Вибраних м'язів спортсменів

Склад волокон у м'язах бігунів на довгі та короткі дистанції значно відрізняється. Однак було б неправильним вважати, що лише на основі домінуючого типу м язового волокна можна легко «відібрати» чемпіонів з бігу на довгі й короткі дистанції. Успішний виступ у цих дисциплінах, що потребують прояву витривалості, швидкості й сили, залежить і від інших чинників, наприклад функції серцево-судинної системи та розміру м'язів. Отже, склад волокон сам по собі не є єдиним індикатором спортивного успіху.

Використання м'язів. Ми вивчали різні типи м'язових волокон. Ми також з'ясували, що при стимулюванні усі волокна рухової одиниці діють одночасно і різні типи волокон залучаються до роботи поетапно, залежно від виду діяльності. Тепер ми можемо вернутися на макроскопічний рівень і спрямувати нашу увагу на те, як діють м'язи, щоб виконати рух.

Понад 215 пар скелетних м'язів організму значно відрізняються один від одного розміром, формою та використанням. Кожний координований рух виконується через докладання м'язової сили. Його здійснюють

• агоністи, або первинні двигуни, — м'яз, що головним чином відповідає за виконання руху;

• антагоністи — м'язи, що протистоять первинним двигунам;

• синергісти — м'язи, що допомагають первинним двигунам.

Як видно з рис. 1.11, плавне згинання руки у лікті здійснюється завдяк скороченню плечового та двоголового м'язів (агоністи), а також розслабленню триголового м'яза плеча (антагоніст). Плечопроменевий м'яз (синергіст) допомагає першим згинати руку у суглобі.

Більшу частину сили, необхідної для будь-якого виконання руху, виробляють агоністи. М'язи скорочуються на кістках, до котрих вони прикріплені, протягаючи їх одна до одної. У цьому їм допомагають синергісти, котрі іноді беруть участь у «настроюванні» напрямку руху. Антагоністи виконують захисну роль. Розглянемо, наприклад, чотириголовий м'яз стегна (передній) та підколінний сухожилок (задній) стегна. При значному скороченні підколінного сухожилка (агоніст) чотириголовий м'яз (антагоніст) також трохи скорочується, протидіючи рухові підколінного сухожилка. Це запобігає надмірному розтягненню чотириголового м'яза внаслідок значного скорочення підколінного сухожилка та забезпечує більш контрольований рух стегна. Окрім того, ця супротивна дія між агоністами та антагоністами забезпечує м'язовий тонус.

Типи м'язового скорочення. М'язовий рух можна поділити на три типи скорочення: концентричне, статичне та ексцентричне. Ці три типи скорочення м'яза є характерними для багатьох видів діяльності, наприклад бігу чи стрибків, при виконанні плавного координованого руху. Розглянемо кожний тип скорочення окремо.

Рис. 1.12. При концентричному скороченні м'яза актиноні філаменти підтягуються один до одного, тим самим збільшується площа їх перекриття з міозиновими філаментами (а). При статичному м'язовому скороченні відбувається утворення та здійснюється повторний цикл міозинових поперечних містків, однак зважаючи на значну силу актинові філаменти не рухаються (б). Під час ексцентричного м'язового скорочення актинові філаменти ще більше розсуваються (в)

Концентричне скорочення. Основний тип активації м'яза — скорочення — є концентричним (рис. 1.12, а). Цей вид скорочення нам знайомий найбільше. Щоб зрозуміти, як скорочується м'яз, згадаємо про те, як ковзають один відносно одного актинові та міозинові філаменти. Виходячи з того, що при цьому виконується рух у суглобі, концентричні скорочення вважаються динамічними.

Статичне скорочення. М'язи також можуть активуватися, не змінюючи своєї довжини. Коли це відбувається, м'яз виробляє силу, однак його довжина залишається статичною (не змінюється). Це називається статичним скороченням (рис. 1.12, б), оскільки кут суглоба не змінюється. Інша назва — ізометричне скорочення. Це відбувається, наприклад, коли ви намагаєтеся підняти якийсь предмет, маса котрого більша за величину сили, виробленої вашим м'язом, або коли ви утримуєте якийсь предмет, зігнувши руку у лікті. В обох випадках ви відчуваєте напруження м'язів, однак вони не можуть зсунути вагу й тому не скорочуються. При такій активації м'яза поперечні містки міозину утворюються і виконують повторні цикли, виробляючи силу, однак через значну зовнішню силу актинові філаменти не можуть рухатися. Вони залишаються у своєму звичайному положенні, тому скорочення не відбувається. При залученні певного числа рухових одиниць, котрі виробляють силу, достатню для подолання опору, статичне скорочення може перейти у динамічне.

Ексцентричне скорочення. М'язи здатні виробляти силу у процесі подовження. Це — ексцентричне скорочення (рис. 1.12, б). Це також динамічний процес, оскільки відбувається рух суглоба. Наприклад, скорочення двоголових м'язів плеча, коли ви опускаєте важкий предмет, випрямивши руку у лікті. У цьому випадку актинові філаменти ще більше віддаляються від центра саркомера та розтягують його.

Утворення сили. Сила м'язів відображає їх здатність продукувати фізичну силу. Якщо ви, лежачи на лаві, можете виконати жим маси 300 фунтів (понад 136 кг), то ваші м'язи здатні продукувати силу, достатню, щоб управитися з вантажем такої самої маси. Навіть без навантаження (не намагаючись підняти масу) ваші м'язи мають продукувати силу, достатню, щоб рухати кістки, до котрих вони кріпляться. Розвиток м'язової сили залежить від

• кількості активованих рухових одиниць;

• типу активованих рухових одиниць;

• розміру м'яза;

• початкової довжини м'яза в момент активації;

• кута суглоба;

• швидкості дії м'яза.

Розглянемо названі компоненти.

Рухові одиниці та розмір м 'яза. Ми вже розглядали рухові одиниці. Згадаймо, що величина продукованої сили залежить від кількості активованих рухових одиниць. Швидкоскоротні рухові одиниці продукують більше сили, ніж повільноскоротні, оскільки кожна ШС рухова одиниця містить більше м'язових волокон, ніж ПС рухова одиниця. Подібно до цього, чим більший м'яз, тим більше волокон він містить і тим більшу силу може продукувати.

Довжина м'яза. Для м'язів та їх сполучних тканин (фасцій та сухожилків) характерною є еластичність. При розтягненні еластичність проявляється у накопиченні енергії. Під час наступної м'язової діяльності ця накопичена енергія вивільняється, тим самим збільшуючи силу. Довжина м'яза обмежена анатомічним розташуванням та його прикріпленням до кістки. Прикріплений до скелета м'яз у спокої все ж трохи напружений внаслідок невеликого розтягнення. Якби м'яз звільнився від прикріплення, то він би розслабився і його довжина стала б трохи меншою.

Проведені вимірювання показали, що м'яз зможе продукувати максимальну силу, якщо він спочатку був розтягнений на довжину, що на 20 % перевищує його довжину у спокої. При такому розтягненні м'яза сполучення накопиченої енергії та сили м'язового скорочення, що веде до продукування сили максимальної величини, є оптимальним.

Збільшення або зменшення довжини м'яза знижує вироблення сили на більше чи менше 20 %. Наприклад, якщо довжина розтягненого м'яза удвічі перевищує його довжину у спокої, продукована сила практично буде дорівнювати нулю. Зважаючи на розтягнення м'яза енергія у ньому, як і раніше, накопичується. У дійсності чим більше м'яз розтягується, тим більше енергії він накопичує.

Однак необхідно враховувати ще один чинник. Сила, що продукується м'язовими волокнами під час м'язового скорочення, залежить від кількості поперечних містків, котрі стикаються з актиновими філаментами у будь-який певний час. Чим більше їх число, тим сильніше м'язове скорочення. При перерозтягненні м'язових волокон відстань між актиновими та міозиновими філаментами ще сильніше збільшується. Зменшення площини перекривання цих філаментів скорочує кількість поперечних містків, котрі необхідні для утворення сили.

Кут суглоба. Оскільки м'язи продукують силу за допомогою скелетних важелів, то щоб з'ясувати процес руху, необхідно зрозуміти фізичне розташування цих «м'язових блоків» та «важелів кісток».

Рис. 1.13. Кожний суглоб має оптимальний кут докладання сили — КДС (а). Для двоголового м'яза плеча, що скорочується вздовж ліктя, оптимальний кут становить 100° (б). Зменшення або збільшення (в) кута суглоба призводить до зміни кута докладання сили та знижує величину сили, котру м'яз передає кістці

Розглянемо двоголовий м'яз плеча. Сухожилок цього м'яза становить усього 1/10 відстані від ліктьової опори до маси, що утримується у руці. Тому, щоб утримати в руці об'єкт масою 10 фунтів (4,5 кг), м'яз має докласти силу в 10 разів більшу (100 фунтів або 45 кг).

Сила, котру продукує м'яз, передається кістці через м'язове прикріплення (сухожилок). Максимальна кількість сили, що передається кістці, залежить від оптимального кута суглоба. Кут суглоба, у свою чергу, залежить від відносного положення сухожилкового прикріплення до кістки, а також величини переміщуваної маси. У нашому прикладі кращим кутом для докладання сили у 100 фунтів (45 кг) є кут 100°. Більше або менше згинання ліктьового суглоба призведе до зміни кута докладання сили, що зменшить величину сили, котра передається кістці. Викладене ілюструє рис. 1.13.

Швидкість скорочення. Здатність продукувати силу також залежить від швидкості м'язового скорочення. При концентричному скороченні продукування максимальної сили прогресивно знижується зі збільшенням швидкості.

Наприклад, ви намагаєтесь підняти дуже важкий предмет. Звичайно ви робите це повільно, концентруючи силу, котру можете докласти. Якщо ви схопите його і схочете швидко підняти, то найскоріше вам це не вдасться зробити, окрім того, ви можете травмуватися. Зовсім інше є характерним для ексцентричних скорочень. Швидкі ексцентричні скорочення дозволяють докласти максимальну силу.

Цей взаємозв'язок продемонстровано на рис. 1.14. Оскільки одиниці виражені у метрах на секунду, то чим більше число, тим швидше м'язове скорочення (рух зі швидкістю 0,8 м∙с^-1 здійснюється швидше, ніж скорочення зі швидкістю 0,2 м∙с^-1).

0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8

Подовження, м∙с^-1 Вкорочення, м∙с^-1

Ексцентричне скорочення Концентричне скорочення

Рис. 1.14. Взаємозв'язок між довжиною м'яза та величиною вироблюваної сили. Дані Астранда та Родахля (1985)