Физиологическая характеристика силы

Проведенный анализ литературы по вопросы физиологии силы мышц позволяет сделать следующие основные выводы.
1. Сила является качеством (характеристикой) движений человека, физиологически за нее отвечают непосредственно мышечная ткань, а также нейрогуморальные механизмы регуляции двигательной активности. При этом в определенных условиях значение непосредственно мышечной ткани или нервной регуляции могут преобладать в той или иной степени. Так, например, при многих стрессовых ситуациях преобладающее значение имеет именно нервно-гуморальная регуляция.
2. Соотношение быстрых, медленных и смешанных волокон, а также количество волокон в мышце – основные факторы (первичные) силы мышцы. Генетические различия в упомянутых факторах объясняет различную силу у разных людей.
3. В процессе силовой трени ...

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 2
МЫШЕЧНАЯ СИЛА: ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 4
Сила мышцы и ее работа 4
Физиологические основы мышечной силы 6
Связь произвольной силы и выносливости 12
МЕХАНИЗМ УВЕЛИЧЕНИЯ СИЛЫ ВСЛЕДСТВИЕ СИЛОВОЙ ТРЕНИРОВКИ 13
Гипертрофия мышц 16
Гипертрофия и гиперплазия волокон 17
Механизмы вызывающие гипертрофию волокон 20
Атрофия мышц 24
Изменения типа мышечных волокон 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 30

Сила как физическое качество – это явление присущее исключительно двигательной деятельности человека. Сила не может существовать сама по себе, она является характеристикой движения человека, человек демонстрирует силу в результате сокращения мышечных волокон в мышцах под управлением нервной системы. Именно поэтому выражение «развитие силы» бессмысленно, ибо сила не поддается развитию сама по себе. Развивать можно лишь мышцы и/или способы управления ими со стороны регуляторных систем.
Сила – это возможность человека к преодолению внешнего сопротивления, или же способность противодействовать этому сопротивлению за счет мышечного сокращения. За силу того или иного человека отвечают преимущественно мышечные ткани (поперечнополосатая мускулатура). Силовые качества можно применить в небольшой от резок времени или растянуть на значительный промежуток времени для выполнения достаточно большого объёма той или иной работы. Для развития силовых качеств необходима специфическая тренировка.
Среди компонентов веса тела человека мышцам принадлежит большая часть. Их количество зависит от возраста и пола. Так, доля мускулатуры женщин составляет от 30 до 35 %. а у мужчин - около 42 %. Она может быть увеличена в результате силовой тренировки или уменьшена, если мышцы бездействуют.
Когда мотонейрон активирует мышечное волокно, для возникновения реакции необходима некоторая минимальная величина, называемая порогом стимулирования. Если величина этой стимуляции ниже величины порога стимуляции, возможности для мышечного сокращения нет. Если же она соответствует или превышает порог, мышечное волокно максимально сокращается. Эта так называемая реакция типа "все или ничего". Поскольку все без исключения мышечные волокна конкретной двигательной единицы подвергаются одинаковой нервно-электрической стимуляции, то всех их можно сгруппировать по максимальному сокращению в случае увеличения порога стимуляции до некоторого известного значения. Отсюда следует, что двигательная единица работает по тому же известному принципу "все или ничего".
Величина силы прямо пропорциональна количеству активируемых мышечных волокон. При необходимости в небольшом развитии силы, стимулируется, и, соответственно, сокращается лишь несколько волокон. Вспомним, что ВС двигательные единицы содержат больше мышечных волокон, чем МС. Любая работа скелетной мышцы включает избирательное вовлечение двух типов волокон в зависимости от характеристики той деятельности, которой предстоит заняться. В начале 70-х годов XX ст. Голлник и др. продемонстрировали, что это избирательное вовлечение определяется не скоростью действия, а уровнем силы, который необходим мышце.
Целью настоящей курсовой работы является теоретическое изучение физиологических моментов силы мышц, физиологии развития силовых качеств мышечных тканей.

3. степени совершенства произвольного управления ими.
При некоторых ярких эмоционально-психологических состояниях человек может проявлять такую силу, которая может намного превышать его максимальные возможности вне этого состояния. К таким эмоционально-психологическим (назовем их стрессовыми) состояниям относится, например, состояние спортсмена во время соревнования. В экспериментальных условиях значительное повышение показателей МПС (т. е. уменьшение силового дефицита) обнаруживается при сильной мотивации (заинтересованности) испытуемого, в ситуациях, вызывающих его яркую психологическую реакцию, например после неожиданного испуга или резкого звука. То же отмечается при гипнозе, приеме определенных лекарственных препаратов. При этом положительный эффект (увеличение МПС, уменьшение силового дефицита) выражен гораздо существеннее у нетренированных испытуемых и в гораздо меньшей степени (или вовсе отсутствует) у хорошо тренированных спортсменов. Это указывает на высокую степень совершенства центрального управления мышечным аппаратом у спортсменов.
При одинаковых условиях измерения величина силового дефицита прямо пропорциональна числу одновременно сокращающихся мышечных волокон одной и той же мышца. Например, когда измеряется МПС мышц, только приводящих большой палец кисти, силовой дефицит составляет у разных испытуемых 5-15% от МС этих мышц. При определении МПС мышц, приводящих большой палец и сгибающих его концевую фалангу, силовой дефицит возрастает до 20%. При максимальном произвольном сокращении больших групп мышц голени силовой дефицит равен 30% (Я. М. Коц).
Роль третьего фактора доказывается различными экспериментами. Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, приводит к значительному повышению МПС, измеряемой в том же положении. Если измерения проводятся в других положениях конечностей, то прирост МПС оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы прирост МПС зависел исключительно от увеличения поперечного сечения тренируемой группы мышц (то есть периферического фактора), то он обнаруживался бы при измерениях в любом положении конечности. Следовательно, в данном случае прирост МПС зависит от более совершенного, чем до тренировки, центрального управления мышечным аппаратом именно в тренируемом положении. Роль фактора координации выявляется также при изучении показателя относительной произвольной силы, которая определяется делением показателя МПС на величину поперечника мышцы. Показателей этих существует два вида, т.к. у человека можно измерить только анатомический поперечник мышцы, для большинства мышц определяется не абсолютная произвольная сила (отношение МПС к физиологическому поперечнику), а относительная (отношение МПС к анатомическому поперечнику). В спортивной педагогике понятием "относительная сила" обозначают отношение МПС к весу спортсмена). Так, после 100-дневной тренировки с применением изометрических упражнений МПС мышц тренируемой руки выросла на 92%, а площадь их поперечного сечения на 23%. Соответственно относительная произвольная сила увеличилась в среднем с 6,3 до 10 кг/см2. Следовательно, систематическая тренировка может способствовать совершенствованию произвольного управления мышцами. МПС мышц нетренируемой руки также несколько увеличилась за счет последнего фактора, так как площадь поперечного сечения мышц этой руки не изменилась. Это показывает, что более совершенное центральное управление мышцами может проявляться в отношении симметричных мышечных групп (явление "переноса" тренировочного эффекта).
Как известно, наиболее высокопороговыми ("менее возбудимыми") являются быстрые волокна мышечной ткани. Их вклад в общее напряжение мышцы особенно существенен, так как каждая из них содержит много мышечных волокон. Быстрые мышечные волокна толще, имеют больше миофибриллы, поэтому сила их сокращения выше, чем у медленных двигательных единиц. Отсюда понятно, почему МПС зависит от композиции мышц: чем больше быстрых мышечных волокон они содержат, тем выше их МПС.
Когда спортсмену необходимо развить значительную мышечную силу во время выполнения соревновательного упражнения, он должен систематически применять специальные тренировочные упражнения, которые требуют проявления большой мышечной силы (как правило, больше или равно 70% от его МПС). В этом случае произвольное управление мышцами становится более совершенным, также как и механизмы внутримышечной координации, обеспечивающие включение как можно большего числа двигательных единиц основных мышц, и что особенно важно, наиболее быстрых двигательных единиц мышечной ткани..
Связь произвольной силы и выносливости
Между произвольной мышечной силой и выносливостью мышц ("локальная" выносливость) существует многуровневая связь. МПС и статическая выносливость одной и той же мышечной группы характеризуются прямопропорциональной зависимостью: чем больше МПС в наблюдаемой мышечной группе, тем длительнее мышца способна удержать выбранное усилие (то есть больше «абсолютная локальная выносливость»). Иная связь между произвольной силой и выносливостью обнаруживается в экспериментах, в которых разные испытуемые развивают одинаковые относительные мышечные усилия, к примеру, 60% от их МПС (при этом, чем сильнее испытуемый, тем большее по абсолютной величине мышечное усилие он должен поддерживать). В этих случаях среднее предельное время работы ("относительная локальная выносливость") чаше всего одинаково у людей с разной МПС.
Показатели МПС и динамической выносливости не обнаруживают прямой связи у неспортсменов и спортсменов различных, специализаций. Например, как среди мужчин, так и среди женщин наиболее сильными мышцами ног обладают дискоболы, но у них самые низкие показатели динамической выносливости. Бегуны на средние и длинные дистанции по силе мышц ног не отличаются от неспортсменов, но у первых чрезвычайно большая динамическая локальная выносливость. В то же время у них не выявлено повышенной динамической выносливости мышц рук. Все это свидетельствует о высокой специфичности тренировочных эффектов: больше всего повышаются те функциональные свойства и у тех мышц, которые являются основными в тренировке спортсмена. Тренировка, направленная преимущественно на развитие мышечной силы, совершенствует механизмы, способствующие улучшению этого качества, значительно меньше влияя на мышечную выносливость, и наоборот.
МЕХАНИЗМ УВЕЛИЧЕНИЯ СИЛЫ ВСЛЕДСТВИЕ СИЛОВОЙ ТРЕНИРОВКИ
Программы силовой полготовки обеспечивают значительное увеличение силы. В течение 3 — 6 мес вы можете увеличить силу на 25 — 100 % и даже больше. Как стать сильнее? Какие физиологические адаптации, позволяющие приложить большую силу, происходят в организме?
В течение многих лет считали, что увеличение силы — непосредственный результат увеличения размера мыши (гипертрофии). Такое предположение было весьма логичным, поскольку большинство регулярно занимавшихся силовыми тренировками были мужчины, чаше всего имевшие большие, хорошо развитые мышцы. Кроме того, иммобилизация конечности с помощью гипсовой повязки на несколько недель или месяцев приводила к уменьшению размера мыши (атрофии) и почти немедленному снижению уровня силы. Увеличение размера мыши, как правило, параллельно увеличению силы, а уменьшение их размера имеет высокую степень корреляции со снижением силы. Таким образом, логично сделать вывод о существовании причинно-следственной взаимосвязи размера мышц и их силы. Однако мышечная сила включает в себя значительно больше аспектов, чем просто размер мыши. Рассмотрим некоторые примеры.
Сверхчеловеческая сила
Неоднократно в средствах массовой информации появляются сообщения о проявлении сверхчеловеческих усилий под действием значительных психологических стрессов. Смирительные рубашки были специально созданы для того, чтобы сдерживать пациентов психиатрических больниц, которые могли внезапно прийти в неистовство и с которыми невозможно было справиться. Даже спортивный мир может похвастаться отдельными примерами сверхчеловеческих спортивных достижений. Одним из них был прыжок в длину Боба Бимона на 29 футов 2 и 1/2 дюйма на Олимпийских играх 1968 г. Предыдущий мировой рекорд был сразу же улучшен почти на 2 фута! Как правило, рекорды мира улучшают на несколько дюймов, а чаще всего — на доли дюймов. Рекорд Б.Бимона оставался непревзойденным до 1991 г.
Исследования с участием женщин
Для женщин, занимающихся по одинаковым с мужчинами программам тренировок, характерны такие же увеличения силы, как и для мужчин. Единственное отличие состоит в том, что для женщин характерна меньшая степень гипертрофии мыши. Некоторые женщины, например, смогли увеличить свою силу вдвое без заметных изменений размера мышц. Следовательно, увеличение силы не всегда требует гипертрофии.
Однако это не означает, что размер мышц не имеет значения для максимального потенциала силы мышцы. Он играет исключительно важную роль, о чем свидетельствуют рекорды мира в тяжелой атлетике, как у мужчин, так и у женщин. По мере возрастания весовых категорий (и, следовательно, размера мышц спортсменов) увеличиваются показатели рекордов в общей сумме поднятой массы. Следует отметить, что примеры проявления сверхчеловеческих усилий и исследования с участием женщин показывают, что механизмы, связанные с увеличением силы, чрезвычайно сложны и в настоящее время еще полностью не изучены.
Как же объяснить увеличение силы в результате тренировок?
В рамках курсовой работы невозможно подробно рассмотреть функцию нервно-сухожильного веретена. Остановимся лишь на некоторых моментах. Когда растяжение (напряжение) мышечных сухожилий и структур внутренней соединительной ткани превышает порог нервно-сухожильного веретена, мотонейроны данной мышцы затормаживаются. Этот рефлекс называется аутогенным торможением. Ретикулярная субстанция ствола мозга, а также кора головного мозга могут также инициировать и распространять угнетающие (иигибирующие) импульсы. Тренировка может постепенно редуцировать или нейтрализовывать эти угнетающие импульсы, позволяя мышцам достичь более высоких уровней силы. Таким образом, силу можно увеличить, снизив торможение мотонейронов. Эта теория весьма привлекательна, поскольку объясняет проявление сверхчеловеческих усилий и увеличение силы при отсутствии гипертрофии мышц.
Однако как и любая другая теория, она должна пройти серьезную научную проверку, прежде чем получить признание.
Нервная активация и гипертрофия
Проведенные до настоящего времени исследования, касающиеся силовой подготовки, показывают, что начальное увеличение произвольной силы связано в основном с нервной адаптацией. Она включает:
• улучшенную координацию;
• улучшенное усвоение;
• повышенную активацию первичных двигателей.
Вместе с тем долгосрочные изменения силы скорее всего — результат гипертрофии тренированной мышцы или группы мышц. Это иллюстрирует рис. 1.
Рис. 1. Адаптационные реакции нервной и мышечной систем на физические тренировки силовой направленности. Продолжительность большинства исследований составляю всего 8— 20 недель. Как показали результаты продолжительных исследований, адаптационные реакции нервной системы преобладают в начальный период тренировок, тогда как гипертрофия мышц отмечается на последних этапах тренировочного периода.
Отметим, что были обнаружены существенные исключения из этого заключения. Результаты 6-месячного исследования, в котором участвовали спортсмены, занимавшиеся силовыми тренировками, показали, что нервная активация, а не гипертрофия была основным фактором, обусловившим увеличение силы во время наиболее интенсивных тренировок.
Начальное увеличение силы в большей степени влияют нервные факторы, последующее долгосрочное увеличение силы почти исключительно — результат гипертрофии
Гипертрофия мышц
Если гипертрофия возникает вследствие силовой тренировки, что вызывает ее? Считают, что, по меньшей мере частично, ее возникновение обусловливает гормон тестостерон, поскольку одна из его функций — обеспечение мышечного развития (роста). У мужчин наблюдается более значительное увеличение размера мышц по сравнению с женщинами при занятиях одними и теми же программами силовой подготовки и даже на фоне одинакового относительного увеличения силы. Тестостерон — андрогенный гормон — вещество, обеспечивающее мужские половые признаки. Анаболические стероиды также являются андрогенными гормонами. Хорошо известно, что большие дозы анаболических стероидов в сочетании с силовыми тренировками приводят к значительном)'увеличению мышечной массы. Хотя тестостерон играет главную роль в гипертрофии, сам по себе он не определяет степень гипертрофии вследствие силовых тренировок.
В частности, его концентрация в крови имеет низкую степень корреляции с величиной мышечной гипертрофии, обусловленной тренировками. У некоторых женщин наблюдается значительная гипертрофия вследствие силовых тренировок, тогда как у других размер мыши практически не изменяется. Существует предположение, что у первых более высокое соотношение между тестостероном и эстрогеном, которое и обусловливает увеличение мышечной массы.
Как увеличивается размер мышц? Существует два типа гипертрофии: кратковременная и долговременная. Первая представляет собой "накачивание" мышцы во время единичной физической нагрузки. Это происходит, главным образом, вследствие накопления жидкости (отека), поступающей из плазмы крови, в интерстициальном (межуточном) и внутриклеточном пространстве мышцы. Кратковременная гипертрофия, как видно из ее названия, длится недолго. Жидкость возвращается в кровь в течение нескольких часов после физической нагрузки.
Долговременная гипертрофия представляет собой увеличение мышечного размера вследствие длительных силовых тренировок. Она отражает действительные структурные изменения в мышце вследствие увеличения числа мышечных волокон (гиперплазия) либо увеличения размера отдельных мышечных волокон (гипертрофия). Теории, пытающиеся объяснить причину этого явления, характеризуются множеством противоречий.
Гипертрофия и гиперплазия волокон
Первые исследования показали, что количество мышечных волокон в каждой мышце устанавливается при рождении или сразу после него и остается неизменным на протяжении жизни.
Если это действительно так, то хроническая гипертрофия может возникнуть только вследствие гипертрофии отдельного мышечного волокна. Это может быть объяснено
* большим количеством миофибрилл;
* большим числом актиновых и миозиновых филаментов;
* большой саркоплазмой;
* большим количеством соединительной ткани;
* любым сочетанием приведенных факторов.
Интенсивные силовые тренировки могут значительно увеличить площадь поперечного сечения мышечных волокон. В этом случае гипертрофия волокон, очевидно, обусловлена повышенным количеством миофибрилл, а также актиновых и миозиновых филаментов, которые обеспечивают большее число поперечных мостиков, производящих усилие при максимальных сокращениях. Отметим, что подобное значительное увеличение мышечных волокон не наблюдается во всех случаях мышечной гипертрофии.
Прямые доказательства в пользу гиперплазии
Недавние исследования, проводившиеся на животных, позволяют предположить, что гиперплазия может быть одним из факторов, обусловливающим гипертрофию всех мышц. Исследования, проводившиеся на кошках, достаточно убедительно продемонстрировали расщепление волокон при тренировках с очень большим отягощением. Кошек тренировали передвигать значительную массу передней лапой, чтобы получить пищу. Они научились производить значительное усилие. В результате таких интенсивных силовых тренировок избранные мышечные волокна действительно расщеплялись наполовину, причем каждая половина затем увеличивалась до размера "родительского" волокна. Это видно на поперечно рассеченных срезах мышечных волокон.
В последующих исследованиях, однако, гипертрофия избранных мышц у цыплят, крыс и мышей вследствие постоянных перегрузок была обусловлена исключительно гипертрофией волокон, а не гиперплазией. В этих исследованиях учитывалось каждое волокно в целой мышце. Количество волокон не изменилось.
Это вынудило ученых, проводивших эксперименты на кошках, провести еще одно исследование. На этот раз они учитывали каждое волокно, чтобы определить, является ли гипертрофия всей мышцы результатом гиперплазии или гипертрофии волокон. После программы силовых тренировок, длившейся 101 неделю, кошки могли поднимать одной лапой массу, равную в среднем 57 % массы их тела. Масса мышцу них увеличилась на 11 %. Более того, ученые обнаружили 9 %-е увеличение общего числа мышечных волокон, что подтвердило процесс гиперплазии.
Исследователи до сих пор не пришли к единому мнению относительно роли, которую играет гиперплазия и гипертрофия отдельных волокон в увеличении размера мыши человека вследствие силовых тренировок. Результаты большинства исследований свидетельствуют, что гипертрофия отдельных волокон обусловливает гипертрофию всей мышцы. В то же время результаты двух исследований с участием культуристов указывают на возможность процесса гиперплазии мышц у людей.
В одном исследовании средняя площадь волокон латеральных широких мышц бедра и дельтовидных мышц у культуристов высокого класса была меньше, чем у тяжелоатлетов, и почти такой же, как у студентов физкультурных заведений и людей, не занимавшихся силовыми тренировками. Это свидетельствовало о том, что гипертрофия отдельных волокон не является главным фактором увеличения мышечной массы
у культуристов.
Подобные результаты были получены в другом исследовании, где сравнивали показатели высокотренированных культуристов и физически активных, но не тренирующихся людей. Площадь мышечных волокон у них была почти одинаковой, несмотря на то, что у культуристов обхват конечностей был значительно больше. Кроме того, ученые установили, что у культуристов в двигательной единице больше мышечных волокон, чем у нетренированных людей. Поскольку у культуристов был значительно больший обхват мыши при нормальной площади поперечного сечения мышечных волокон, полученные результаты указывают на увеличение количества мышечных волокон. Другое объяснение — у культуристов при рождении было больше мышечных волокон.
По крайней мере, в одном исследовании наблюдали значительные различия в площади мышечных волокон у культуристов и учащихся физкультурных заведений обоего пола. Средняя площадь волокон латеральной широкой мышцы бедра составила: 8400 мкм2 — у культуристов; 6200 — у студентов физкультурных заведений и 4400 мкм2— у студенток физкультурных заведений.
Различия в результатах этих исследований можно объяснить сущностью тренировочных нагрузок или стимулов. Считается, что тренировки с высокой интенсивностью или сопротивлением вызывают большую степень гипертрофии волокон, в частности, быстросокращающихся, чем тренировочные занятия небольшой интенсивности или с использованием незначительного сопротивления.
Механизмы вызывающие гипертрофию волокон
Гипертрофия отдельного мышечного волокна вследствие силовых тренировок является, по-видимому, результатом чистого увеличения белкового синтеза в мышцах. Белок в мышцах подвергается постоянным процессам синтеза и расщепления. Интенсивность их изменяется в зависимости от потребностей. При выполнении физических нагрузок синтез уменьшается, а расщепление увеличивается. Для периода восстановления после физических нагрузок характерно увеличение синтеза белка.