Биомеханика мышечного сокращения

Сила — векторная величина, являющаяся мерой механичес­кого воздействия на материальную точку или тело со стороны других тел или полей. Сила полностью задана, если указаны ее численное значение, направление и точка приложения.

В теории и методике физического воспитания рассмат­ривают физическое качество силу как способность челове­ка напряжением мышц преодолевать механические и био­механические силы, препятствующие действию (Л.П. Мат­веев, 1991).

Мышцы могут проявлять силу: без изменения своей длины (изометрический режим); при уменьшении длины (изотони­ческий режим); при удлинении (эксцентрический режим), при использовании специальной аппаратуры возможно соблюде­ние изокинетического режима (в ходе сокращения мышц со­блюдается либо постоянная скорость, либо сила).

Силовое проявление мышцы зависит:

- от интенсивности активации мотонейронного пула спин-­
ного мозга данной мышцы;

— количества активированных двигательных единиц и мы­шечных волокон;

- количества миофибрилл в каждом мышечном волокне;

- скорости сокращения миофибрилл, которая зависти от ак­-
тивности миозиновой АТФ-азы и величины внешнего сопро-­
тивления;

- законов механики мышечного сокращения (сила — длина
мышцы, сила - скорость сокращения).

Спортсмен при желании сократить какую-либо мышцу посылает импульсы в спинной мозг к мотонейронному пулу, обслуживающему данную мышцу. Поскольку в мотонейронном пуле размеры мотонейронов различаются, то при низ­кой частоте импульсации из ЦНС могут активироваться только низкопороговые мотонейроны. Каждый мотонейрон иннервирует свои мышечные волокна. Поэтому активация мотонейрона приводит к рекрутированию или возбуждению соответствующих мышечных волокон. Каждое активное мышечное волокно под влиянием электрических импульсов выпускает из СПР ионы кальция, которые снимают ингибитор с активных центров актина. Это обеспечивает обра-

зование актин-миозиновых мостиков и начало их поворота и мышечного сокращения. На поворот мостиков и отсоеди­нение актина от миозина тратится энергия одной молекулы АТФ. Продолжительность работы мостика составляет 1 мс. Вероятность образования мостиков зависит от взаимного расположения между собой нитей актина и миозина, отсю­да возникает зависимость «сила — длина активной мышцы», а также от скорости взаимного перемещения (скольжения) их одной по отношению к другой, соответственно имеем за­висимость «сила—скорость».

Зависимость «сила - длина активного мышечного волок­на» определяется, как правило, относительным расположе­нием между собой головок миозина и активных центров ак­тина. Максимальное количество мостиков возникает при не­которой средней длине мышцы. Отклонение от этой длины в большую или меньшую сторону ведет к снижению сило­вых проявлений мышечного волокна (мышцы). Однако в случае растяжения мышцы еще не в активном состоянии у некоторых мышц могут возникать значительные силы сопро­тивления растяжению, например в мышцах — сгибателях голеностопного или лучезапястного сустава. Эти силы свя­заны с растяжением соединительных тканей, например пе-ремизиума. В биомеханике в таком случае говорят о парал­лельном упругом компоненте мышцы. Упругостью облада­ют сухожилия, 2-пластинки саркомеров и нити миозина, к которым прикреплены головки. Такую упругость называют последовательной упругой компонентой.

Наличие последовательной упругой компоненты в мы­шечных волокнах приводит к тому, что с ростом числа рек­рутированных МВ растет жесткость мышцы (коэффициент упругости).

Растягивание активной мышцы приводит не только к на­коплению энергии упругой деформации в последователь­ной упругой компоненте, но и к прекращению работы мос­тиков, а именно, они перестают отцепляться за счет энер­гии молекул АТФ. Разрыв мостиков происходит благодаря действию внешней - механической - силы. В итоге отри­цательная работа мышц выполняется с очень высоким ко­эффициентом полезного действия, с минимальными затра­тами кислорода.