Сила. Силовые качества

Силой называется физическая величина, характеризующая взаимодействие тел; она определяет изменение движения тела, или изменение формы тела, или то и другое вместе.

Сила, развиваемая мышцей или пучком мышечных волокон, со­ответствует сумме сил отдельных волокон. Чем толще мышца и больше «физиологическая» площадь ее поперечного сечения (сумма площадей поперечных сечений отдельных волокон), тем она

сильнее. Например, при мышечной гипертрофии ее сила и толщи­на волокон возрастают в одинаковой степени.

Мышечная сила зависит не только от активирующего влияния ЦНС, но и в очень высокой степени от внешних механических ус­ловий работы мышцы.

В организме человека скелетные мышцы передают силу частям скелета посредством упругих, отчасти растяжимых структур — сухожилий. Во время развития силы у мышцы есть тенденция уко­ротиться, а следовательно, растянуть и напрячь упругие структуры,

прикрепляющие ее к скелету. Мышечное сокращение, при кото­ром длина мышцы уменьшается по мере увеличения развиваемой ею силы, называемой ауксотоническим (изотоническим). Мак­симальная сила в ауксотонических экспериментальных условиях (с растяжимой упругой связью между мышцей и датчиком силы) называется максимумом ауксотонического сокращения. Она гораз­до меньше силы, развиваемой мышцей при постоянной длине, т. е. при изометрическом сокращении. Для его экспериментального исследования мышцу в расслабленном состоянии (в покое) закре­пляют с обоих концов, чтобы во время активации и измерения напряжения она не могла укорачиваться. Однако даже в этих ус­ловиях сократительные элементы мышечных волокон (миозино-вые головки) передают силу сухожилиям или регистрирующему устройству только через упругие внутримышечные структуры. Они входят в состав поперечных мостиков (рис. 14.6) активных нитей, Z- пластинок и сухожильно-мышечных соединений.

Сила — величина векторная. Две силы, действующие на тело, складываются по правилу параллелограмма (векторно).

Сила мышц измеряется тем максимальным напряжением, кото­рое она способна развить в условиях изометрического сокращения.

Максимальная сила будет зависеть прежде всего от количества и толщины мышечных волокон, образующих мышцу. Количество и толщина мышечных волокон обычно определяются по физиоло­гическому поперечнику мышцы, под которым понимается площадь поперечного разреза мышцы (см²), проходящего через все мышеч­ные волокна. Толщина мышцы не всегда совпадает с ее физиоло­гическим поперечником. Например, при равной толщине, мышцы с параллельным и перистым расположением волокон значительно отличаются по физиологическому поперечнику. Перистые мышцы имеют больший поперечник и обладают большей силой сокраще­ния. Чем толще мышца, тем она сильнее.

Важным в проявлении силы мышцы имеет характер прикреп­ления ее к костям и точка приложения силы в механических рычагах, образуемых мышцами, суставами и костями. Сила мыш­цы в значительной степени зависит от ее функционального состоя­ния — возбудимости, лабильности и питания. Внутримышечная координация связана со степенью синхронности сокращения дви­гательных единиц мышцы, а межмышечная — со степенью коор­динированное™ участвующих в работе мышц. Чем выше степень внутри- и межмышечной координации, тем больше максимальная

сила человека. Спортивные тренировки значительно способствуют совершенствованию этих координационных механизмов, поэтому тренированный человек обладает большей максимальной и отно­сительной силой, т. е. силой мышц, отнесенной на 1 кг массы тела.

В этой связи в спорте имеются весовые категории (тяжелая ат­летика, борьба, бокс и др.).

Регуляция мышечной силы в организме человека. Двигатель­ная единица состоит из одного мотонейрона и группы иннервируе-мых им мышечных волокон (рис. 14.7). Размеры таких единиц широко варьируют. Поскольку каждое волокно подчиняется зако­ну «все или ничего», сила, развиваемая двигательной единицей при одиночном сокращении, варьирует слабо; либо все ее волокна воз­буждаются и сокращаются, либо все расслаблены. Однако разви­ваемая сила зависит от частоты стимуляции.

Сила и скорость сокращения мышцы увеличиваются также по мере активации (вовлечения) все большего количества двигатель­ных единиц. При этом чем меньше размеры (а, следовательно, и сила) каждой из них, тем тоньше регулировка общего усилия.

Соотношение между скоростью сокращения мышцы и си­лой (нагрузкой). При изотоническом сокращении мышца уко­рачивается тем медленнее, чем больше нагрузка.

Ненагруженная мышца укорачивается с максимальной скоро­стью, зависящей от типа мышечных волокон. Например, портняж­ная мышца лягушки сокращается со скоростью всего лишь 0,2 м/с (примерно, 10 длин мышцы в 1 с). Мышцы руки человека, которые гораздо длиннее, укорачиваются со скоростью 8 м/с. Быстро уко­рачиваясь, мышца развивает меньшую силу, чем при медленном укорочении или после предварительного растяжения. Этим объ­ясняется тот общеизвестный факт, что быстрые движения возмож­ны, если не требуется большая сила, т. е. когда мышцы не нагру­жены (свободно двигаются) и, наоборот, максимальная мышечная сила требует медленных движений, например, при передвиганий крупных предметов или подъеме штанги. Большой вес можно под­нять или столкнуть с места только очень медленно. Это вполне со­вместимо со способностью человека произвольно менять скорость мышечного сокращения.

Мощность мышцы равна произведению развиваемой ею силы на скорость укорочения. Например, максимальная мощность (200 Вт) мышцы нашей руки будет достигнута при скорости сокращения 2,5 м/с. Исследования показывают, что мощность выше при уме­ренных нагрузках и скоростях сокращения, чем в экстремальных условиях.