1443
правки
Изменения
Нет описания правки
== Физиологические механизмы, определяющие скоростно-силовые возможности скелетных мышц ==
'''[[Сила мышц|Мышечная сила]]''' или, в более широком смысле, '''скоростно-силовые возможности мышц''' - это способность [[Скелетные мышцы|скелетных мышц ]] противостоять внешнему сопротивлению. С физиологической точки зрения, она определяется количеством и размерами вовлеченных в работу [[Типы мышечных волокон|мышечных волокон]], частотой импульсации [[Двигательная единица мыщцы|мотонейронов]], [[Иннервация поперечно-полосатых мышц|иннервирующих ]] эти волокна, а также степенью синхронизации их работы. В реальных условиях мышечная сила, регистрируемая измерительным устройством, зависит и от активности мышц-антагонистов, препятствующих основному движению, и от степени развития упруговязких элементов мышц, в которых запасается энергия. Таким образом, можно выделить следующие группы факторов, влияющих на скоростно-силовые характеристики мышц: периферические, которые подразделяются на сократительные и упруго-вязкие свойства мышц, и центральные - управление отдельными двигательными единицами и мышечными группами.
=== Режимы мышечного сокращения === : ''Читайте основную статью'': [[Сокращение скелетных мышц]]
Внешняя среда, в которой осуществляется перемещение звеньев тела посредством мышечного напряжения, предъявляет чрезвычайно разнообразные по физическим параметрам паттерны нагрузки. При осуществлении многосуставного движения отдельные мышечные группы могут работать в различных режимах мышечного сокращения. Все режимы можно разделить на два типа: статические и динамические. В статических условиях при неизменной длине мышц (изометрический режим мышечного сокращения) задаваемым параметром является длина мышцы (для удобства р угол в суставе), а измеряемым параметром - уровень силы (или момент силы - для углового перемещения) при определенном суставном угле. На основании измерении силы, развиваемой при разной длине, можно построить зависимость «длина-сила» для данной мышечной группы. Все многообразие динамических режимов можно разделить на концентрические сокращения - напряжение мышцы при ее укорочении и эксцентрические напряжение мышцы при ее удлинении. В свою очередь, каждый из таких типов сокращения может осуществляться либо в изотоническом (при постоянном сопротивлении), либо в изокинетическом (при постоянной скорости) режиме. В изотоническом режиме задаваемым параметром является внешнее сопротивление, а измеряемым п скорость мышечного сокращения. В изокинетическом режиме, наоборот, изменяется момент силы при заданной угловой скорости. На основании измерений максимальных скоростно-силовых проявлений при разных значениях задаваемых параметров можно построить зависимость «сила-скорость» либо в изокинетическом, либо в изотоническом режимах, как для концентрических, так и для эксцентрических сокращений. Полученные кривые являются интегральным показателем функциональных возможностей центральных механизмов управления движением и периферического звена двигательного аппарата. В этой связи представляется целесообразным рассмотреть работу отдельных звеньев двигательной системы.
'''Закон «все или ничего»'''. Мышечное волокно отвечает тотальным возбуждением на приходящий из центральной нервной системы стимул пороговой величины. Дальнейший рост стимула выше пороговой величины не вызывает дополнительного возбуждения, и, как следствие, развиваемое усилие не увеличивается. В случае если стимул оказывается ниже порога, возбуждение мышечного волокна не происходит. Такие закономерности развития сокращения получили название закона «все или ничего».
'''Одиночное и тетаническое сокращение'''. Сила, развиваемая мышечным волокном в ответ на одиночный импульс, гораздо меньше, чем в ответ на серию импульсов. Это свойство обусловлено значительными временными задержками, возникающими в сложной последовательности электрохимических реакций, протекающих внутри мышечного волокна вслед за возбуждением внешней мембраны.
Таким образом, различают одиночное (в ответ на одиночный стимул) и тетаническое (в ответ на серию стимулов) мышечные сокращения (рис. 2). При повышении частоты импульсации мотонейронов одиночные ответы могут сливаться в зубчатый тетанус. При дальнейшем повышении частоты импульсации зубчатый тетанус переходит в гладкий, амплитуда которого растет вплоть до максимальной.
'''[[Медленные мышечные волокна|Медленные]] и [[быстрые мышечные волокна]]'''. По своим физиологическим свойствам мышечные волокна делятся на медленные и быстрые. Время развития сокращения сильно различается для волокон быстрого и медленного типа (рис. 3). Скорость сокращения ненагруженного волокна генетически предопределена и не поддается тренировке. С другой стороны, максимальная сила сокращения зависит лишь от размера мышечного волокна.
У человека размеры мышечных волокон двух типов различаются незначительно, оба типа волокон могут подвергаться гипертрофии при определенных режимах тренировки.
'''Зависимость между силой и скоростью сокращения'''. В том случае, когда мышечное волокно развивает напряжение против внешнего сопротивления, скорость сокращения становится меньше. При высокой нагрузке скорость может снизиться до нуля (т. е. мышца будет сокращаться в изометрическом режиме). Таким образом, между силой и скоростью существует обратная зависимость,которая описывается известным уравнением Хилла:
(Р+а) (v+b)=b (Р0+а)
где v - скорость сокращения мышцы при нагрузке Р; Р0 - максимальное значение изометрической силы; а и b - эмпирические константы.
[[Image:Sportnauka31.jpg|250px|thumb|right|Рис. 3. Механограммы быстрых и медленных мышечных волокон]]
'''Зависимость между длиной и развиваемым усилием'''. Величина усилия, развиваемого мышечным волокном, при разной длине не одинакова. Для каждой мышцы существует оптимальная длина, при которой регистрируется максимально возможная сила. В крайних точках амплитуды сокращения регистрируются минимальные значения мышечного усилия.
=== Периферический отдел двигательного аппарата: упруго-вязкие элементы ===
Жесткость мышц определяется двумя составляющими: биомеханической (вязко-эластической) и квазимеханической (рефлекторной). Биомеханическая составляющая зависит от механических (вязко-эластических) свойств элементов и структур, входящих в [[Мышцы - анатомия и функции|состав мышц]]. Квазимеханическая составляющая определяется числом активированных мышечных волокон и степенью их активации, которые зависят от нервных влияний и модулируются гуморальными. Первые опыты, проведенные в начале XX в. А. Хиллом, показали, что биомеханические свойства мышцы сложны, и она не может быть уподоблена пружине с постоянной жесткостью. Более правомерным оказалось представление мышцы в виде модели, состоящей из двух компонентов: активного и пассивного. Активный, сократительный компонент мышцы уподоблялся вязкому компоненту, а пассивный - упругому, аналогичному по свойствам нелинейной пружине с незначительными энергетическими потерями. В настоящее время это представление сменилось трехкомпонентной моделью мышцы, включающей сократительный, последовательный упругий и параллельный упругий компоненты. Под сократительным компонентом подразумевают входящие в состав мышцы мышечные волокна, которые при ее возбуждении укорачиваются и генерируют силу. Параллельный упругий компонент связывают с сарколеммой мышечного волокна и его цитоскелетом, фасциями и другими соединительнотканными образованиями, окружающими мышечные волокна и мышцу в целом. Локализация последовательного упругого компонента окончательно не выяснена. Предполагают, что он включает сухожилие мышцы, а также локальные упругие элементы, содержащиеся в поперечных мостиках.
[[Image:Sportnauka32.jpg|250px|thumb|right|Рис. 4. Схема структурно-функциональных уровней организации произвольного напряжения мышцы:1 - корковые представительства; 2 - стволовой уровень (моторная команда); 3 - спинальный уровень (нисходящий драйв); 4 - спинальный уровень (мышечная активация); 5 - моторные единицы; 6 - афферентная обратная связь]]
Механическая жесткость мышцы зависит от жесткости образующих ее структур. . Наибольшую жесткость имеют соединительнотканные элементы, например сухожилия, состоящие преимущественно из белка коллагена. Однако жесткость сухожилия не оказывает значительного влияния на показатели жесткости мышцы, измеряемой in vivo, поскольку жесткость мышц всегда (при любом напряжении) меньше. Жесткость мышцы также зависит от скорости, с которой она растягивается, и от ее натяжения.