Вопросы. 6.Влияние различных факторов на проявление силы мышц

О 30 60 90 720

Лекция № 16.

6.Влияние различных факторов на проявление силы мышц. Си­ла сокращения мышц зависит от многих причин, в частности, от анатомического строения мышц (перистые, веретенообразные и мышцы с параллельными продольными волокнами); возбудимо­сти ЦНС; гуморальных механизмов; оксигенации тканей и т. д.

При динамической работе максимальной интенсивности орга­низм обеспечивается кислородом всего лишь на 10%.

Мышечная работа существенно изменяет гормональный фон. Так, после средней и тяжелой тренировки содержание норадреналина в крови может увеличиться в два раза, значительно возрас­тает содержание гормона роста. Уровень кортизола повышается только после тяжелых тренировок, тогда как содержание инсули­на уменьшается.

На работоспособность существенно влияют глюкокортикоиды и андрогены.

Взаимосвязь силы мышц и ее массы. Известно, что чем боль­ше мышечная масса, тем больше сила. Эту зависимость можно вы­разить формулой: F = а • Р • 2/3, где F — сила; а — некоторая постоянная величина, характеризующая физическую подготовлен­ность атлета; Р — вес атлета.

У ведущих тяжелоатлетов мышечная масса составляет 55— 57% веса тела (А.Н. Воробьев, Э.И. Воробьева, 1975—1979).

Значение положения тела при выполнении силовых упраж­нений. Сила, которую может проявить человек, зависит от положе­ния его тела. Для каждого движения существуют такие положения тела, в которых проявляются наибольшие и наименьшие величины силы (рис. 14.8). Например, во время сгибания в локтевом суставе максимум силы достигается при угле 90°; при разгибании в лок­тевом и коленном суставах оптимальный угол около 120°; при из­мерении становой силы максимальные показатели проявляются, когда угол около 155°, и т. п.

Возникает вопрос: какие положения надо выбирать при выпол­нении силовых упражнений? Нередко используют положения, когда собственная сила активных мышц максимальна,

О 30 60 90 120

Рис. 14.8. Зависимость силовых показателей от суставных углов (по Уильямсу и Штуцману, 1959).

Сплошная линия — данные мужчин; пунктирная — данные женщин.

По горизонтали — суставной угол; по вертикали — сила (в фунтах)

т. е. когда мышцы напрягаются в растянутом состоянии. Вследствие усиле­ния потока проприоцептивных импульсов такое положение тела вызовет увеличение рефлекторной стимуляции и тем усилит воз­действие упражнений.

Энергетика мышцы. Энергия мышечного сокращения. Во время активации мышцы повышение внутриклеточной концентра­ции Са ведет к сокращению и к усиленному расщеплению АТФ; при этом интенсивность метаболизма мышцы возрастает в 100— 1000 раз. Согласно первому закону термодинамики (закону со­хранения энергии), химическая энергия, высвобождаемая в мыш­це, должна быть равна сумме механической энергии (мышечной работы) и теплообразования.

Даже изометрическое сокращение сопровождается непрерыв­ной циклической активностью поперечных миозиновых мостиков и «внутренняя» работа, связанная с расщеплением АТФ и тепло­образованием при этом значительна. Недаром даже такая «пас­сивная деятельность», как стойка «смирно», утомительна. Когда мышца поднимает груз, совершая «внешнюю» работу, расщепля­ется дополнительное количество АТФ. При этом усиление интенсив­ности метаболизма пропорционально выполняемой работе (эффект Фенна).

Обычно первоисточником энергии для мышечного сокращения служит гликоген или жирные кислоты. В процессе расщепления этих субстратов вырабатывается АТФ, гидролиз которого достав­ляет энергию непосредственно для самого сокращения: АТФ —» АДФ + Ф_н + энергия.

Мышцы, сокращаясь, превращают весьма значительную часть (1/4—1/3) химической энергии в механическую работу, выде­ляя при этом теплоту; это — один из главных источников образо­вания ее в организме.

Гидролиз одного моля АТФ дает примерно 48 кДж энергии. Од­нако лишь около 40—50% ее превращается в механическую энер­гию работы, а остальные 50—60% рассеиваются в виде тепла при запуске (начальная теплота) и во время сокращения мышцы, тем­пература которой при этом несколько повышается. Таким образом, КПД элементарного преобразования АТФ в миофибриллах со­ставляет примерно 40—50%. Однако в естественных условиях механический КПД мышц обычно гораздо ниже — около 20—30%, так как во время сокращения и после него процессы, требующие затрат энергии, идут и вне миофибрилл. Эти процессы, например, работа ионных насосов и окислительная регенерация АТФ, сопро­вождаются значительным теплообразованием (теплота восстанов­ления). Чем больше совершенная работа, тем больше образуется тепла и расходуется энергоресурсов (углеводов, жиров) и кисло­рода.

Такая закономерность, кстати, объясняет усталость, усиленное потоотделение и одышку при подъеме в гору, но не при спуске.

Мышцы способны производить механическую работу, обеспечи­вая перемещение человека, движение воздуха в дыхательных пу­тях, движение крови и многие другие жизненно важные процессы.

Коэффициент полезного действия (КПД) мышцы. Когда мышцы совершают работу, в них освобождается химическая энер­гия, накопленная в процессе метаболизма; она частично превра­щается в механическую работу, а частично теряется в виде тепла.

S. Dickinson (1929) измеряла КПД превращения химической энергии в механическую работу у спортсмена, работающего на так называемом велоэргометре, где человек приводит во вращение ко­лесо, нажимая ногами на педали. Через колесо переброшен матер­чатый привод, который действует как тормоз. К одному концу этого привода подвешен груз, а другой конец прикреплен к пружинным весам (рис. 14.9). Если груз имеет массу m, то он будет тянуть привод с силой mg. На другой конец привода действует меньшая сила F, измеряемая пружинными весами. Таким образом, сила тре­ния тормоза, приложенная к ободу колеса, равна mgF. Если коле­со имеет радиус г и совершает п оборотов в единицу времени, то скорость движения его обода составляет 2 pr n. Мощность, необхо­димая для того, чтобы вращать колесо с такой скоростью, преодо­левая силу трения, равна 2pr n(mg — F), и ее можно вычислить. Хотя описанная работа может показаться бессмысленной, эта мощ­ность служит мерой «полезной работы» в том смысле, в каком это понятие входит в определение КПД.

С помощью велоэргометра можно измерять КПД мускулатуры ног, а также и максимальную мощность, которую она способна развить.

D.A. Раггу (1949) показал, что мощность мускулатуры ног дос­тигает 40 Вт на 1 кг мышечной ткани. На таком уровне она может оставаться лишь короткое время, так как мышцы не могут получать кислород с необходимой для этого скоростью.

Затрату химической энергии в единицу времени можно изме­рить косвенным путем, собирая выдыхаемый воздух испытуемого и исследуя его. На каждый мл Оу использованного в процессе ды­хания, освобождается около 5 кал химической энергии. Более точно эту величину можно определить, если известно относитель­ное содержание жиров и углеводов в пище, но скорость освобож­дения химической энергии можно вычислить вполне точно, если определять содержание в выдыхаемом воздухе не только кислоро­да, но и углекислоты.

S. Dickinson измеряла у испытуемых использование химической энергии в покое и во время работы на велоэргометре. Разность меж­ду этими величинами в каждом случае показывала, какое количество химической энергии расходовалось в единицу времени на создание механической мощности, необходимой для вращения колеса. Она на­шла, что КПД варьирует в зависимости от скорости вращения педа­лей (рис. 14.10) и достигает максимальной величины — 22% — при нажимании ногой на педаль через каждые 0,9 с (т. е. при одном обо­роте педалей за 1,8 с).

Рис. 14.10. Превращение химической энергии в механическую работу у человека, приводящего в движение велоэргометр, на протяжении полуоборота педалей (S. Dickinson, 1929 ).

Прерывистая линия — теоретическая кривая (в тексте не упоминается)

7.Физическая работоспособность.

Сокращаясь и напрягаясь мышца производит механическую работу, которая в простейшем случае (варианте) может быть определена по формуле Л = РН, где Л — механическая работа (кгм), Р — вес груза (кг), Н — высота подъема груза (м).

Таким образом, работа мышц измеряется произведением ве­личины веса поднятого груза на величину укорочения мышцы. Из формулы легко вывести так называемое правило средних нагрузок, согласно которому максимальная работа может быть произведена при средних нагрузках. Действительно, если Р = 0, т. е. мышца сокращается без нагрузки, то и Л = 0. При Н = 0, что можно на­блюдать, когда мышца не способна поднять слишком тяжелый груз, работа также будет равна 0.

Движения человека весьма разнообразны. В процессе этих движе­ний мышцы, сокращаясь, совершают работу, которая сопровождается как их укорочением, так и их изометрическим напряжением. В этой связи различают динамическую и статическую работу мышц. Дина­мическая работа связана с мышечной работой, в процессе которой сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. Статиче­ская работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В обычных условиях мышцы человека никогда не совершают дина­мическую или статическую работу в строго изолированном виде. Ра­бота мышц всегда является смешанной. Тем не менее, в локомоциях может преобладать либо динамический, либо статический характер мышечной работы. Поэтому характеризуя мышечную деятельность в целом, говорят о ее статическом или динамическом характере. Бег, игры, плавание являются динамической работой, а удерживание на весу штанги, гири или гантелей — статическая работа.

Величина механической работы, совершаемой сокращающейся мышцей выражается в килограммометрах (кг/м), как произведе­ние веса груза, поднимаемого мускулом, на высоту поднятия. Сила, проявляемая мышцей, зависит от числа составляющих ее мускуль­ных волокон.

Длина мышечного брюшка обусловливает высоту поднятия гру­за; в среднем, мускулы при полном сокращении укорачиваются приблизительно на половину своей длины (длина сухожилия, разу­меется, не изменяется — оно только передает движение на опре­деленный пункт).

Найдено, что наибольший груз, который в состоянии удержи­вать мускул с поперечником в 1 см², в среднем равняется 10 кг —так называемая абсолютная мышечная сила. Зная это, не трудно определить силу той или другой мышцы¹.

Конечно, вычисленная таким путем величина лишь в большей или меньшей степени приближается к истинной, так как не у всех людей и даже не у всех мускулов одного и того же субъекта мы­шечная сила одинакова.

1.От каких факторов зависит сила сокращения мышц?

2.Каково значение положения тела для выполнения силовых упражнений?

3.По какой формуле определяется механическая работа мышц?

4.Что представляет собой правило средних нагрузок?

5.Что измеряла Dickinson(1929г.)?

¹ Предположим, что какой-нибудь мускул имеет поперечник в 5 см². Следова­тельно, он будет сокращаться с силой, равной 10 • 5 = 50 кг. Если уменьшение его длины, происходящее при сокращении, достигает 5 см (0,05 м), то величина ме­ханической работы данного мускула равняется 50 • 0,05 = 2,5 кг/м. Это значит, что мускул в состоянии произвести работу, равную поднятию 2,5 кг на высоту одного метра.

Дата добавления: 2015-06-04