характеризуется способностью человека к перемещению в ограниченное время больших (субмаксимальных) отягощений с ускорением ниже максимального.
- 4. «Взрывная» сила - способность преодолевать сопротивление с максимальным мышечным напряжением в кратчайшее время.
- 5. Амортизационная сила характеризуется развитием усилия в короткое время в уступающем режиме работы мышц, например при приземлении на опору в различного вида прыжках, или при преодолении препятствий в рукопашном бою и т. д.
- 6. Силовая выносливость определяется способностью длительное время поддерживать необходимые силовые характеристики движений. Среди разновидностей выносливости к силовой работе выделяют выносливость к динамической работе и статическую выносливость. Выносливость к динамической работе определяется способностью поддерживания работоспособности при выполнении профессиональной деятельности, связанной с подъемом и перемещением тяжестей, с длительным преодолением внешнего сопротивления. Статическая выносливость - это способность поддерживать статические усилия и сохранять малоподвижное положение тела или длительное время находится в помещении с ограниченным пространством.
- 7. Силовая ловкость - способность к переключению с одного режима мышечной работы на другой при необходимости максимального или субмаксимального уровня проявления каждого силового качества. Она проявляется там, где есть сменный режим работы мышц и непредвиденные ситуации деятельности (борьба, регби и др.) Для развития этой способности, зависящей от координационных способностей, нужна специальная направленность тренировки.
Направленность упражнения на ту или иную силовую способность определяется компонентами нагрузки и зависит от: 1) вида и характера упражнения; 2) величины отягощения или сопротивления; 3) количества повторений упражнения или времени изометрического напряжения мышц; 4) скорости движений; 5) темпа выполнения упражнения.
Режимы работы мышц
Учитывать отмеченные режимы работы мышц важно, т.к. они имеют разную эффективность в тренировке. В специальных исследованиях делались попытки определить эффективность уступающего, преодолевающего, статистического и комбинированного режимов работы мышц в силовой подготовке. Было установлено, что преодолевающий режим эффективнее уступающего и статического,но наиболее эффективный - комбинированный .
Известно также, что предшествующее статическое напряжение мышц положительно сказывается на последующей динамической работе, повышая её эффективность иногда на 20%. Поэтому статические силовые элементы следует планировать перед динамическими .
Методы и средства развития силы
На практике распространены следующие методы силовой подготовки:
- · метод максимальных усилий
- · метод повторных усилий
- · метод динамических усилий
- · метод статических усилий
- · метод электрической стимуляции
- · метод биомеханической стимуляции
Сравнивая динамический и статистический методы развития силы, необходимо отметить следующее
При динамическом режиме работы мышц происходит достаточное кровоснабжение. Мышца функционирует как насос - при расслаблении наполняется кровью и получает кислород и питательные вещества.
Во время статического усилия мышца постоянно напряжена и непрерывно давит на кровеносные сосуды. В результате она не получает кислород и питательные вещества. Это ограничивает продолжительность работы мышц .
Поэтому проблема физического и функционального развития мышц рук является актуальной.
Определение мышечной силы спомощью динамометрии
Одним из показателей физического развития организма является сила мышц.
Оценку силовых качеств человека определяют методом кистевой динамометрии, позволяющей определить максимальную мышечную силу, показатель силы, уровень работоспособности мышц и показатель ее снижения.
При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.
Силой мышц обозначают максимальное проявление произвольного усилия, которое может развивать группа мышц в определенных условиях. Эти условия в большой степени определяются заинтересованностью обследуемого лица или возможностью выполнить максимальное усилие. Обычно одновременно сокращается определенная группа мышц, поэтому трудно точно определить работу каждой мышцы в суммарном проявлении силы. Кроме того, в действии мышц участвуют костные рычаги.
Измерение изометрической силы не требует много времени и не утомляет обследуемого. Здесь сила проявляется в одном циклическом максимальном сокращении. Однако на результат измерения могут повлиять несколько факторов. Так, изометрическое напряжение, развиваемое каждым мышечным волокном, зависит от его относительной длины и продолжительности стимуляции. При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.
Учитывая эти обстоятельства, при измерении изометрической силы необходимо строго соблюдать определенные позиции тела и угол соответствующих суставов. Несоблюдение этого правила может привести к значительным ошибкам. Сила идентичных групп мышц у разных людей неодинакова.
Во-первых, изометрическая сила пропорциональна площади поперечного сечения мышцы. Если исходить из того, что геометрическая форма мышц у людей разного роста одинакова, то сила измеряется пропорционально квадрату линейной деменции (роста). Следовательно, увеличение роста на 20% дает увеличение силы на 44 %. Это дает определенные преимущества высокорослым людям при перемещении тяжестей руками, метании спортивных снарядов и т.п. Однако при преодолении веса собственного тела (например, при подтягивании на перекладине и т.п.) у них преимущества нет, так как масса тела увеличивается пропорционально кубу роста.
Во-вторых, изометрическая сила зависит от пола и возраста. Половые различия мало выражены до полового созревания. Однако показатели силы у взрослых женщин ниже на 30- 35 % по сравнению с мужчинами. Частично это объясняется различием роста. Но после соответствующей коррекции силовые показатели у женщин в среднем составляют только 80 % от показателей мышечной силы у мужчин. Взрослые мужчины достигают максимума изометрической силы в возрасте около 30 лет, потом сила уменьшается.
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.
