Фізіологічні основи м’язової сили

В умовах ізометричного скорочення м'яза проявляють максимальну статичну силу.

Максимальна статична сила і максимальна довільна статична сила м'язів

Изометрически скорочується м'яз розвиває максимально можливе для неї напругу при одночасному виконанні наступних трьох умов:
1. активації всіх рухових одиниць (м'язових волокон) даного м'яза;
2. режимі повного тетануса у всіх її рухових одиниць;
3. скорочення м'язи при довжині спокою.
В цьому випадку ізометричне напруження м'язи відповідає її максимальної статичної сили.

Максимальна сила (МС), що розвивається м'язом, залежить від числа м'язових волокон, що складають дану м'яз, і від їх товщини. Число і товщина волокон визначають товщину м'яза в цілому, або, інакше, площа поперечного перерізу м'язи (анатомічний поперечник). Ставлення МС м'язи до її анатомічному поперечнику називається відносної силою м'язи. Вона вимірюється в ньютонах або кілограмах сили на 1 см 2 (Н / см2 або кг / см2).

Анатомічний поперечник визначається як площа поперечного розрізу м'яза, проведеного перпендикулярно до її довжині. Поперечний розріз м'язи, проведений перпендикулярно до ходу її волокон, дозволяє отримати фізіологічний поперечник м'язи. Для м'язів з паралельним ходом волокон фізіологічний поперечник збігається з анатомічним. Ставлення МС м'язи до її фізіологічного поперечнику називається абсолютною силою м'язи. Вона коливається в межах 0,5-1 Н / см 2.

Вимірювання м'язової сили у людини здійснюється при його. п роізвольном зусиллі, прагненні максимально скоротити необхідні м'язи. Тому коли говорять про м'язової силі у людини, мова йде про максимальну довільній силі (МПС, в спортивній педагогіці це поняття еквівалентно поняття "абсолютна сила м'язів"). Вона залежить від двох груп факторів: м'язових (периферичних) і координаційних (центрально-нервових).

До м'язовим (периферичних) факторів, що визначають МПС, відносяться:
1. механічні умови дії м'язової тяги - плече важеля дії м'язової сили і кут додатку цієї сили до кісткових важелів;
2. довжина м'язів, так як напруга м'язи залежить від її довжини;
3. діаметр (товщина) активуються м'язів, так як при інших рівних умовах-демонстрована м'язова сила тим більше, чим більше сумарний діаметр довільно скорочуються м'язів;
4. композиція м'язів, т. Е. Співвідношення швидких і повільних м'язових волокон в. скорочуються м'язах.

До координаційним (центрально-нервових) чинників належить сукупність центрально-нервових координаційних механізмів управління м'язовим апаратом - механізми внутрішньом'язової координації та механізми м'язової координації.

Механізми внутрішньом'язової координації визначають число і частоту імпульсації мотонейронів даної м'язи і зв'язок їх імпульсації в часі. За допомогою цих механізмів центральна нервова система регулює МПС даної м'язи, т. Е. Визначає, наскільки сила довільного скорочення даного м'яза близька до її МС. Показник МПС будь м'язової групи навіть одного суглоба залежить від сили скорочення багатьох м'язів. Досконалість міжм'язової координації проявляється в адекватному виборі "потрібних" м'язів-синергистов, в обмеженні "непотрібною" активності м'язів-антагоністів даного та інших суглобів і в посиленні активності м'язів-антагоністів, що забезпечують фіксацію суміжних суглобів і т. П.

Таким чином, управління м'язами, коли потрібно проявити їх МПС, є складним завданням для центральної нервової системи. Звідси зрозуміло, чому в звичайних умовах МПС м'язів менше, ніж їх МС. Різниця між МС м'язів і їх МПС називається силовим дефіцитом.

Силовий дефіцит у людини визначається наступним чином. На спеціальній динамометричної установці вимірюють МПС обраної групи м'язів, потім - її МС. Щоб виміряти МС, дратують нерв, що іннервує даної м'язової групи, електричними імпульсами. Силу електричного роздратування підбирають такий. щоб порушити всі моторні нервові волокна (аксони мотонейронів). При цьому застосовують частоту роздратування, достатню для виникнення повного тетануса м'язових волокон (зазвичай 50-100 імп / с). Таким чином, скорочуються всі м'язові волокна даної м'язової групи, розвиваючи максимально можливе для них напруга (МС).

Силовий дефіцит даної м'язової групи тим менше, чим здійснено центральне управління м'язовим апаратом. Величина силового дефіциту залежить від трьох чинників:
1. психологічного, емоційного, стану (установки) випробуваного;
2. необхідного числа одночасно активуються м'язових груп;
3. ступеня досконалості довільного управління ними.

Перший фактор. Відомо, що при деяких емоційних станах людина може проявляти таку силу, яка набагато перевищує його максимальні можливості в звичайних умовах. До таких емоційним (стресових) станів відноситься, зокрема, стан спортсмена під час змагання. В експериментальних умовах значне підвищення показників МПС (т. Е. Зменшення силового дефіциту) виявляється при сильній мотивації (зацікавленості) випробуваного, в ситуаціях, що викликають його сильну емоційну реакцію, наприклад після несподіваного різкого звуку (пострілу). Те ж відзначається при гіпнозі, прийомі деяких лікарських препаратів. При цьому позитивний ефект (збільшення МПС, зменшення силового дефіциту) сильніше виражений у нетренованих випробуваних і слабкіше (або зовсім відсутня) у добре тренованих спортсменів. Це вказує на високу ступінь досконалості центрального управління м'язовим апаратом у спортсменів.

Другий фактор. При однакових умовах вимірювання величина силового дефіциту тим більше, чим більше число одночасно скорочуються м'язових груп. Наприклад, коли вимірюється МПС м'язів, тільки призводять великий палець кисті, силовий дефіцит становить у різних випробуваних 5-15% від МС цих м'язів. При визначенні МПС м'язів, що приводять великий палець і згинають його кінцеву фалангу, силовий дефіцит зростає до 20%. При максимальному довільному скороченні великих груп м'язів гомілки силовий дефіцит дорівнює 30% (Я. М. Коц).

Третій фактор. Роль його доводиться різними експериментами. Показано, наприклад, що ізометрична тренування, що проводиться при певному положенні кінцівки, призводить до значного підвищення МПС, вимірюваної в тому ж положенні. Якщо вимірювання проводяться в інших нижніми кінцівками. то приріст МПС виявляється незначним або відсутній зовсім. Якби приріст МПС залежав тільки від збільшення діаметра тренованих м'язів (периферичного фактора), то він виявлявся б при. і змереніях в будь-якому положенні кінцівки. Отже, в даному випадку приріст МПС залежить від досконалішого, ніж до тренування, центрального управління м'язовим апаратом саме в тренованих положенні.

Роль координаційного фактора виявляється також при вивченні показника відносної довільної сили, яка визначається діленням показника МПС на величину м'язового поперечника (Так як у людини можна виміряти тільки анатомічний поперечник м'язи, для більшості м'язів визначається не абсолютна довільна сила (відношення МПС до фізіологічного поперечнику), а відносна (відношення МПС до анатомічного поперечнику). У спортивній педагогіці поняттям "відносна сила" позначають відношення МПС до ваги спортсмена.). Так, після 100-денної тренування із застосуванням ізометричних вправ МПС м'язів тренируемой руки виросла на 92%, а площа їх поперечного перерізу - на 23%. Відповідно відносна довільна сила збільшилася в середньому з 6,3 до 10 кг / см 2. Отже, систематичне тренування може сприяти вдосконаленню довільного управління м'язами. МПС м'язів нетреніруемой руки також дещо збільшилася за рахунок останнього фактора, так як площа поперечного перерізу м'язів цієї руки не змінилася. Це показує, що більш досконале центральне управління м'язами може проявлятися відносно симетричних м'язових груп (явище "перенесення" тренувального ефекту).

Як відомо, найбільш високопороговимі ( "менш збудливими") є швидкі рухові одиниці м'язи. Їх внесок у загальну напругу м'язи особливо великий, так як кожна з них містить багато м'язових волокон. Швидкі м'язові волокна товщі, мають більше міофібрил, і тому сила їх скорочення вище, ніж у повільних рухових одиниць. Звідси зрозуміло, чому МПС залежить від композиції м'язів: чим більше швидких м'язових волокон вони містять, тим вище їх МПС.

Коли перед спортсменом стоїть завдання розвинути значну м'язову силу під час виконання змагальної вправи, він повинен систематично застосовувати на тренуваннях вправи, які вимагають прояву великої м'язової сили (не менше 70% від його МПС). В цьому випадку вдосконалюється довільне керування м'язами, і зокрема механізми внутрішньом'язової координації, що забезпечують включення якомога більшої кількості рухових одиниць основних м'язів, в тому числі найбільш високопорогових. швидких рухових одиниць.

Зв'язок довільної сили і витривалості

М ежду показниками довільної сили і витривалості м'язів ( "локальної" витривалості) існує складний зв'язок. МПС і статична витривалість однієї і тієї ж м'язової групи пов'язані прямою залежністю: чим більше МПС даної м'язової групи, тим довший можна утримати вбрання зусилля (більше "абсолютна локальна витривалість"). Інша зв'язок між довільною силою і витривалістю виявляється в експериментах, в яких різні випробовувані розвивають однакові відносні м'язові зусилля, наприклад 60% від їх МПС (при цьому чим сильніше випробуваний, тим більше па абсолютній величині м'язове зусилля він повинен підтримувати). У цих випадках середнє граничний час роботи ( "відносна локальна витривалість") найчастіше однаково у людей з різною МПС.

Показники МПС і динамічної витривалості не виявляється прямого зв'язку у неспортсменов і спортсменів різних, спеціалізацій. Наприклад, як серед чоловіків, так і серед жінок найбільш сильними м'язами ніг мають дискоболи, але у них найнижчі показники динамічної витривалості. Бігуни на середні і довгі дистанції по силі м'язів ніг не відрізняються від неспортсменов. але у перших надзвичайно велике динамічне локальна витривалість. У той же час у них не виявлено підвищеної динамічної витривалості м'язів рук. Все це свідчить про високу специфічність тренувальних ефектів: найбільше підвищуються ті функціональні властивості і у тих м'язів, які є основними в тренуванні спортсмена. Тренування, спрямована переважно на розвиток м'язової сили, удосконалює механізми, що сприяють поліпшенню цієї якості, значно менше впливаючи на м'язову витривалість, і навпаки.

Робоча гіпертрофія м'язів

П оскольку сила м'яза залежить від її діаметра, збільшення його супроводжується зростанням сили даного м'яза. Збільшення м'язового поперечника в результаті фізичного тренування називається робочої гіпертрофією м'яза (від грец. "Т рофос" - харчування). М'язові волокна, які є високоспеціалізованих диференційованими клітинами, мабуть, не здатні до клітинного ділення з утворенням нових волокон. У всякому разі, якщо розподіл м'язових клітин і має місце, то тільки в особливих випадках і в дуже невеликій кількості. Робоча гіпертрофія м'яза відбувається майже або виключно за рахунок потовщення (збільшення обсягу) існуючих м'язових волокон. Г1рі значному потовщенні м'язових волокон можливо їх поздовжнє механічне розщеплення з утворенням "дочірніх" волокон із загальним сухожиллям. В процесі силового тренування число поздовжньо розщеплених волокон збільшується.

Можна виділити два крайніх типу робочої гіпертрофії м'язових волокон - саркоплазматический і миофибриллярних. Саркоплазматическим робоча гіпертрофія - це потовщення м'язових волокон за рахунок переважного збільшення обсягу саркоплазмою, т. Е. Несократітельного їх частини. Гіпертрофія цього типу відбувається за рахунок підвищення вмісту несократітельного (зокрема, мітохондріальних) білків і метаболічних резервів м'язових волокон: глікогену, безазотистих речовин, креатинфосфату. міоглобіну і ін. Значне збільшення числа капілярів в результаті тренування також може викликати деяке потовщення м'язи.

Найбільш схильні до саркоплазматической гіпертрофії, мабуть, повільні (I) і швидкі окислювальні (II-А) волокна. Робоча гіпертрофія цього типу мало впливає на зростання сили м'язів, але зате значно підвищує здатність до тривалої роботи, т. Е. Збільшує їх витривалість.

Миофибриллярних робоча гіпертрофія пов'язана зі збільшенням числа і обсягу міофібрил, т. Е власне-скоротливого апарату м'язових волокон. При цьому зростає щільність укладання міофібрил в м'язовому волокні. Така робоча гіпертрофія м'язових волокон веде до значного зростання МС м'язи. Істотно збільшується і абсолютна сила м'яза, а при робочій гіпертрофії першого типу вона або зовсім не змінюється, або навіть дещо зменшується. Мабуть, найбільш схильні до миофибриллярних гіпертрофії швидкі (II-B) м'язові волокна.

У реальних ситуаціях гіпертрофія м'язових волокон являє собою комбінацію двох названих типів з переважанням одного з них. Переважне розвиток того чи іншого типу робочої гіпертрофії визначається характером м'язової тренування. Тривалі динамічні вправи, розвиваючі витривалість, з відносно невеликою силовим навантаженням на м'язи викликають головним чином робочу гіпертрофію першого типу. Вправи з великими м'язовими напруженнями (більше 70% - від МПС тренованих груп м'язів), навпаки, сприяють розвитку р.н. обоча гіпертрофії переважно другого типу.

Дуже важливу роль в регуляції об'єму м'язової маси, зокрема в розвитку гіпертрофії м'язів, грають андрогени (чоловічі статеві гормони). У чоловіків вони виробляються статевими залозами (семенникамі) і в корі надниркових залоз, а у жінок - тільки в корі надниркових залоз. Відповідно у чоловіків кількість андрогенів в організмі більше, ніж у жінок. Роль андрогенів в збільшенні м'язової маси проявляється в наступному.

Віковий розвиток м'язової маси йде паралельно зі збільшенням продукції андрогенних гормонів. Перше помітне потовщення м'язових волокон спостерігається в 6-7-річному віці, коли посилюється утворення андрогенів. З настанням статевого дозрівання (в 11 -15 років). н ачінают інтенсивний приріст м'язової маси у хлопчиків, який триває і після періоду статевого дозрівання. У дівчаток розвиток м'язової маси в основному закінчується з періодом статевого дозрівання. Відповідний характер має і зростання м'язової сили в шкільному віці.

Навіть після корекції показників сили з розмірами тіла силові показники у дорослих жінок нижче, ніж у чоловіків (докладніше див. 1Х.2). Разом з тим якщо у жінок в результаті деяких захворювань, посилюється секреція андрогенів надниркових залоз, то інтенсивно збільшується м'язова маса, з'являється добре розвинений м'язовий рельєф, зростає м'язова сила.

У дослідах на тваринах встановлено, чтр введення препаратів андрогенних гормонів (анаболіків) викликає значну інтенсифікацію синтезу м'язових білків, в результаті чого збільшується маса тренованих м'язів і як результа т- їх сила. Разом з тим розвиток робочої гіпертрофії скелетних м'язів може відбуватися і без участі андрогешшх і інших гормонів (гормону росту, інсуліну і тироїдних гормонів).

Силове тренування, як і інші види тренування, мабуть, не змінює співвідношення в м'язах двох основних типів м'язових волокон - швидких і повільних. Разом з тим вона здатна змінювати співвідношення двох видів швидких волокон, збільшуючи відсоток швидких гликолитических (Б.Г) і відповідно зменшуючи відсоток швидких окисно-гликолитических (БОГ) волокон (табл. 7). При цьому в результаті силового тренування ступінь гіпертрофії швидких м'язових волокон значно більше, чем5 повільних окисних (МО) волокон, тоді як тренування витривалості веде до гіпертрофії в першу чергу повільних волокон. Ці відмінності показують, що ступінь робочої гіпертрофії м'язового волокна залежить, як від міри його використання в процесі тренувань, так і від його здатності до гіпертрофії.

Силове тренування пов'язана з відносно невеликим числом повторних максимальних або близьких до них м'язових скорочень, в яких беруть участь як швидкі, так і повільні м'язові волокна. Однак і невеликого числа повторень досить для розвитку робочої гіпертрофії швидких волокон, що вказує на їх велику схильність до розвитку робочої гіпертрофії (в порівнянні з повільними волокнами). Високий відсоток швидких волокон в м'язах служить важливою передумовою для значного зростання м'язової сили при спрямованої силовому тренуванні. Тому люди з високим відсотком швидких волокон в м'язах мають більш високі потенційні можливості для розвитку сили і потужності.

Тренування витривалості пов'язана з великим числом повторних м'язових скорочень відносно невеликий сили, які в основному забезпечуються активністю повільних м'язових волокон. Тому зрозуміла більш виражена робоча гіпертрофія повільних м'язових волокон при цьому виді тренування в порівнянні з гіпертрофією швидких волокон, особливо швидких гликолитических (див. Табл. 7).

Таблиця 7. Композиція чотириголового м'яза стегна (зовнішньої головки) і площа поперечного перерізу різних видів м'язових волокон у спортсменів різних спеціалізацій та неспортсменов (Ф. Прінс. І ін. 1976)

Показники композиції м'язів