Сила мышцы. Единицы измерения. В системе СИ сила выражается в ньютонах (Н). В физиологической практике силу мышцы, как правило, определяют по максимальной массе груза, который может быть поднят при ее сокращении. В условиях целостного организма определяют «становую», «кистевую » силу, силу сгибателей и т.п.
Факторы, определяющие силу мышцы. Анатомическое строение: перистые мышцы (волокна расположены косо, под углом к продольной оси) способны развивать гораздо большее напряжение, чем мышцы с параллельным расположением волокон. В связи с этим принято определять так называемое физиологическое поперечное сечение мышцы, т.е. сумму поперечных сечений всех волокон, из которых состоит мышца. У перистых мышц физиологическое поперечное сечение значительно превосходит анатомическое (геометрическое). К числу наиболее сильных относятся жевательные мышцы.
Выделяют понятие «удельная сила мышцы» - отношение общей силы мышцы в ньютонах к физиологическому поперечному сечению мышцы (Н/см 2). Удельная сила находится в пределах 50- 150Н/см 2 . Удельную силу мышцы выражают также и в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см 2). Так, для трехглавой мышцы она составляет 17 кг/см 2 , для сгибателя плеча - 8кг/см 2 , для икроножной мышцы - 1кг/см 2 , для гладкой мышцы - 1кг/см 2 . В разных мышцах тела соотношение между числом медленных и быстрых мышечных волокон неодинаково и очень сильно отличается у разных людей, а также в разные периоды жизни. Одиночное мышечное волокно способно развивать напряжение до 0,2 Н.
Исходная длина мышцы тоже влияет на силу ее сокращения. При умеренном предварительном растяжении мышцы сила ее сокращения увеличивается, а при сильном растяжении она уменьшается, вплоть до отсутствия сокращения из-за отсутствия зон зацепления между нитями актина и миозина. При оптимальной длине (в состоянии покоя), при которой все головки миозиновых нитей способны контактировать с актиновыми филаментами, сила мышечного сокращения вырастает максимально. Предварительное растяжение мышцы увеличивает ее эластическую тягу, что также ведет к увеличению последующего ее сокращения. Это осуществляется за счет белка титина, нити которого одним концом прикреплены к Z-пластинке, другим - к миозину и растягиваются подобно пружине.
При сильном укорочении мышцы уменьшается (по непонятным причинам) сродство тропонина к Са 2+ , что ограничивает максимальную силу сокращений.
Число возбужденных волокон также влияет на силу одиночного сокращения мышцы. Оно определяется силой раздражения в эксперименте или числом возбужденных мотонейронов в натуральных условиях.
Сила тетанического сокращения мышцы зависит от степени выраженности суммации сокращений в каждом мышечном волокне, что определяется частотой импульсации - она возрастает до оптимума.
Работа мышцы (А). В механике работа определяется как произведение силы (F), приложенной к телу, на расстояние (L) его перемещения под воздействием данной силы:
А = F×L (Дж).
Утомление мышцы. При мышечной работе у человека со временем развивается утомление - сила мышечных сокращений постепенно уменьшается, и в конечном итоге наступает момент, когда человек уже не в состоянии продолжать работу. Скорость развития утомления зависит от ритма работы и величины груза. Большой груз или слишком частый ритм работы приводят к быстрому развитию утомления, в результате чего выполненная работа бывает ничтожна. Наибольшей бывает работа при некотором среднем, оптимальном для данного человека, ритме работы и среднем, оптимальном грузе (правило средних нагрузок). При любой силе изометрического сокращения мышцы работа равна нулю, несмотря на расход энергии и развивающееся утомление. Причиной утомления является накопление К + в Т-трубочках (при частых сокращениях), накопление молочной кислоты, расход энергетического материала.
Мощность мышцы (работа, совершаемая в единицу времени) в системе СИ выражается в ваттах (Дж/с 2). Максимальная мощность соответствует выполнению наибольшего объема работы в течение минимального отрезка времени. Однако в этом случае быстро развивается утомление.
1.3.5. Структурнофункциональные особенности гладких мышц
Расположение актина и миозина в гладких мышцах не столь упорядочено, Z-мeмбраны и саркомеры в них отсутствуют, поэтому при микроскопическом исследовании не выявляется характерная для скелетной мышцы поперечная исчерченность, что и определяет название этих мышц - гладкие. Форма гладкомышечных клеток веретенообразная, диаметр волокна в утолщенной части составляет 2-10 мкм, длина 50-400 мкм. В клетке имеется одно ядро, митохондрий относительно мало. СПР представлен плоскими везикулами, расположенными в непосредственной близости от внутренней поверхности клеточной мембраны. Он содержит мало ионов Са 2+ .
Нервно-мышечные синапсы отличаются от таковых у исчерченных мышц, причем наиболее ярко отличие выражено у симпатической нервной системы. Постганглионарные волокна (аксона ганглионарных симпатических нейронов) по своему ходу среди миоцитов образуют многочисленные утолщения (расширения), из которых выделяется медиатор. Последний диффундирует в межклеточном пространстве и взаимодействует с постсинаптическими рецепторами, которые располагаются равномерно по всей мембране гладкомышечных клеток, что ведет к стимуляции или угнетению функций органа (например, торможение моторики кишки, усиление работы сердца, сужение кровеносного сосуда). В гладких мышцах бронхов и крупных артерий нервное влияние передается без генерации ПД, сокращение этих мышц обеспечивают ВПСП.
Особенности свойств гладких мышц. Возбудимост ь. Потенциал покоя большинства гладкомышечных клеток составляет -60-70 мВ, у миоцитов, обладающих спонтанной активностью, - -30-60 мВ. Потенциал действия более продолжителен (10-50 мс), чем у скелетных мышц - до10мс. У некоторых миоцитов после начальной быстрой реполяризации формируется плато, которое удлиняет ПД до 500мс; оно связано с поступлением в клетку Na + и Са 2+ . Деполяризация мембраны обусловлена в основном диффузией Са 2+ в клетку.
Проводимость . Структурнофункциональной единицей гладких мышц является пучок мышечных волoкон. Взаимодействие между отдельными миоцитами осуществляется благодаря щелевым контактам, обладающим низким электрическим сопротивлением, и близко расположенным контактирующим элементам соседних мышечных волокон. Благодаря этому электрическое поле одной клетки в пучке обеспечивает возбуждение другой. Поэтому изолированно отдельные гладкомышечные клетки пучка не возбуждаются. Скорость распространения ПД в пределах пучка составляет 5-10см/с. Причем для возбуждения всех миоцитов пучка не достаточно возбуждения одного миоцита (необходимо первоначальное возбуждение нескольких клеток).
Сократимость . Сокращения гладкой мышцы определяются описанным выше характером распространения возбуждения - пучок гладкомышечных волокон сокращается как единое целое (пучок - функциональная единица гладкой мышцы). Активность гладкомышечной АТФазы миозина в 40-80 раз ниже активности АТФазы миозина исчерченной мышцы. Чем больше АТФазная активность миозина, тем быстрее сокращается мышечное волокно. Поэтому гладкая мышца сокращается гораздо медленнее, чем скелетная. По этой же причине на сокращение гладкой мышцы меньше расходуется АТФ (экономичность). Кроме того, гладкая мышца не утомляется во время продолжительной активности - она приспособлена к длительному поддержанию тонуса.
Главной особенностью электромеханического сопряжения в гладкой мышце является то, что основную роль в сопряжении играет входящий в клетку (при ее возбуждении) Са 2+ , поскольку его запасы в СПР гладкомышечных миоцитов незначительны. Другая важная особенность заключается в том, что регуляторным белком гладкой мышцы является кальмодулин (наличие тропонина не установлено), который связывается с Са 2+ . Комплекс Са 2+ - кальмодулин активирует особый фермент (киназу легких цепей миозина), который переносит фосфатнуюгруппу с АТФ на головку поперечного мостика миозина. Фосфорилированная головка миозина взаимодействует с актином. Это ведет к конформационным изменениям миозиновых мостиков, что обеспечивает скольжение нитей актина относительно нитей миозина.
Сокращение гладких мышц может быть результатом и химиомеханического сопряжения (без формирования ПД), вследствие взаимодействия медиатора с мембранными рецепторами и активации различных ферментных систем, вызывающих взаимодействие актина и миозина, что и обеспечивает сокращение мышцы.
Расслабление гладкомышечных миоцитов обусловлено инактивацией кальциевых каналов вследствие восстановления исходных значений МП. Активация кальциевого насоса в мембране миоцита и СПР обеспечивает выведение Са 2+ в СПР и из гиалоплазмы клетки и снижение его концентрации, в результате чего инактивируется киназа легких цепей миозина, что приводит к прекращению фосфорилирования миозиновых головок, а следовательно, они утрачивают способность взаимодействовать с актином.
Автоматия присуща клеткам - водителям ритма (пейсмекерам). В ее основе лежит спонтанно возникающая медленная деполяризация (препотенциал) - при достижении КП возникает ПД. Спонтанная деполяризация преимущественно обусловлена диффузией Са 2+ в клетку. Частота генерируемых ПД зависит от скорости медленной деполяризации и соотношения МП и КП: чем меньше МП, тем ближе он к КП, и при этом легче возникают ПД. Автоматия практически не выражена у гладких мышц артерий, семенных протоков, радужки, ресничных мышц. Их функции полностью определяются ВНС.
Пластичность выражается в том, что при растяжении гладких мышц их напряжение первоначально увеличивается, а затем снижается до исходного уровня. Таким образом, свойство пластичности проявляется в том, что гладкая мышца может не изменять напряжения как в укороченном, так и в растянутом состоянии. Эта особенность гладкой мышцы предотвращает избыточный рост давления в полых внутренних органах при их наполнении (мочевой пузырь, желудок и др.).
Однако растяжение гладкой мышцы может вызывать активацию процессов сокращения. Этот феномен, в частности, характерен для артериол, что является одним из важных механизмов регуляции их тонуса и регионарного кровотока в некоторых органах (мозг, почки, сердце). Стимуляция сокращения в этом случае происходит в результате того, что при растяжении пейсмекерных клеток активируются механоуправляемые каналы, в результате чего возникает ПД, который посредством своего электрического поля и щелевых контактов обеспечивает возникновение ПД в соседних клетках. Чрезмерное растяжение мочевого пузыря также вызывает его сокращение и эвакуацию мочи. Подобная реакция наблюдается при денервации органа и фармакологической блокаде внутриорганной системы.
Энергетическое обеспечение сокращения гладких мышц также осуществляется за счет молекул АТФ, ресинтез которой происходит, в основном, посредством анаэробного гликолиза.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные структурные элементы мышечного волокна, обеспечивающие его возбуждение и сокращение.
2. Каково функциональное значение мембраны мышечного волокна в выполнении его сократительной функции?
3. Что представляет собой миофибрилла, каково ее значение в механизме мышечного сокращения?
4. Перечислите свойства мышечной ткани.
5. Перечислите основные функции скелетных мышц.
6. Что называют сократимостью мышцы?
7. Почему потенциал действия считается инициатором мышечного сокращения? Дайте соответствующие пояснения.
7. Нарисуйте потенциал действия скелетной мышцы, полученный при внутриклеточном отведении. Укажите его амплитуду в мВ.
8. Нарисуйте, сопоставив во времени, потенциал действия и цикл одиночного сокращения скелетной мышцы. Назовите фазы сокращения мышцы.
9. Опишите кратко роль ионов кальция в механизме мышечного сокращения.
10. На какие процессы, обеспечивающие сокращение мышцы, расходуется энергия АТФ?
11. Что является непосредственной причиной скольжения нитей актина и миозина, обеспечивающего мышечное сокращение? Почему?
12. Активным (с затратой энергии АТФ) или пассивным (без затраты энергии АТФ) является процесс расслабления мышцы?
13. Назовите источники энергии, обеспечивающие ресинтез АТФ.
14. Назовите типы сокращения скелетных мышц в зависимости от условий сокращения и от характера раздражения.
15. Назовите три фазы одиночного мышечного сокращения. Какой основной процесс происходит в первую фазу?
16. Какие факторы влияют на силу одиночного мышечного сокращения?
17. Почему увеличение силы раздражения мышцы увеличивает силу ее сокращения?
18. Почему предварительное умеренное растяжение изолированной мышцы увеличивает силу ее сокращения при одиночном раздражении?
19. Что называют тетаническим сокращением мышцы? Какое явление лежит в основе механизма тетануса?
20. Что называют суммацией мышечных сокращений?
21. При каких условиях раздражения скелетной мышцы вместо одиночных сокращений возникает тетанус? Какие виды тетануса Вам известны?
22. В какую фазу одиночного сокращения должно попасть каждое последующее раздражение, чтобы возник зубчатый или гладкий тетанус? Какие факторы влияют на высоту гладкого тетануса изолированной мышцы?
23. Какова зависимость высоты гладкого тетануса от частоты раздражения мышцы (в динамике)?
24. Какую частоту раздражения мышцы называют оптимальной, какую – пессимальной?
25. Подчиняется ли двигательная единица закону "все или ничего"? Почему?
26. В каких отделах центральной нервной системы находятся мотонейроны, аксоны которых иннервируют скелетные мышцы?
27. Что называют тонусом скелетных мышц, развивается ли при этом их утомление, велик ли расход энергии?
28. Какова зависимость работы изолированной скелетной мышцы от величины нагрузки?
29. Перечислите структурные особенности гладкой мышцы.
30. Перечислите особенности потенциала покоя и потенциала действия гладкой мышцы по сравнению с таковыми поперечнополосатой мышцы.
31. Назовите функциональные особенности гладкой мышцы по сравнению со скелетной.
32. Что такое пластичность гладких мышц, каково ее значение для функционирования внутренних полых органов?
34. Что является функциональной единицей гладкой мышцы? Почему?
35. Перечислите основные свойства сердечной мышцы.
36. Каковы особенности пейсмекерных клеток водителей ритма сердца?
Динамометрия – методика измерения силы отдельной мышцы или группы мышц при помощи специальных приборов – динамометров.
Кистевая динамометрия
Кистевая динамометрия – измерение силы мышц-сгибателей пальцев. Динамометрия кисти выглядит как одномоментное максимальное воздействие на прибор мышечных волокон. При разогнутом предплечье исследуемый сжимает ручной динамометр одной кистью. Исследование проводится для обеих конечностей, после чего производится сравнение полученных данных. При помощи реверсивного прибора проводят исследование также для разгибателей предплечья, сгибателей бедра и голени.
Становая динамометрия и динамография
Становая динамометрия – измерение силы мышечных групп, выпрямляющих туловище. Нижняя планка станового динамометра должна быть зафиксирована под ступнями испытуемого. Исследуемый обхватывает верхнюю планку кистями рук и тянет вверх. При этом он пытается выпрямиться при разогнутых в коленях нижних конечностях.
Помимо становых, реверсивных и ручных пружинных динамометров существуют ртутные приборы, в которых мышечная сила определяется как уровнем давления на датчик при помощи ртутного манометра.
Динамография – вид исследования, который позволяет регистрировать мышечные сокращения в виде серии кривых на графике. Этот метод показывает длительное мышечное усилие мышцы или группы мышц в динамике. Динамография используется в курортологии, неврологии.
Выражаются показатели динамометрии абсолютными величинами или относительными (по отношению к чему-либо, к массе, например). Данные измерения учитываются антропометрией, в физиологии, в гигиене спорта и спортивной медицине. Также полученные результаты используют для оценки степени физического развития человека.
Оценка результатов
Разработаны различные шкалы оценки показателей динамометрии. Существуют усредненные величины результатов динамометрии, которые принимаются за норму. Они различаются в зависимости от роста, пола и возрастной категории испытуемого. Однако следует учитывать и другие индивидуальные особенности пациента.
Одними из основных показателей физического развития у детей, начиная с возраста восьми лет и до восемнадцати, являются становая сила и сила правой кисти, выраженные в килограммах. В неврологии могут использоваться и измерения других групп мышц при необходимости таковых. Чаще всего исследования выполняются при неврологических заболеваниях, сопровождающихся мышечной слабостью (миастении, парезы после инсульта, оценка эффективности лечения рассеянного склероза со слабостью конечностей и т.д.).
Динамометрия у детей различного пола и возраста дает разные результаты, несмотря на одинаковую методику проведения. Измерение проводится два раза, через небольшую паузу для отдыха.
Возрастные показатели и норма динамометрии
Так, нормы показателей силы правой кисти у мальчиков:
- от 8 до 11 лет варьируются от 13,0 до 18, 5 кг;
- от 12 до 15 лет – от 21, 6 до 37,6 кг;
- от 16 до 19 лет – от 45,9 до 51,0 кг.
Для девочек эти нормы имеют гораздо меньшие значения:
- от 8 до 11 лет соответственно норма от 9,8 до 17,1 кг;
- от 12 до 15 лет норма равна от 19,9 до 28, 3;
- от 16 до 19 лет – от 31, 3 до 33,8 кг.
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ МЫШЦ - ДИНАМОМЕТРИЯ
Для измерения силы мышц применяются специальные приборы - динамометры, среди которых наиболее распространены динамометры Коллена. С их помощью определяют силу мышц-сгибателей кисти и пальцев (кистевая динамометрия), а также силу мышц-разгибателей позвоночного столба (становая динамометрия). Они просты , не громоздки, поэтому применяются во время массовых обследований.
При измерении силы мышц-сгибателей кисти и пальцев динамометр располагается на ладонной поверхности кисти так, чтобы его стрелка была обращена к запястью. Обследуемый вытягивает руку в сторону и с силой сжимает динамометр.
Сила мышц-разгибателей позвоночного столба определяется становым динамометром, который фиксируется к доске. Испытуемый встает на доску, наклоняется вперед (ноги должны быть выпрямлены), берет ручки динамометра (они должны располагаться на уровне коленных суставов) и тянет их вверх.
В спортивной практике нашли широкое применение так называемые полидинамометры, с помощью которых можно определять силу многих мышц. С этой целью используется, например, динамометр конструкции В. М. Абалакова с индикатором часового типа.
Чтобы исключить влияние на проявление мышечных усилий силы других групп мышц , применяется стенд разнонаправленных усилий, предложенный А. В. Коробковым с соавт. (1964). Этот стенд представляет собой кушетку с двумя расположенными по бокам направляющими трубками, по которым перемещается (вперед-назад) вертикальная стойка-каретка. С помощью замков она может жестко закрепляться на любом участке. На каретке вниз-вверх перемещается горизонтальная планка, к которой с помощью крюка или кольца крепится динамометр. На кушетке имеются упоры для ног и плеч. Расстояние между этими упорами можно менять в зависимости от длины тела и ширины плеч испытуемых. Для фиксации тела и отдельных его сегментов на кушетке сделаны продольные прорези, через которые проходят ремни-фиксаторы.
При измерении силы мышц сгибателей и разгибателей предплечья,
Плеча и бедра испытуемый лежит на спине. Грудная клетка, туловище в области талии и бедро фиксируются с помощью ремней. Каретка находится около нижних конечностей испытуемого. Исследуемый I сегмент тела должен занимать вертикальное положение. На дистальную часть сегмента надевается лямка с металлическим крючком или кольцом для динамометра. Поперечная перекладина каретки устанавливается так, чтобы система «динамометр-лямка» была параллельна кушетке. После этих приготовлений испытуемый выполняет
то или иное движение с максимальной силой.
е) наиболее выдающаяся назад точка крестца по задней срединной линии.
Затем с помощью гониометра В. А. Гамбурцева (ножки последовательно устанавливаются на соответствующие точки) определяются углы наклона сегментов позвоночного столба, заключенных между названными точками. Углы отсчитывают от мнимой вертикали туловища (см. рис. 201 в уч. М. Ф. Иваницкого «Анатомия человека»):
угол а -угол наклона сегмента 1-2 к вертикали;
угол V - угол наклона сегмента 2-3 к вертикали;
угол р - угол наклона сегмента 3-4 к вертикали;
4) т - угол наклона сегмента 4-5 к вертикали.
Углы а и 7 характеризуют шейный лордоз; углы р и у - поясничный лордоз. Чем больше величина углов, тем сильнее выражены изгибы позвоночного столба. При большой величине угла V и небольшой величине угла |3 наблюдается сутуловатость (верхняя форма кифоза), при больших величинах обоих углов - кифотическая осанка, а при малых выпрямленный тип осанки. Большая величина углов У и о характеризует лордотический тип осанки. При большой величине угла В наблюдается так называемая поясничная форма лордоза, а при большой величине угла сг - крестцовая форма поясничного лордоза.
Кроме того, данным прибором или толстотным циркулем с приставным гониометром измерьте угол наклона таза, устанавливая ножки циркуля на лобковую точку и на остистый отросток V поясничного позвонка. Величина этого угла характеризует половые особенности осанки тела.
Все полученные данные занесите в таблицу и дайте характеристику осанки тела.
Сравните полученные данные с приведенными в табл.
У высококвалифицированных гимнасток угол наклона таза и углы , характеризующие поясничный лордоз, больше, чем у не занимающихся спортом, а показатель грудного кифоза меньше; у пловцов угол наклона таза такой же, как у не занимающихся спортом, но сильно увеличены углы, характеризующие поясничный лордоз; у лыжников при большом наклоне таза показатели поясничного лордоза невелики, но больше величина углов , указывающих на сутуловатость.
Оценка осанки тела
|
Поло- головы |
Шейно- вые линии |
Распо ние плеч |
Тре- ники талии |
Высота над полом |
Строе- ромба Мош- |
Плече показатель |
Глубина лордоза |
||
|
Акромиальной |
Под- вздошно-
гребневой точки |
шейного |
поясничного |
||||||
Таблица
Показатели грудного и поясничного изгибов позвоночника по В. А. Гамбурцеву (мужчины - м, женщины - ж)
У не занимающихся спортом
|
Возраст |
|
|
Угол наклона таза |
|||
|
м. |
ж. |
м. |
ж. |
м. |
ж. |
|
|
18 |
27,05 |
24,95 |
22,31 |
22,48 |
47,00 |
45,05 |
|
19 |
27,21 |
25,54 |
22,54 |
22,50 |
47,04 |
45,05 |
|
20-21 |
27,58 |
25,93 |
22,57 |
22,53 |
47,09 |
45,03 |
|
22-24 |
28,19 |
26,13 |
22,54 |
22,53 |
47,12 |
44,95 |
|
40-44 |
30,08 |
27,31 |
22,50 |
22,77 |
47,10 |
44,62 |
|
50-54 |
30,95 |
29,24 |
22,00 |
22,62 |
46,90 |
44,32 |
|
60-64 |
31,65 |
31,86 |
19,80 |
21,67 |
46.. !0 |
43,62 |
|
80-84 |
32,98 |
41,62 |
15,10 |
16,17 |
42,50 |
40,52 |
|
90-104 |
35,29 |
43,51 |
12,00 |
12,17 |
40,21 |
37,32 |
У спортсменов
|
Специализация |
|
|
Угол наклона |
|||
|
мс |
III р. |
мс |
III р. |
мс |
III р. |
|
|
Гимнастика (женщины) |
12,97 |
13,54 |
24,78 |
23,59 |
48,07 |
45,66 |
|
Плавание | ||||||
|
мужчины |
16,94 |
16,10 |
24,52 |
23,08 |
44,28 |
45,90 |
|
женщины |
14,58 |
13,82 |
23,20 |
22,36 |
44,82 |
44,60 |
|
Лыжный спорт |
15,94 |
14,98 |
22,92 |
21,50 |
47,92 |
46,78 |
Измерение мышечной силы.
В процессе естественного роста и под влиянием тренировки происходят местные изменения в различных органах и во всем организме в целом — поэтому мышечная сила зависит от многих показателей физического развития, и больше всего от роста тела в длину, веса тела и окружности грудной клетки.
Мышечная сила по данным около 6000 обследований мужчин различных профессий в возрасте 22—23 лет выражалась в следующих средних величинах: сила правой руки колебалась от 37 до 45 кг, левой руки — от 36 до 40 кг. Наименьшая сила рук равнялась 25 кг и наибольшая —70 кг. У мастеров спорта в возрасте от 21 до 35 лет сила рук колебалась широко — от 32 до 70 кг и в среднем составляла от 50 до 60 кг.
Становая сила (сила спинных мышц) равна в среднем от 140 до 150 кг. У мастеров спорта становая сила колебалась от 128 до 210 и более кг, в среднем чаще всего от 158 до 180 кг.
Увеличение мышечной силы у взрослого человека в процессе тренировки более всего связано с увеличением веса его тела. Но вес тела взрослого человека подвержен довольно значительным колебаниям, и чем больше вес тела, тем больше должна быть и мышечная сила. Как же в таких случаях точно определить, увеличилась мышечная сила или уменьшилась? Это можно сделать путем вычисления силовых показателей, отображающих относительную мышечную силу, выраженную в процентах к весу тела. Для этого надо цифру, показывающую мышечную силу, умножить на 100 и полученное число разделить на вес тела. Например, сила кисти сильнейшей руки равна 42 кг, а вес тела — 70 кг. Точно так же. определяется и показатель становой силы. Увеличение показателя означает возрастание мышечной силы. Так, для мастеров спорта среднего роста в возрасте от 21 до 25 лет показатель ручной силы равен в среднем 82%, а для возраста 26—35 лет — 85,5%. Показатель становой силы равен соответственно 246 и 259%| веса тела.
Увеличение мышечной силы на протяжении того или иного тренировочного периода может свидетельствовать о правильной методике тренировки, снижение мышечной силы — или о неправильной системе тренировки, или о неправильном режиме (работы, отдыха, питания, сна и т. д.), чаще же о суммарном неблагоприятном воздействии тех и других причин. При прогрессивном понижении мышечной силы необходимо заявить тренеру и обратиться к врачу.
Об изменении мышечной силы можно иногда судить по окружности плеча, предплечья, бедра, голени. Об увеличении мышечной массы и силы будет свидетельствовать увеличение их окружностей. Так, например, разница между данными измерения окружности плеча в сокращенном и спокойном состоянии может достигать 2—3 и более сантиметров. Чем больше эта разница (называемая размахом плеча), тем больше сила двуглавой мышцы плеча. Точно так же по изменению окружности бедра и голени можно судить об изменении силы мышц бедра и голени (при условии, если увеличение окружности не идет за счет увеличения толщины подкожно-жирового слоя).
В условиях изометрического сокращения мышцы проявляют максимальную статическую силу.
Максимальная статическая сила и максимальная произвольная статическая сила мышц
И зометрически сокращающаяся мышца развивает максимально возможное для нее напряжение при одновременном выполнении следующих трех условий:
активации всех двигательных единиц (мышечных волокон) данной мышцы;
режиме полного тетануса у всех ее двигательных единиц;
сокращении мышцы при длине покоя.
В этом случае изометрическое напряжение мышцы соответствует ее максимальной статической силе.
М аксимальная сила (МС), развиваемая мышцей, зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от их толщины. Число и толщина волокон определяют толщину мышцы в целом, или, иначе, площадь поперечного сечения мышцы (анатомический поперечник). Отношение МС мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Она измеряется в ньютонах или килограммах силы на 1 см2 (Н/см2 или кг/см2).
А натомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно к ее длине. Поперечный разрез мышцы, проведенный перпендикулярно к ходу ее волокон, позволяет получить физиологический поперечник мышцы. Для мышц с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Отношение МС мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы. Она колеблется в пределах 0,5-1 Н/см2.
И змерение мышечной силы у человека осуществляется при его. произвольном усилии, стремлении максимально сократить необходимые мышцы. Поэтому когда говорят о мышечной силе у человека, речь идет о максимальной произвольной силе (МПС, в спортивной педагогике этому понятию эквивалентно понятие "абсолютная сила мышц"). Она зависит от двух групп факторов: мышечных (периферических) и координационных (центрально-нервных).
К мышечным (периферическим) факторам, определяющим МПС, относятся:
механические условия действия мышечной тяги - плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;
длина мышц, так как напряжение мышцы зависит от ее длины;
поперечник (толщина) активируемых мышц, так как при прочих равных условиях-проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц;
композиция мышц, т. е. соотношение быстрых и медленных мышечных волокон в. сокращающихся мышцах.
К координационным (центрально-нервным) факторам относится совокупность центрально-нервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом - механизмы внутримышечной координации и механизмы межмышечной координации.
М еханизмы внутримышечной координации определяют число и частоту импульсации мотонейронов данной мышцы и связь их импульсации во времени. С помощью этих механизмов центральная нервная система регулирует МПС данной мышцы, т. е. определяет, насколько сила произвольного сокращения данной мышцы близка к ее МС. Показатель МПС любой мышечной группы даже одного сустава зависит от силы сокращения многих мышц. Совершенство межмышечной координации проявляется в адекватном выборе "нужных" мышц-синергистов, в ограничении "ненужной" активности мышц-антагонистов данного и других суставов и в усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных суставов и т. п.
Т аким образом, управление мышцами, когда требуется проявить их МПС, является сложной задачей для центральной нервной системы. Отсюда понятно, почему в обычных условиях МПС мышц меньше, чем их МС. Разница между МС мышц и их МПС называется силовым дефицитом.
С иловой дефицит у человека определяется следующим образом. На специальной динамометрической установке измеряют МПС выбранной группы мышц, затем - ее МС. Чтобы измерить МС, раздражают нерв, иннервирующий данную мышечную группу, электрическими импульсами. Силу электрического раздражения подбирают такой, чтобы возбудить все моторные нервные волокна (аксоны мотонейронов). При этом применяют частоту раздражения, достаточную для возникновения полного тетануса мышечных волокон (обычно 50-100 имп/с). Таким образом, сокращаются все мышечные волокна данной мышечной группы, развивая максимально возможное для них напряжение (МС).
С иловой дефицит данной мышечной группы тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом. Величина силового дефицита зависит от трех факторов:
психологического, эмоционального, состояния (установки) испытуемого;
необходимого числа одновременно активируемых мышечных групп
степени совершенства произвольного управления ими.
П ервый фактор. Известно, что при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его максимальные возможности в обычных условиях. К таким эмоциональным (стрессовым) состояниям относится, в частности, состояние спортсмена во время соревнования. В экспериментальных условиях значительное повышение показателей МПС (т. е. уменьшение силового дефицита) обнаруживается при сильной мотивации (заинтересованности) испытуемого, в ситуациях, вызывающих его сильную эмоциональную реакцию, например после неожиданного резкого звука (выстрела). То же отмечается при гипнозе, приеме некоторых лекарственных препаратов. При этом положительный эффект (увеличение МПС, уменьшение силового дефицита) сильнее выражен у нетренированных испытуемых и слабее (или совсем отсутствует) у хорошо тренированных спортсменов. Это указывает на высокую степень совершенства центрального управления мышечным аппаратом у спортсменов.
В торой фактор. При одинаковых условиях измерения величина силового дефицита тем больше, чем больше число одновременно сокращающихся мышечных групп. Например, когда измеряется МПС мышц, только приводящих большой палец кисти, силовой дефицит составляет у разных испытуемых 5-15% от МС этих мышц. При определении МПС мышц, приводящих большой палец и сгибающих его концевую фалангу, силовой дефицит возрастает до 20%. При максимальном произвольном сокращении больших групп мышц голени силовой дефицит равен 30% (Я.М. Коц).
Т ретий фактор. Роль его доказывается различными экспериментами. Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, приводит к значительному повышению МПС, измеряемой в том же положении. Если измерения проводятся в других положениях конечностя, то прирост.МПС оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы прирост МПС зависел только от увеличения поперечника тренируемых мышц (периферического фактора), то он обнаруживался бы при. измерениях в любом положении конечности. Следовательно, в данном случае прирост МПС зависит от более совершенного, чем до тренировки, центрального управления мышечным аппаратом именно в тренируемом положении.
Р оль координационного фактора выявляется также при изучении показателя относительной произвольной силы, которая определяется делением показателя МПС на величину мышечного поперечника (Так как у человека можно измерить только анатомический поперечник мышцы, для большинства мышц определяется не абсолютная произвольная сила (отношение МПС к физиологическому поперечнику), а относительная (отношение МПС к анатомическому поперечнику). В спортивной педагогике понятием "относительная сила" обозначают отношение МПС к весу спортсмена.). Так, после 100-дневной тренировки с применением изометрических упражнений МПС мышц тренируемой руки выросла на 92%, а площадь их поперечного сечения на 23% (рис. 28). Соответственно относительная произвольная сила увеличилась в среднем с 6,3 до 10 кг/см2. Следовательно, систематическая тренировка может способствовать совершенствованию произвольного управления мышцами. МПС мышц нетренируемой руки также несколько увеличилась за счет последнего фактора, так как площадь поперечного сечения мышц этой руки не изменилась. Это показывает, что более совершенное центральное управление мышцами может проявляться в отношении симметричных мышечных групп (явление "переноса" тренировочного эффекта).
Как известно, наиболее высокопороговыми ("менее возбудимыми") являются быстрые двигательные единицы мышцы. Их вклад в общее напряжение мышцы особенно велик, так как каждая из них содержит много мышечных волокон. Быстрые мышечные волокна толще, имеют больше миофибрилл, и поэтому сила их сокращения выше, чем у медленных двигательных единиц. Отсюда понятно, почему МПС зависит от композиции мышц: чем больше быстрых мышечных волокон они содержат, тем выше их МПС.
К огда перед спортсменом стоит задача развить значительную мышечную силу во время выполнения соревновательного упражнения, он должен систематически применять на тренировках упражнения, которые требуют проявления большой мышечной силы (не менее 70% от его МПС). В этом случае совершенствуется произвольное управление мышцами, и в частности механизмы внутримышечной координации, обеспечивающие включение как можно большего числа двигательных единиц основных мышц, в том числе наиболее высокопороговых, быстрых двигательных единиц.