Зависимость силы мышцы от ее строения. Понятие мышечной силы

Понятие о мышечной силе

Понятия о мышечной силе.

Сила человека представляет собой его способность справляться с внешним сопротивлением либо противодействовать ему благодаря мышечным усилиям. Если не развивать физическую силу, то и овладеть спортивным мастерством не получится. Ведь она в большей степени определяет быстроту движений, а так же играет огромную роль в работе, которая требует ловкости и выносливости.

Сила мышцы напрямую зависит от сократительной силы ее мышечных волокон, то есть от размера физиологического поперечника, проходящего через все ее волокна и равного площади поперечного сечения (исчисляется в см2).

Большая часть мышц человека имеют перистое строение, то есть их волокна друг к другу расположены под углом. Существуют мышцы, которые имеют параллельное и веретенообразное местоположение волокон. Так, к примеру, протяжные мышцы имеют параллельный ход волокон, а двуглавая мышца бедра наоборот – веретенообразный.

У перистых мышц при такой точно толщине, что и у мышц с веретенообразным и параллельным расположением волокон, больше физиологический поперечник, так как мышечных волокон в нем укладывается больше. Как результат перистая мышца мощнее.

Основная способность перистого строения мышц – это формирование мышечного напряжения. Если они проигрывают в величине укорочения, то в силе сокращения они выигрывают. Мышцам с веретенообразными мышцами и параллельными волокнами в большей степени характерно значительные трансформации длинны, что обеспечивает в различных суставах более выраженные движения.

Мышцы отличаются также и по анатомическому поперечнику, так называемому поперечному сечению, которое перпендикулярно к длине мышцы не учитывая особенностей расположения в ней волокон. Поэтому чем анатомический поперечник больше, тем толще мышца, тем она может развивать большую силу. При равных прочных условиях сила соразмерна поперечному сечению мышцы, а высота сокращения – соразмерна длине мышечных волокон.

Например, одиночная двигательная единица, которая состоит из 100 волокон, способна развивать силу в 10-20 г. Большая часть скелетных мышц обладает силой, которая превышает вес тела. Все человеческие мышцы содержат порядка 300 млн. волокон. Поэтому если бы они функционировали в одну сторону, то способны били бы развить силу, равную 25 тоннам.

На скорость сократительного акта определенное влияние оказывает строение мышц – перистые мышцы являются наиболее «быстрыми».

Быстрая сила мышц является понятием обобщенным и относительным. Сила, которая проявляется в быстрых движениях, обладает множеством качественных оттенков, и порой между ними довольно сложно провести грань. Приблизительно дифференцируя, можно определить две основополагающие группы движений, которые требуют быструю силу: первая, движения, где играет роль преимущественно быстрота перемещения при преодолении сравнительно небольшого сопротивления, вторая, движения, при которых рабочий эффект зависит от быстроты развития двигательного усилия при преодолении существенного сопротивления. Абсолютная сила мышц для выполнения первых движений не имеет существенной роли, а для вторых движений ее величина значима в рабочем эффекте.

Для первой группы различают движения, которые связаны со скоростью реагирования на определенный сигнал извне либо в целом ситуацию, со скоростью однократных отдельных напряжений и с частотой повторяемых напряжений. Во второй группе стоит выделить движения по разновидности напряжения мышц: имеющее изометрическое взрывное напряжение (они связаны с одолением сравнительно большого отягощения и если нужно быстро развить максимальную силу), с баллистическим взрывным напряжением (стремительное преодоление сопротивления, незначительного по весу), и с взрывным реактивным баллистическим напряжением, при котором главное рабочее усилие развивается немедленно после того, как мышцы предварительно растянутся.

Следовательно, проявление быстрой силы очень разнообразно, ее природа довольно специфична, она обнаруживает сравнительно плохой «перенос» при движении и относительно медленный темп развития.

Сила мышц. Виды силы и её измерение. Факторы, определяющие силу мышц

Удельная сила мышц, скелетных и гладких (в расчете на 1 см 2 площади поперечного сечения), почти одинакова и, в среднем, составляет 4—3 кг/см 2 или 40—30 Н/см 2 .

Сила есть способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счёт мышечного сокращения или напряжения.

В физиологии принято выделять следующие виды силы:

1. Максимальная сила (МС);

2. Максимальная произвольная сила (МПС);

3. Относительная сила (ОС) –это МС делённая на анатомический поперечник (перпендикулярно длиннику мышцы) мышцы (S) или массу тела (P): ОС = МС / S (P) кг/см 2 ;

4. Абсолютная сила (АС) –это МС делённая на физиологический поперечник (сумма поперечных сечений всех её волокон) мышцы S’’:

АС=МС/ S’’

Мышцы (по А.А. Ухтомскому) имеют следующие типы строения:

– мышцы с параллельным ходом волокон (портняжная мышца);

– мышцы с веретенообразным ходом волокон (бицепс);

– мышцы с перистым расположением волокон (жевательная, трапецивыдная, межреберные мышцы).

Так абсолютная сила портняжной мышцы 6,24 кг/см 2 , двуглавой мышцы плеча 8,1 кг/см 2 , жевательной 10 кг/см 2 .

Максимальную силу возможно определить лишь при следующих условиях:

1. одновременная активация всех двигательных единиц, входящих в данную мышцу,

2. режим полного тетануса всех ДЕ,

3. сокращение мышцы при длине покоя (изометрический режим),

4. наличие электростимуляции.

Максимальная произвольная сила – это суммарная величина изометрического напряжения группы мышц при максимальном произвольном усилии испытуемого.

Разница между показателями МС и МПС называется силовой дефицит (СД): СД=МС-МПС.

Силовой дефицит – это интегральный показатель степени координационных способностей нервно-мышечного аппарата.

Силовой дефицит зависит от:

1. эмоционального (психологического) состояния человека (его настрой);

2. числа активных ДЕ (особенно больших);

3. совершенствования управления двигательными единицами центральной нервной системой.

Величина максимального мышечного напряжения зависит от следующих факторов:

А – Периферические (структурные, внутримышечные) факторы:

Количество мышечных волокон в мышце,

Величина двигательных единиц, степень рекрутирования (вовлечения в сокращение) мышечных волокон.

3. длина мышечных волокон(Существует некоторая средняя длина Л₀ (это длина мышцы при покое в условиях целостного организма), при которой мышца развивает максимальное сокращение. Если длина будет меньше Л₀, или, наоборот, больше Л₀ (перерастянута), то сила, развиваемая мышцей в момент ее возбуждения, будет значительно меньше. Оказалось, что максималь­ная сила развивается мышцей в том случае, когда длина саркомера составляет 2,2—2,5 мкм. Зависимость силы мышцы от ее длины очень важна — особенно для сердечной мышцы (закон Франка-Старлинга) в практическом и теоретическом отношениях (она доказывает гипотезу скольжения протофибрилл, объясняющую механизм сокращения);

4. тип строения мышцы (степень наклона мышечных волокон к оси движения – физиологический поперечник мышцы),

5. композиция мышцы(из каких волокон состоит – белых гликолитических или красных оксидативных),

6. функциональные (энергетические – содержание химических потенциалов АТФ, КрФ, гликоген, миоглобин и сократительных белков).

Б – Центральные факторы:

Факторы внутримышечной координации (частота и характер нервных импульсов в ДЕ.

В 1885 г. Н.Е. Введенский ввел понятие оптимума и пессимума частоты и силы раздражения, т.е. зависимости амплитуды ответной реакции мышцы от частоты и силы раздражения. Например, импульсы с частотой 30 Гц (30 имп/с) вызывают тетанус высотой 10 мм миографической записи, 50 Гц – 15 мм, 200 Гц – 3 мм. В этом примере 50 Гц – оптимальная частота (оптимум), 200 Гц – пессимальная частота (пессимум). Таким образом, меняя частоту посылки импульсов к мышечным волокнам, альфа-мотонейрон может регулировать величину сократительного ответа своего мышечного аппарата.

К факторам внутримышечной координации также относится регуляция числа активных, возбуждаемых в данный момент времени ДЕ (Хенеманн). Так, если мышца представлена 10 ДЕ, а в данный момент активна 1ДБ, то мышца способна развить силу, равную 1/10 от ее максимальной силы. Если 5 ДЕ активны, то соответственно, мышца развивает 50% от мак­симума и т. д., а 100% силы она разовьет в том случае, если все 10 ДЕ одновременно будут возбуждены.

2. Режим сократительной деятельности (от одиночного до полного тетануса).

Синхронизация работы ДЕ.

Так, если все 10 ДЕ начнут одновременно возбуждаться, то сила будет, например, 4 кгс/см 2 , а если они возбуждаются асинхронно, то максимальная сила составит 3 кгс/см 2 .

4. Факторы межмышечной координации(мобилизация агонистов, торможение антагонистов, адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы (феномен Орбели-Генецинского).

5. Гормональные влияния (гормоны с анаболическим эффектом: половые, гормон роста и др.)

Мышечная сила.

Сила мышцы может быть определена как максимальное напряжению, которое она развивает в условиях изометрического сокращения.

Измерение мышечной силы у человека осуществляется при произвольном напряжении мышц (например, динамометрия). Поэтому когда говорят о мышечной силе человека, практически всегда 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) факторамотносятся:

· механические условия действия мышечной тяги – плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;

Этот фактор менее всего зависит от желаний или возможностей человека, его анатомические особенности определены геномом, а условия, при которых следует развить максимальную силу, специально создаются разве что на соревнованиях. Однако если ничего не мешает, человек или другой организм будет стремиться занять наиболее выгодное (удобное) положение для получения максимального результата движения (прыжка, удара, толчка и т.д.).

· поперечник активируемых мышц, так как при прочих равных условиях проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц.

Это, пожалуй, самый широко обсуждаемый фактор, и чаще всего естественно и искусственно изменяемый фактор. Действительно, максимальная сила мышцы зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от толщины этих волокон. Число и толщина их определяют толщину мышцы в целом, или, иначе, площадь поперечного сечения мышцы (анатомический поперечник). Отношение максимальной силы мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Она измеряется в кг/см 2 . Анатомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно ее длине, а именно перпендикулярно ходу волокон, что важно учитывать при расчете относительной силы для мышц с косым расположением волокон.

Поперечный разрез мышцы, перпендикулярный ходу ее волокон, позволяет получить физиологический поперечник мышцы. Для мышц с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим, Отношение максимальной силы мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы. Она колеблется в пределах 4 – 8 кг/см 2 .

Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечника, увеличение последнего сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате мышечной тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы. Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками не способны к делению с образованием новых волокон. Рабочая гипертрофия мышцы происходит отчасти за счет продольного расщепления, а главным образом за счет утолщения (увеличения объема) мышечных волокон.

Можно выделить два основных типа рабочей гипертрофии мышечных волокон. Первый тип (саркоплазматический) – утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т. е. несократительной части мышечных волокон. Этот тип гипертрофии приводит к повышению метаболических резервов мышцы: запасов гликогена, безазотистых веществ, креатинфосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может в какой-то мере вызывать некоторое утолщение мышцы.

Первый тип рабочей гипертрофии мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность их к продолжительной работе, т. е. выносливость.

Второй тип рабочей гипертрофии (миофибриллярный) связан с увеличением объема миофибрилл, т. е. собственно сократительного аппарата мышечных волокон. При этом мышечный поперечник может увеличиваться не очень значительно, так как в основном возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Второй тип рабочей гипертрофии ведет к значительному росту максимальной силы мышцы. Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, тогда как при первом типе рабочей гипертрофии она или совсем не изменяется или даже несколько уменьшается.

Преимущественное развитие первого или второго типа рабочей гипертрофии определяется характером мышечной тренировки. Вероятно, длительные динамические упражнения с относительно небольшой нагрузкой вызывают рабочую гипертрофию главным образом первого типа (преимущественное увеличение объема саркоплазмы, а не миофибрилл). Изометрические упражнения с применением больших мышечных напряжений (более 2/3 от максимальной произвольной силы тренируемых мышечных групп), наоборот, способствуют развитию рабочей гипертрофии второго типа (миофибриллярной гипертрофии).

· исходная длина мышц, при которой начинается её сокращение;

Для развития максимальной силы мышца перед началом сокращения должна быть в состоянии длины покоя, то есть максимально расслаблена, но не растянута (Рис.2.А). Этот фактор специально учитывают спортсмены в тех видах спорта, где необходим высокий силовой результат. Например, тяжелоатлеты непосредственно перед поднятием штанги пытаются максимально расслабить мышцы, интенсивно встряхивая верхними и нижними конечностями.

Действительно, сточки зрения теории скользящих нитей (см. предыдущее занятие) при сокращении тонкие нити протягиваются (скользят) вдоль толстых. Усилие, которое при этом развивается, будет определяться исходной степенью перекрывания толстых и тонких нитей в саркомере.

Если исходная длина мышцы больше длины покоя (мышца исходно растянута) степень перекрывания головок миозина с нитями актина уменьшается (Рис. 2Б). Другими словами часть головок миозина еще в покое не контактирует с актином, а значит и не участвует в сокращении. Усилие, развиваемое сокращающейся мышцей, при этом снижается.

Если исходная длина мышцы меньше длины покоя (мышца исходно сокращена, а значит укорочена), то расстояние на которое саркомер, а следовательно и мышца может укоротиться при сокращении уменьшается (Рис. 2В).

К координационным (нервным) факторам относится совокупность центральнонервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом, которые можно разделить на две группы: механизмы внутримышечной и межмышечной координации.

Механизмы внутримышечной координации, регулирующие напряжение конкретной мышцы мы подробно рассмотрели выше. Напомним для получения максимального результата сокращения, в нашем конкретном случае силового результата, необходимо, во–первых – одновременная активация максимального числа двигательных единиц данной мышцы, т.е. активация максимально большого числа мотонейронов иннервирующих мышцу. Во-вторых, – режим полного тетануса у всех двигательных единиц, т.е. оптимальная частота импульсации этих мотонейронов. И в-третьих совпадение во времени активности разных двигательных единиц одной мышцы, т.е. не только максимальная но и одновременная активация мотонейронов иннервирующих мышцу. Это особенно важно в условиях тетанического сокращения.

Механизмы межмышечной координации координируют и согласуют сокращения 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.

Источники:

http://candygym1011.com.ua/ponyatie-o-myshechnoj-sile/
http://cyberpedia.su/16×10316.html
http://studopedia.ru/12_197724_mishechnaya-sila.html