Предшествующий режим сокращения мышц

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.

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».

V_м=b(P₀-P)/(P+a)

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. 1

представлено изменение усилий, развиваемых в области ахиллова сухожилия во время фазы опоры бега со скоростью 5,8 м/с.

Рис. 1. 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).

При выполнении двигательных действий мышцы человека выполняют четыре основные разновидности работы: удерживающую, преодолевающую, уступающую, комбинированную.

Удерживающая работа выполняется вследствие напряжения мышц без изменения их длины (изометрический режим напряжения). Она характерна для поддержания статической позы тела, удержания какого-либо предмета (пр., штанги, ган..тели) и т.п.

Преодолевающая работа выполняется вследствие уменьшения длины мышц при их напряжении (миометрический режим напряжения). Преодолевающая работа мышц при выполнении двигательных действий встречается чаще всего. Она даёт возможность перемещать собственное тело или какой-либо груз в соответствующих движениях, а также преодолевать силы трения или эластичного сопротивления (пр., сгибание-разгибание рук в упоре на брусьях).

Уступающая работа выполняется вследствие увеличения длины напряжённой мышцы (плиометрический режим напряжения). Благодаря уступающей работе мышц происходит амортизация в момент приземления в прыжках, беге и т.п. Нередко в уступающих фазах движения проявляются максимальные величины силы. В частности, установлено, что в уступающем режиме мышцы могут проявить силу на 50-100% больше, чем в удерживающем и преодолевающем режимах.

При преодолевающей работе под силами сопротивления понимаются силы, направленные против движения. При уступающей работе – действующие по ходу движения.

Комбинированная работа состоит из поочерёдного включения всех режимов работы мышц (ауксотонический режим напряжения). Именно комбинированную работу выполняют мышцы в большинстве двигательных действий. Так, в циклических упражнениях комбинированная работа состоит из смены преодолевающего и уступающего режимов. В более сложных по координации работы нервно-мышечного аппарата упражнениях (например, в гимнастических) встречаются все три режима работы мышц: уступающий, преодолевающий, удерживающий.