2.3. Сила мышц. Виды силы и ее измерение. Факторы, определяющие силу мышц

Главная функция, выполняемая мышцами, определяется их способностью к сокращению, в процессе которого происходит генерация силы. Естественно, что сила мышцы определяется возможностями двигательных единиц. Сила отдельной ДЕ зависит, в частности, от количества составляющих ее мышечных волокон. ДЕ с небольшим количеством волокон при единичном сокращении развивают силу тяги всего лишь в несколько миллиньютонов. ДЕ с большим количеством волокон  несколько ньютонов. Силовой потенциал отдельной ДЕ относительно небольшой, поэтому для выполнения движения одновременно «подключается» несколько ДЕ. Чем выше преодолеваемое сопротивление, тем больше ДЕ должно выполнять движение.

Одно из наиболее часто приводимых определений: «сила есть способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечного сокращения или напряжения» (В. М. Зациорский).

Однако не следует забывать о том, что сила мышцы есть результат деятельности целостного организма. Поэтому можно согласиться с мнением Ю. В. Верхошанского, считающего, что нельзя сводить все к локальному понятию «сила мышцы», точнее говорить о силовых способностях. Под ними он понимает следующее: «силовые способности непосредственно проявляются в величине рабочего усилия, они обеспечиваются целостной реакцией организма, связанной с мобилизацией психических качеств, функций моторной мышечной, вегетативных, гормональной и других его физиологических систем».

Для сопоставления возможностей различных мышц выделяют ряд расчетных показателей. Одним из них является удельная сила мышц (т. е. сила мышцы в расчете на 1 см² площади поперечного сечения). Для скелетных и гладких мышц она почти одинакова и, в среднем, составляет 43 кг/см² или 4030 Н/см².

В физиологии принято выделять следующие виды силы:

I. Максимальная сила (мс). Ее определение возможно лишь при следующих условиях:

• одновременная активация всех двигательных единиц, входящих в данную мышцу;

• режим полного тетануса всех ДЕ;

• сокращение мышцы при длине покоя (изометрический режим);

• наличие электростимуляции.

II. Максимальная произвольная сила (МПС) – это суммарная величина изометрического напряжения группы мышц при максимальном произвольном усилии испытуемого.

III. Относительная сила (ОС) – это МС деленная на анатомический поперечник (перпендикулярно длиннику мышцы) мышцы (S) или массу тела (P):

ОС = МС / S (P) кг/см².

IV. Абсолютная сила (АС) – это МС деленная на физиологический поперечник мышцы (сумма поперечных сечений всех ее волокон) ∑S:

АС=МС/ ∑S.

Абсолютная сила, выраженная в килограммах на 1 см², для икроножной мышцы человека равна 5,9, сгибателя плеча  8,1, жевательной мышцы  10, двуглавой мышцы плеча  11,4, трехглавой мышцы плеча  16,8, гладких мышц  1.

Сила мышцы зависит от типа строения – чем плотнее упаковка мышечных волокон, тем выше сила. Мышцы имеют следующие типы строения (по возрастанию плотности упаковки):

• мышцы с параллельным ходом волокон (портняжная мышца);

• мышцы с веретенообразным ходом волокон (бицепс);

• мышцы с перистым расположением волокон (жевательная, трапециевидная, межреберные мышцы).

Поэтому абсолютная сила портняжной мышцы 6,24 кг/см², двуглавой мышцы плеча 8,1 кг/см², жевательной 10 кг/см².

В связи с тем, что все мышечные волокна вовлекаются в сокращение (рекрутируются) лишь при электрической стимуляции, МПС всегда меньше МС. Разница между их величинами называется силовым дефицитом (СД):

СД=МС-МПС.

Силовой дефицит – это интегральный показатель степени координационных способностей нервно-мышечного аппарата.

Силовой дефицит зависит от:

1. эмоционального (психологического) состояния человека (его настрой);

2. числа активных ДЕ (особенно больших);

3. совершенствования управления двигательными единицами центральной нервной системой.

Каждая двигательная единица имеет свой индивидуальный порог возбуждения, который может быть низким или высоким. Если импульсный залп (раздражение нерва, вызывающее сокращение мышцы) слаб, то тогда активизируются лишь двигательные единицы, обладающие низким порогом возбуждения. Если импульсный залп усиливается, начинают реагировать дополнительные двигательные единицы с более высоким порогом возбуждения (рис. 2.9).

Р ис. 2.9. Зависимость силы произвольного сокращения от степени рекрутирования мышечных волокон

С увеличением сопротивления активизируется все больше двигательных единиц. Быстрота индивидуальных порогов возбуждения зависит главным образом от состояния двигательных единиц. Для продолжения деятельности двигательных единиц, которые утомляются от: а) накопления кислых продуктов обмена веществ (лактат, СО₂); б) истощения энергоносителей (энергетические фосфаты, гликоген и т. п.); в) нервного перевозбуждения (в двигательной единице или в коре головного мозга), требуется все больше и больше волевых усилий.

Величина максимального мышечного напряжения зависит от центральных и периферических факторов.

К периферическим (структурным, внутримышечным) факторам относят:

1. количество мышечных волокон в мышце,

2. величину двигательных единиц, степень рекрутирования (вовлечения в сокращение) мышечных волокон.

3. длину мышечных волокон. Существует некоторая средняя длина Л₀ (это длина мышцы при покое в условиях целостного организма), при которой мышца развивает максимальное сокращение. Если длина будет меньше Л₀, или, наоборот, больше Л₀ (перерастянута), то сила, развиваемая мышцей в момент ее возбуждения, будет значительно меньше. Оказалось, что максимальная сила развивается мышцей в том случае, когда длина саркомера составляет 2,2–2,5 мкм. Зависимость силы мышцы от ее длины очень важна, особенно для сердечной мышцы (закон Франка-Старлинга) в практическом и теоретическом отношениях (она доказывает гипотезу скольжения протофибрилл, объясняющую механизм сокращения);

4. тип строения мышцы (степень наклона мышечных волокон к оси движения – физиологический поперечник мышцы),

5. композицию мышцы (соотношение гликолитических, оксидативных и промежуточных волокон),

6. функциональных (энергетический потенциал – содержание в мышце АТФ, КрФ, гликогена, миоглобина и сократительных белков).

К центральным факторам относят:

1. факторы внутримышечной координации (частота и характер нервных импульсов в ДЕ).

В 1885 году Н. Е. Введенский ввел понятие оптимума и пессимума частоты и силы раздражения, т. е. зависимости амплитуды ответной реакции мышцы от частоты и силы раздражения. Например, импульсы с частотой 30 Гц (30 имп/с) вызывают тетанус высотой 10 мм миографической записи, 50 Гц–15 мм, 200 Гц – 3 мм. В этом примере 50 Гц – оптимальная частота (оптимум), 200 Гц – пессимальная частота (пессимум). Таким образом, меняя частоту посылки импульсов к мышечным волокнам, альфа-мотонейрон может регулировать величину сократительного ответа своего мышечного аппарата.

К факторам внутримышечной координации также относится регуляция числа активных, возбуждаемых в данный момент времени ДЕ (Хенеманн). Так, если мышца представлена 10 ДЕ, а в данный момент активна 1ДБ, то мышца способна развить силу, равную 1/10 от ее максимальной силы. Если 5 ДЕ активны, то соответственно, мышца развивает 50% от максимума и т. д., а 100% силы она разовьет в том случае, если все 10 ДЕ одновременно будут возбуждены.

Так, если все 10 ДЕ начнут одновременно возбуждаться, то сила будет, например, 4 кгс/см², а если они возбуждаются асинхронно, то максимальная сила составит 3 кгс/см².

2. факторы межмышечной координации (мобилизация агонистов, торможение антагонистов, адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы – феномен Орбели-Гинецинского).

3. гормональные влияния (гормоны с анаболическим эффектом: половые, гормон роста и др.)

Для практических нужд важным является непосредственное измерение силовых показателей различных мышечных групп.

К методам измерения мышечной силы относят:

1. динамометрию;

2. динамографию;

3. электростимуляцию;

4. важными характеристиками силовых способностей являются время напряжения и расслабления, а также латентное время напряжения и расслабления.