От чего зависит сила мышц? (анатомические факторы)
Описаны анатомические факторы, от которых зависит сила скелетных мышц человека: площадь поперечного сечения мышц и количество мышечных волокон. Рассмотрены показатели, определяющие величину площади поперечного сечения мышц: уровень тренированности, композиция мышечных волокон, пол, возраст. Рассмотрено влияние тренировки на анатомические факторы, определяющие силу скелетных мышц человека.
От чего зависит сила мышц? (анатомические факторы)
Давайте разберем первую группу факторов, а именно анатомические факторы, определяющие силу скелетных мышц человека.
Площадь поперечного сечения мышцы (SМ)
Основным анатомическим фактором, определяющим силу скелетной мышцы является ее площадь поперечного сечения. Что это означает? Если мышцу разрезать поперек в самом толстом месте и измерить площадь, это и будет площадь поперечного сечения мышцы.
Раньше площадь поперечного сечения мышц можно было измерить только на трупах. Теперь для этого используют компьютерную томографию (КТ) или магнитно-резонансную томографию (МРТ). На рис. 1 представлено поперечное сечение плеча человека, полученное посредством компьютерной томографии. Буквами BB отмечена площадь поперечного сечения двуглавой мышцы плеча (m. biceps brachii).
Рис.1. Площадь двуглавой мышцы плеча, измеренная посредством компьютерной томографии (MacDougall J.D. et al.1984)
То, что сила мышцы тесно связана с площадью ее поперечного сечения поняли уже давно. В биомеханике известен принцип Вебера «Сила мышцы при прочих равных условиях пропорциональна ее поперечному сечению». Собственно и мы, когда видим человека с хорошо развитой мускулатурой, понимаем, что это, вероятно, сильный человек, так как он имеет крупные, развитые мышцы.
Теперь зададим себе вопрос: «А от чего зависит площадь поперечного сечения мышцы?»
Вы знаете, что основным компонентом скелетной мышцы являются мышечные волокна. Поэтому площадь поперечного сечения мышцы в основном будут определять два показателя:
То есть с определенным приближением можно записать:
Площадь поперечного сечения мышцы (SМ) = площадь поперечного сечения мышечного волокна (SМВ) х количество мышечных волокон (nМВ).
То есть чем больше будет площадь поперечного сечения мышечных волокон и чем больше будет их количество, тем больше будет площадь поперечного сечения мышц.
Теперь разберем каждый из этих факторов.
Площадь поперечного сечения мышечных волокон
Ученые установили, что чем больше площадь поперечного сечения мышечного волокна (то есть, чем оно толще), тем большую силу оно способно развить. Это связано с тем, что в мышечных волокнах есть сократительные элементы – миофибриллы. Миофибриллы представляют из себя длинные тонкие нити, в которых проходит процесс сокращения.
Чем больше миофибрилл в мышечном волокне и чем они толще, тем больше площадь поперечного сечения мышечного волокна и тем оно сильнее.
То есть снова можно записать:
Площадь поперечного сечения мышечного волокна (SМВ) = площадь поперечного сечения миофибриллы (SМФ) х количество миофибрилл (nМФ).
Это означает, что чем больше площадь поперечного сечения миофибрилл и чем больше их количество, тем больше площадь поперечного сечения мышечных волокон.
Площадь поперечного сечения мышечных волокон определяют следующие факторы:
Влияние тренировки на площадь поперечного сечения мышечных волокон
Композиция мышечных волокон
Возраст
Понятно, что у детей площадь поперечного сечения мышечных волокон маленькая. Поэтому и мышцы у них маленькие. С возрастом мышцы становятся крупнее и достигают своего максимума у нетренированных людей в возрасте 17-25 лет. После этого в течение достаточного долгого периода объем мышц человека не меняется. Однако доказано, что после 60 лет в мышцах человека начинаются происходить изменения. Площадь поперечного сечения мышц становится меньше. Это происходит из-за того, что уменьшается количество быстрых мышечных волокон и их площадь поперечного сечения становится сопоставимой с площадью поперечного сечения мышечных волокон типа I.
Теперь поговорим о количестве мышечных волокон.
Количество мышечных волокон (nМВ)
Количество мышечных волокон – это очень важный анатомический фактор, который определяет силу мышц. Чем больше волокон содержит мышца, тем большую силу она способна проявить при прочих равных условиях.
Количество волокон в мышцах различно. В двуглавой мышце плеча количество мышечных волокон составляет около 300 тысяч, в четырехглавой мышце — 600 тысяч, прямая мышца бедра содержит несколько десятков тысяч волокон, а икроножная – более миллиона! Следует помнить, что количество волокон в мышце – это генетически заданный фактор.
На количество мышечных волокон сильно влияет ход мышечных волокон в мышце (параллельный или перистый). В перистых мышцах в том же объеме, что и в мышцах параллельного типа «упаковано» больше мышечных волокон. Поэтому считается, что перистые мышцы более сильные, а мышцы с параллельным ходом мышечных волокон – более быстрые.
Влияние тренировки на показатели, определяющие силу мышц
Доказано, что тренировка на развитие силы мышцы приводит к увеличению площади ее поперечного сечения. Возрастание этого показателя происходит за счет увеличения площади поперечного сечения мышечных волокон (гипертрофии мышечных волокон). Увеличения количества мышечных волокон (гиперплазии) в мышце не наблюдается.
В чём разница между размером и силой мышц? Мнение профессионального спортсмена
Нередко в тренажёрных залах можно наблюдать следующую ситуацию: опытный бодибилдер с огромными мускулами приседает со штангой. При этом вставать ему удаётся с большим трудом. А после эту же штангу берёт человек, у которого мышцы не кажутся такими большими. Но приседает он довольно легко.
Дело в том, что сила не всегда напрямую зависит от объёма мускулов. Разобраться почему поможет профессиональный пауэрлифтер, двукратный чемпион мира Сергей Скольский.
От чего зависит сила мышц?
Чем больше размер мышцы, тем толще её волокна. А значит, напрягаясь, она генерирует больше силы. Однако есть и другие факторы, которые влияют на этот показатель.
Активность нервной системы
После подачи соответствующего сигнала из головного мозга начинают работать волокна мышцы, в результате чего она сокращается. Причём чем больше волокон задействовано в этот момент, тем больше будет выброс силы.
Те, кто тренируется нечасто, не в состоянии задействовать все мышечные волокна. Как правило, во время сокращения мышц будет активировано только около 90%.
Этот показатель можно увеличить благодаря регулярным силовым занятиям. Однако чтобы добиться такого эффекта, необходимы высокие нагрузки. При правильной программе количество задействованных в сокращении волокон увеличится более чем на 2%. Если же тренироваться с лёгкими весами, прирост составит всего около 0,15%.
К костям мышцы крепятся с помощью сухожилий, что позволяет нам двигать суставами. Когда мускул сокращается, создаваемая им энергия поступает на сухожилие. При этом чем жёстче сухожилие, тем больше сила.
При желании сухожилия можно укрепить – помогут в этом силовые тренировки. Как и в предыдущем случае, упражнения с большим весом дадут больший эффект.
Способность задействовать нужные мышцы
В организме все мускулы взаимосвязаны. Например, тазобедренный сустав сгибается с помощью прямой мышцы, а разгибается при участии ягодичных. Плечевой сустав сгибается, задействовуя бицепс, а в его разгибании участвует трицепс.
Чтобы получить максимальную силу, необходимо активизировать мускулы, отвечающие за конкретное действие. При этом их антагонисты, напротив, должны быть расслаблены – иначе будут мешать движению. Если много раз повторять одно и то же действие, вы сможете улучшить координацию, и задействовать нужные группы мышц станет проще.
При сложных движениях, когда задействованы несколько суставов, кроме основных мышц используются и дополнительные – синергисты. Они отвечают за стабильность и также способствуют увеличению силы. В качестве примера возьмём приседания. В этом случае главными будут мышцы ног, а дополнительными – пресса. Соответственно для развития силы следует работать со всеми мускулами, участвующими в определённом действии.
Именно поэтому силовые тренировки не отличаются разнообразием – ведь суть в многократных повторениях. Таким образом, спортсмены совершенствуют конкретные мышцы и развивают их силу. В то время как поклонники бодибилдинга регулярно меняют упражнения и тренажёры – так мышцы не успевают адаптироваться, что способствует их быстрейшему росту.
Как увеличить силу и размер мышц?
Всем, кто хочет развить силу, помогут тренировки с большими весами. При этом количество повторений должно быть минимальным. Наиболее оптимальным вариантом будут 2-5 повторений в рамках одного подхода.
Для тренировок следует подбирать многосуставные движения. Они более эффективны по сравнению с изолированными упражнениями, направленными на аналогичные группы мышц. Так тело расслабляет противоположные мышцы и активизирует мышцы-синергисты.
Если вас больше интересует размер мускулов, нежели их сила, то за один подход необходимо делать 8-12 повторений. При этом вес нужно подбирать таким образом, чтобы справиться с подходом.
Кроме того, для увеличения объёма мышц нужно периодически менять упражнения и технику их выполнения. Например, можно сменить угол сгиба или тренажёр.
Что важнее: сила или размер?
Многие не могут определиться, каким же тренировкам уделять больше внимания: на развитие силы или на увеличение массы. Принять решение помогут некоторые особенности этих занятий, которые мы описали ниже.
При правильном питании и грамотно построенной программе тренировок упражнения, нацеленные на рост мышц, позволят добиться крепкого сильного тела. Среди характерных черт такого тренировочного процесса можно назвать следующее:
Если же вы хотите увеличить силу, сделать свои движения более эффективными и стать выносливее, вам подойдут другие тренировки. Вот некоторые из их особенностей:
Если же конкретных целей вы не ставите, можно тренироваться и в смешанном режиме. Некоторые занятия посвящайте развитию силы, другие – увеличению объёма мышц. Чередуйте их так, как нравится вам.
Место в рейтинге авторов: вне конкурса (стать автором) Дата: 2016-01-20 Просмотры: 54 778 Оценка: 4.9
Думаю, что большинство из вас замечало, что объём мышц, это не единственный фактор, от которого зависит их сила. Например, часто такое бывает, что слегка крепкий парень поднимает большие веса, чем какой-нибудь огромный гамадрил. И я уверен, что многие из вас видели подобную картину в залах. Отсюда можно сделать вывод, что на силу мышц оказывает влияние множество факторов. Но что это за факторы, и можно ли как-нибудь на них повлиять? Сейчас вы всё узнаете.
1. Объём мышцы
Если быть точным, то увеличение мышц в объёме, это саркоплазматическая гипертрофия. То есть мышцы увеличиваются за счёт большего количества саркоплазмы. При чисто саркоплазматической гипертрофии сила мышц практически не растёт. Однако, в чистом виде такая гипертрофия не встречается (как и миофибриллярная). Поэтому, при саркоплазматической гипертрофии отчасти наблюдается и миофибриллярная гипертрофия. А вот она-то и увеличивает силу мышц. То есть, можно сказать, что сила мышц коррелирует в той или иной степени с их объёмом. Поэтому, если вы тренируетесь исключительно на объём, а не на силу, то сила всё равно вырастет вместе с объёмом.
2. Иннервация мышц
Можно ли как-то повлиять на иннервацию? Можно. Просто тренируйтесь. Со временем под действием нагрузок иннервация мышц станет лучше. То есть мотонейроны оплетут ваши мышцы более плотной сетью.
3. Толщина сухожилия
Очень важный фактор. Дело в том, что организм, при росте тех или иных параметров, когда натыкается на слабое звено, прекращает рост этих параметров. В нашем случае это означает, что сила мышц не будет расти больше, чем сможет выдержать сухожилие. Если же под действием каких-нибудь психотропных веществ заставить сократиться мышцы сильнее, то сухожилие просто оторвётся от кости. Поэтому, неосознанно организм сдерживает рост силы мышц, если эта сила приближается к прочности сухожилий.
Можно ли влиять на этот фактор? Отчасти. Во многом толщина сухожилий закладывается генетически и в детстве. Когда вы уже взрослый, то с помощью тренировок можно усилить сухожилия, но уже довольно незначительно.
4. Соотношение быстрых и медленных волокон
Можно ли как-то повлиять на этот фактор? Нет, нельзя. Соотношение тех или иных волокон заложено генетически. Вот почему одни с рождения лучше приспособлены для силовых видов спорта, а другие – для аэробных. Вы можете только с помощью тренинга целенаправленно тренировать тот или иной тип волокон. Да и то, это тоже условно.
5. Эластичность мышц
Все знают, что мышцы работают на сокращение и растяжение. И чем сильнее эта разница между растяжением и сокращением, тем большую силу смогут развить мышцы. Тут действует закон резинового жгута. Чем сильнее его растянуть, тем с большей силой он сожмётся обратно. Логично предположить, что чем сильнее эластичность мышц, тем сильнее они смогут растягиваться, а значит – сильнее смогут сокращаться. Это даже больше не из области физиологии, а из области биомеханики.
На рисунке показано 2 графика. Левый график, это икроножная мышца, а правый – это её сухожилие. Как видите, при большем растяжении мышца показывает большую силу.
Можно ли как то повлиять на этот фактор? Можно. Регулярно растягивайтесь и используйте упражнения на растяжку.
6. Место крепления сухожилия
Проще всего будет объяснить вам на примере бицепса. 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 гормона роста 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
Выводы
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
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.
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.
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».
Нашли ошибку в статье? Выделите её мышкой и нажмите Ctrl + Enter. И мы её исправим!
Факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц
Четвертая лекция по дисциплине «Биомеханика мышц» посвящена факторам, определяющим силу и скорость сокращения мышц. Выделены три группы факторов: анатомические (площадь поперечного сечения мышцы, ход мышечных волокон, состав мышц); физиологические (частота импульсации ДЕ, количество рекрутированных ДЕ, синхронизация активности ДЕ); биомеханические (длина мышцы, режим работы мышцы и величина внешнего отягощения).
Лекция 4
Факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц
4.1. Основные понятия
При изучении дисциплин «Физика» и «Биомеханика» вы познакомились с понятием силы как количественной меры взаимодействия тел.
Под силой мышцы (или силой мышечной тяги) будем понимать силу, регистрируемую на ее конце (то есть количественную меру взаимодействия мышцы и регистрирующего прибора).
Условно можно выделить три вида факторов, определяющих силу и скорость сокращения мышц:
4.2. Анатомические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц
4.2.1. Сила и скорость сократительного компонента мышцы
К анатомическим факторам, определяющим силу сократительного компонента мышцы и скорость его сокращения, относятся:
Площадь поперечного сечения мышечного волокна (Sмв)
Количество мышечных волокон (nмв)
Количество мышечных волокон – второй анатомический фактор, определяющий силу сократительного компонента мышцы. Чем больше волокон содержит мышца, тем большую силу она способна проявить при прочих равных условиях. Число волокон в мышцах различно (табл. 4.1). Так, прямая мышца бедра содержит несколько десятков тысяч волокон, а икроножная – более миллиона!
Таблица 4.1 Количество волокон в скелетных мышцах человека
МакКомас А. Дж., 2001
Преобладание физиологических поперечников этих мышц над их антагонистами связано с необходимостью постоянно противодействовать силе тяжести (гравитации). Именно с этим связан тот факт, что площадь поперечного сечения мышц-разгибателей нижних конечностей (антигравитационных мышц) относится к площади поперечного сечения их антагонистов как 2:1, в то время как для мышц верхних конечностей это отношение составляет 1:1.
Следует запомнить, что тренировка на развитие силы мышцы приводит к увеличению площади ее поперечного сечения. Возрастание этого показателя происходит за счет увеличения площади поперечного сечения мышечных волокон (гипертрофии мышечных волокон). Увеличения количества мышечных волокон (гиперплазии) в мышце не наблюдается.
Ход мышечных волокон
Ход мышечных волокон определяет как силу сократительного компонента мышцы, так и скорость его сокращения.
В организме человека, кроме веретенообразных мышц с прямым ходом волокон, имеются перистые мышцы. В перистых мышцах не вся сила, генерируемая мышечным волокном, передается сухожилию. Это связано с тем, что мышечные волокна расположены под углом к длиннику мышцы. Этот угол называется углом перистости. Чем больше угол перистости, тем больше проигрыш в силе, передаваемой мышечным волокном сухожилию. Теоретически, если угол перистости равен 90 град, мышечное волокно не оказывает тянущего усилия на сухожилие. Однако в реальных условиях угол перистости варьирует в пределах от 10 до 30 град. Расчеты показывают, что проигрыш в силе из-за расположения мышечного волокна под углом к сухожилию небольшой. Однако благодаря перистой архитектуре в том же объеме, какой занимает веретенообразная мышца, может быть «упаковано» значительно больше мышечных волокон, поэтому значительно возрастает физиологический поперечник а, следовательно, и сила, развиваемая перистой мышцей. Благодаря перистой архитектуре камбаловидная мышца будет выигрывать в силе у мышцы с параллельным ходом мышечных волокон более чем в 10 раз. Следует отметить, что в гипертрофированных мышцах углы перистости больше.
Именно поэтому большинство антигравитационных мышц имеет перистое строение. К ним относятся: четырехглавая мышца бедра, трехглавая мышца голени. Следует отметить, что, с одной стороны, перистая мышца превышает показатели мышцы с прямым ходом мышечных волокон по силе сокращения, с другой – во столько же раз проигрывает в скорости сокращения.
Длина мышечных волокон
Длина мышечных волокон определяет как силу, так и скорость сокращения мышцы. Стало аксиомой утверждение, что «короткие мышцы сильные, длинные – быстрые». Принцип Бернулли гласит, что степень сокращения мышцы при прочих равных условиях пропорциональна длине ее волокон. Поэтому, чем длиннее мышца, тем в большей степени она способна укоротиться за единицу времени и, следовательно, тем больше ее скорость сокращения.
Состав мышц
От того, из какого типа волокон состоит мышца, зависит как сила сократительного компонента, так и скорость его сокращения.
Мышечным волокнам соответствуют различные двигательные единицы (ДЕ).
Состав мышечных волокон разных мышц сильно отличается и в одной и той же мышце имеет огромные индивидуальные различия, зависящие от врожденных типологических особенностей человека. Более подробная информация приведена в первой главе.
4.3. Физиологические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц
4.3.1. Физиологические механизмы регуляции силы и скорости сокращения мышцы
К физиологическим механизмам регуляции силы и скорости сокращения мышцы относятся:
Прежде чем перейти к рассмотрению влияния этих механизмов на силу и скорость сокращения мышц, вспомним определение ДЕ.
ДЕ называется система, включающая α-мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна.
Частота разрядов ДЕ
При увеличении частоты разрядов ДЕ, то есть нервных импульсов, поступающих из ЦНС к мышце, происходит переход от слабого одиночного сокращения к сильным тетаническим сокращениям мышечных волокон.
Число активных ДЕ
Число ДЕ, активных в процессе сокращения мышцы, определяется «принципом размера» или правилом Хенеманна. Установлено, что имеется стабильный порядок рекрутирования ДЕ: вначале рекрутируются ДЕ S типа, иннервируемые мотонейронами, имеющими небольшой диаметр аксона. По мере усиления сокращений начинают рекрутироваться ДЕ FR типа, содержащие быстрые неутомляемые волокна, затем – ДЕ FF типа, содержащие быстрые утомляемые волокна, иннервируемые мотонейронами, имеющими самый большой диаметр аксона. С точки зрения механики, этот принцип очень целесообразен, так как создается возможность тонкой градации мышечной силы во всем физиологическом диапазоне.
Принцип размера позволяет объяснить факты, полученные эмпирическим путем. Все спортсмены, применяющие силовые упражнения, хорошо знают, что, используя небольшие отягощения, невозможно эффективно наращивать силу мышц. Для развития силовых способностей необходимо применять отягощения, близкие к максимальным.
Эту закономерность можно объяснить следующим. При развитии силовых способностей, если применяются небольшие отягощения, рекрутируются только мышечные волокна I типа, так как мышце нет необходимости развивать высокий уровень силы. Для преодоления субмаксимальных или максимальных отягощений мышца должна развить максимально возможную силу. Поэтому в сокращение вовлекаются все типы мышечных волокон, особенно IIB типа, дающие в процессе тренировочных воздействий максимальное увеличение поперечного сечения и, как следствие – силы мышц.
Синхронизация работы мышц
Синхронизация работы ДЕ – увеличение силы тяги мышцы за счет одновременной активации большого количества мышечных волокон. Исследованиями установлено, что тренировка силовой направленности повышает степень синхронизации работы ДЕ (А.С. Солодков, Е.С. Сологуб, 2001).
4.4. Биомеханические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышцы
Существует ряд факторов, влияющих на проявление силы и скорости сокращения мышцы в преодолевающем и уступающем режимах сокращения. К этим факторам относятся:
4.4.1. Длина мышцы
Еще в 1895 году М. Бликс показал, что при растягивании активной поперечно-полосатой мышцы под воздействием внешней нагрузки ее сила вначале возрастает, а затем уменьшается. Максимум силы получил название максимума Бликса, а длина, при которой он достигался – длины покоя. Последующие исследования показали, что появление максимума связано с особенностями строения мышцы (наличие мышечных волокон (сократительного компонента) и соединительно-тканных образований (упругого компонента мышцы)). Если мышцу освободить от нагрузки, она укоротится до определенной длины. Такая длина получила название равновесной.
Установлено, что у человека вид зависимости «длина–сила» активных мышц определяется соотношением сократительного и упругого компонентов. У мышц, богатых соединительно-тканными образованиями (например, у мышц нижних конечностей человека), зависимость «длина–сила» является монотонно-возрастающей (рис. 4.1а). Если соединительно-тканных образований мало, то кривая имеет минимум (рис. 4.1б).
Рис. 4.1. Зависимость «длина-сила» для мышц нижних (а) и верхних (б) конечностей. Обозначения: А – равновесная длина, Б – длина покоя
Из этого следует, что при одной и той же длине мышцы нижних конечностей при растягивании способны развить большую силу, чем мышцы верхних конечностей.
4.4.2. Характер работы мышц
Режим сокращения мышцы
Известно, что мышца может работать в нескольких режимах сокращения:
Установлено, что на силу, развиваемую мышцей, влияет режим сокращения. Если возбужденную мышцу растягивать и регистрировать силу при определенных значениях длины или, наоборот, растянув, дать возможность укорачиваться, то окажется, что при эксцентрическом режиме сокращения (мышца растягивается) при одних и тех же значениях длины мышца развивает большее усилие, по сравнению с концентрическим режимом.
Предшествующий режим сокращения мышцы
Работа мышц при выполнении движений человеком значительно отличается от таковой при имитации ее в лабораторных условиях. Это связано с тем, что обычно в движениях укорочению мышцы предшествует ее растяжение. Еще И.М. Сеченовым (1901) было отмечено, что мышца, сокращаясь в преодолевающем режиме, способна развить большую силу, если этому сокращению предшествовала работа в уступающем режиме (то есть мышца была предварительно растянута). Такой режим работы получил название «баллистический». Последующие исследования подтвердили этот факт. Следует отметить, что техника движений спортсменов учитывает этот фактор повышения силы мышц. Так, например, в метании копья, спортсмен перед выполнением финального усилия находится в позе «натянутого лука», то есть значительно растягивает основные мышцы, чтобы их сокращение в концентрическом режиме было более сильным. Та же закономерность характерна для техники бега и ходьбы, толкания ядра, метания диска, прыжка в высоту, выпрыгивания вверх с места, приседания со штангой.
4.4.3. Значение внешней силы
Преодолевающий режим сокращения мышцы (концентрический режим)
Если мышца сокращается, преодолевая внешнюю силу (например, вес груза), то с увеличением веса груза наблюдаются три закономерности:
Первыми зависимость между силой и скоростью (зависимость «сила-скорость») укорочения мышц лягушки получили В. Фенн и Б. Марч. Нобелевский лауреат Арчибальд Хилл (1961) посвятил много времени изучению энергетических процессов, протекающих в мышце. Ему удалось получить соотношение между скоростью сокращения мышцы и силой, которое носит теперь его имя. Оно называется «характеристическое уравнение Хилла».
где: P0 – максимальная масса груза, при которой не происходит укорочения мышцы; P – масса груза; a,b – константы.
Проведенные впоследствии эксперименты на мышцах человека подтвердили данные, полученные А. Хиллом: чем больше внешняя сила, тем ниже скорость сокращения мышцы. Исследования спортивных движений показали, что между дальностью метания и весом ядер наблюдается зависимость, близкая к гиперболической. То есть, чем больше вес снаряда, тем меньше результат.
Эксцентрический режим
Следует отметить, что изучение зависимости «сила-скорость» (концентрический режим) привлекало внимание многих исследователей, в то время как эксцентрический режим оставался менее исследованным. А. Хилл находил, что при эксцентрическом режиме сила мышцы возрастает с увеличением скорости растяжения. П.В. Коми (1973) использовал специальный динамометр для регистрации усилий, развиваемых двуглавой мышцей плеча человека в концентрическом и эксцентрическом режимах сокращения мышцы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при работе двуглавой мышцы плеча в концентрическом режиме зависимость «скорость–сила» может быть описана уравнением гиперболы. При эксцентрическом режиме сокращения увеличение скорости растяжения мышцы приводит к увеличению силы, развиваемой мышцей. Однако последующие исследования, проведенные при исследовании локомоций человека, не подтвердили этого. Дж. Моррисон (J.B. Morrison, 1970) изучал изменение длины, скорости сокращения мышц и силы при различных локомоциях. Он установил, что с ростом скорости растяжения у большинства мышц проявляемая ими сила быстро уменьшается до нуля.
Еще более убедительны исследования, проведенные П.В. Коми (P.V. Komi, 1992). На рис. 4.2 представлено изменение усилий, развиваемых в области ахиллова сухожилия во время фазы опоры бега со скоростью 5,8 м/с.
Рис. 4.2. Сила, развиваемая трехглавой мышцей голени во время фазы опоры в беге со скоростью 5,8 м/с (P.V.Komi, 1992)
Отрицательная скорость сокращения мышц соответствует эксцентрическому режиму, положительная – концентрическому. Данные, представленные на графике, свидетельствуют о том, что в фазу растяжения мышцы большие значения усилий, развиваемых мышцей, соответствуют небольшим скоростям растяжения мышцы. В концентрическом режиме большие значения силы также развиваются при небольших значениях скорости.
Таким образом, в настоящее время в мышечной механике достоверно установлена следующая закономерность: с увеличением значений внешней силы скорость сокращения мышц уменьшается. Зависимость нелинейная (гиперболическая).
