От чего зависит сила мышц? (анатомические факторы)

Введение.

Рост мышц или мышечная гипертрофия — это развитие, а также увеличение формы и функций мышечных клеток. Такая форма адаптации позволяет мышцам справляться со стрессом, вызванным физическими упражнениями.

За счет чего растут мышцы?

Когда вы тренируетесь с отягощениями, со временем начинаете замечать, что ваши мышцы стали расти. Этот эффект называется гипертрофией, он обусловлен увеличением структурных мышечных единиц (таких как миофибриллы, соединительные ткани), а также увеличением количества воды.

Ученые часто разделяют гипертрофию на два типа:

• Саркоплазматическая гипертрофия — она увеличивает размер мышц за счет объема саркоплазматической жидкости в мышечной клетке.
• Миофибриллярная гипертрофия,  в свою очередь, увеличивает размер мышц за счет сократительных белков.

Некоторые люди в фитнес-индустрии утверждают, что бодибилдеры демонстрируют саркоплазматическую гипертрофию, и что их мышцы выглядят «опухшими»; в то время как штангисты и пауэрлифтеры демонстрируют миофибриллярную гипертрофию, и их мышцы выглядят «плотнее». Это недалеко от правды, так как действительно саркоплазматическая гипертрофия дает более быстрый прирост массы, но при этом низкую энергетическую эффективность, тогда как миофибриллярная гипертрофия дает хорошие показатели в силе, но при этом набор массы происходит дольше.

Зависимость роста и типа мышечного волокна.

Хотя рост может происходить во всех типах мышечных волокон, тем не менее разные типы волокон отличаются по своему гипертрофическому потенциалу. Так, волокна IIa и IIb типа будут расти гораздо быстрее, чем волокна I типа при схожей интенсивности силовой тренировки. Эта особенность может быть одной из причин, почему некоторые спортсмены (например, спринтеры) имеют тенденцию быть крупнее и мускулистее, чем спортсмены, специализирующиеся на выносливости, а также почему тяжелые нагрузки стимулируют больший рост мышц, чем легкие.

Рост мышц и гормоны.

Тип физических упражнений и гормональный статус влияют на распределение питательных веществ. Иными словами, гипертрофия мышц зависит от того, чем вы занимаетесь и от вашей гормональной системы, которая сообщает вашему телу куда, сколько и как распределять питательные вещества, которые вы едите.

Гормоны, которые модулируют рост мышц, включают в себя:

• гормон роста
• тестостерон
• ИФР-1
• кортизол
• гормоны щитовидной железы

Почему гипертрофия мышц так важна?

С субъективной точки зрения рост мышц улучшает внешний вид тела. Женщины, набирающие мышечную массу, остаются стройными и выглядят более подтянутыми. Мужчины, увеличивающие мышечную массу, становятся сильнее и крупнее. Мышцы метаболически активны и влияют на то, как организм обрабатывает питательные вещества. Например, люди с развитой мускулатурой гораздо реже страдают диабетом, а значит их организм лучше контролирует секрецию инсулина.

Законы оптимальной нагрузки и оптимального ритма

Так как по мере увеличения груза уменьшается высота сокращения мышцы, то работа, являющаяся произведением груза и высоты, достигает наибольшей величины при некоторых средних нагрузках. Эти средние нагрузки называются оптимальными.

При прочих равных условиях при оптимальных нагрузках мышца сохраняет свою работоспособность наиболее продолжительное время. При оптимальной нагрузке работоспособность мышцы зависит от частоты ритма ее сокращений, т. е. от частоты равномерного чередования сокращений мышцы. Ритм сокращений мышцы при средней нагрузке, при которой сохраняется наиболее продолжительная работоспособность мышцы, называется оптимальным,

У разных мышц оптимальные нагрузки и оптимальный ритм неодинаковы. Они изменяются и у данной мышцы в зависимости от условий работы и ее физиологического состояния.

Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм обусловлены прежде всего нервной системой (И. М. Сеченов). Что касается человека, то его умственная и физическая работоспособность определяется социальными условиями труда (орудиями труда, отношением к труду, эмоциями и др.). Оптимальная нагрузка и оптимальный ритм у человека значительно изменяются в зависимости от жизненного опыта, возраста, питания и тренированности.

Физическое качество БЫСТРОТА

Быстрота – это комплекс свойств, непосредственно определяющих скоростные характеристики движения, а также время двигательной реакции. Способность человека совершать двигательные действия в минимальный для данных условий отрезок времени.

В скалолазании данное физическое качество определяющую роль играет в дисциплине “скорость”.

Психологические характеристики быстроты

С точки зрения психологии быстрота — это способность управлять временными признаками движения, отражение в сознании спортсмена продолжительности, темпа и ритма движения.

Быстрота движений обусловливается, в первую очередь, соответствующей деятельностью коры головного мозга, подвижностью нервных процессов, вызывающих сокращение, напряжение и расслабление мышц, направляющих и координирующих действие спортсмена.

Залог быстроты находится в зависимости от трех основных компонентов:

1. Подвижность нервных процессов: только при очень быстрой смене возбуждения и торможения и соответствующей регуляции нервно-мышечного аппарата можно достигнуть высокой частоты движений с оптимальным приложением силы; продолжительность процесса восприятия, т. е. передача информации и начало ответного действия, составляет основу быстроты двигательной реакции.
2. Напряжение воли — достижение максимально возможной скорости в определенной степени зависит от сознательного акта применения усилия над собой.
3. Координационные центрально-нервные факторы в определенной мере влияют на частоту движений. Но не менее зависимой от них является быстрота отдельного движения. К координационным (центрально-нервным) факторам относится совокупность центрально-нервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом и механизмов внутримышечной и межмышечной координации.С помощью координационных факторов, в частности, регулируются сократительные усилия мышц (группы мышц), соответствующие пику скорости движения (действия).

Формы проявления быстроты

Показатель, характеризующий быстроту как качество, определяется:

1. временем двигательной реакции (минимальное время, необходимое для начала действия в ответ на определенный раздражитель). Это время, затраченное спортсменом на начало действия в ответ на известное ему определенное раздражение, например звуковой сигнал старта (выстрел из стартового пистолета, свисток судьи). В данном случае латентным временем двигательной реакции будет время, затраченное спортсменом на восприятие звукового сигнала, обработку полученной информации, передачу импульса к действию как ответной реакции на раздражитель. Окончанием этого процесса считается момент, с которого начата двигательная активность спортсмена.
2. скоростью отдельного движения характеризуется психической организацией одиночного действия.
3. темпом (частотой одинаковых движений в единицу времени).

Если ходьба человека состоит из множества повторяющихся движений (шагов), то один шаг — отдельное движение. Скорость одного шага — это скорость отдельного движения. Скорость шагов — соответственно частота движений.

Эти три формы проявления быстроты не зависят друг от друга. Каждая из них имеет свои особенности, которые существуют во временных параметрах.

Средства и методы развития быстроты движений

Методы развития быстроты:

– метод многократного повторения скоростных упражнений с предельной и околопредельной интенсивностью, (в серии выполняется 3-6 по-»трений, за одно занятие выполняются 2 серии. Если в повторных попытках скорость снижается, то работа над развитием быстроты заканчивается, т.к. при этом начинает развиваться выносливость, а не быстрота);

– игровой метод (дает возможность комплексного развития скоростных качеств, поскольку имеет место воздействие на скорость двигательной реакции, на быстроту движений и другие действия, связанные с оперативным мышлением. Присущий играм высокий эмоциональный фон и коллективные взаимодействия способствуют проявлению скоростных возможностей).

Средствами для развития быстроты могут быть легкая атлетика, спортивные игры и др.

Виды мышечной гипертрофии

Строение мышцы

Выделяется два типа мышечного роста (гипертрофии):

• миофибриллярный. Именно благодаря этому типу роста увеличивается сила и мощность. Эта гипертрофия присуща быстрым (белым) волокнам, способна генерировать максимальное количество энергии на короткий промежуток времени. Эффективна в таких дисциплинах как пауэрлифтинг, тяжелая атлетика и армрестлинг;
• саркоплазматический. Создает объемный мышечный рельеф. Такой рост характерен для медленных (красных) волокон, создает небольшое количество энергии, но на длительный срок (выносливость). Используется преимущественно в бодибилдинге.

Объём мышцы

Тут всё понятно. Чем больше орган, чем он больше гипертрофирован (цирроз печени – исключение )) ), тем лучше справляется со своей функцией. У мышц различают 2 типа гипертрофии:

• Миофибриллярная
• Саркоплазматическая

Если быть точным, то увеличение мышц в объёме, это саркоплазматическая гипертрофия. То есть мышцы увеличиваются за счёт большего количества саркоплазмы. При чисто саркоплазматической гипертрофии сила мышц практически не растёт. Однако, в чистом виде такая гипертрофия не встречается (как и миофибриллярная). Поэтому, при саркоплазматической гипертрофии отчасти наблюдается и миофибриллярная гипертрофия. А вот она-то и увеличивает силу мышц.
То есть, можно сказать, что сила мышц коррелирует в той или иной степени с их объёмом. Поэтому, если вы тренируетесь исключительно на объём, а не на силу, то сила всё равно вырастет вместе с объёмом.

Физическое качество ГИБКОСТЬ

Гибкость – это подвижность в суставах, позволяющая выполнять разнообразные движения с большой амплитудой. Гибкость — это элементарное условие качественного выполнения движений. Это свойство упругой растягиваемости телесных структур (мышечные и соединительные), определяющее пределы амплитуды движений звеньев тела. Недостаточно развитая подвижность суставов ведет за собой:

• невозможность приобрести определенные двигательные навыки;
• замедление в темпе усвоения и совершенствования двигательных способностей;
• возникновение повреждений;
• задержки в развитии силы, быстроты, выносливости и ловкости;
• ограниченность амплитуды движений;
• снижение качества управления движениями.

Характеристики гибкости

Степень подвижности в суставах определяется в первую очередь формой суставов и соответствием между сочленяющимися поверхностями. От растяжимости суставных связок, сухожилий и силы мышц, проходящих около того или иного сустава, зависит, какую амплитуду действия может использовать спортсмен. Эластичность (растяжимость) связок можно увеличить с помощью систематического упражнения. Однако ввиду того, что связочный аппарат должен выполнять защитную функцию, такое увеличение возможно только до известной степени. Гибкость спортсмена ограничивается прежде всего эластичностью мышц. Сущность этого ограничения состоит в следующем: в различных упражнениях сокращение определенных мышц сопровождается растягиванием их антагонистов. При движениях с максимальной амплитудой подвижность в суставах зависит от способности антагонистов достаточно растягиваться, причем следует помнить, что существует определенный предел их способности возвращаться в исходное положение, так что специальные упражнения при тренировке гибкости необходимо сочетать с упражнениями на силу. Силовые качества спортсмена — это важный компонент при тренировке по развитию гибкости. Часто из-за недостаточной силы мышц атлет не в состоянии достигнуть необходимой амплитуды движений. У человека различают две формы проявления гибкости:

• активная – величина амплитуды движений при самостоятельном выполнении упражнения, за счет собственных мышечных усилий. Показатели активной гибкости характеризуются не только способностью мышц-антагонистов растягиваться, но и силой мышц, выполняющих движение.
• пассивная – максимальная величина амплитуды движений, достигаемая под воздействием внешних сил (партнер, отягощение).

Гибкость определяют следующие параметры:

• эластические свойства связок, суставов, мышц;
• строение суставов;
• силовые характеристики мышц;
• центрально-нервная регуляция.

В силу этого реальные показатели гибкости зависят от способности человека сочетать произвольное расслабление растягиваемых мышц с напряжением мышц, производящих движение. Кроме того, следует отметить достаточно прочную взаимосвязь гибкости с другими физическими качествами. Развитие гибкости невозможно без соответствующего развития силы мышц. В то же время большая способность к подвижности в суставах способствует увеличению точности, координированности и скорости выполнения двигательного действия. Спортсмен, обладающий запасом подвижности в суставах, может выполнять движения с большей силой, выразительностью и легкостью.

Средства и методы развития гибкости

Одним из наиболее принятых методов развития гибкости является метод многократного растягивания. Этот метод основан на свойстве мышц растягиваться больше при многократных повторениях. Средствами развития гибкости являются: повторные пружинящие движения, активные свободные движения с постепенным увеличением амплитуды, пассивные упражнения, выполняемые с помощью партнера и т.д. Следует всегда помнить, что упражнения на растяжку или с большой амплитудой движения следует делать после хорошей разминки и при этом не должно быть сильных болевых ощущений.

Виды работы мышц

Существует два вида работы мышц: статическая и динамическая. Если при работе мышц происходят движения в суставах, то ее называют динамической. Если суставы неподвижны, то работа мышц заключается в поддержании тела в определенном положении. В таком случае мышечную работу называют статической.

Легко понять, чем отличается динамическая и статическая работа мышц: в первом случае суставы совершают движение, во втором случае – остаются неподвижно. Теперь разберемся, чем характеризуется каждый вид работы.

Ключевой характеристикой динамичной работы мышц является энергозатратность. Несмотря на то, что мышцы тратят энергию в статике, во время активного движения ее затрачивается в разы больше.

Объём мышцы

Тут всё понятно. Чем больше орган, чем он больше гипертрофирован (цирроз печени – исключение )) ), тем лучше справляется со своей функцией. У мышц различают 2 типа гипертрофии:

• Миофибриллярная
• Саркоплазматическая

Если быть точным, то увеличение мышц в объёме, это саркоплазматическая гипертрофия. То есть мышцы увеличиваются за счёт большего количества саркоплазмы. При чисто саркоплазматической гипертрофии сила мышц практически не растёт. Однако, в чистом виде такая гипертрофия не встречается (как и миофибриллярная). Поэтому, при саркоплазматической гипертрофии отчасти наблюдается и миофибриллярная гипертрофия. А вот она-то и увеличивает силу мышц.
То есть, можно сказать, что сила мышц коррелирует в той или иной степени с их объёмом. Поэтому, если вы тренируетесь исключительно на объём, а не на силу, то сила всё равно вырастет вместе с объёмом.

Ловкость и координационные способности

Ловкость выражается через совокупность координационных способностей, а также способностей выполнять двигательные действия с необходимой амплитудой движений (подвижностью в суставах). Ловкость воспитывают посредством обучения двигательным действиям и решения двигательных задач, требующих постоянного изменения структуры действий. При обучении обязательным требованием является новизна разучиваемого упражнения и условий его применения. Элемент новизны поддерживается координационной трудностью действия и созданием внешних условий, затрудняющих выполнение упражнения. Решение двигательных задач предполагает выполнение освоенных двигательных действий в незнакомых ситуациях.

Координационные способности это умение человека наиболее совершенно, быстро, целесообразно, экономно, точно и находчиво решать двигательные задачи, при возникновении сложных и неожиданных ситуаций.

Координационные способности связаны с возможностями управления движениями в пространстве и времени и включают:

• пространственную ориентировку;
• точность воспроизведения движения по пространственным, силовым и временным параметрам;
• статическое и динамическое равновесие.

Пространственная ориентировка подразумевает:

• сохранение представлений о параметрах изменения внешних условий (ситуаций)
• умение перестраивать двигательное действие в соответствии с этими изменениями. Человек не просто реагирует на внешнюю ситуацию. Он должен учитывать возможную динамику её изменения, осуществлять прогнозирование предстоящих событий и в связи с этим строить соответствующую программу действий, направленную на достижение положительного результата.

Воспроизведение пространственных, силовых и временных параметров движений проявляется в точности выполнения двигательных действий. Их развитие определяется совершенствованием сенсорных (чувствительных) механизмов регуляции движений. Точность пространственных перемещений в различных суставах (простая координация) прогрессивно увеличивается при использовании упражнений на воспроизведение поз, параметры которых задаются заранее. Точность воспроизведения силовых и временных параметров двигательного действия характеризуется способностью дифференцировать мышечные усилия по заданию или необходимости, связанной с условиями выполнения данного упражнения. Развитие точности временных параметров движений направлено на совершенствование так называемого чувства времени, то есть умения дифференцировать временные характеристики двигательного действия. Его развитие обеспечивается упражнениями, позволяющими изменять амплитуду движений в большом диапазоне, а также циклическими упражнениями, выполняемыми с различной скоростью передвижения, с использованием технических средств (например, электролидеры, метрономы и т. д.). Развитию этого качества содействуют упражнения, позволяющие изменять продолжительность движений в большом диапазоне.

В целостном двигательном действии все три ведущие координационные способности — точность пространственных, силовых и временных параметров — развиваются одновременно. Вместе с тем правильно выбранное средство (упражнение) позволяет, акцентировано воздействовать на одну из них. Нарастание утомления ведет к резкому повышению числа ошибок в точности воспроизведения, и если выполнение упражнения продолжается, то возможно закрепление ошибок. Сохранение устойчивости тела (равновесие) необходимо при выполнении любого двигательного действия. Различают статическое и динамическое равновесие. Первое проявляется при длительном сохранении определённых поз человека (например, стойка на лопатках в гимнастике), второе — при сохранении направленности перемещений человека при непрерывно меняющихся позах (например, передвижение на лыжах). Совершенствование динамического равновесия осуществляется с помощью упражнений циклического характера (например, ходьба или бег по наклонной плоскости с уменьшенной шириной опоры). Вестибулярная устойчивость характеризуется сохранением позы или направленности движений после раздражения вестибулярного аппарата (например, после вращения). В этих целях используют упражнения с поворотами в вертикальном и горизонтальном положениях, кувырки, вращения (например, ходьба по гимнастической скамейке после серии кувырков). Навыки в статическом равновесии формируют посредством постепенного изменения координационной сложности двигательного действия, а в динамическом — за счёт постепенного изменения условий выполнения упражнений.

Толщина сухожилия

Очень важный фактор. Дело в том, что организм, при росте тех или иных параметров, когда натыкается на слабое звено, прекращает рост этих параметров. В нашем случае это означает, что сила мышц не будет расти больше, чем сможет выдержать сухожилие. Если же под действием каких-нибудь психотропных веществ заставить сократиться мышцы сильнее, то сухожилие просто оторвётся от кости. Поэтому, неосознанно организм сдерживает рост силы мышц, если эта сила приближается к прочности сухожилий.

Можно ли влиять на этот фактор? Отчасти. Во многом толщина сухожилий закладывается генетически и в детстве. Когда вы уже взрослый, то с помощью тренировок можно усилить сухожилия, но уже довольно незначительно.

Абсолютная и относительная сила

Оценивая величину усилия в том или ином упражне­нии или простом движении, применяют термины «абсо­лютная» и «относительная» сила.

Абсолютная сила — предельное, максимальное усилие, которое спортсмен может развить в динамичес­ком или статическом режиме. Примером проявления абсолютной силы в динамическом режиме является под­нимание штанги или приседание со штангой предельного веса. В статическом режиме абсолютная сила может быть проявлена, например, когда максимальное усилие прилагается к неподвижному объекту («выжимание» неподвижно закрепленной штанги).

Относительная сила — величина силы, прихо­дящаяся на 1 кг веса спортсмена. Этот показатель при­меняется в основном для того, чтобы объективно срав­нить силовую подготовленность различных спортсменов.

Растяжимость и эластичность

Растяжимостью называется способность мышцы увеличивать длину при действии груза или силы. Растяжение мышцы зависит от массы груза. Чем больше груз, тем больше растягивается мышца. По мере возрастания груза требуется все больший груз или сила для получения одинакового прироста длины. Имеет значение и продолжительность действия груза. При приложении груза или силы в течение 1-2 с происходит удлинение мышцы (быстрая фаза), а затем ее растяжение замедляется и может продолжаться несколько часов (медленная фаза). Растяжимость зависит от функционального состояния мышцы. Красные мышцы растягиваются больше белых. Растяжимость зависит и от типа строения мышцы: параллельные мышцы растягиваются больше перистых.

Скелетные мышцы обладают эластичностью, или упругостью,— способностью возвращаться после деформации в исходное состояние. Эластичность, как и, растяжимость, зависит от функционального состояния, строения мышцы, ее вязкости. Восстановление исходной длины мышцы также происходит в 2 фазы: быстрая фаза продолжается 1-2 с, медленная фаза — десятки минут. Длина мышцы после растяжения, вызванного большим грузом или силой, и после длительного растяжения долго не возвращается к исходной. После кратковременного действия небольших грузов длина мышцы быстрее возвращается к исходной. Таким образом, для эластичности мышцы имеет значение степень и продолжительность ее растяжения. Эластичность мышцы малая, непостоянная и почти совершенная.

Длина анизотропных дисков при сокращении и пассивном растяжении не изменяется. Уменьшение длины мышечного волокна при сокращении и увеличение при его растяжении происходит вследствие изменения длины изотропных дисков. При укорочении волокна до 65% изотропные диски исчезают. Во время изометрического сокращения анизотропные диски укорачиваются, а изотропные удлиняются.

При сокращении увеличивается эластичность изотропных дисков, которые становятся почти в 2 раза длиннее анизотропных. Это предохраняет волокно от разрыва при очень быстром уменьшении длины анизотропных дисков, наступающем при изометрическом сокращении мышцы. Следовательно, растяжимостью обладают только изотропные диски.

Растяжимость увеличивается при утомлении пропорционально возрастанию утомления. Растяжение мышцы вызывает повышение ее обмена веществ и температуры. Гладкие мышцы растягиваются значительно больше, чем скелетные, в несколько раз больше своей первоначальной длины.

Эластичность мышцы уменьшается при контрактурах, при окоченении. В покое эластичность мышцы является свойством миофибрилл, саркоплазмы, сарколеммы и соединительнотканных прослоек, при сокращении — свойством сокращенных миофибрилл.

Растяжение гладких мышц до критического предела может происходить без изменения их напряжения. Это имеет большое физиологическое значение при растяжении гладкой мускулатуры полых органов, в которых при этом не изменяется давление. Например, давление в мочевом пузыре не изменяется при значительном растяжении его мочой.

Энергетические системы.

Что касается физических упражнений, область знаний спортивной физиологии включает изучение того, как организм вырабатывает энергию для мышечной работы. Энергия для сокращения мышц поступает в форме аденозинтрифосфата (АТФ), он получается в результате расщепления пищи из рациона.

Аденозинтрифосфат

Первоначально энергия в форме белков, жиров и углеводов преобразуется различными ферментативными путями, которые расщепляют пищу и в конечном итоге приводят к образованию АТФ. Для удовлетворения повышенных потребностей в АТФ при физических нагрузках в организме усиливаются химические реакции, обеспечивающие поставку АТФ.

Аэробный метаболизм не обеспечивает максимальной мощности мышц, при этом выполняемая работа в умеренной мощностной зоне (аэробная нагрузка) может поддерживаться в течение длительного времени. При таком типе метаболизма наше тело сначала использует свободный кислород, доступный в организме. Затем поддержка устойчивого состояния, при котором будет достигаться равновесное потребление и обеспечение организмом кислорода, будет зависеть от возможностей дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Метаболические стимулы

Двигательные единицы в мышцах рекрутируются согласно принципу размера, от маленьких, типа I вначале, до больших типа II, способных генерировать усилие для перемещения больших отягощений. Когда рекрутируются мышечные волокна типа II, используются запасы гликогена для производства АТФ, необходимого для сокращения, и это ведёт к адаптации, способной повлиять на размер мышц. При истощении запасов гликогена в мышечных клетках для энергообеспечения, они адаптируются, запасая больше гликогена в фазе восстановления. Один грамм гликогена при образовании запасов в мышечных клетках удерживает до 3 г воды. Выполнение большого количества повторений до наступления отказа может не только вызывать ацидоз, стимулирующий продукцию гормонов, но и истощать запасы гликогена, приводя к увеличению размеров мышц после его восстановления (Schoenfeld, 2013).

По словам Дэвида Сандлера, Директора по образованию и науке в iSatori Nutrition и бывшего тренера по силовой подготовке в Университете Майами, механическая нагрузка, вероятно, играет основную роль в стимуляции роста мышц. «Работа с весами вызывает структурные повреждения и разрушения мышечных белков. После того, как повреждения произошли, организм высвобождает пролин-содержащие пептиды, как сигналы для эндокринной системы, чтобы начать процесс восстановления».