Все, кто любит спорт, знают, конечно, имя замечательного советского спортсмена, рекордсмена мира по прыжкам в длину Игоря Тер-Ованесяна . Но не всем, вероятно, известно, что однажды, после неудачного падения во время лыжной тренировки, Игорь услышал от врачей:
– Вы больше не спортсмен, молодой человек.
Нет, нога не была сломана, но частично были повреждены мышечные и нервные волокна, наступила атрофия мышц – уменьшение ее в размерах, ослабление, что бывает при длительном бездействии или нарушении питания мышцы.
Приговор был тяжелым, но… через два с половиной года Игорь установил новый рекорд мира. Как же это могло произойти? «Чудо» сотворил спорт.
Сам спортсмен, уезжая домой, говорил друзьям:
— Буду потихоньку тренироваться. Я верю в поистине чудодейственную силу физических упражнений – они еще никого никогда не подводили.
И вот «чудо» произошло. В июне 1962 года на соревнованиях в Ереване Игорь Тер-Ованесян прыгнул на 8 метров 31 сантиметр. А совсем недавно, в октябре 1967 года, на предолимпийских соревнованиях в Мехико Игорь довел рекорд Европы в прыжках в длину до 8 метров 35 сантиметров. Это повторение мирового рекорда американского спортсмена Ральфа Бостона .
Сила мышц человека
«Мышечное сокращение – это одно из удивительных явлений в живом мире. Поистине чудо, что мягкий студень может внезапно становиться твердым, изменять свою форму и поднимать груз, вес которого в тысячу раз выше его собственного, да притом еще делать это не один раз. Мышца, без сомнения, один из интереснейших экспонатов в богатом музее природы ». Эти слова принадлежат известному венгерскому ученому Сент-Дьёрди.
Каждый знает, что даже самое простое движение осуществляется при участии многих мышц. Одни обеспечивают основное движение, другие – плавность и соразмерность движений.
Они позволяют человеку осуществлять бесконечное многообразие движений с различной силой сокращений. Ведь иногда надо поднять с пола спичку, а иногда тяжелую гирю.
От чего же зависит сила мышечного сокращения ? Все от тех же нервных импульсов, о которых мы уже говорили.
Вообще в организме мышцы никогда не бывают вполне расслабленными. Это постоянное их напряжение называется тонусом (от греческого слова «тонос» – напряжение). Интересно, что мышечный тонус сохраняется без всякой затраты энергии. Это и понятно: ведь энергию приходится затрачивать тогда, когда нужно выполнить какую-то работу.
Вот простой пример. На стене висит картина. Казалось бы, что гвоздь, на котором она держится, многие годы верно выполняет свою службу. А ведь с точки зрения физики он «безработный», так как никакой видимой энергии при этом не затрачивает.
Но почему же человек устает, если неподвижно сидит или несет тяжесть, скажем, под уклон? Ведь кастрюля, стоящая на столе, «не устает», даже если она наполнена водой.
Конечно, любому школьнику понятно, что стоящий человек по сравнению с любым неодушевленным предметом непрерывно работает – он должен поддерживать равновесие. Идущий человек работает еще энергичнее – ему с каждым шагом приходится поднимать тяжесть собственного тела. И энергия эта буквально «уходит в землю»: она передается почве, вызывая ее сотрясение. Чем больше весит тело человека и груз, который он несет, тем больше расходуется энергии.
Энергия, энергетические процессы … Те, что происходят в живом организме, очень сложны. Найти для этих процессов какое-либо подобие в технике пока нельзя. Ни одна тепловая машина не работает так экономно и не имеет такого высокого коэффициента полезного действия, как живая мышца. КПД мышцы приближается к 50 процентам, тогда, как, например, у паровых машин он почти в 10 раз ниже – 5–7 процентов.
Наши мышцы обладают и еще одним ценным качеством – они могут работать «в долг», за счет собственных энергетических запасов.
Кто бегал стометровку, тот знает: за те 10–14 секунд можно успеть сделать всего один-два вдоха. Да и кровь за этот короткий промежуток времени, конечно, не успеет доставить мышцам нужное им количество кислорода. Для этого ей пришлось бы протекать по кровеносным сосудам в десятки раз быстрее, чем обычно.
Но вот спринтер у финиша, он еще бежит несколько метров, потом идет шагом, останавливается. Теперь он дышит часто и глубоко, сердце его бьется значительно быстрее и с каждым ударом выбрасывает в сосуды намного больше крови , чем до старта.
Конечно, мышца не может работать «в долг» неограниченное время. Наступает момент, когда ее энергетические запасы истощаются – мышца устает. И этому есть характерные примеры.
Кто видел когда-нибудь на стадионе бег на 400 метров? Это зрелище очень хорошо иллюстрирует умение наших мышц работать «в кредит».
Сначала бегуны несутся как настоящие спринтеры; в таком темпе они пробегают первые 200 метров. Может быть, удается пробежать и еще 100 метров в том же темпе. Но картина бега резко меняется: как будто тяжелый груз придавливает спортсменов к земле, причем всех почти одновременно. Кажется, что бегут они, как говорится, только волей, «на нервах».
«Скисли!» – презрительно заметит иной неопытный болельщик или случайный зритель. Но ведь это совсем не так. И если кто хоть раз, пробегая эту дистанцию, испытал на себе ни с чем не сравнимое чувство свинцовой тяжести вблизи трехсотметровой отметки, тот никогда так не скажет.
Почему мышцы устают?
Первые две стометровки мышцы бурно расходуют энергию, и подходит момент, когда запасы ее истощились, а переработанные вещества – продукты обмена, ненужные организму (например, так называемая молочная кислота – один из конечных продуктов распада гликогена – животного крахмала),– не успели удалиться.
В это время спортсмен как раз и ощущает сильное мышечное утомление, и бег намного замедляется: мышцы, использовав все оставшиеся запасы энергии и питания, работают практически без доставки кислорода. Но вот кровь начинает циркулировать быстрее, дыхание и сердцебиение учащаются. Мышцы снова начинают получать достаточное количество кислорода. Сила мышц вновь возрастает.
Такого тяжелого перелома не бывает, если спортсмен бежит на длинную дистанцию. У стайера утомление накапливается постепенно, но тоже иногда достигает такой степени, что впору сходить с беговой дорожки. Так иногда и поступают новички. Если же силы воли и опыта хватает и бег продолжается, то бегун вдруг ощущает прилив новых сил. Спортсмены образно назвали его «вторым дыханием ». Это значит, что мышцы, как и весь организм, приспособились к новому ритму работы.
И, наконец, мышцы обладают еще одним важным свойством – способностью к тренировке .
Проще всего будет объяснить вам на примере . Как видно из рисунка, от места крепления бицухи до локтевого сустава, есть определённое расстояние. А теперь вспоминаем школьную физику и закон рычага. Чем ближе точка приложения (место крепления мышцы) к оси вращения (сустав), тем больше сил придётся приложить для совершения какого-либо действия. То есть, если мы оторвём сухожилие от кости и пришьём его хотя бы на пару миллиметров дальше от локтевого сустава, то сила бицухи вырастет очень существенно. Как вы понимаете, этот закон рычага применим ко всем мышцам, так как все наши мышцы работают по этому закону.
Можно ли как-то на это повлиять? Нет, никак нельзя. Люди рождаются с разными местами крепления мышц. Разницы эти незначительные и не превышают 1 – 2 миллиметра. Но они незначительные, если мерить их линейкой. А для силы даже доли миллиметров играют большую роль.
7. Количество мышечных волокон
При одном и том же объёме мышцы могут иметь разное количество мышечных волокон. Количество этих волокон закладывается ещё в утробе матери и оно не меняется в течение всей жизни (правда есть исследования, что под действием волокна могут делиться, но мы в этой статье не рассматриваем фармакологию). Да, оно примерно у всех одинаковое. Но это примерно. Тот, кто родился с большим количеством волокон, сможет показать большую силу при прочих равных условиях, так как больше количество волокон автоматически ведёт за собой лучшую иннервацию и больше сократительных элементов.
8. Психоэмоциональное возбуждение
Ну, думаю, что тут всё понятно. Возьмём человека и попросим его прожать максимальный вес, который он может. А потом возьмём того же самого человека, приставим к его виску пистолет и скажем, что если он сейчас не пожмёт на 10 кг больше, чем он только что пожал, то мы его пристрелим. И, о чудо! Сила возрастает!))
Тут всё довольно просто. Мышцы сокращаются с силой прямо пропорциональной силе сигнала из мозга, который к ним приходит по мотонейронам. Сильнее сигнал - сильнее сокращение. А чем сильнее вы возбуждены, тем сильнее сигнал мозг способен послать. Именно поэтому спортсмены (особенно лифтёры) колотят себя и кричат перед выходом на помост. Лично я так тоже делал на заре своей спортивной карьеры. Но потом понял, что высший пилотаж, это когда ты выходишь на помост абсолютно спокойным и показываешь при этом максимальный результат. Наверное, это приходит с годами.
Выводы
Возьмём двоих чуваков, телосложение у которых на глаз примерно одинаковое. Но первый чувак имеет больше мышечных волокон, больший процент белых волокон, дальше место крепления мышц, лучше иннервацию, толще сухожилия и лучше эластичность мышц. Визуально вы это никак не увидите, то по силе этот первый будет превосходить второго не на 10 – 20%, а на 100% - 200%! Конечно, я взял крайние случаи, но все эти факторы в совокупности очень сильно влияют на силу мышц. Причём на 3 из 8 факторов вы никак не сможете повлиять. А ещё на один можете повлиять несущественно.
К чему я всё это? К тому, что далеко не все люди генетически предрасположены к выдающимся силовым показателям. И ваш покорный слуга относится именно к таким людям. Да, я смог достичь неплохих силовых показателей, о которых многие только мечтают, но мне пришлось заплатить за это разорванными менисками, грыжами и артрозами.
Надеюсь, теперь вы поняли, почему два вроде одинаковых человека с одинаковым стажем тренировок могут демонстрировать совершенно разные силовые показатели. Поэтому, помните, все люди разные и изначально все родились с разными физическими возможностями. Одному подходит больше тяжёлая атлетика, другому марафонский бег, а третьему – шахматы. Удачи!
Мнение эксперта
«Не все люди генетически предрасположены к выдающимся силовым показателям» - сделал вывод автор статьи Тимко Илья. Но я позволю себе не согласиться с мнение автора. Так как считаю, что на 99% все зависит от самого человека и на 1% от его «генетики или таланта».
Действительно кому-то от природы дано больше, кому-то меньше. Есть люди, у которых большее количество быстрых (белых) мышечных волокон, у других наоборот – медленные (красные). Но, большая часть мышечных волокон – промежуточные. Промежуточные мышечные волокна при тренировках приобретают признаки как быстрых, так и медленных. Они не могут полностью перестроиться, но по сути это и не нужно. Поэтому среди профессиональных спортсменов соотношение между мышечными волокнами практически одинаковое.
Объем мышц увеличивается у всех людей, независимо от генетики, просто у одних быстрее, у других более медленно, зависит это от гормонов, питания и тренировочного процесса. Если кому-то больше «дано» - у них это займет меньше времени и сил.
Иннервация мышечных волокон напрямую зависит от частоты и силы возбуждения мышцы, простыми словами – чем чаще вы напрягаете мышцу (тренировкой) тем лучше она иннервируется, так что этот процесс прекрасно также подвержен тренировке.
С сухожильями ситуация точно такая же как и с мышцами, они прекрасно гипертрофируются, просто этот процесс крайне медленный, обычно занимает в 2 раза больше времени, чем гипертрофия мышц. Поэтому так часто бывают травмы у молодых «химиков», у которых мышцы растут быстро, а сухожилья за ними не успевают.
Количество мышечных волокон – это очень важный фактор, если учесть, что мышечные клетки неподвержены гиперплазии (делению). Но, по большому счету – пренебречь, и аргумент в том, что одно мышечного волокно может увеличиться в 6 раз. Про это не раз говорил профессор Селуянов.
Единственное, что действительно влияет на «дано или талант к силовым показателям» - длина костей и места прикрепления мышц. Но, это в теории и даже по логике – правда, а вот на практике есть очень большое количество людей, которые просто по всем показателям не должны поднимать, но они поднимают и очень много, поэтому в моем понимании самым важным фактором является – психоэмоциональное возбуждение.
Вы сможете поднять любые веса – все ограничения у вас в голове, не ищите оправданий: «у меня руки длинные, тяжело жать». Ищите возможности: «зато у меня мышцы эластичные, буду становиться в мост и набирать мышечную массу».
Кстати, вы можете заказать себе от Тимко Ильи - автора этой статьи и этого сайта.
Которое выражается в способности человека преодолевать сопротивление, т. е. противодействовать ему путём мышечно-го напряжения. Раз-витию мышечной силы должно быть отведено значительное место в профессиональной и двигательной подготовке людей.
Многие виды работ как на производстве, так и в быту предъ-являют повышенные требования к мышечной силе. Это поиск и добыча полезных ископаемых, подземные, строительные, бурильные, лесозаготовительные, сельскохозяйственные и другие работы.
Любое движение (на производстве, в быту и спорте) основа-но на мышечной силе как на одном из видов физических спо-собностей, определяющих работоспособность. В наибольшей степени сила связана с выносливостью и быстротой.
Проявление силы мышц зависит: от состояния ЦНС; соот-ветствующей деятельности коры большого мозга; физиологического поперечника мышц; биохимических процессов, про-исходящих в мышцах.
Динамическая и статическая сила
Мышечная сила проявляется в двух основных режимах: изотоническом и изометрическом. В изотоническом режи-ме мышцы, сокращаясь (при укорочении или удлинении), производят движение (динамическая сила ). В изометриче-ском режиме мышцы напрягаются, но движения не произ-водят (статическая сила ).
Динамические, статические и смешанные усилия выполня-ются с различной степенью нервно-мышечного напряжения.
Виды силовых способностей
Выделяют собственно силовые (проявляемые в стати-ческом режиме), скоростно-силовые (проявляемые в дина-мическом режиме) усилия, а также взрывную силу (способ-ность проявлять большую величину силы в наименьший от-резок времени). Скоростно-силовые усилия подразделяются на преодолевающие и уступающие . Например, при сгиба-нии и разгибании рук в упоре лёжа сгибание — уступающее усилие, а разгибание — преодолевающее.
Абсолютная и относительная сила
Сила людей при одинаковой тренировке зависит от массы тела. Существуют понятия абсолютной и относительной мы-шечной силы. Степень развития силы измеряется с помощью динамометров различных конструкций. Материал с сайта
- Абсолютная сила — это максимальная сила, которую может проявить человек без учёта собственной массы тела.
- Относительная сила — это сила, приходящаяся на еди-ницу собственной массы.
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.
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.
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?
