Физиологическая характеристика мышечной силы

Физиологическое определение силы (F). Сила - это способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему мышеч­ным напряжением. За счет силы производится работа (А):

A=F • S,

где S - путь,

тогда: F = A/S (при равномерном движении).

При подъеме груза (Р) А = Р • h (h - высота подъема).

В движениях с ускорением F = m • а (II закон Ньютона): сила, сооб­щающая телу ускорение, равна произведению массы (m) на ускорение (а). По­этому F измеряется в Ньютонах (H): 1H = 1 кг/м/с² и динах (Д): 1Д = 1 г/см/с²; 1Н=10⁵ Д.

Таким образом, существуют два проявления силы: в статике F = Р (в кг - килограмм-сила), в динамике F = m • а (в Н или Д).

Классификация видов силовых способностей человека и условий их проявления предложена В.М. Зациорским.

Виды силы, измерение силы. Максимальная сила (МС) определяет­ся в изометрических условиях при электрической стимуляции мышцы. МПС - максимальная произвольная сила, проявляемая в изометрических условиях при произвольном сокращении мышцы.

Силовой дефицит (СД) - это показатель степени координационных способностей нервно-мышечного аппарата: СД = МС • МПС.

СД зависит от эмоционального (психологического) состояния, установки, числа активных ДЕ, совершенства управления ЦНС двигательными единицами. Величина СД для одной мышцы составляет около 3,7%, для двух мышц - 14,7%, для трех и более мышц- 22-30%.

Выделяют расчетные показатели силовых способностей - абсолют­ную и относительную силу. Абсолютная сила (АС): АС = МПС / S", где S" -физиологический поперечник (кг/см²). Так, АС портняжной мышцы равна 6,24 кг/см², двуглавой - 11,4 кг/см².

Относительная сила (ОС): ОС = МПС/S, где S - анатомический поперечник, (кг/см²) или МПС / Р, где Р - масса тела (отн. ед.)

Физиологические механизмы развития силы. Выделяют периферические и центральные факторы, определяющие величину максимального мышечного напряжения. Группа периферических факторов подразделяется на структурные и функциональные. Из числа структурных факторов выделяют: количество мышечных волокон, длину мышечных волокон, строение (сте­пень наклона мышечных волокон к оси движения), композицию мышц. Функциональные факторы обусловлены количественным содержанием в мышцах сократительных белков, АТФ, КрФ, гликогена.

Центральные факторы определяют: факторы внутримышечной координации: частоту и характер нервных импульсов; регуляцию числа актив­ных ДЕ; режим сократительной деятельности (от одиночного сокращения до полного тетануса); синхронизацию работы ДЕ; факторы межмышечной ко­ординации (мобилизация агонистов, торможение антагонистов, адаптацион­но-трофические влияния симпатической нервной системы).

Физиологические изменения в организме при стимулируемом разви­тии мышечной силы складываются из структурных и функциональных изменений. Структурные изменения проявляются в укреплении костносуставного и связочного аппарата; мышечной гипертрофии, которая бывает двух типов: саркоплазматического и миофибриллярного типа. Саркоплазматический тип мышечной гипертрофии проявляется в накоплении в сарко­плазме гликогена, различных ионов и других веществ и возникает в результа­те многократных повторений силовых напряжений. Истинной является миофибриллярная гипертрофия, сопровождающаяся увеличением количества со­кратительных белков и миофибрилл.

Функциональные изменения складываются из повышения возбуди­мости нервно-мышечного аппарата, усиления внутри- и межмышечной координации, улучшения координации двигательных и вегетативных функций.

Физиологическое обоснование методов силовой тренировки. Наиболее популярным является метод динамических усилий, который имеет две разновидности: метод максимальных усилий и метод повторных усилий.

Метод максимальных усилий (ММУ) предполагает использование максимальных мышечных напряжений с максимальными отягощениями. При этом происходят одновременное включение наибольшего количества ДЕ, максимальная частота импульсации мотонейронов, синхронизация работы различных ДЕ, концентрация усилия волевым напряжением, сопровождающаяся сокращением мышц-агонистов и частично - антагонистов.

Этот метод используется с 60-х годов XX столетия. Положительные стороны ММУ заключаются в том, что он способствует образованию специфических нервно-мышечных координационных отношений и наиболее эф­фективен для развития максимальной силы.

Как отрицательную сторону ММУ следует выделить его травматичность; при частом использовании он однообразен, быстро утомляет. Кроме того, увеличение максимальной силы связано не только с улучшением коор­динации, но и со значительными морфофункциональными изменениями, воз­никающими в связи с выполнением значительного объема нагрузок.

Сущность метода повторных усилий (МПУ) заключается в использовании нагрузок ниже максимальных. Для оценки величины отягощения при тренировке используют или величину отягощения в процентах от максималь­ной силы, или число подъемов (количество раз), которое выполняется при данном весе в виде показателя повторного максимума (ПМ). Приводим клас­сификацию нагрузок, используемых в тяжелой атлетике:

% от F max ПМ

100 - предельный вес - 1 ПМ (ММУ)

99-90 - околопредельный вес - 2-3 ПМ

89-80 - большой вес (1-я зона)- 4-6 ПМ

79-70 - большой вес (2-я зона) - 7-10 ПМ

69-60 - средний вес (1-я зона) - 11-18 ПМ

59-50 - средний вес (2-я зона) - 19-24 ПМ

49-40 - малый вес - > 25 ПМ

Достоинства МПУ заключаются в том, что этим методом можно выполнить большой объем работы и, соответственно, получить необходимые сдвиги в обмене веществ, что является основой формирования гипертрофии. При этом наблюдается меньшее натуживание и уменьшение травматичности.

Недостатки МПУ состоят в том, что он невыгоден в энергетическом отношении, а последние, наиболее важные, попытки осуществляются при сниженной возбудимости ЦНС.

Разновидность МПУ - поднимание непредельного веса с максималь­ной скоростью (некоторые называют его методом динамических усилий).

Изометрический метод (ИМ) для тренировки силы был предложен Т. Мюллером и П. Карповичем (1951). В качестве достоинства ИМ следует отметить возможность регуляции, оптимального времени поддержания заданной силы (в отличие от этого метода в динамическом методе максималь­ная сила поддерживается только доли секунды). Таким образом, ИМ пред­ставляет собой способ направленной адаптации мышц к максимальным сило­вым напряжениям. Кроме того, при использовании этого метода можно под­бирать мышечные группы и положение звеньев двигательного аппарата в не­обходимых (рабочих) углах. Он не требует сложного оборудования и не за­нимает много времени.

Недостатки ИМ проявляются в возникновении через 6-8 недель стабилизации максимальной силы, появлении скованности мышц, снижении их эластичности, в малом "переносе" тренированности из-за различий нервно-мышечной координации.

Особенно эффективен ИМ в видах спорта, где выражен элемент изометрических и близких к ним напряжений (борьба, т/атлетика, гимнастика и др.). Наибольшая эффективность достигается в тренировке: при соответствующих углах положений тела и конечностей, не более 10-15% от времени всей тренировки (10-15 мин), не более 3-4 раз в неделю и не больше 4-6 не­дель.

Дополнительные мероприятия при этом методе тренировки заключаются в использовании дыхательных упражнений, упражнений на расслаб­ление в сочетании с динамическими упражнениями, при применении трена­жеров с индикаторами, в частой смене упражнений и положений тела.

Уступающий метод (УМ), или плиометрическая тренировка (ПТ). Используются отягощения больше максимальной силы. Эффективный метод развития максимальной силы, так как при нем проявляется сила, больше максимально доступной. Упражнениям в ПТ должна предшествовать большая силовая тренировка. Эти упражнения называют упражнениями "ударного типа", например: упражнения "со срывом", прыжок в яму с последующим выпрыгиванием. Для квалифицированных спортсменов используют 3-4 се­рии по 5-8 упражнений, 1-2 раза в неделю во 2-м периоде подготовительного цикла.

Электростимуляционная тренировка (ЭСТ). При тренировке мышечной силы этот метод имеет вспомогательное значение. Он также использует­ся при восстановлении деятельности мышц после травм. Обладает анальгезирующим (обезболивающим) эффектом.

Комбинированные методы тренировки начинаются с МПУ (техника и объемы), затем добавляются изометрический метод и ММУ. Использование динамико-статических упражнений и ПТ зависит от уровня подготовленности спортсменов и этапа тренировки. Значительный период времени в сило­вой подготовке спортсменов занимало использование анаболических стероидов (аналогов мужского полового гормона тестостерона). Наибольшую попу­лярность имели препараты, которые обладают и сильным анаболическим и малым андрогенным действием. Анаболическое действие препаратов этой группы способствует увеличению синтеза белков и стимулирует рост тканей в целом (особенно выполняющих максимальную нагрузку). Эффект этих препаратов оказался наиболее значимым в тех видах спорта, которые связаны с развитием силы и использованием истощающих нагрузок. В настоящее время анаболики (неробол, ретаболил и др.) отнесены к классу допингов и запрещены к применению Международным олимпийским комитетом.

Возрастные особенности развития силы и резервы силы. Совершенствование силы у детей и подростков происходит неравномерно и зави­сит от генетической программы развития и социальных факторов. С возрас­том благодаря совершенствованию нервной регуляции, изменению химизма и строения масса и сила мышц увеличиваются в 7,5-9,5 раза; максимальная си­ла различных мышечных групп - в 9-15 раз. Наибольший прирост силы про­исходит в период с9до11ис13до17 лет. Максимальная сила регистрируется в 18-20 лет. В последующие годы при отсутствии специальной трени­ровки силы темп повышения максимальной силы замедляется.

Возрастные изменения массы мышц (в процентах от массы тела) происходят следующим образом: у новорожденных - 23%, у детей 8, 15, 18 лет -соответственно 27, 32, 44%, у взрослых - снижается до 40%, а у спортсменов высокого класса достигает 50% и более.

Прирост силовых показателей мышц при тренировке к локальной работе достигает 3,5-3,7 раза, при глобальной - возрастает в 2-2,5 раза. Среднего­довое увеличение силы у тяжелоатлетов легкой весовой категории (до 56 кг) составляет 2,8 кг в год, а тяжелой категории - до 8,7 кг в год.