Факторы определяющие силу мышц.

Измерение мышечной силы у человека осуществляется при произвольном напряжении мышц. Поэтому когда говорят о мышечной силе у человека, 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: а) механические условия действия мышечной тяги - плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам; б) длина мышц, так как напряжение мышцы зависит от ее длины; в) поперечник активируемых мышц, так как при прочих равных условиях проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц.

К координационным (нервным) факторам относится совокупность центральнонервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом. Их можно разделить на две группы - механизмы внутримышечной и межмышечной координации. О механизмах внутримышечной координации (числе активных двигательных единиц данной мышцы, частоте импульсации ее мотонейронов и связи их импульсации во времени) смотри предыдущее занятие. Эти три механизма центральной регуляции напряжения мышцы определяют, какой вклад в общий силовой показатель вносит каждая из них.

Механизмы межмышечной координации обеспечивают согласованность всех мышц обеспечивающих движение, что так же влияет на показатель максимальной произвольной силы.

В частности, совершенство межмышечной координации проявляется в правильном выборе активируемых мышц-синергистов, в адекватном ограничении активности мышц-антагонистов данного сустава и усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных суставов и т. п.

           Т.о., управление мышцами в случае, когда требуется проявить максимальную произвольную силу, является сложной задачей для центральной нервной системы. Поэтому, в обычных условиях, максимальная произвольная сила тех или иных групп мышц меньше, чем их максимальная сила. Разница между максимальной силой мышц и их силой, проявляемой при максимальном произвольном усилии, называется силовым дефицитом.

Различие между максимальной силой и произвольной максимальной силой данной мышечной группы (силовой дефицит) тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом.

Величина силового дефицита зависит от трех факторов:

* психологического состояния испытуемого, так при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его максимальные силовые возможности в обычных условиях. У спортсменов такие состояния могут возникать во время соревнований. При этом положительный эффект (уменьшение силового дефицита) более выражен у нетренированных испытуемых и слабее или совсем отсутствует у хорошо тренированных спортсменов, например тяжелоатлетов;

* количества одновременно активируемых мышечных групп, при одинаковых условиях измерения величина силового дефицита, по-видимому, тем больше, чем больше число одновременно сокращающихся мышечных групп.

* степени совершенства произвольного управления ими. Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, может вызвать значительное повышение максимальной произвольной силы, измеряемой в том же положении. Если измерения силы проводятся при других положениях конечности, то прирост мышечной силы оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы увеличение силы зависело лишь от прироста поперечника тренируемых мышц, то оно должно бы обнаружиться при измерениях в любом положении конечности. Однако увеличение произвольной мышечной силы выявляется в основном при измерениях в определенной (тренируемой) позе. Это означает, что в данном случае прирост силы обусловлен более совершенным, чем до тренировки, центральным управлением мышцами, т. е. совершенствованием координационных (нервных) механизмов.

К одной из разновидностей мышечной силы относят так называемую взрывную силу, которая характеризует способность к быстрому проявлению мышечной силы. Она в значительной мере определяет, например, высоту вертикального прыжка или прыжка в длину с места, переместительную скорость на коротких отрезках бега с максимально возможной скоростью и др. В качестве показателей взрывной силы используют отношение максимальной проявляемой силы к времени ее достижения или времени достижения половины этой силы. Показатели взрывной силы мало зависят от максимальной произвольной изометрической силы соответствующих мышечных групп. Так, изометрические упражнения, увеличивая статическую силу, незначительно изменяют показатели прыгучести (вертикального прыжка или прыжка с места в длину). Следовательно, физиологические механизмы, ответственные за взрывную силу, отличны от механизмов, определяющих статическую силу. Среди координационных факторов важную роль в проявлении взрывной силы играет характер импульсации мотонейронов активных мышц -частота их импульсации в начале разряда и синхронизация импульсации разных мотонейронов. Среди «мышечных» факторов определенное значение, видимо, имеют скоростные сократительные свойства мышечных волокон.

Скоростные свойства мышц. Мышцы человека состоят из мышечных волокон, обладающих разной скоростью сокращения, причем мышечные волокна, входящие в состав одной двигательной единицы, имеют одинаковую скорость сокращения. Характеристика скоростных сократительных свойств мышцы в целом определяется количественным соотношением двигательных единиц с разными скоростями сокращения. Большинство мышц человека являются смешанными: они включают двигательные единицы с разными скоростями сокращения. Двигательные единицы части мышц у человека можно разделить на две группы: медленные двигательные единицы (со средним временем одиночного сокращения около 120 мсек.) и быстрые (со средним временем одиночного сокращения около 60 мсек.). Соотношение быстрых и медленных двигательных единиц в разных мышцах может заметно отличаться. Соответственно «среднее» время одиночного сокращения у мышц также будет отличаться.

При рождении все мышечные волокна являются медленными. В первые недели жизни начинает происходить дифференцировка двигательных единиц и часть из них превращаются в быстрые.. Считается, что превращение мышечных волокон в медленные или быстрые регулируется специальными нервными влияниями, которым они подвергаются со стороны своих мотонейронов имеющих разную частоту импульсации. При изменении состояния нейрона меняется и скорость сокращения мышц Такая корреляция между частотным диапазоном импульсной активности мотонейронов и скоростными сократительными свойствами их мышечных волокон показывает, что именно частота импульсации мотонейронов влияет на эти свойства.

Скоростные сократительные свойства мышц играют определенную роль в ряде характеристик мышечной деятельности. Так, градиент силы, или взрывная сила, зависит от скоростных сократительных свойств мышц. Чем быстрее сокращаются мышечные волокна, тем при прочих равных условиях выше скорость движения. Поэтому, например, спортсменов-легкоатлетов высших разрядов прослеживается четкая зависимость скоростных сократительных свойств мышц от специализации. Наиболее быстрыми мышцами-разгибателями голени обладают бегуны на 100 и 200 м. Прыгуны в длину и бегуны на 400 м имеют более медленные мышцы, чем спринтеры.

Некоторые виды тренировки могут сопровождаться замедлением скорости сокращения тренируемых мышц. Так, наиболее загружаемые мышцы толчковой ноги у прыгунов характеризуются некоторой замедленностью сокращения по сравнению с мышцами маховой ноги. Известно также, что изометрическая тренировка, вызывая увеличение силы тренируемых мышц, может вести к снижению скорости их динамического сокращения.

 

Мышечная выносливость

Мышечную выносливость можно оценивать по предельному времени выполнения заданной статической или динамической работы.

При статической работе она определяется по времени, в течение которого поддерживается постоянная сила давления или удерживается в постоянном положении некоторый груз. Выполненная при этом «работа» может быть определена как произведение силы давления (F) или груза на время работы (t), т. е. как импульс силы: F t. Для того чтобы сравнивать статическую работу, выполненную различными людьми или производимую разными мышцами, необходимо либо вычислять (или прямо измерять) силу напряжения этих мышц (если известны величины длины плеч рычагов и углы приложения силы сокращающихся мышц), либо выражать проявляемую силу сокращения в долях (процентах) от максимальной произвольной силы этой же мышечной группы.

Предельное время статической работы (статическая выносливость) находится в обратной зависимости от F. При малых величинах нагрузок статическая работа может выполняться в течение очень длительного времени (практически «бесконечно долго»). Предельная величина такой нагрузки характеризует критический уровень статической работы. При увеличении нагрузок выше этого уровня, предельное время статической работы уменьшается. В среднем величина критического уровня статической работы составляет примерно 20% от величины максимальной силы мышцы.

В диапазоне силы давления (груза) 20 - 80 % от максимальной силы предельное время статической работы уменьшается с увеличением силы давления (груза) согласно гиперболической зависимости. Эта приводит к тому, что даже небольшое снижение силы статического сокращения приводит к значительному удлинению времени, в течение которого возможно поддержание этого сокращения. Максимальное же произвольное сокращение мышц может поддерживаться лишь несколько секунд. Если статическая работа периодически прерывается фазами отдыха, то общее ее количество, которое может быть выполнено, возрастает.

Выносливость при динамической работе (динамическая выносливость) может быть оценена по предельному времени в течение которого выполняется  предельная работа заданной мощности.

Мощность выполняемой работы - это отношение работы (выраженной в килограммометрах или джоулях) к времени, затраченному на ее выполнение. Различают пиковую мощность, представляющую собой максимальную мощность, которая может быть достигнута в какой-то момент выполнения динамической работы и критическую мощность динамической работы - которая может поддерживаться в течение длительного времени (на протяжении многих часов). Она аналогична критическому уровню для статической работы и отражает величину при превышении которой продолжительность динамической работы (т.е. выносливость) ограничена.

При выполнении динамической работы, мощность которой выше критической, время от начала до момента отказа от нее есть предельное время работы с данной мощностью, а общее количество работы, выполненной за этот отрезок времени, представляет собой предельную работу. Оба эти показателя снижаются с увеличением и повышаются с уменьшением мощности выполняемой динамической работы.

Мощность выполняемой работы может быть определена как отношение предельной работы к предельному времени ее выполнения. Кривая характеризующая взаимосвязь между мощностью и предельным временем динамической работы имеет такой же характер (гипербола), как и кривая зависимости предельной длительности статической работы от силы статического сокращения мышц.

Критическая мощность динамической работы составляет менее 1/10 от пиковой мощности.

В основе статической и динамической выносливости лежат различные физиологические механизмы

Поэтому эти два вида выносливости между собой связаны слабо. Соответственно систематическое применение упражнений, требующих статической выносливости, позволяет намного повышать ее, но мало изменяет динамическую выносливость. Длительные же динамические упражнения вызывают значительное повышение динамической выносливости без заметного изменения статической.

Рассматривая физиологические механизмы, определяющие такие различия, следует иметь в виду, что изменения в структурных, биохимических и физиологических особенностях тренируемых мышц и в характере их нервной регуляции специфически связаны с используемыми в тренировках видами упражнений и режимом их применения.

Лабораторная работа №. 9 Измерение абсолютной силы мышц человека и силовой выносливости.

 

           Одним из показателей физического развития организма служит сила мышц. Измерить силу одиночной мышцы у человека трудно, однако измерить суммарную силу группы мышц участвующих в осуществлении движения определенного типа, например силу мышц кисти вполне возможно.

Д л я р а б о т ы н е о б х о д и м: кистевой динамометр и секундомер.

М е т о д и к а в ы п о л н е н и я р а б о т ы.