Литературный обзор

2. Литературный обзор.

Любые движения человека-это результат согласованной деятельности Ц.Н.С. и периферических отделов двигательного аппарата, в частности скелетно-мышечной системы. Без проявления мышечной силы никакие физические упражнения выполнять невозможно.

Сила-это, как принято в современной механике, всякое действие одного материального тела на другое, в результате которого происходит изменения в состоянии покоя или движения тела. «Лишь измеренность движения и придает категории силы ее ценность. Без этого, она не имеет ни какой ценности». (Ф. Энгельс)

В специальной научно-методической литературе имеется несколько определении мышечной силы как двигательного качества.

Одни авторы рассматривают мышечную силу как способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилии, другие – как способность проявлять за счет мышечных усилии определенные величины силы, третьи – как способность за счет мышечного напряжения проявлять определенные величины силы. Все эти определения почти равноценны.

Чрезвычайно важной особенностью мышечной силы, проявляемой в динамическом режиме, является то, что ее проявление может быть мгновенным. Наибольшая величина мгновенной силы будет характеризовать максимальную динамическую силу. Однако, как известно, проявление мышечной силы при выполнении любого движения всегда протекает во времени. В этом случае конечный эффект постоянного проявления силы во времени определяется импульсом силы – F*t.

Исследуя механизмы динамики мышечного сокращения при преодолении на инерционном динамографе, Н.Н. Гончаров при обработке полученных данных ввел понятие средняя сила, которая, по его расчетам, равна 50% максимальной динамической силы. Средняя динамическая сила представляет собой условную величину, удобную для оценки эффекта действия силы по полной амплитуде движения и максимальном волевом усилии. При статическом режиме работы мышц сила замеряется как абсолютная и относительная статическая сила.

Скелетные мышцы, общее количество которых у человека свыше 600, состоят из связок мышечных волокон (клеток), которые иннервируются моторными нервами. Каждый моторный нерв имеет многочисленные ответвления и соединения с мышечными волокнами. В результате раздражения моторного нерва происходит сокращение мышечных волокон моторной единицы. Между поперечником моторного нерва и размером моторной (двигательной) единицы существует связь. Большие моторные нервы имеют также более высокий порог и меньшую возбудимость, чем более тонкие моторные нервы. В одной мышце находятся небольшие, легко отделяемые моторные единицы, которые труднее выделить и которые используются реже.

Гистологически определены два вида мышечных волокон: красные и белые, каждый из которых имеет функциональную характеристику. Белые мышечные волокна предназначены для быстрых, мощных, резких сокращений. В отличии от белых волокон меньшие по размеру красные волокна, которых в мышцах человека около 30%, показывают меньшую силу на одну моторную единицу и в 3 раза большее время сокращения. Моторные единицы, состоящие из красных мышечных волокон, не могут поднимать такие же веса, как моторные единицы из белых мышечных волокон, и склонны к медленным сокращениям. Однако они могут выполнять более длительную работу за счет хорошего кровяного снабжения и большой плотности митохондрий. Как в красных, таки в белых моторных единицах может быть разное количество волокон, однако моторные единицы из красных мышечных волокон имеют тенденцию к меньшему количеству волокон, более тонкому сечению, и поэтому более часто происходит их смена в работе.

Расположение мышечных волокон существенным образом влияет на силу мышц. Волокна, идущие параллельно продольной оси мышцы, не так, как те которые расположены наклонно. Что касается механической активности мышечных волокон, то исследования последних лет объясняют ее как «скольжение» нитей актина и миозина относительно друг друга вследствие последовательного образования и разрушения молекулярных актомиозиновых связей, образование которых происходит спонтанно.

Говоря о механических свойствах активной мышцы, необходимо помнить о наличии тех многообразий, сочетание которых характеризует механическая динамика мышечного сокращения. В настоящее время с уверенностью можно говорить о четырех зависимостях, каждая из которых дает лишь частичное представление об активной мышце. Наиболее подробно и всесторонне данная проблема изучена В.М. Зациорским, анализ работ которого позволяет в самом кратком изложении представить ее следующим образом:

а) Кривая длин напряжений системы последовательных эластических компонентов. Данная кривая не зависит прямо от контрактильного механизма и может быть выражена уравнением:

P=f(l -1)

Где S (см.) – растяжение;

P – нормализованное (т.е. приведенное к Р =1) напряжение;

f и – константы (А. Сандов);

б) Кривая длин напряжений активной мышцы. Можно предположить, что данная кривая отражает свойства контрактильного протеина внутримышечных фибрил и может быть выражена предложенным А. Хиллом (1922) уравнением:

cos

Где P – максимальное напряжение (при r=0);

R – максимальное укорочение (P=0);

P и r – соответствующие мгновенные значения напряжения и укорочения;

в) кривая сила-скорость. Можно полагать, что данная зависимость отражает те же свойства, что и предыдущие. Рассматриваемая кривая может быть выражена так называемым основным уравнением мышечного сокращения, предложенным А. Хиллом:

(P+a) (v+b)=(P +a)b

где P – максимальное напряжение при данной длине мышцы;

v – скорость;

P – напряжение;

а и b – константы, которые можно получить как из кривой сила- скорость, так и в результате миометрических измерений;

г) кривая активного состояния является результатом механизма, в котором контрактильный компонент включается и выключается в ответ на изменение потенциалов в клетках мембран. Эта зависимость может быть выражена характеристическими уравнениями А. Хилла с коррективами А. Сандова, который учел, во-первых, изменение величины максимального напряжения во времени и, во-вторых, нелинейную эластичность последовательных эластических компонентов.

Мышечная сила человека при прочих равных условиях пропорциональна площади физиологического поперечника мышцы. Это еще отметил немецкий физиолог Е. Вебер (1846). Известно, что 1 см. мышцы поднимает от 6 – 10 кг. безотносительно к тому, тренирован или не тренирован ее обладатель.

Зависимость мышечной силы от физиологического поперечника мышцы признают все специалисты в области анатомии и физиологии. В то же время в работах по физиологии отмечается, что важнейшим фактором проявления силы является не периферическое изменение, а регуляция работы мышц со стороны нервных центров.

Современной спортивной физиологией установлено, что степень мышечного напряжения может изменяться под воздействием Ц.Н.С., важнейшее значение при этом имеет мобилизация сократительных возможностей тех мышц, которые осуществляют необходимое усилие. Это связано с оптимальным ритмом импульсов в мышце и, таким образом, со степенью сокращения их мышечных волокон и с адаптационно-трофическим воздействием вегетативных нервов на мышцу.

В несколько схематичном виде величина мышечного напряжения в живом организме определяется двумя факторами: импульсацией, приходящей к мышце от мотонейронов передних рогов спинного мозга; условно говоря, реактивностью самой мышцы, то есть силой с которой она отвечает на определенный импульс.

Реактивность мышцы зависит от следующих факторов: а) ее физиологического поперечника; б) макроморфологических и гистологических особенностей строения; в) трофического влияния Ц.Н.С., осуществляемого через адреналосимпатическую систему; г) длины мышцы в данный момент и прочего. При этом ведущим механизмом, позволяющим срочно изменять степень напряжения мышцы, является характер эффекторной импульсации. Применение электромиографии при изучении механизмов мышечного напряжения позволило выявить, что с нарастанием в мышце напряжения позволило выявить, что с нарастанием в мышце напряжения амплитуда регистрируемых потенциалов увеличивается.

Важным моментом для понимания механизма мышечного напряжения является то, что по мере роста проявления мышечной силы частота колебания потенциала одной двигательной единицы может возрасти с 5 – 6 до 35 – 40 раз в секунду. Однако поскольку предельная частота колебаний намного меньше частоты, при которой мышца начинает трансформировать ритм поступающих в нее импульсов, можно полностью согласиться с мнением В.М. Зациорского о том, что деятельность мышцы не связана с трансформацией ритма, как это предполагали ранее. Исследования показали, что частота импульсов линейно пропорциональна развиваемой кинетической энергии. Что же касается амплитуды токов действия одного миона, то она, как правило, не изменяется.

Только при различии пороговых значений амплитуда токов действия может увеличиться из-за неодновременного включения в работу отдельных волокон. Что касается электроактивности всей напрягаемой мышцы, то она также возрастает по мере роста величины ее напряжения, но до определенного предела.

Таким образом говоря о механизме регулирования мышечного напряжения, можно предположить, что оно осуществляется двумя путями: изменением активности различного количества двигательных единиц и частотой нервной импульсации.

При мышечных напряжениях, когда они не доходят до предельных величин, регуляция мышечной силы происходит за счет изменения различного количества двигательных единиц.

В основе регуляции двигательных единиц в этом случае лежит механизм асинхронности. По данным русского ученого Р.С. Персон, асинхронизация определяется проприоцертивным влиянием, которое накладывается на синхронную импульсацию центральных и моторных структур. При этом степень напряжения не регулируется потенциалом отдельных импульсов, поскольку первое волокно является проводником импульсов, характеризующихся постоянной величиной потенциала. В результате создаются условия для получения большей надежности при значительной пропускной способности накала и принципиальной простоте, что позволяет обеспечивать передачу возбуждения в широком диапазоне при относительно небольшом применении частоты импульсации (В.М. Зациорский).

В тех случаях, когда мышечное напряжение достигает предельной активности, в основе его регуляции лежит синхронизация двигательных единиц.

Величина проявления силы при выполнении физических упражнений во многом зависит от формирования условных рефлексов, которые обеспечивают необходимую концентрацию процессов возбуждения и торможения и вовлечение в однократное максимальное сокращение наибольшего числа двигательных единиц (Д.Е.) при оптимальном возбуждении мышцах-антагонистах (А.В. Коробков).

В напряжении мышцы, как полагает целый ряд исследователей, участвуют не все двигательные единицы. При этом чем сильнее возбуждение, тем большее число Д.Е. принимает участие в сокращении. Наибольшее проявление силы может быть достигнуто (если прочие условия равны) при одновременном сокращении максимально возможного количества всех двигательных единиц в мышце.

Механизм градации мускуляторного напряжения является важным фактором увеличения мышечной силы. Ведущим механизмом, изменяющим величину мышечного напряжения, является характер нервной импульсации. Как уже говорилось, с повышением величины проявления силы частота колебаний одной нервно-мышечной единицы может возрастать с 5 – 6 до 35 – 40 колебаний в секунду, и она пропорциональна развиваемой кинетической энергии, а что касается суммарной активности мышцы, то она возрастает до определенного предела.

При синхронном раздражении мышцы двумя стимулами проявляемая сила значительно больше, чем при асинхронном.

Если у нетренированных людей синхронизируется обычно не более 18 - 20% регистрируемых импульсов, то с ростом тренированности это число значительно возрастает.

Понять более глубокие особенности синхронизации позволяет рассмотрение механизма рекрутирования Д.Е. Согласно имеющимся на сегодня данным, при напряжении мышцы активность Д.Е. начинается в определенной последовательности. Вначале Д.Е. образуют так называемый стержень, который по мере повышения напряжения в мышце концентрически увеличивается. Поскольку синхронизация связана с предельным мышечным напряжением, длится она ограниченное время. Синхронизация активности мионов и произвольное сокращение является одним из механизмов внутримышечной координации на уровне мышечных волокон. Что касается деятельности центрально-нервных механизмов синхронизации, то иннервирующая мускульный аппарат веретен гамма-моторная система в данном случае не играет существенной роли. Эффекторная импульсация поступает от соответствующих отделов головного мозга через мотонейрон непосредственно в мышечные волокна. Согласно данным Т. Хеттингера, если принять всю мышечную потенциальную возможность человека за 100%, то обычно автоматические действия требуют менее 20% всего силового потенциала. Область обычных физиологических резервов – менее 40%, а с включением резервов свыше 60% наступает так называемый мобилизационный порог, за которым следуют экстренные резервы, доходящие до 100% - абсолютного мышечного потенциала.

До настоящего времени неясным в механизмах регуляции мышечного напряжения является деятельность центрально-нервных механизмов. Исследования, выполненные в последние годы, дают возможность предполагать, что имеется по крайней мере три ведущих механизма. Один из них, в основе которого лежит рефлекс на растяжение (миотатический рефлекс), связан с регуляцией напряжения при сохранении положения тела. Изменение позы тела меняет и растяжение мышечных веретен, тем самым способствуя возбуждения их рецепторного аппарата, что в свою очередь рефлекторно вызывает изменение мышечного напряжения растянутых мышц.

При выполнении движений, не требующих проявления максимальной мышечной силы, для дозирования мышечного напряжения используется другой механизм. В этом случае высшие нервные центры определяют в основном необходимые величины пространственных, временных и скоростных параметров движения. Что касается нужных комбинаций мышечных напряжений, то он осуществляется более низко расположенными нервными отделами. Известно, что эффекторная импульсация поступает сначала не в мышечные волокна, а в мускульный аппарат мышечных веретен, что приводит к изменению натяжений в них и соответствующему возбуждению их рецепторного аппарата. Далее регуляция осуществляется по схеме миотатического рефлекса.

При выполнении движений, требующих предельных величин проявления мышечной силы, эффекторная импульсация поступает от соответствующих отделов головного мозга через мотонейроны прямо в Д.Е.

В экспериментальных исследованиях было показано, что предварительно растянутая до определенной оптимальной степени мышца сокращается сильнее и быстрее.

Следовательно, использование эластичных свойств мышцы также будет способствовать проявлению большой силы. В динамической анатомии такую работу мышц принято называть баллистической. И.М. Сеченов писал: «Груз действует на мышцы одновременно в двух противоположных направлениях – растягивает ее как всякое упругое тело, и усиливает в то же время развитие в ней сократительных осей».

Величина рефлекторной реакции во многом зависит, как указывал И.П. Павлов, от силы воздействующего раздражителя. В этом и заключается свойство нашего «двигателя» - приспосабливать свои силы к величине преодолеваемых сопротивлений, причем внешние силы (отягощения) вызывают действие внутренних сил (мышц). Таким образом, к основным факторам, оказывающим влияние на проявление силы мышц человека, относятся величина внешнего сопротивления, состояние внутренней среды организма, координация движений, величина мышечной массы. Величина мышечной силы может увеличиваться за счет любого из этих факторов.

Коротко коснемся понятия «абсолютная сила». Введено оно для сравнения максимальной силы отдельных, изолированных мышц человека. Физиологи вкладывают в этот термин различный смысл: одни рассматривают абсолютную силу как отношение величины максимальной силы к величине физиологического поперечника мышцы, другие под абсолютной силой понимают величину того предельного груза, который мышца уже не в состоянии поднять. Так, И.С. Беритов отмечает «то максимальное напряжение или та максимальная сила, которую мышца развивает при сокращении в случае, когда она уже не в состоянии поднять груз, называется «абсолютной силой».

Таким образом, с одной стороны, физиологи установили, что сила человека пропорциональна массе мышц, с другой стороны, биологи доказали, что с увеличением массы у представителей одного и того же класса животных, например млекопитающих, уменьшается относительная сила, то есть отношение абсолютной величины максимальной силы к весу тела.

Исследования физиологов показали, что эта закономерность распространяется и на человека. Так, для сравнения степени развития максимальной силы у тяжелоатлетов различных весовых категорий А.Н. Крестовников употребляет термины «абсолютная» и «относительная» сила мышц. Этого мнения придерживаются и другие исследователи. Силу характеризуют как динамическую или статическую в зависимости от режима мышечной деятельности.

В динамическом режиме сила работающих мышц может проявляться при уменьшении (преодолевающий характер работы) или при удлинении их (уступающий характер работы).

В статическом режиме сила мышц проявляется при «активном» или «пассивном» характере их напряжения.

Методика исследования.

Объект исследования – спортсмены 15лет различных специализаций (баскетбол, лыжи, тяжёлая атлетика, борьба, бокс) /1 спортивного разряда/.

Цель исследования – определить уровень произвольной мышечной силы при различном положении суставного угла в локтевом суставе.

Задачи исследования:

1 – Выявить уровень произвольной мышечной силы у спортсменов различных специализаций.

Общие сведения об испытуемых:

Спортивный разряд: 1 взрослый разряд. Пол: мужской.

Возраст: 15 лет.

Используемая аппаратура:

1 – Кистевой динамометр.

Ход работы:

1 – Испытуемый выполняет надавливание на динамометр в спокойном состоянии локтевого сустава, угол которого равен 160-170 градусов.

2 – Испытуемый выполняет надавливание на динамометр в максимально согнутом состоянии локтевого сустава, угол которого равен 10-15 градусов.

3 – Испытуемый выполняет надавливание на динамометр в максимально разогнутом состоянии локтевого сустава, угол которого равен 190-200 градусов.

Результаты исследования.

	Специализация.	Своб. (кг.)		Согн. (кг.)	Разогн. (кг.)
Испытуемый 1.	Борьба.	35	30			39
Испытуемый 2.	Борьба.	34	28			32
Испытуемый 3.	Борьба.	36	28			22
Испытуемый 4.	Борьба.	35	28			33
Испытуемый 5.	Борьба.	34	29			32
Средне-статистич.		34.8	28.6			31.6
Отклонение		0,64	0,72			3,84
Испытуемый 1.	Бокс.	38	30			34
Испытуемый 2.	Бокс.	35	30			31
Испытуемый 3.	Бокс.	36	32			30
Испытуемый 4.	Бокс.	30	24			26
Испытуемый 5.	Бокс.	30	20			18
Средне-статистич.		33.8	27.2			25.8
Отклонение		3,04	4,16			4,64
Испытуемый 1.	Лыжи.	36	34			36
Испытуемый 2.	Лыжи.	36	39			36
Испытуемый 3.	Лыжи.	35	22			28
Испытуемый 4.	Лыжи.	35	31			28
Испытуемый 5.	Лыжи.	31	24			22
Средне-статистич.		34.6	30.0			30.0
Отклонение		1,44	5,6			4,8
Испытуемый 1.	Баскетбол.	31	23			29
Испытуемый 2.	Баскетбол.	27	38			33
Испытуемый 3.	Баскетбол.	27	21			24
Испытуемый 4.	Баскетбол.	30	31			26
Испытуемый 5.	Баскетбол.	28	24			27
Средне-статистич.		28.6	27.4			27.8
Отклонение		1,52	5,68			2,56
Испытуемый 1.	Т /А.	50		40		38
Испытуемый 2.	Т /А.	44	45			43
Испытуемый 3.	Т /А.	45	41			48
Испытуемый 4.	Т /А.	40	33			23
Испытуемый 5.	Т /А.	46	44			41
Средне-статистич.		41.0	40.6			38.6
Отклонение		2,40	3,28			6,48
Среднее по всем		34,56	30,2			30,76

Выводы.

Из таблицы видно, что показатели одного теста применительно к различным специализациям неодинаковы, что произвольная мышечная сила при различных положениях суставного угла больше у испытуемых, чья специализация тяжелая атлетика. Также можно отметить наименьшие показатели:

В спокойном состоянии – специализация баскетбол (28.6) 83% от среднего.

В максимально согнутом – специализация бокс (27.2) 90% от среднего.

В максимально разогнутом – специализация бокс (25.8) 90% от среднего.

Это может быть связано с тем:

1 –Частота разрядов альфа-мотонейронов, в свою очередь, регулируется импульсами от проприорецепторов той же самой мышцы. Однако потоки импульсов в этом кольце могут регулироваться вышележащими уровнями нервной системы.

2 – Разряды гамма-мотонейронов повышают чувствительность мышечных веретен в результате при той же длине мышцы увеличивается поток импульсов от рецепторов к альфа-мотонейронам и от альфа-мотонейронов к мышце. Тем самым повышается мышечный тонус.

3 – В различных специализациях, развивают разные виды силовых способностей при различных положениях суставного угла.

Список литературы

1 – Физиология человека. Под редакцией В.В. Васильевой. – Москва: Физкультура и спорт, 1984.

2 – Анатомия и физиология (составители Е.А. Воробьева, А.В. Губарь, Е.Б. Сафьянникова). – Москва: Медицина,1975.

3 – Физиология мышечной деятельности, труда и спорта (руководство по физиологии). – Ленинград: Наука, 1969.

4 – Практикум по общей физиологии и физиологии спорта. Под редакцией А.Б. Гандельсмана. – Москва: Физкультура и спорт, 1973.

5 – Физиологические методы исследования в спорте (составил С.Н. Кучкин, В.М. Ченегин). – Волгоград: изд. В.Г.И.Ф.К., 1982.

6 – Физиология спорта. Физиологические особенности спортивных упражнений скоростно-силового характера (лекция Н.А. Масальгина). – Москва: изд. С.Г.И.Ф.К., 1979.

7 – Физиология спорта. (составили А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб). Санкт-Петербург: СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта. 1999.

8 – Физиология мышечной деятельности. Под редакцией Я.М. Коца. – Москва: Физкультура и спорт, 1982.

9 - Физиология человека. Под редакцией Н.В. Зимкина. – Москва: Физкультура и спорт, 1975.

10 – Методические указания по общей физиологии. Под редакцией А.С. Мозжухина, Е.Б. Сологуб. – Ленинград: изд. ГДОИФК, 1985.

11 – Спортивная физиология. Под редакцией Я.М. Коца. – Москва: Физкультура и спорт, 1986.

12 – Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. – Москва: Медицина, 1979.

13 – Ахмедов К.Б., Трунин В.В. Методические указания по исследованию физической работоспособности человека. – Алма-Ата, изд. КИФК, 1975.

14 – Годик М.А. Спортивная метрология. Москва: Физкультура и спорт, 1988.

15 – Кузнецов В.В. Специальная силовая подготовка спортсмена. Москва: Советская Россия, 1975.