Виды мышечных сокращений.

Факторы, влияющие на выработку силы


Каждая мышечная клетка состоит прежде всего из мышечных фибрилл (волоконец), которые являются сократительными элементами клетки. Как видно на прилагаемой диаграмме мышечной клетки, мышечные фибриллы представляют собой длинные пряди, состоящие из различных белков. Под электронным микроскопом эти фибриллы оказываются состоящими из чередующихся связок толстых и тонких мышечных нитей. Примечательно, как резко отличаются друг от друга эти мышечные фибриллы. Толстые нити состоят из белка миозина, а так

 

Рис. 1.4. Схематическая диаграмма элементов микрофибриллы мышечной клетки. Использована с разрешения Ли н Фебиджер, Инк, из книги Раска и Бурке «Кинезиология и прикладная анатомия». Ли и Фебиджер, 1978 (6-с издание)

же из белка актина. Мельчайшие волосовидные отростки между этими мышечными нитями, которые традиционно называются перекрестными мостиками, под воздействием импульса асинхронно прикрепляются к противоположной мышечной нити, сокращаются, отцепляются, вновь прикрепляются, сокращаются, отцепляются и так далее до тех пор, пока актиновая и миозиновая нити не натянутся одна вдоль другой до состояния максимального сокращения. Таким образом, в мгновение ока мышечное волокно сокращается вполовину, от своей длины в состоянии покоя, в результате действия вышеупомянутых перекрестных мостиков, заставляющих актиновую и миозиновую нити скручиваться. Действие сокращения по длине называется концентрическим сокращением. Примером такого сокращения будет сокращение бицепса при подъеме гантели вверх по радиусу с центром в локтевом суставе. Чтобы постепенно опустить гантель вниз, некоторые мышечные волокна «отключаются» (как бы отпускаем педаль газа в вашей машине), а в результате немногочисленные «неотключенные» мышечные волокна, которые остаются в сокращенном состоянии, борются с силой притяжения, уступают в борьбе, и вес опускается. Механика этой операции очень важна в тренировке по поднятию тяжестей. Это отрицательное сокращение, называемое эксцетрическим, длительное время находилось в центре споров и противоречий

 

Рис. 1.5. Электромикрофотография продольного среза сердечной мышцы человека. Обратите внимание на бороздчатость, отмечающую линии Z, зоны Н и т.д. (смотри рис. 1.4, на котором дана диаграмма мышечного волокна). Четко видны также мышечные нити. Крупные овальные тела, расположенные параллельно волокнам — митохондрии. Хотя скелетные мышцы человека почти идентичны сердечной мышце в основе своего строения, в нормальном состоянии они не обладают такой огромной митохондриальной массой, как сердечная мышца. (С любезного разрешении биодинамической лаборатории Университета штата Висконсин. Кафедра физического воспитания, Мэдисон, 1980г.)

при его учете в технике тренировок. Так как количество перекрестных мостиков, старающихся сократить мышцу недостаточно, они буквально «продираются» сквозь мостики соединений нити, стараясь вызвать концентрическое сокращение. Однако сцепиться, как следует им не удается, они срываются и повреждаются. Эти действия, очень напоминающие протаскивание щетины одной зубной щетки через другую, сопровождаются сильным трением, и мышечные нити разрушаются. После этого в течение нескольких дней в мышцах наблюдаются сильные болевые ощущения. Хотя отрицательный тренинг, как показывает опыт, дает увеличение силы: сопровождающая его болезненность ощущении и необходимость длительное время отдыхать при такой методике почти сводит на нет эффект от таких тренировок. Легко заметить, что одним из очень важных факторов, задействованных в выработке силы, является наличие того или иного количества мышечных нитей в волокнах. Это может показаться таким же простым,

 

Рис. 1.6. Типы сокращения. Два типа изотонического сокращения: 1) концентрическое (сила преодолевает сопротивление) 2) эксцентрическое или отрицательное (сопротивление одерживает верх над силой). Изометрическое сокращение (противоборствующие силы равны) имеет место, когда мышца пытается сократиться, противостоя неподдающейся равнодействующей силе.

 

как усиление одной из команд по перетягиванию каната добавлением нескольких новых участников. Однако есть более важные факторы, определяющие сократительную силу мышцы, нежели простой подсчет мышечных фибрилл или мышечных клеток.

Внутри каждой мышечной клетки имеется множество субклеточных веществ энзимов (ферментов), чья совокупная обязанность — производство энергии для мышечных сокращений. Эффективная деятельность энзимов становится важным фактором увеличения силы. Выясняется, что сокращение высокого напряжения (то есть, высокого сопротивления) вырабатывает такую эффективность, так как оно вызывает увеличение числа фибрильных элементов внутри каждого мышечного волокна.

Однако имеется еще один важный фактор в тренировке по выработке силы. Исследование показывает нам, что важную роль в производстве максимального сокращения крупной мышцы играет нервный импульс. Каждая мышца состоит из моторных единиц. Моторная единица может содержать от одного до сотни мышечных волокон, связанных с нею. Таким образом, один нейрон, его длинный аксон (нервное волокно),

 

Рис. 1.7. Схематическая диаграмма нейрона. Обратите внимание, что один нейрон обслуживает множество мышечных волокон. Примечательно, что нейрон, его аксон, отростки и все обслуживаемые им волокна объединены одним названием, «моторная единица». Все волокна одной моторной единицы сокращаются вместе при достижении или превышении порога возбуждения. Из книги Моргана и Стеллара «Физиологическая психология». Авторские права от 1950 компании Макгро-Килл Бук. Использована по разрешению

 

все мелкие отростки и волокна, к каждому из которых прикрепляется «веточка», представляет собой одну моторную единицу. Каждая моторная единица стимулируется к сокращению согласно ее порога возбудимости. То есть все моторные единицы, чей порог возбудимости равен или ниже десяти милливольт, сократятся под воздействием импульса в десять милливольт, генерируемого центральной нервной системой (мозгом) или через рефлекторное действие (которое имеет место на уровне спинного мозга). Именно активизация деятельности мозга — это та область, которая представляет особый интерес для атлетов, так как моментальной генерации максимального нервного импульса можно «обучаться» в весьма широких пределах. Чем сильнее нервный импульс, тем многочисленнее сокращающиеся моторные единицы. Это, конечно же, связано с силой сокращения мышц, того или иного атлета.

 

Рис. 1.8. Рефлекс растяжения мышцы и обратный рефлекс в качестве «аутогенных руководителей» движения коленного сустава. Обратите внимание, что надостное воздействие, как содействующее, так и тормозящее оказывается на гамма центробежный нейрон. Таким образом устанавливается наклон веретена. Подробно о важности этого рефлекса говорится в главе 6. Из книги Де Врие «Физиология упражнения», издание 2—е Ум, К. Браун и К0, 1974г. Использовано по разрешению.

 

Степень обучаемости силе будет подробнее рассмотрена в последующих разделах книги. 3десь же достаточно будет сказать, что можно научиться не только стимуляции как можно 6ольшего числа моторных единиц, но также и отодвиганию защитного барьера, мешающего этому. Этот барьер устанавливается действием определенных проприорецепторов, находящихся в мышцах и сухожилиях. Эти проприорецепторы действуют как защитный механизм, обеспечивающий безопасность действия силы сокращения и предохраняющий мышцы и сухожилия от травм. Имеются веские доказательства, что этот защитный механизм вступает в действие слишком рано, и что его можно отодвинуть путем выполнения различных тренировочных приемов.

Сила также определяется отношением между красными и белыми мышечными волокнами, задействованными в сокращении, о котором говорилось выше. Белые мышечные волокна видятся белыми при исследовании микроскопом из-за недостатка двух компонентов — миоглобина и капилляров. Миоглобин является красным пигментом в клетке, который отвечает за обеспечение достаточным количеством кислорода, с тем, чтобы митохондрия могла эффективно выполнять свою функцию. Митохондрии — мельчайшие органеллы, рассредоточенные по всей мышце, выполняют окислительную функцию клетки. Капилляры, конечно же, поставляют обогащенную кислородом кровь к клетке и через них удаляются продукты метаболического распада, происходящего во время упражнения. Так как в белых волокнах мало капилляров, то волокна обладают относительно низким уровнем выносливости — они не предназначены для эффективного усвоения кислорода и быстро устают. Таким образом, белые волокна мышц имеют еще одно название — волокна с низким уровнем окисления. Однако белые мышечные волокна обладают гораздо более высоким уровнем энзимного равновесия для производства сильного сокращения, нежели красные волокна. Они также обладают, более надежной и обширной нервной связью, что позволяет им совершать более частые «подергивания» в секунду. В то время как белые мышечные волокна обладают способностью непрерывно сжиматься и разжиматься 100 раз в секунду, красные волокна при максимальной стимуляции обычно совершают подобные подергивания меньше 20 раз в секунду. Чем больше мышца подергивается в секунду, тем сильнее сокращения. К. тому же имеются исследования, указывающие на то, что белые волокна обладают более высокой способностью увеличиваться в размере, чем красные. Это свойство ассоциируется с увеличением числа мышечных фибрилл внутри мышечного волокна.

Таким образом, мы затронули базовые моменты, касающиеся природы силы. Сила зависит: 1) от расположения мышечных волокон (то есть веретенообразного или перьевого); 2) числа моторных единиц, подвергающихся одновременной стимуляции; 3) присутствия должной концентрации энзимов в клетке; 4) относительного положения защитного барьера, определяемого чувствительностью проприорецепторов мышцы и сухожилия; 5) соотношения белых и красных мышечных волокон; 6) действия скелетно-мышечного рычага; и 7) координации действия синергистов и стабилизаторов.

Обладание относительно длинным силовым плечом в сравнении с плечом сопротивления, занятым в движении скелетно-мышечного рычага, относится к наследственным характеристикам. Обратите внимание, например, на иллюстрацию, приводимую здесь. Можно увидеть,

 

F = ось рычага
I = место присоединения мышцы
R = сопротивление (20-ти фунтовая гантель)
FI = плечо силы (2 дюйма)
RF = плечо сопротивления (14 дюймов)Сила х FI= R x RF
Сила х 2 = 20 х 14
Сила х 2 = 280
Сила = 140 фунтов
Если бы FI равнялась 3 дюймам, тогда Сила х 3 = 280
Сила — 93 1/3 фунтовТаким образом, требуется меньшая сила (усилие), чтобы поднять тот же самый вес, если точка присоединения мышцы I располагается дальше в сторону ладони
Рис. 1.9. Иллюстрация того, как длина рычага влияет на уровень прилагаемой мышечной силы

 

что чем ниже по предплечью закреплен бицепс, тем длиннее силовое плечо и тем мощнее будет сила, действующая на сопротивление на конце рычага. Этот пример можно перенести на совокупные телесные движения и на действие одиночного рычага, такого, как рука. При приседании, жиме и мертвой тяге относительная длина рычагов будет иметь важное значение в определении величины поднимаемого веса, а, следовательно, будет очень важным фактором в выборе правильной соревновательной техники трех движений. Подробнее об этом будет сказано в последующей главе.

Согласование действия малых синергистов («вспомогательных» мышц) и стабилизаторов (мышц, которые сокращаются статически, чтобы поддерживать конечность или часть тела в сильной позиции) с действием основного двигателя (наиболее важной в данном движении тела мышцы) также имеет очень большое значение при рассмотрении общей величины силы, которую может проявить атлет при воздействии на такой внешний объект, как штанга. Определение мышц — основных двигателей, синергистов и стабилизаторов является основой выбора упражнений для любого атлета. Выбор упражнений должен определяться путем внимательного анализа техники атлета, определения слабых мест и приложения нагрузки нужной величины.

 

 

 

Формы сокращений

 

Выделяют различные функциональные формы мышечных сокращений

  • При изотоническом сокращении мышца укорачивается, однако ее внутреннее напряжение (тонус!) остается неизменным во всех фазах рабочего цикла. Типичным примером изотонического мышечного сокращения является динамическая мышечная работа сгибателей и разгибателей без существенных изменений внутримышечного напряжения, например подтягивание.
  • При изометрическом сокращении мышечная длина не изменяется, а сила мышцы проявляется в повышении ее напряжения. Типичным примером изометрического сокращения является статическая мышечная активность при поднимании тяжестей (удерживание штанги).
  • Чаще всего наблюдаются комбинированные варианты сокращения мышц. Например, комбинированное сокращение, при котором мышцы сначала сокращаются изометрически, а затем изотонически, как при поднятии тяжести, называют удерживающим сокращением.
  • Установочным (изготовочным) называют сокращение, при котором, наоборот, после начального изотонического сокращения следует изометрическое. Примером является ротационное движение руки с рычагом — затягивание винта с помощью гаечного ключа или отвертки.
  • Различные формы мышечных сокращений выделяют для их описания и систематизации. На самом деле в большинстве динамических спортивных движений происходит как укорочение мышцы, так и повышение напряжения (тонуса) мышц — ауксотонические сокращения.

Использованные здесь термины нетипичны для русской литературы по мышечной активности. В отечественной литературе принято выделять следующие типы сокращений.

  • Концентрическое сокращение — вызывающее укорачивание мышцы и перемещение места прикрепления ее к кости, при этом движение конечности, обеспечиваемое сокращением данной мышцы, направлено против преодолеваемого сопротивления, например силы тяжести.
  • Эксцентрическое сокращение — возникает при удлинении мышцы во время регулирования скорости движения, вызванного другой силой, или в ситуации, когда максимального усилия мышцы не хватает для преодоления противодействующей силы. В результате движение происходит в направлении воздействия внешней силы.
  • Изометрическое сокращение — усилие, противодействующее внешней силе, при котором длина мышцы не изменяется и движения в суставе не происходит.
  • Изокинетическое сокращение — сокращение мышцы с одинаковой скоростью.
  • Баллистическое движение — быстрое движение, включающее: а) концентрическое движение мышц-агонистов в начале движения; б) инерционное движение во время минимальной активности; в) эксцентрическое сокращение для замедления движения.