Физиологические механизмы регуляции мышечной силы

Максимальная сила, которую может проявить человек, зависит, с одной стороны, от биомеханических характеристик движения (длины плеч рычагов, возможности его выполнения за счет более крупных мышц и др.), с другой – от величины напряжения отдельных мышечных групп.

Величина напряжения, которое может развить мышца, зависит в общем виде от двух факторов: силы и частоты импульсов, приходящих к мышце от мотонейронов передних рогов спинного мозга; реактивности самой мышцы, т.е. силы, с которой она отвечает на определенный импульс.

Реактивность мышцы зависит от ее физиологического поперечника и других особенностей строения; трофических влияний ЦНС; длины мышцы в данный момент и других факторов.

Градация напряжения осуществляется двумя основными путями: включением различного числа ДЕ; изменением частоты поступающих импульсов в 1 с (от 5–6 до 45–50 при максимальном напряжении). Число ДЕ в различных мышцах колеблется от сотен до нескольких тысяч. В этом случае, очевидно, что напряжение в мышце будет прямо пропорционально числу активных ДЕ. Оно определяется интенсивностью возбуждающих процессов на мотонейроны данной мышцы. Следовательно, при небольшом внешнем сопротивлении активизируются относительно малые (низкопороговые) ДЕ. С увеличением возбуждающих факторов (мышечных напряжений) постепенно активизируются и большие но размеру (высокопороговые) ДЕ, вследствие чего увеличивается и мышечное напряжение. Таким образом, наименьшие ДЕ являются активными при любых напряжениях (как малых, так и больших), тогда как большие ДЕ активизируются только при значительных внешних сопротивлениях.

Ряд исследований показывает, что этот механизм сохраняется до тех пор, пока сопротивление не превышает 80% максимальных силовых возможностей (В. М. Зациорский). Когда преодолеваемое напряжение превышает указанную границу (80%), в действие вступает другой механизм внутримышечной координации – увеличивается частота импульсов в секунду (В. С. Фарфель, Я. М. Коц) (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Величина напряжения мышцы

Градация напряжения осуществляется двумя основными путями: включением различного числа ДЕ и изменением частоты поступающих импульсов в одну секунду (от 5–6 до 45–50 при максимальном напряжении).

Основы методики развития силы

Общая задача в процессе многолетнего совершенствования силовых качеств заключается в том, чтобы всесторонне развить ее и обеспечить возможность высоких проявлений в разнообразных видах двигательной деятельности (спортивной, трудовой и др.). Конкретными задачами силовой подготовки являются:

1) приобретение и совершенствование способностей осуществлять основные виды усилий – статические и динамические, собственно силовые и скоростно-силовые, преодолевающие и уступающие;

2) гармоничное упражнение в силовом отношении всех мышечных групп двигательного аппарата;

3) развитие способностей рационально пользоваться силой в разнообразных условиях.

Средствами развития силы являются упражнения с повышенным сопротивлением – внешним и с отягощенным весом собственного тела. В качестве внешнего сопротивления используют: вес предметов, противодействие партнера, сопротивление упругих предметов, сопротивление внешней среды (бег по глубокому снегу, упражнения в воде и т.д.). Отягощение весом собственного тела может быть дополнено весом внешних предметов. Кроме того, можно выделить упражнения на самосопротивление, суть которых в том, что тяговому усилию активной мышечной группы противостоит напряжение мышц-антагонистов. Упражнения с самосопротивлением способствуют повышению твердости мышц, их рельефности.

Упражнения с отягощениями универсальны: с их помощью можно избирательно воздействовать как на самые мелкие, так и на самые крупные мышечные группы. Их легко дозировать. Особое значение имеет правильное исходное положение, особенно при использовании значительных отягощений. Для упражнений с преодолением сопротивления упругих предметов (пружинные эспандеры, резина) характерно возрастание напряжения к концу движения. Для того чтобы проявляемая сила на всем пути преодоления была одинаковой, необходимо использовать упругие предметы достаточно большой длины. Наоборот, если стоит задача проявить концентрированное усилие в конце движения, следует выбирать податливую, но короткую резину. Упражнения, по ходу которых преодолевается тяжесть собственного тела, выполняются обычно при дистальной опоре конечностей. При этом характерный для мышечного аппарата нашего тела проигрыш в силе оказывается не столь высоким, как в случае движения при проксимальной опоре. Вследствие этого если в каком-либо движении приходится преодолевать вес собственного тела или внешнего отягощения, то в первом случае движение в силовом отношении оказывается более легким. Например, легче выполнить отжимание в стойке на кистях у стенки, нежели выжать штангу весом, почти равным собственному. Силовые упражнения делятся по степени избирательности воздействия (локальные, региональные, глобальные), а также по режиму функционирования мышц – статические (изометрические) и динамические, собственно силовые и скоростно-силовые, преодолевающие и уступающие. Ю. В. Верхошанский представил, на наш взгляд, одну из наиболее удачных классификаций основных типов напряжения мышц и методов развития мышечной силы в различных видах спорта (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Режимы напряжения мышц и методы развития мышечной силы (по Ю. В. Верхошанскому)

Тип мышечного напряжения	Качественная характеристика силы мышц	Характерные спортивные упражнения или вид спорта	Преимущественный развития силы
Тонический	Абсолютная сила. Силовая выносливость	Элементы гимнастики, борьбы, стрельбы, конькобежный спорт, фигурное катание на коньках, жим штанги	Метод прогрессивно возрастающего сопротивления. Метод изометрических напряжений
Фазный	Силовая выносливость	Гребля, велосипедный спорт, плавание, конькобежный, лыжный спорт	Метод повторных усилий
Фазнотонический	Силовая выносливость	Элементы борьбы, гимнастики, фигурное катание на коньках, лыжный спорт	Метод повторных усилий. Метод изометрических напряжений
Взрывной тонический	Взрывная Абсолютная сила	Рывок, толчок штанги, элементы борьбы, гимнастики, метание тяжелых снарядов	Метод кратковременных максимальных напряжений
Взрывной баллистический	Взрывная быстрая	Метания, фигурное катание на коньках, бокс	Ударный метод
Взрывной реактивно-баллистический	Взрывная быстрая сила. Реактивная способность	Прыжки в легкой атлетике, акробатике, гимнастике, фигурном катании на коньках, метания, волейбол	Ударный метод
Скоростной ациклический	Быстрая сила	Бокс, фехтование, теннис, спортивные игры	Ударный метод
Скоростной циклический	Скоростно-силовая выносливость	Бег, фехтование, бокс, плавание, велосипедный спорт, гребля, конькобежный спорт	Метод повторных усилий

Выбор величины сопротивления при развитии силы – основной вопрос методики. Рассмотрим основные особенности движений с различными мускульными напряжениями.

При непредельном мышечном усилии ритм активности ДЕ по преимуществу асинхронный. Активность ДЕ носит сменный характер: по мере утомления одни выключаются из работы, другие включаются. В этом случае при упражнении будут совершенствоваться механизмы чередования работы ДЕ, что, естественно, может способствовать выносливости, но не максимальной силе.

Движения с различными мышечными напряжениями разнообразны по характеру концентрации усилий в пространстве и во времени. При поднимании околопредельного веса скорость движения быстро достигает определенного значения и дальше остается почти постоянной; при этом механическая сила равна весу поднимаемого снаряда. При поднимании меньшего веса возможны два варианта. В первом – прикладываемые усилия максимальны. Ускорение сначала растет, затем падает до нуля и во второй части движения становится отрицательным. Сила вначале превышает вес поднимаемой тяжести, а затем становится меньше его. Вторая часть движения в значительной мере выполняется за счет кинетической энергии поднимаемого снаряда. Во втором случае пространственно-временные характеристики движения (скорость, ускорение) могут быть такими же, как при поднимании предельного груза.

Внешнее сопротивление представляет собой физиологический раздражитель определенной силы. Поднимание предельного веса сопровождается мощным потоком центростремительных импульсов; при малых же внешних сопротивлениях сила раздражителя относительно невелика.

Физиологические особенности движений, выполняемых с различными напряжениями, объясняют, почему попытки тренировать мышечную силу, не прибегая к максимальным силовым напряжениям, оказываются неэффективными. Интересны результаты одного эксперимента: студенты упражнялись с тяжестями, которые они могли поднять в одном подходе 25 раз. Они поднимали их лишь 15–18 раз. Хотя общее число подъемов в одной тренировке не было велико, даже длительный срок таких занятий не привел к существенному увеличению силы.

Если человек не проявляет систематически значительных мышечных напряжений, то роста силы не происходит, а при очень малых величинах напряжений уровень развития силы может даже понизиться. У нетренированных такое понижение начинается, если величина проявляемых усилий становится меньше 20% максимальной силы. Процесс падения мышечной силы и атрофии мышц протекает тем быстрее, чем меньше величина напряжений. У спортсменов, привыкших к значительным мускульным напряжениям, падение силы может начаться даже при использовании относительно больших отягощений, но таких, которые меньше привычных.

Оптимальный темп выполнения силовых упражнений. Выполнять силовые упражнения в одном подходе можно с разной частотой. Показано, что при использовании максимального темпа достигается относительно небольшой эффект; предпочтительнее средний темп – при этом прирост силы больше. В целом следует ориентироваться на естественный (удобный) темп движений; при этом у дистальных сегментов конечностей он выше, чем у проксимальных. Например, оптимальная частота движений пальцев в 2–3 раза выше, чем движения в плечевом суставе.