Развитие мышечной силы у спортсменов разных специализаций

Введение

Обзор литературы
Физиология мышц
Механизмы мышечного сокращения
Работа и мощность мышцы
Оценка функционального состояния мышечной системы у человека
Классификация скелетных мышечных волокон

Мышечная сила человека
Развитие мышечной силы у спортсменов различных специальностей.
Заключение
Выводы
Список литературы

Развитие мышечной силы у спортсменов разных специализаций

Сократительная способность скелетной мышцы харак­теризуется силой сокращения, которую развивает мышца (обычно оценивают общую силу, которую может развивать мышца, и абсолютную, т. е. силу, приходящуюся на 1 см2 поперечного сечения).длиной укорочения, степенью напряжения мышечного волокна, скоростью укорочения и раз­вития напряжения, скоростью расслабления. По­скольку эти параметры в большой степени определяются исходной длиной мышечных волокон и нагрузкой на мышцу, исследования сократительной способности мышцы производят в различных режи­мах. 
Раздражение мышечного волокна одиночным пороговым или сверхпороговым стимулом приводит к возникновению одиночного со­кращения, которое состоит из нескольких периодов. Пер­вый — латентный период представляет собой сумму временных задержек, обусловленных возбуждением мембраны мышечного волок­на, распространением ПД по Т-системе внутрь волокна, образованием инозитолтрифосфата, повышением концентрации внутриклеточного кальция и активации поперечных мостиков. Для портняжной мышцы лягушки латентный период составляет около 2 мс. 
Второй — период укорочения, или развития напря­жения. В случае свободного укорочения мышечного волокна говорят об изотоническом режиме сокращения, при котором напряжение практически не изменяется, а меняется только длина мышечного во­локна. Если мышечное волокно закреплено с двух сторон и не может свободно укорачиваться, то говорят об изометрическом режиме со­кращения. Строго говоря, при данном режиме сокращения длина мы­шечного волокна не изменяется, в то время как размеры саркомеров меняются за счет скольжения нитей актина и миозина относительно друг друга. В этом случае возникающее напряжение передается на эластические элементы, расположенные внутри волокна. Эластиче­скими свойствами обладают поперечные мостики миозиновых нитей, актиновые нити, Z-пластинки, продольно расположенная саркоплазматическая сеть и сарколемма мышечного волокна.  В опытах на изолированной мышце выявляется растяжение со­единительнотканных элементов мышцы и сухожилий, которым пе­редается напряжение, развиваемое поперечными мостиками. 
В организме человека в изолированном виде изотонического или изометрического сокращения не происходит. Как правило, развитие напряжения сопровождается укорочением длины мышцы — ауксотонический режим сокращение. 
Третий — период расслабления, когда уменьшается кон­центрация ионов Са2+ и отсоединяются головки миозина от актиновых филаментов. 
Полагают, что для одиночного мышечного волокна напряжение, развиваемое любым саркомером, равно напряжению в любом другом саркомере. Поскольку саркомеры соединены последовательно, скорость, с которой происходит сокращение мышечного волокна, про­порциональна числу его саркомеров. Таким образом при одиночном сокращении скорость укорочения длинного мышечного волокна вы­ше, чем у более короткого. Величина усилия, развиваемого мышеч­ным волокном, пропорциональна числу миофибрилл в волокне. При мышечной тренировке число миофибрилл увеличивается, что явля­ется морфологическим субстратом увеличения силы сокращения мышц. Одновременно увеличивается и число митохондрии, повы­шающих выносливость мышечного волокна при физической на­грузке (16).
  В изолированной мышце величина и скорость одиночного сокра­щения определяются рядом дополнительных факторов. Величина одиночного сокращения в первую очередь будет определяться числом двигательных единиц, участвующих в сокращении. Поскольку мыш­цы состоят из мышечных волокон с различным уровнем возбуди­мости, имеется определенная зависимость между величиной стимула и ответной реакцией. Увеличение силы сокращения возможно до определенного предела, после которого амплитуда сокращения ос­тается неизменной при увеличении амплитуды стимула. При этом все мышечные волокна, входящие в состав мышцы, принимают участие в сокращении. 
Важность участия всех мышечных волокон в сокращении пока­зана при изучении зависимости скорости укорочения от величины нагрузки. Поскольку сила сокращения эквивалентна нагрузке, становится понятным, что мак­симальная сила, которая может быть развита мышцей, приходится на очень малые скорости. Штангист может «взять рекордный вес» только при медленных движениях. Напротив, быстрые движения возможны при слабонагруженных мышцах. 
Изменение силы сокращения наблюдают при ритмической сти­муляции скелетных мышц. Если последующий стимул действует в период рефрактерности мышечного волокна, то он не вызовет повторного мышечного со­кращения. Если же такой стимул действует на мышцу после окончания периода расслабления, то вновь возникает одиноч­ное мышечное сокращение. 
При нанесении второго стимула в период укорочения или раз­вития мышечного напряжения происходит суммация двух следую­щих друг за другом сокращений и результирующий ответ по амп­литуде становится значительно выше, чем при одиночном стимуле; если мышечное волокно или мышцу стимулировать с такой частотой, что повторные стимулы будут приходиться на период укорочения, или развития напряжения, то происходит полная суммация единич­ных сокращений и развивается гладкий тетанус. Тетанус — сильное и длительное сокращение мышцы. Полагают, что в основе этого явления лежит повышение концентрации кальция внутри клетки, что позволяет осуществляться реакции взаимодействия актина и миозина и генерации мышечной силы поперечными мостиками достаточно длительное время. При уменьшении частоты стимуляции возможен вариант, когда повторный стимул наносят в период расслабления. В этом случае также возникнет суммация мышечных сокращений, однако будет наблюдаться характерное западение на кривой мышечного сокращения — неполная суммация, или зубчатый тетанус. При тетанусе происходит суммация мышечных сокращений, в то время как ПД мышечных волокон не суммируются. 
В естественных условиях одиночные сокращения скелетных мышц не встречаются. Происходит сложение, или суперпозиция, сокраще­ний отдельных нейромоторных единиц. При этом сила сокращения может увеличиваться как за счет изменения числа двигательных единиц, участвующих в сокращении, так и за счет изменения частоты импульсации мотонейронов. В случае увеличения частоты импульсации будет наблюдаться суммация сокращений отдельных двигательных единиц (17).
 Одной из причин увеличения силы сокращения в естественных условиях является частота импульсов, генерируемых мотонейрона­ми. Второй причиной этого служат увеличение числа возбуждаю­щихся мотонейронов и синхронизация частоты их возбуждения. Рост числа мотонейронов соответствует увеличению количества дви­гательных единиц, участвующих в сокращении, а возрастание сте­пени синхронизации их возбуждения способствует увеличению ам­плитуды при суперпозиции максимального сокращения, развивае­мого каждой двигательной единицей в отдельности.
  Сила сокращения изолированной скелетной мышцы при прочих равных условиях зависит от исходной длины мышцы. Умеренное растяжение мышцы приводит к тому, что развиваемая ею сила возрастает по сравнению с силой, развиваемой нерастянутой мыш­цей. Происходит суммирование пассивного напряжения, обуслов­ленного наличием эластических компонентов мышцы, и активного сокращения. Максимальная сила сокращения достигается при раз­мере саркомера 2—2,2 мкм. Увеличение длины саркомера приводит к уменьшению силы сокращения, поскольку уменьшается область взаимного перекрытия актиновых и миозиновых нитей. При длине саркомера 2,9 мкм мышца может развивать силу, равную только 50% от максимально возможной.
 Работа и мощность мышцы
 Поскольку основной задачей скелетной мускулатуры является совершение мышечной работы, в экспериментальной и клинической физиологии оценивают величину работы, которую совершает мыш­ца, и мощность, развиваемую ею при работе.Согласно законам физики, работа есть энергия, затрачиваемая на перемещение тела с определенной силой на определенное рас­стояние: А = FS. Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом режиме), то механическая работа равна нулю. Если при максимальной нагрузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то работа также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью переходит в тепловую. Согласно закону средних нагрузок, мышца может совершать максимальную работу при нагрузках средней величины.  При сокращении скелетной мускулатуры в естественных условиях преимущественно в режиме изометрического сокращения, например при фиксированной позе, говорят о статической работе, при со­вершении движений — о динамической.  
Сила сокращения и работа, совершаемая мышцей в единицу вре­мени (мощность), не остаются постоянными при статической и дина­мической работе. В результате продолжительной деятельности рабо­тоспособность скелетной мускулатуры понижается. Это явление назы­вается утомлением. При этом снижается сила сокращений, увеличиваются латентный период сокращения и период расслабления. 
Статический режим работы более утомителен, чем динамический. Утомление изолированной скелетной мышцы обусловлено прежде всего тем, что в процессе совершения работы в мышечных волокнах накапливаются продукты процессов окисления — молочная и пировиноградная кислоты, которые снижают возможность генерирования ПД. Кроме того, нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энергообеспечения мышечного сокращения. В естественных условиях мышечное утомление при статической рабо­те в основном определяется неадекватным регионарным кровотоком. Если сила сокращения в изометрическом режиме составляет более 15% от максимально возможной, то возникает кислородное «голода­ние» и мышечное утомление прогрессивно нарастает.
Оценка функционального состояния мышечной системы у человека
 При оценке функционального состояния мышечной системы у человека используют различные методы. 
Эргометрические методы. Эти методы используют для опреде­ления физической работоспособности. Человек совершает работу в определенных условиях и одновременно регистрируются величины выполняемой работы и различные физиологические параметры: ча­стота дыхания, пульс, артериальное давление, объем циркулирую­щей крови, величина регионарного кровотока, потребляемого О2, выдыхаемого СО2 и т.д. С помощью специальных устройств — велоэргометров или тредбанов (бегущая дорожка) — создается возможность дозировать нагрузку на организм человека. 
Электромиографические методы. Эти методы исследования ске­летной мускулатуры человека нашли широкое применение в физи­ологической и клинической практике. В зависимости от задач ис­следования проводят регистрацию и анализ суммарной электромиограммы (ЭМГ) или потенциалов отдельных мышечных волокон. При регистрации суммарной ЭМГ чаще используют накожные элект­роды, при регистрации потенциалов отдельных мышечных воло­кон — многоканальные игольчатые электроды.
Определение уровня развития силы спортсменов. Уровень развития абсолютной силы определяется в некоторых упражнениях при помощи штанги предельного веса. Это: жим лежа, приседания со штангой на плечах, тяга штанги и другие. Широко используется полидинамометрический метод, позволяющий определить силу отдельных, изолированных групп мышц (ноги, спина, кисти рук). Этот метод позволяет, во-первых четко определить силу каждой из участвующих в данном движении мышц, а во-вторых, сравнить ее с образцами – эталонами (подготовленностью спортсменов соответствующей квалификации).
С помощью динамометров можно определить силу (абсолютную и относительную), проявляемую в статическом режиме работы мышц. Показатели этой силы находятся в тесной взаимной связи с показателями медленной динамической силы. Для определения же быстрой (скоростной) динамической силы, взрывной силы и силовой выносливости применяются разнообразные контрольные упражнения. Наиболее употребительные из них -–выпрыгивание вверх, прыжок в длину с места, толкание ядра, бег на 30, 60, и 100 метров (для определения скоростно-силовых качеств), подтягивания на перекладине, отжимания, жим штанги в различных положениях на число раз (для определения силовой выносливости).
Помимо этих общих контрольных упражнений в ряде случаев применяются разнообразные упражнения специализированного характера, выполнение которых максимально приближено к упражнениям “своего” вида спорта или профессиональной деятельности и которые измеряют силу основных, рабочих групп мышц в наиболее специфическом режиме.
Классификация скелетных мышечных волокон
 Скелетная мускулатура человека и позвоночных животных со­стоит из мышечных волокон нескольких типов, отличающихся друг от друга структурно-функциональными характеристиками. В настоящее время выделяют четыре основных типа мышечных волокон.
Медленные фазические волокна окислительного типа. Волокна этого типа характеризуются большим содержанием белка миоглобина, который способен связывать О2 (близок по своим свойствам к гемоглобину). Мышцы, которые преимущественно состоят из во­локон этого типа, за их темно-красный цвет называют красными. Они выполняют очень важную функцию поддержания позы человека и животных. Предельное утомление у волокон данного типа и, следовательно, мышц наступает очень медленно, что обусловлено наличием миоглобина и большого числа митохондрий. Восстанов­ление функции после утомления происходит быстро. Нейромоторные единицы этих мышц состоят из большого числа мышечных волокон.
 Быстрые фазические волокна окислительного типа. Мышцы, которые преимущественно состоят из волокон этого типа, выполняют быстрые сокращения без заметного утомления, что объясняется боль­шим количеством митохондрий в этих волокнах и способностью образовывать АТФ путем окислительного фосфорилирования. Как правило, число волокон, входящих в состав нейромоторной единицы, в этих мышцах меньше, чем в предыдущей группе. Основное на­значение мышечных волокон данного типа заключается в выпол­нении быстрых, энергичных движении.
 Быстрые фазические волокна с гликолитическим типом окис­ления. Волокна данного типа характеризуются тем, что АТФ в них образуется за счет гликолиза. Волокна этой группы содержат ми­тохондрий меньше, чем волокна предыдущей группы. Мышцы, со­держащие эти волокна, развивают быстрое и сильное сокращение, но сравнительно быстро утомляются. Миоглобин в данной группе мышечных волокон отсутствует, вследствие чего мышцы, состоящие из волокон этого типа, называют белыми.
Для мышечных волокон всех перечисленных групп характерно наличие одной, в крайнем случае нескольких концевых пластинок, образованных одним двигательным аксоном. 
Тонические волокна. В отличие от предыдущих мышечных волокон в тонических волокнах двигательный аксон образует множество синаптических контактов с мембраной мышечного волокна. Развитие сокращения происходит медленно, что обусловлено низкой активностью миозиновой АТФазы. Также медленно происходит и расслабление. Мышечные волокна данного типа эффективно работают в изометрическом режиме. Эти мышечные волокна не генерируют потенциал действия и не подчиняются закону «все или ничего». Одиночный пресинаптический импульс вызывает незначительное сокращение. Серия импуль­сов вызовет суммацию постсинаптического потенциала и плавно возрастающую деполяризацию мышечного волокна. У человека мышеч­ные волокна этого типа входят в состав наружных мышц глаза.
 Между структурой и функцией мышечных волокон существует тесная связь. Показано, что быстрые фазические волокна имеют вы­соко развитую саркоплазматическую сеть и обширную сеть Т-системы, в то же время медленные волокна имеют менее развитые саркоп­лазматическую сеть и сеть Т-системы. Кроме того, существует разли­чие в активности кальциевых насосов саркоплазматической сети: в быстрых волокнах она значительно выше, что позволяет этим мышеч­ным волокнам быстро расслабляться. Большинство скелетных мышц человека состоит из мышечных волокон различных типов с преобла­данием одного из типов в зависимости от функций, которые выполня­ет та или иная мышцы.
Таким образом, мышечная сила зависит от превалирующего типа мышечных волокон, их толщины, количества саркомеров и функциональных единиц. Ясно, что мышечная сила тяжело и легкоатлетов будет различаться в связи с преобладанием в мышцах разного типа волокон.
Мышечная сила человека
Силу человека можно определишь, как его способность преодоле­вать внешнее сопротивление либо противодействовать ему посредст­вом мышечных напряжений. В случае преодолевающей работы силы со­противления направлены против движения, при уступающей работе - по ходу движения. Мышечная сила относится к базовым показателям физических качеств. Сила проявляется как при статическом режиме работы мышц, когда они не изменяют своей длины, так и при динамическом, связанном либо с уменьшением длины мышц (преодолевающий режим), либо с увеличением (уступающий режим).
Статический режим работы. Нервно-мышечная система работает в статическом режиме, когда внутренние и внешние силы соразмерны, т.е. когда направленные в противоположные стороны действия этих сил уравновешены. Следовательно, величина развиваемой спортсменом внут­ренней силы такова, что она не может ни преодолеть внешнюю силу, ни уступить ей. В этом случае движения не возникает (статический-застывший, неподвижный). Например, попытка поднять вес, превышаю­щий силу спортсмена, нервно-мышечная система, может работать только в статическом режиме. В спорте максимальные статические напряжения встречаются довольно редко. Они возникают, к примеру, при выполне­нии отдельных элементов спортивной гимнастики («крест» на кольцах, упор на руках в стойках и др.), фигурного катания, при осуществлении некоторых техниче­ских действий в борьбе (удержание, мосты и др.).
Динамический режим работы. Нервно-мышечная система работает в динамическом режиме тогда, когда внутренние и внешние силы не находятся в состоянии равновесия, т.е. когда взаимонаправленные дейст­вия этих сил не равны. Если внутренняя сила, развиваемая спортсме­ном, больше, то тогда с её помощью можно преодолеть внешнюю силу, образованную, например, силой тяжести штанги или силой сопротивле­ния соперника. Если внешняя сила больше, то внутренняя сила не мо­жет устоять перед ней. В обоих случаях всегда возникает движение.
Уровень проявляемой спортсменом силы зависит от: физиологического поперечника мышцы, соотношения красных и белых мышечных волокон, количества включенных в работу двигательных единиц. Проявление силы зависит от расположения тела и его звеньев в пространстве за счет неодинакового растяжения мышечных волокон при разных исходных позах человека. Чем больше растянута мышца, тем больше величина