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)
Сила сократительного компонента мышцы во многом зависит от площади его поперечного сечения. Экспериментально установлено, что чем больше площадь поперечного сечения мышечного волокна, (то есть, чем оно толще), тем большую силу оно способно развить. У не занимающихся физической культурой и спортом диаметр мышечных волокон равен 20 – 80 мкм, следовательно, площадь поперечного сечения мышечных волокон варьирует от 300 мкм 2 до 5000 мкм 2 . У бодибилдеров площадь поперечного сечения мышечных волокон значительно больше. Она может достигать 20000 мкм 2. На площадь поперечного сечения мышц влияет ряд факторов, таких как: расположение мышцы (верхние или нижние конечности), пол, возраст, особенности конституции человека, а также его уровень тренированности или степень гиподинамии.
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
В анатомии, физиологии и биомеханике хорошо известен принцип Вебера: «Сила мышц, при прочих равных условиях, пропорциональна ее поперечному сечению» (Ухтомский А.А, 1927.– С. 72). Из мышц, обслуживающих тазобедренный сустав, самый большой физиологический поперечник у односуставных разгибателей бедра (большой ягодичной м.): 30,3±9,4 см 2 . Из мышц, обслуживающих движения в коленном суставе самый большой физиологический поперечник – у четырехглавой мышцы бедра: 56,0±11,0 см 2 . Из мышц, обслуживающих голеностопный сустав – у камбаловидной м.: 23,7±10,6 см 2 . Эти мышцы носят название антигравитационных.
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.
- медленные неутомляемые (I тип);
- быстрые неутомляемые или промежуточные (IIА тип);
- быстрые утомляемые (IIВ тип).
Мышечным волокнам соответствуют различные двигательные единицы.
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:
- частота (паттерн) разрядов двигательной единицы (ДЕ);
- число активных ДЕ;
- синхронизация работы ДЕ.
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:
- длина мышцы;
- режим работы мышцы;
- значение внешней силы.
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:
- преодолевающем (концентрическом) – длина мышцы уменьшается;
- уступающем (эксцентрическом) – длина мышцы увеличивается;
- изометрическом – длина мышцы не изменяется.
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
Если мышца сокращается, преодолевая внешнюю силу (например, вес груза), то с увеличением веса груза наблюдаются три закономерности:
- увеличивается время от момента стимуляции мышцы до начала ее укорочения;
- уменьшается высота подъема груза;
- скорость сокращения мышцы снижается.
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).
источник
Регуляция силы и скорости мышечного сокращения.
Как вы знаете на собственном опыте, человек обладает возможностью произвольно регулировать силу и скорость мышечного сокращения. Реализуется эта возможность несколькими способами. С одним из них вы уже знакомы – это управление частотой нервной импульсации. Подавая волокну одиночные команды на сокращение, можно добиться в нем легкого напряжения. Так, например, поддерживающие позу мышцы слегка напряжены, даже когда человек отдыхает. Повышая частоту импульсов можно увеличивать силу сокращения до максимально возможной для данного волокна в данных условиях работы, которая достигается при слиянии отдельных импульсов в тетанус.
Сила, развиваемая волокном в состоянии тетануса, не всегда одинакова и зависит от характера и скорости движения. При статическом напряжении (когда длина волокна остается постоянной) сила, развиваемая волокном, больше чем при сокращении волокна, и чем быстрее сокращается волокно, тем меньшую силу оно способно развить. Максимальную же силу волокно развивает в условиях негативного движения, то есть при удлинении волокна.
При отсутствии внешней нагрузки волокно сокращается с максимальной скоростью. При увеличении нагрузки скорость сокращения волокна уменьшается и по достижении определенного уровня нагрузки падает до нуля, при дальнейшем увеличении нагрузки волокно удлиняется.
Причину в различии силы волокна при различных направлениях движения легко понять, рассмотрев уже приведенный ранее пример с гребцами и веслами. Дело в том, что после завершения «гребка» миозиновый мостик некоторое время находится в состоянии сцепления с нитью актина, представьте, что весло после гребка так же не сразу извлекается из воды, а находится погруженным еще некоторое время. В случае, когда гребцы плывут вперед (позитивное движение), весла, остающиеся погруженными в воду после завершения гребка, тормозят движение и мешают плыть, в то же время, если лодка буксируется назад, а гребцы сопротивляются этому движению, то погруженные весла так же мешают движению, и буксиру приходится прилагать большие усилия. То есть, при сокращении волокна, сцепленные мостики мешают движению и ослабляют силу волокна, при негативном движении – удлинении мышцы – не отцепленные мостики так же мешают движению, но в этом случае они как бы поддерживают опускающийся вес, что и позволяет волокну развивать большую силу. Легче всего понять различия между статическим напряжением, позитивным и негативным движением взглянув на Рис.5.
Итак, мы рассмотрели основные факторы, влияющие на силу и скорость сокращения отдельного волокна. Сила же сокращения целой мышцы зависит от количества волокон в данный момент времени вовлеченных в работу.
Вовлечение волокон в работу.
При поступлении от ЦНС (центральной нервной системы) к мотонейронам (расположенным в спинном мозге), возбуждающего сигнала (запускающий импульс), мембрана мотонейрона поляризуется, и он генерирует серию импульсов, направляемых по аксону к волокнам. Чем сильнее воздействие на мотонейрон (поляризация мембраны), тем выше частота генерируемого им импульса – от небольшой стартовой частоты (4‑5 Гц), до максимально возможной, для данного мотонейрона, частоты (50 Гц и более). Быстрые мотонейроны способны генерировать гораздо более высокочастотный импульс, чем медленные, поэтому сила сокращения быстрых волокон гораздо больше подвержена частотной регуляции, чем сила медленных.
В то же время имеется и обратная связь с мышцей, от которой поступают тормозящие сигналы, уменьшающие поляризацию мембраны мотонейрона и снижающие его ответ.
Каждый мотонейрон имеет свой порог возбудимости. Если сумма возбуждающих и тормозящих сигналов, превышает этот порог и на мембране достигается необходимый уровень поляризации, то мотонейрон вовлекается в работу. Медленные мотонейроны имеют, как правило, низкий порог возбудимости, а быстрые – высокий. Мотонейроны же целой мышцы имеют широкий спектр значений этого параметра. Таким образом, при повышении силы сигнала ЦНС, активируется все большее число мотонейронов, а мотонейроны с низким порогом возбудимости увеличивают частоту генерируемого импульса.
Когда требуется легкое усилие, например, при ходьбе или беге трусцой, активируется небольшое число медленных мотонейронов и соответствующее число медленных волокон, ввиду высокой выносливости этих волокон такая работа может поддерживаться очень долго. По мере увеличения нагрузки ЦНС приходится посылать все более сильный сигнал, и большее число мотонейронов (а, следовательно, волокон), вовлекается в работу, а те, что уже работали, увеличивают силу сокращения, по причине увеличения частоты импульсации, поступающей от мотонейронов. По мере увеличения нагрузки в работу включаются быстрые окислительные волокна, а по достижения определенного уровня нагрузки (20%‑25% от максимума), например, во время подъема в гору или финального спурта, силы окислительных волокон становится недостаточно, и посылаемый ЦНС сигнал включает в работу быстрые – гликолитические волокна. Быстрые волокна значительно повышают силу сокращения мышцы, но, в свою очередь, быстро утомляются, и в работу вовлекается все большее их количество. Если уровень внешней нагрузки не уменьшается, работу в скором времени приходится останавливать из‑за усталости, в результате накопления молочной кислоты.
Скорость движения мышцы зависит от соотношения внешней нагрузки и количества вовлеченных в движение волокон. Мобилизация относительно небольшого количества волокон, приведет к медленному движению, как только совместная сила сокращающихся волокон превысит уровень внешней силы. Мобилизация все большего количества волокон при той же внешней нагрузке приведет к увеличению скорости сокращения, а увеличение внешней нагрузки, или падение силы волокон в результате усталости, при неизменном количестве мобилизованных волокон, приведет к падению скорости сокращения.
При предельных нагрузках, например, при подъеме максимального веса или подъеме относительно небольшого веса, но с максимальной скоростью, сокращается сразу максимально возможное для данного индивида число волокон.
По вопросу вовлечения волокон при предельных нагрузках в литературе приводятся противоречивые сведения. Так ряд авторов утверждает, что даже у тренированных спортсменов при предельных нагрузках активно не более 85% от общего количества двигательных единиц в мышце. С другой стороны, Гурфинкель и Левин приводят данные, что большая часть двигательных единиц рекрутируется уже при нагрузках до 50% от максимума, и в дальнейшем, при повышении силы, подключается лишь небольшая часть (около 10%) самых крупных двигательных единиц, а рост силы от 75% до 100% происходит уже не за счет вовлечения новых двигательных единиц, а за счет повышения частоты импульса, генерируемого мотонейронами. Независимо от того, чья точка зрения является правильной, важно одно – сила мышцы зависит от силы импульса ЦНС, а чем обусловлен рост силы при нагрузках свыше 75% от максимальной только ли ростом частоты, генерируемой мотонейронами, или еще и вовлечением в работу новых мотонейронов не принципиально. Важно так же и то, что в мышцу встроен ограничительный механизм контроля над развиваемым напряжением, осуществляемый через сухожильные органы Гольджи. Сухожильные рецепторы регистрируют напряжение и при превышении критического значения оказывают тормозящее воздействие на мотонейроны. Считается, что при отключении контроля над напряжением проявляется «сверхсила» человека, регистрируемая в экстремальных ситуациях.
источник
Зависимость сила – скорость сокращения мышц
Из анализа уравнения мышечной динамики Хилла следует, что скорость движения зависит от абсолютной силы мышц, из-меряемой в изометрических условиях. Подтверждение этому не-трудно найти и в известных физических постулатах, из которых следует, что в общем случае скорость (V) прямо пропорциональ-на силе (F) и времени ее действия (t) и обратно пропорциональ-на массе тела (m), т.e. V = Ft m . Физический смысл этого выражения очевиден: чтобы увеличить скорость тела, необходимо увеличить значение и длительность действия прикладываемой к нему силы или уменьшить массу тела. Однако практически не все из пере-численных возможностей осуществимы в условиях движения че-ловека. Спортсмен не может уменьшить массу своего тела* или стандартного спортивного снаряда и увеличить время движения. Первое очевидно, а второе объясняется ограниченностью рабочей амплитуды движения. Точнее говоря, единственная возможность увеличить время движения по ограниченной амплитуде заклю-чается в снижении его скорости, что неразумно. Следовательно, остается только одно – увеличение силы мышц.
Это достаточно хорошо известно в практике и подтверждено
в эксперименте. Действительно, по мере увеличения силы мышц скорость движения возрастает (I. Kusinitz, С. Кеспеу, 1958; D. Clarke, F. Henry, 1961; A. Hunold, 1961). Казалось бы, вопрос до-статочно ясен. Однако существуют факты, вносящие некоторые сомнения в итоги этого логического рассуждения. Оказывается, если в практике, в условиях естественной тренировки, нетруд-но увидеть однонаправленность сдвигов в силе мышц и скоро-сти выполняемого ими движения, то лабораторный эксперимент обнаруживает довольно умеренную связь между этими сдви-гами (D. Clarke, F. Henry, 1961). Установлено, что абсолютное
* Во вращательных движениях возможно уменьшение момента инерции тела или системы его звеньев.
| значение скорости неотягощенного движения и относительная | |
| сила не коррелируют существенно между собой (Ph. Rach, 1956; | |
| F. Henry, 1960; F. Henry, I. Whitley, 1960). Но с увеличением | |
| веса преодолеваемого отягощения роль силы возрастает. На- | |
| пример, если при сгибании локтевого сустава скорость подни- | |
| мания груза весом 13% от максимума зависит от силы на 39%, | |
| то при поднимании груза весом | |
| 51% от максимума – уже на 71% | |
| (Н.А. Масальгин, 1966). Таким об- | |
| разом, степень корреляции между | |
| силой мышц и скоростью движения | |
| увеличивается с ростом отягощения | |
| (рис. 41). Но в этом случае сила при- | |
| кладывается к покоящемуся грузу. | |
| В других условиях рассмотренная | Рис. 41. Изменение |
| зависимость может быть иной, на- | степени корреляции (r) между |
| пример, если движение выполняется | скоростью движения |
| после предварительной остановки | и величиной отягощения. |
| Груз выражен в процентах | |
| движущегося груза и отталкивания | |
| от максимальной силы | |
| его затем в противоположном на- | |
| (по Н.А. Масальгину, 1966) | |
| правлении. Здесь с увеличением ки- | |
| нетической энергии предваритель- | |
| ного движения груза корреляция | |
| между силой мышц и скоростью дви- | |
| жения может остаться относительно | |
| постоянной или даже уменьшиться | |
| (рис. 42). | |
| Помимо веса отягощения и режи- | |
| ма работы мышц связь между силой | |
| и скоростью движения определяют | |
| еще и качественные различия в спо- | |
| собности человека к силовым про- | |
| явлениям. Важной характеристикой | Рис. 42. Изменение |
| зависимости сила – скорость явля- | степени корреляции (r) между |
| ется величина отношения динами- | скоростью движения |
| при выталкивании груза весом | |
| ческой константы а к максимальной | |
| 2 и 8 кг и максимальной | |
| изометрической силе Р0 (A. Hill, | |
| изометрической силой мышц | |
| 1938; Н. Ralston а. о., 1949; D. Wilkie, | в зависимости от высоты |
| 1950). Если нагрузка и скорость вы- | предварительного падения |
| ражены в долях максимальной изо- | груза |
| – 99 – |
метрической силы Р0 и максимальной скорости сокращения без нагрузки V0, то отношение а/Р0 полностью определяет характер кривой нагрузка – скорость. С возрастанием этого отношения кривизна уменьшается и, наоборот, с уменьшением его увеличи-вается. Исследования Н.А. Масальгина показали, что величина отношения а/Р0 в значительной мере обусловлена особенностями вида спорта.
Систематические занятия тем или иным видом мышечной деятельности способствуют формированию определенного соот-ношения между силой и скоростью мышечного сокращения. Еще Хилл (1950), обсуждая разброс значений константы скорости (b), объяснял это различиями в скорости движений у разных жи-вотных и отмечал различную форму кривой нагрузка – скорость
у спортсменов, бегающих на короткие и на длинные дистанции. Итак, совершенно очевидно, что абсолютная сила мышц яв-
ляется главным фактором, обусловливающим скорость движе-ния, но определяющая роль силы неодинакова для разных усло-вий двигательной деятельности и при поднимании разных по весу грузов. Остается, однако, невыясненным, почему абсолют-ная сила не коррелирует с быстротой движений, но вместе с тем
в условиях естественной тренировки приросту силы соответству-ет прирост быстроты. В чем же причина такого парадокса, выяв-ление которого грозит возможностью усомниться в объективно-сти упомянутых исследований? Однако последние уже довольно многочисленны и достаточно авторитетны. Значит, остается пред-положить, что среди средств тренировки, и в том числе развиваю-щих силу мышц, есть «что-то», положительно влияющее на бы-строту их деятельности. Иными словами, в процессе тренировки это «что-то» затрагивает какие-то специфические нейромоторные механизмы, ответственные за быстроту тренируемого движения. В связи с этим следует сказать, что зависимость сила – скорость дает основания для повторения сделанного ранее вывода, а имен-но: выбирая средства силовой подготовки, спортсмен должен со-вершенно четко представлять себе, каковы условия и специфика проявления силы в том движении или спортивном упражнении, ради которого развивается сила.
Зависимость сила – поза
Среди условий, влияющих на величину проявляемой силы, существенное значение имеет относительное расположение рабо-чих звеньев тела, т.е. поза человека. С движением рабочего звена
меняются угол в суставе, а следовательно, длина обслуживающих данное сочленение мышц и угол подхода их к месту прикрепле-ния на кости. При этом увеличиваются или уменьшаются плечо
и момент силы мышц, что, в свою очередь, изменяет механиче-ские условия их работы, которые могут быть выгодными, когда силовой потенциал мышц используется полностью, и невыгодны-ми, когда максимальное напряжение мышц используется только частично.
Изменение силы в зависимости от позы может быть связано
и с изменением функции мышцы. Например, гребешковая мыш-ца при разгибании в тазобедренном суставе производит поворот бедра кнаружи, а при сгибании – внутрь (Н. Ваеуег, 1922). При-водящая мышца бедра в зависимости от его положения может вы-полнять функцию сгибателя или разгибателя (М.Ф. Иваницкий, 1956; Д.Д. Донской, 1960). При исследовании вклада приводящей группы мышц в величину внешней силы, развиваемой при сги-бании и разгибании бедра, было установлено, что теснота связи между силой приводящей группы мышц (измеренной в положе-нии отведения бедра на 30º относительно вертикальной оси тела)
и силой сгибания и разгибания бедра имеет наибольшие значения при крайних положениях последнего. При сгибании (угол 210º) корреляция равна 0,92 и уменьшается затем до 0,41 (угол 90º); при разгибании, наоборот, при угле 90º ее значение составляет 0,86, а при угле 210º – 0,32.
В отдельных случаях незначительное изменение положения звена может привести к существенным изменениям в силе. Так, пронация плеча вызывает падение силы при сгибании локтевого сустава примерно на 1 /3 (Ph. Rasch, 1956; К. Wells, 1960; В. Tricker, 1967). При подъеме штанги незначительное сгибание рук сни-жает подъемную силу на 40%, согнутое положение туловища – на 13,3%, наклон головы – в среднем на 9% (Л.П. Соколов, 1967).
Максимум силы, проявленный в рабочей точке системы зве-ньев при одновременной работе групп мышц, обслуживающих разные суставы, во многом зависит от положения системы отно-сительно проксимального сустава. Например, сила, развиваемая при сгибании или разгибании коленного сустава, определяется положением тела в тазобедренном суставе (Н. Clarke а. о., 1950; S. Houtz а. о., 1957; G. Lehman, 1962). Так, максимальная величи-на усилий мышц ног при разгибании бедра и голени в положении сидя была обнаружена тогда, когда голень находилась по отноше-
нию к бедру под углом 160º. Однако при жиме ногами в положе-нии лежа не было обнаружено значительных различий в прояв-ляемой силе при углах в диапазоне 100–140º (F. Lindeburg, 1964). При тяге руками в положении сидя (поза гребца) сила возрастает на 10–12%, если туловище отведено назад от вертикали на 20–25º (В.Ф. Дорофеев, 1965).
Таким образом, если спортсмен хочет «вложить» в движе-ние всю свою силу, ему необходимо считаться с анатомическим устройством двигательного аппарата и позаботиться о том, чтобы поза в ответственный момент движения обеспечивала условия, при которых мышцы способны развить максимум внешней силы.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
источник