Силові властивості м'язової системи. Вимірювання м'язової сили кистей та станової сили Для вимірювання м'язової сили у людини

М'язову силу визначають методом дії та протидії, тобто хворого просять виконувати властивий для суглоба рух і, протидіючи рукою досліджуючого, визначають напругу м'язів. Силу м'язів оцінюють за 5-бальною системою: 5 балів – м'язи здорової кінцівки, 4 бали – незначна атрофія м'язів, але сила дозволяє подолати вагу сегмента кінцівки та перешкоду, що створюється рукою дослідника. Однак опір слабший, ніж на здоровій кінцівці. 3 бали – помірна атрофія м'язів з активним подоланням ваги сегмента, але без опору. 2 бали - виражена атрофія, м'язи важко скорочуються, але без ваги сегмента. 1 бал – виражена атрофія м'язів, скорочень немає.

Лабораторні: Клінічні аналізи

Під клінічними дослідженнями розуміють насамперед загальні аналізи крові, сечі та калу. Це той мінімум лабораторних досліджень, без якого постраждалому неможливо провести повноцінну терапію, а тим більше виконати хірургічне втручання без ризику отримати тяжке ускладнення або навіть смерть.

Дослідження кровіпроводять з підрахунком кількості еритроцитів, лейкоцитів та лейкоформули, визначенням рівня вмісту гемоглобіну, колірного показника, гематокритного числа, ШОЕ. Якщо передбачається оперативне втручання, є підозра на внутрішньотканинну або внутрішньопорожнинну кровотечу, що триває, дослідження доповнюють підрахунком тромбоцитів, ретикулоцитів, визначенням часу згортання і тривалості кровотечі.

Наводимо приблизні нормальні показники перерахованих інгредієнтів досліджень у дорослої людини. Чому приблизні? Та тому, що вони мають коливання залежно від віку, статі, іноді доби та місця проживання досліджуваного. Наводимо середні цифри норм для центральної зони Росії без урахування екстремальних кліматичних районів Крайньої Півночі, Північного Сходу, Півдня.

Кількість еритроцитів: Чоловіки (4,0 ... 5,5) х10 12 / л; Жінки (3,6 ... 5,0) х10 12 / л.

Кількість лейкоцитів: (4,0…4,8) х10 12/л

Гематокритне число – співвідношення обсягів еритроцитів та плазми циркулюючої

крові: Чоловіки – 0,380 – 0,480; Жінки – 0,330 – 0,450;

Тромбоцити (180...320) х 10 9/л

Ретикулоцити (молоді форми еритроцитів) у нормі в циркулюючій крові їх від 0,2 до

1%, тобто (30 ... 70) х 10 9 / л

Тривалість кровотечі (за Дьюком) – 2-3 хвилини

Час згортання крові (по Сухареву) - початок від 30 секунд до 2 хвилин.

Кінець від 3 до 5 хвилин.

Лейкоформула – відсотковий вміст різних лейкоцитів у мазку крові. Дослідження практично не специфічне, але дуже важливе, оскільки є показником тяжкості стану хворого.

Сеча- Визначають кількість, колір, прозорість, щільність (норма 1,008-1,025, коливається протягом доби). РН - 4.5 - 8. 0. Проби на білок, глюкозу, білірубін - повинні бути негативні.

При травмах дослідження на наявність крові. Позитивна реакція вказувати на пошкодження сечостатевих органів та сечовивідних шляхів. При тяжких травмах – олігурія, анурія вказують на тяжкість стану хворого та є прогностично поганою ознакою.

Кал -наявність крові в калі після травми підтверджує пошкодження кишечника, інші відхилення від норми можуть вказувати на супутні захворювання: порушення фукнції печінки, підшлункової залози, гельмінти та ін. т.д.

З загальноклінічних аналізів важливе значення мають дослідження рідин, отриманих із серозних порожнин: плевральної, перикарда, черевної порожнини, суглоба, люмбальної. Вміст цих порожнин при травмах може говорити багато про що. Наявність крові в плевральній порожнині вказує на гематоракс або кровотечу, що триває. Те саме можна одержати з черевної порожнини, але на відміну від плевральної, вмістом її може бути транссудат з домішкою сечі, жовчі, вмісту кишечника і навіть залишків їжі, що вказує на катастрофу відповідних органів.

Для дослідження м'язової силивикористовуються спеціальні прийоми, при яких навантаження падає тільки на окремі м'язи та групи м'язів. Досліджуваного просять виконати певні рухи за умов опору, що говорилося вище, чи навпаки - досліджуваний чинить опір активним діям лікаря. Там, де це можливо, обов'язково порівнюються симетричні групи м'язів.
Дослідження м'язової силине проводиться при локальному запаленні м'язів, фасцій, сухожиль, їх розриві, забитому місці, наявності гематоми.

У клінічній практиці м'язову силуумовно поділяють на 5 градацій:
1 – м'язова сила нормальна;
2 – м'язова сила знижена;
3 – м'язова сила різко знижена;
4 - напруга м'яза відбувається без рухового ефекту;
5 - м'яз паралізований.

М. Доерті, Д. Доерті(1993) наводять класифікацію клінічної оцінки сили м'язів, запропоновану Медичною дослідницькою Радою.
Можна користуватися спрощенимпідрозділом м'язової сили на нормальну, ослаблену (знижену) її відсутність.

Деякі прийоми дослідження м'язової силив умовах опору було наведено при описі дослідження рухової функції м'язів. Наводимо інші.
Визначення сили м'язів плечового пояса. Досліджуваний, зігнувши руки в ліктьових суглобах, піднімає їх до рівня плечей і утримує в такому положенні. Лікар, поклавши руки на ліктьові суглоби зверху, чинить тиск униз. За рівнем опору оцінюється сила м'язів плечового пояса.

Визначення сили м'язів, що згинають передпліччя. Досліджуваний згинає руку в ліктьовому суглобі та утримує її в такому положенні. Лікар робить спробу розігнути її, упершись однією рукою в плече, іншою захопивши руку на рівні променево-зап'ясткового суглоба.

Визначення сили м'язів, що розгинають передпліччя в ліктьовому суглобі. Рука досліджуваного максимально зігнута у ліктьовому суглобі. Лікар однією рукою утримує його за плече, іншою, захопивши за передпліччя на рівні променево-зап'ясткового суглоба, чинить опір досліджуваному при розгинанні руки в ліктьовому суглобі.

Визначення сили згиначів та розгиначів пензля. Лікар однією рукою фіксує передпліччя досліджуваного на рівні дистальної третини передпліччя, іншою рукою фіксує його долоню (кулак), перешкоджаючи згинання, а потім розгинання пензля в променево-зап'ястковому суглобі.

Визначення сили м'язів кисті. Лікар поперемінно або одночасно вкладає вказівний та середній пальці в кисть досліджуваного та просить їх стиснути. За ступенем стиснення оцінюється сила згиначів пальців. Визначення сили згиначів стегна. Досліджуваний лежить із витягнутими ногами. Лікар, поклавши руку на колінну чашечку або трохи вище, і, зафіксувавши колінний суглоб, пропонує йому зігнути ногу. По Величині зусилля, прикладеного до утримання ноги у витягнутому положенні, оцінюється сила.

Визначення сили згиначів та розгиначів стопи. Досліджуваний лежить на спині зі стопами, що звисають над краєм кушетки. Лікар однією рукою фіксує гомілку, іншою, захопивши стопу в дистальному відділі, чинить Опір при її згинанні та розгинанні в гомілковостопному суглобі.

Визначення сили м'язів згинальних та розгинальних пальців стопи. Лікар фіксує пальці стопи їх поперечним захопленням між великим і вказівним пальцями і вимагає досліджуваного виконати згинання та розгинання пальців.

У літературі є описи різноманітних положень піддослідних при вимірі сили м'язів (стоячи, лежачи, сидячи). Від вихідного положення при вимірі суттєво залежить абсолютна сила м'язів: наприклад, сила розгиначів стегна, виміряна при положенні стоячи та лежачи, має різницю до 20%.

При вимірі сили м'язів необхідно дотримуватися таких правил:

1) найкращий час проведення вимірювань – перша половина дня, через 2,5-3 години після їди;

2) потрібна розминка протягом 10-15 хвилин без обтяжень;

3) температура навколишнього середовища має бути від +18 до +22°:

4) становище випробуваного – вертикальне;

5) обов'язкова фіксація проксимальних суглобів та збереження постійним положення дистальних суглобів;

6) плече застосування сили у всіх піддослідних має бути постійним, тому що у всіх випадках вимірюється не сила, а момент сили м'язів;

7) кут між динамометром і ланкою (стегном, гомілкою) обов'язково має бути прямим;

8) щодо взаємозв'язку сили м'язів і технічних параметрів виконання рухів доцільно проводити вимірювання з урахуванням індивідуальних робочих кутів;

9) манжета, до якої кріпиться динамометр, повинна бути не менше 5 см завширшки для усунення больового компонента;

10) вимірювання сили після тренувань та наступного дня після змагань не доцільне, крім спеціальних досліджень;

11) при зіставленні сили м'язів-згиначів та розгиначів, що діють на одну ланку, необхідно проводити вимірювання зі строгим урахуванням вихідного стану м'язів (їх розтягнутості);

12) силу м'язів доцільно вимірювати по всій амплітуді руху через кожні 10° для великих суглобів і 5° – для дрібних.

Вимірювання сили за методикою А. В. Коробкова із співавт. виробляється на вимірювальному верстаті, який дозволяє досягти ізольованої дії певної групи м'язів. Верстат складається із металевої рами, щільно укріпленої на шести ніжках. Уздовж рами переміщається вертикальна стійка з поперечною пересувною планкою, до якої під час експерименту зміцнюється датчик. Усередині рами зміцнюється дерев'яний майданчик з підголовником з одного боку та планкою для упору ніг – з іншого. Рама забезпечена ременями, за допомогою яких забезпечується нерухомість вимірюваного. Вихідне становище випробуваного всім вимірювань – лежачи на спині чи животі. Недоліком методу є те, що виміри проводяться без урахування стану м'язів. їх розтягнутості, а також можливість проводити вимірювання лише за наявності прямого кута між проксимально та дистально розташованими ланками. Відсутня можливість вимірювати силу м'язів при пронації та супінації.

Вимірювання сили м'язів за методикою Б. М. Рибалка проводиться з використанням спеціального пристосування, що складається з опорного щита з ременями, який зміцнюється на гімнастичній стінці та служить опорою та фіксацією піддослідного під час вимірювання; підставки, яка створює можливість для фіксації стопи при вимірюванні та зміцненні динамометра, кронштейна, кріпленого до гімнастичної стійки та службовця верхньої опорою для динамометра. Вихідне положення вимірюваного – вертикальне. Недоліки методу самі, як і методики А. У. Коробкова; переваги - портативність пристосування.

Методика, розроблена на кафедрі анатомії Смоленського ДІФК (Р. М. Дорохов, Ю. Д. Кузьменко, Я. С. Татарінов, М. І. Шутков) дозволяє виміряти силу м'язів на всій амплітуді можливого руху в суглобах. Стаціонарний варіант вимірювального пристрою складається з опорної в 2,5 м заввишки рами, одна сторона якої має вигляд півкола, вздовж якої розташовуються блоки, що створюють можливість вимірювати силу м'язів при будь-якому положенні кінцівки зі збереженням обов'язкової умови - положення між кінцівкою і динамометром - 90 °. У центрі рами знаходиться опорна вертикаль для зміцнення випробуваного.

Вона має додаткову опорну штангу для фіксації колінного суглоба, майданчик із укріпленим слаломним черевиком, яка дозволяє повністю виключити рух у гомілковостопному суглобі опорної ноги, майданчик для опори та фіксації тулуба. Опорний пристрій вільно обертається навколо вертикальної осі. Це дозволяє виміряти силу м'язів під час руху навколо сагітальної та фронтальної осей. При вимірі сили м'язів тулуба в центрі опорної рами встановлюється замість опорної вертикалі фіксуючий пристрій для тазу і нижніх кінцівок з висотою, що змінюється зміцнювального майданчика. На опорній рамі укріплено також два реверсійні електромотори, які створюють можливість за допомогою тросів і динамометра вимірювати силу м'язів при долає і поступається видах роботи. Перевага цього методу в тому, що є можливість виміряти силу м'язів у специфічних робочих кутах з великою точністю при рухах у всіх без винятку суглобах при долає, утримує і поступається роботі м'язів. Недолік – громіздкість.

Переносний варіант опорного пристосування для вимірювання сили м'язів (Р. Н. Дорохов, Ю. Д. Кузьменко) представляє з'єднаний з труб паралелепіпед, три сторони якого мають металеві перемички, розташовані через рівні проміжки, які дозволяють за необхідності задати за допомогою ланцюгів бажане положення досліджуваному ланці тіла, тобто виміряти силу м'язів за будь-якого їхнього стану (розтягнутості). Четверта сторона забезпечена рухомою рамою з ременями та опорними скобами, за допомогою яких випробуваний закріплюється в потрібному положенні, виключаються додаткові рухи. Опорні скоби та рама можуть бути підігнані під будь-яке зростання випробуваного, що дуже суттєво при вимірах у школах. З метою збереження постійної сили м'язів плеча виготовлені апарати каркасного типу, які надягаються на ланку тіла, сила якого вивчається.

Переваги - можливість розібрати пристрій і легко транспортувати його, можливість виміряти силу в робочих кутах.

«Зожник» переклав, переробив та відредагував грандіозну базову статтю Грега Нуколса про те, як взаємопов'язаний обсяг та сила м'язів. У статті докладно пояснюється, наприклад, чому середній пауерліфтер на 61% сильніший за середній бодібілдер при тому ж об'ємі м'язів.

Напевно, вам зустрічалася така картина в спортзалі: величезний м'язистий хлопець робить присідання з 200-кілограмовою штангою, пихкаючи і роблячи невелику кількість повторень. Потім з такою ж штангою працює хлопець із набагато менш масивними ногами, але легко робить більшу кількість повторень.

Аналогічна картина може повторюватися і в жимі чи становій. Та й з курсу шкільної біології нас вчили: сила м'яза залежить від площі поперечного перерізу(грубо кажучи - від товщини), проте наука показує, що це сильне спрощення і не зовсім так.

Площа поперечного перерізу м'яза.

Як приклад подивіться, як 85-кілограмовий хлопець тисне від грудей 205 кг:

Однак набагато масивніші хлопці не можуть наблизитися до таких показників у жимі.

Відповідь проста: на силу впливає багато інших факторів, крім обсягу м'язів

Середній чоловік важить близько 80 кг. Якщо людина - не тренована, тоді близько 40% ваги її тіла складають скелетні м'язи або близько 32 кг. Незважаючи на те, що зростання м'язової маси дуже залежить від генетики, в середньому чоловік здатний за 10 років тренувань збільшити свою м'язову масу на 50%, тобто додати до своїх 32 кг м'язів ще 16.

Швидше за все 7-8 кг м'язів з цього надбавки додасться в перший рік завзятих тренувань, ще 2-3 кг - за наступні пару років, а решта 5-6 кг - за 7-8 років завзятих тренувань. Це типова картина зростання м'язової маси. Зі зростанням м'язової маси приблизно на 50% сила м'язів зросте у 2-4 рази.

Грубо кажучи, якщо першого дня тренувань людина може підняти на біцепс вагу в 10-15 кг, то згодом цей результат може зрости до 20-30 кг.

З присідом: якщо в перші тренування ви присідали з 50-кілограмовою штангою, ця вага може зрости до 200 кг. Це не наукові дані, а для прикладу - як можуть зростати силові показники. При підйомі на біцепс сила може зрости приблизно 2 разу, а вага у присіданнях - 4 разу. Але при цьому обсяг м'язів зріс лише на 50%. Тобто виходить, що в порівнянні зі зростанням маси, сила зростає в 4-8 разів більше.

Безумовно, м'язова маса має важливе значення для сили, але, можливо, не визначальне. Давайте пройдемося по основним факторам, що впливають на силу та масу.

М'язові волокна

Як показують дослідження: що більше розмір м'язового волокна, то більше вписувалося його сила.

На цьому графіку показана явна залежність розмірів м'язових волокон та їх сили:

Як залежить сила (вертикальна шкала) розміру м'язових волокон (горизонтальна шкала). Дослідження: From Gilliver, 2009.

Однак якщо абсолютна сила прагне зростання при більшому об'ємі м'язових волокон, відносна сила (сила у співвідношенні з розміром) — навпаки — падає.

Давайте розберемося, чому так відбувається.

Є показник визначення сили м'язових волокон щодо їх обсягу — “specific tension” (перекладемо його як «питома сила»). Для цього потрібно максимальну силу поділити на площу поперечного перерізу:

М'язові волокна: питома сила волокон бодібілдерів на 62% нижча за ліфтери

Так ось річ у тому, що питома сила дуже залежить від типу м'язових волокон.

У цьому дослідженні вчені з'ясували, що питома сила м'язових волокон професійних бодібілдерів на 62% нижче, ніж у професійних ліфтерів.

Тобто, умовно кажучи, м'язи середнього пауерліфтера сильніші на 62% м'язів середнього бодібілдера за однакового обсягу.

Більш того, м'язові волокна бодібілдерів також слабші на 41%, ніж у нетренованих людей із розрахунку на їх площу поперечного перерізу. Тобто з розрахунку на квадратний сантиметр товщини, м'язи бодібілдерів слабші, ніж у тих, хто взагалі не тренувався (але в цілому бодібілдери, звичайно, сильніші за рахунок загального обсягу м'язів).

У цьому дослідженні порівняли різні м'язові волокна та з'ясували, що найсильніші м'язові волокна в 3 рази сильніші за найслабкіші тієї ж товщини — це дуже велика різниця.

М'язові волокна швидше зростають у площі перерізу, ніж у силі

Так ось обидва ці дослідження показали, що зі збільшенням розміру м'язових волокон їхня сила до товщини падає. Тобто у розмірах вони зростають більше, ніж у силі.

Залежність така: при подвоєнні площі поперечного перерізу м'яза її сила зростає лише на 41%, а не в 2 рази.

В цьому сенсі із силою м'язового волокна краще корелює діаметрволокна, а не площа перерізу (внесіть це виправлення до шкільних підручників з біології!)

Зрештою, всі показники вчені звели ось до такого графіка:

По горизонталі збільшення площі поперечного перерізу м'яза. Синя лінія — зростання діаметра, червона — загальне зростання сили, жовта — зростання питомої сили (наскільки сила збільшується зі збільшенням площі поперечного перерізу).

Висновок, який можна зробити: зі зростанням обсягу м'язів зростає і сила, проте приріст розміру м'яза (тобто площі поперечного перерізу) обганяє приріст сили. Це усереднені показники, зібрані з низки досліджень і в деяких дослідженнях дані відрізняються.

Наприклад, у цьому дослідженні за 12 тижнів тренувань у піддослідних площа перерізу м'язів зросла в середньому на 30%, але при цьому питома силане змінилася (тобто читаємо між рядками, сила теж збільшилася приблизно на 30%).

Результати цього дослідження схожі: площа поперечного перерізу м'яза збільшилася в учасників на 28-45% після 12 тижнів тренувань, але питома сила не змінилася.

З іншого боку, ці 2 дослідження (раз і два) показали збільшення питомої сили м'язів за відсутності зростання самих м'язів обсягом. Тобто сила зросла, а обсяг — ні і завдяки цьому поєднанню, виходить, зросла питома сила.

У всіх цих 4 дослідженнях сила зростала порівняно з діаметромм'язи, але в порівнянні з площею поперечного перерізусила зростала лише у тому випадку, якщо м'язові волокна не росли.

Отже, давайте підсумуємо важливу тему з м'язовими волокнами:

• Люди сильно відрізняються за кількістю м'язових волокон того чи іншого типу. Пам'ятайте: питома силам'язових волокон у ліфтерів (що тренують силу) в середньому на 61% більше, ніж у бодібілдерів (що тренують обсяг). Грубо кажучи, при однакових за обсягом м'язах ліфтерські сильніші в середньому на 61%.
• Найслабші м'язові волокна в 3 рази слабші за найсильніші. Їхня кількість у кожної людини визначається генетично. Це означає, що гіпотетично максимально можлива різниця в силі м'язів одного й того ж обсягу – різниться до 3 разів.
• Питома сила (сила на квадратний сантиметр поперечного перерізу) який завжди зростає з тренуваннями. Справа в тому, що площа поперечного перерізу м'язів зростає в середньому швидше, ніж сила.

Місце прикріплення м'язів

Важливий фактор сили – це те, як кріпляться м'язи до кісток та довжина кінцівок.Як ви пам'ятаєте зі шкільного курсу фізики — що більше важелів, то легше піднімати вагу.

Якщо докладати зусилля в точці А, потрібно буде набагато більше сили для підйому тієї ж ваги порівняно з точкою B.

Відповідно, чим далі м'яз прикріплений (і чим коротша кінцівка) - тим більше важіль і тим більшу вагу можна підняти. Цим частково пояснюється, чому деякі досить худі хлопці здатні піднімати набагато більше від деяких особливо об'ємних.

Наприклад, у цьому дослідженні говориться, що різниця в силі в залежності від місця прикріплення м'язів у колінному суглобі у різних людей становить 16-25%. Тут як пощастило з генетикою.

Причому зі зростанням м'язів в обсязі момент силизбільшується: це відбувається тому, що зі зростанням м'яза в об'ємі «кут атаки» трохи змінюється і цим частково пояснюється те, що сила зростає швидше за обсяг.

У дослідженні Andrew Vigotsky є чудові картинки, що наочно демонструють, як це відбувається:

Найголовніше - це висновок: остання картинка, що демонструє, як зі зростанням товщини м'яза (площі поперечного перерізу) - змінюється кут докладання зусиль, а значить і рухати важіль більш об'ємним м'язам стає легше.

Здатність нервової системи активувати більше волокон

Ще один фактор сили м'язів незалежно від об'єму – здатність ЦНС (центральної нервової системи) активувати якомога більше м'язових волокон для скорочення (і розслабляти волокна – антагоністи).

Грубо кажучи, здатність максимально ефективно передавати м'язовим волокнам правильний сигнал – на напругу одних та розслаблення інших волокон. Ви, напевно, чули, що у звичайному житті ми здатні передавати м'язам лише певне нормальне зусилля, але в критичний момент сила може зростати багаторазово. Тут зазвичай наводяться приклади, як людина піднімає автомобіль, щоб врятувати життя близького (і таких прикладів дійсно досить багато).

Втім, наукові дослідження поки що не змогли довести це повною мірою.

Вчені порівнювали силу «добровільного» скорочення м'язів, а потім за допомогою електростимуляції досягали ще більшого — 100% напруги всіх м'язових волокон.

В результаті виявилося, що «добровільні» скорочення становлять близько 90-95% від максимально можливої ​​скорочувальної сили.якої домагалися за допомогою електростимуляції ( незрозуміло тільки яку похибку і вплив такі умови, що «стимулюють», вплинули на м'язи-антагоністи, які потрібно розслаблювати для отримання більшої сили — прим. Зожника).

Вчені та автор тексту роблять висновки: цілком можливо, що деякі люди зможуть значно збільшити силу, натренувавши передачу сигналів мозку до м'язів, але більшістьлюдей не здатні значно збільшити силу лише за рахунок покращення здатності активувати більше волокон.

Нормалізована сила м'яза (НСМ)

Максимальна скорочувальна сила м'яза залежить від обсягів м'яза, сили м'язових волокон, з яких вона складається, від «архітектури» м'яза, грубо кажучи, від усіх факторів, що ми вказали вище.

Обсяг м'язів згідно з дослідженнями відповідає приблизно 50% різниці в силових показниках у різних людей.

Ще 10-20% різниці у силі пояснюють «архітектурні» фактори, такі як місце прикріплення, довжина фасцій.

Інші фактори, що відповідають за 30-40% різниці, що залишилися в силі, взагалі не залежать від розмірів м'язів.

Для того, щоб розглянути ці фактори, важливо ввести поняття — нормалізована сила м'яза (НСМ) — це сила м'яза в порівнянні з площею її перерізу. Грубо кажучи, наскільки сильний м'яз порівняно зі своїм розміром.

Більшість досліджень (але не всі) показують, що НСМ зростає у міру тренувань. Але при цьому, як ми розглянули вище (у розділі про питому силу), сам по собі зростання обсягу не дає такої можливості, це означає, що зростання сили забезпечується не тільки зростанням обсягу, поліпшенням проходження м'язових сигналів, а й іншими факторами. що відповідають за ті 30-40% різниці, що залишилися в силі).

Що це за фактори?

Поліпшення якості сполучних тканин

Один із цих факторів — з зростанням тренованості покращується якість сполучної тканини, що передає зусилля від м'язів до кісток. Зі зростанням якості сполучної тканини скелету передається більша частина зусиль, а значить зростає сила при тому ж обсязі (тобто зростає нормалізована сила).

Згідно з дослідженням, до 80% сили м'язового волокна передається оточуючим тканинам, які прикріплюють м'язові волокна до фасцій за допомогою ряду важливих білків (endomysium, perimysium, epimysium та інші). Ця сила передається сухожиллям, збільшуючи загальну силу, що передається від м'язів до скелета.

У цьому дослідженні, наприклад, показано, що ДО тренувань НСМ(сила всього м'яза на площу поперечного перерізу) була на 23% вищою, ніж питома сила м'язових волокон(Сила м'язових волокон на площу поперечного перерізу цих волокон).

А ПІСЛЯ тренувань НСМ(Питома сила всього м'яза) була на 36% вищою(Питомої сили м'язових волокон). Це означає, що сила всього м'яза при тренуваннях зростає краще, ніж сила суми всіх м'язових волокон.

Вчені пов'язують це зі зростанням сполучних тканин, що дозволяють ефективніше передавати силу від волокон до кісток.

Зверху і знизу схематично показані сухожилля між ними м'язове волокно. Зі зростанням тренованості (правий малюнок) зростає і сполучна тканина навколо м'язових волокон, кількість та якість сполук, дозволяючи ефективніше передавати зусилля м'язового волокна до сухожилля.

Ідея про те, що зі зростанням тренованості покращується якість волокон передавальних зусилля (і малюнок вище) взяті з дослідження 1989 року і поки що це здебільшого теорія.

Втім, є дослідження 2010 року, яке підтримує цю позицію. У ході цього дослідження при показниках м'язових волокон (питома сила, пікова сила), що не змінилися, загальна сила всього м'яза в середньому зросла на 17% (але з великим розкидом у різних людей: від 6% до 28%).

Антропометрія як фактор сили

На додаток до всіх перелічених факторів сили м'язів, загальна антропометрія тіла також впливає на кількість сили, що видається, і наскільки ефективно ця сила може передаватися при згинанні суглобів (причому, незалежно від моменту сили окремих суглобів).

Візьмемо для прикладу присідання зі штангою. Гіпотетична ситуація: 2 однаково треновані особи з м'язами однакового розміру та складу волокон, ідентично прикріплені до кісток. Якщо при цьому у людини А стегно довше на 20%, ніж у людини B, то людина B повинна гіпотетично присідати з вагою на 20% більше.

Однак насправді все відбувається не зовсім так, у зв'язку з тим, що при зміні довжини кісток пропорційно змінюється і місце прикріплення м'язів.

Таким чином, якщо у людини А стегно довше на 20%, то й місце прикріплення м'язів до кістки стегна (величина важеля) також пропорційно – на 20% далі – отже, довжина стегна нівелюється виграшем у прикріпленні м'яза далі від суглоба. Але це в середньому. Насправді антропометричні дані, звичайно, відрізняються від людини до людини.

Наприклад, є спостереження, що пауеліфтери з довшою гомілкою і коротким стегном схильні присідати з більшою вагою, ніж ті, у кого стегно довше щодо гомілки. Аналогічне спостереження щодо довжини плеча і жиму штанги від грудей.

Незалежно від решти факторів антропометрія тіла вносить корективу в силу, однак вимір цього фактора становить складність, тому що складно відокремити його від інших.

Специфіка тренувань

Ви чудово знаєте про специфічність тренувань: що тренуєш – те й покращується. Наука каже, що специфічність працює щодо різних аспектів тренувань. Значна частина цього ефекту працює завдяки тому, що нервова система навчається ефективніше здійснювати певні рухи.

Ось простий приклад. Це дослідження часто використовують як приклад, що ілюструє принцип специфічності:

• 1 група тренувалася з вагою 30% від 1ПМ - по 3 повторення до м'язової відмови.
• 2 група тренувалася з вагою 80% від 1ПМ - і робила лише 1 повторення до м'язової відмови.
• 3 група тренувалася з вагою 80% від 1ПМ - по 3 повторення до м'язової відмови.

Найбільшого поліпшення в силі очікувано досягла група 3 - тренування з важкою вагою і 3 підходи до вправи.

Однак коли наприкінці досліджень серед усіх груп перевіряли максимальну кількість повторень із вагою 30% від 1ПМ, то найкращий результат показала група, яка й тренувалася із 30% від 1ПМ. Відповідно, під час перевірки максимальної ваги на 1ПМ результати краще зросли у тих, хто тренувався з 80% від 1ПМ.

Ще одна цікава деталь у цьому дослідженні: коли почали перевіряти як змінилися результати в статичній силі (її не тренували в жодній із 3 груп) — то результати зростання цього показника були однакові, оскільки всі 3 групи не тренували специфічно цей силовий показник.

Зі зростанням досвіду та відточуванням техніки пов'язане зростання сили.Причому в комплексних багатосуглобових вправах, де задіяні великі м'язові групи, ефект від тренувань більший, ніж у невеликих м'язах.

У цьому графіку видно як із зростанням кількості повторень (горизонтальна шкала) зменшується частка помилок у вправі.

Сила м'язів.Одиниці виміру. У системі СІ сила виражається у ньютонах(Н). У фізіологічній практиці силу м'яза, як правило, визначають за максимальною масою вантажу, який може бути піднятий при його скороченні. В умовах цілісного організму визначають «Станову», «Кистову»силу, силу згиначів тощо.

Чинники, що визначають силу м'язів. Анатомічна будова:перисті м'язи (волокна розташовані косо, під кутом до поздовжньої осі) здатні розвивати набагато більшу напругу, ніж м'язи з паралельним розташуванням волокон. У зв'язку з цим прийнято визначати так званий фізіологічний поперечний переріз м'яза, тобто. суму поперечних перерізів всіх волокон, у тому числі складається м'яз. У перистих м'язів фізіологічний поперечний переріз значно перевищує анатомічний (геометричний). До найбільш сильних відносяться жувальні м'язи.

Вирізняють поняття «питома сила м'яза» - відношення загальної сили м'яза в ньютонах до фізіологічного поперечного перерізу м'яза (Н/см 2). Питома сила у межах 50- 150Н/см 2 . Питому силу м'яза виражають також у кілограмах на квадратний сантиметр (кг/см 2). Так, для триголового м'яза вона становить 17 кг/см 2 , для згинача плеча - 8кг/см 2 , для литкового м'яза - 1кг/см 2 для гладкого м'яза - 1кг/см 2 . У різних м'язах тіла співвідношення між кількістю повільних і швидких м'язових волокон неоднаково і дуже відрізняється у різних людей, і навіть у різні періоди життя. Поодиноке м'язове волокно здатне розвивати напругу до 0,2 Н.

Вихідна довжина м'язатеж впливає на силу її скорочення. При помірному попередньому розтягуванні м'яза сила його скорочення збільшується, а при сильному розтягуванні вона зменшується, аж до відсутності скорочення через відсутність зон зачеплення між нитками актину та міозину. При оптимальній довжині (у стані спокою), коли всі головки міозинових ниток здатні контактувати з актиновими філаментами, сила м'язового скорочення зростає максимально. Попереднє розтягнення м'яза збільшує її еластичну тягу, що також веде до збільшення подальшого її скорочення. Це здійснюється за рахунок білка титину, нитки якого одним кінцем прикріплені до Z-пластинки, іншим - до міозину і розтягуються подібно до пружини.

При сильному укороченні м'яза зменшується (з незрозумілих причин) спорідненість тропоніну до Са2+, що обмежує максимальну силу скорочень.

Число збуджених волоконтакож впливає на силу одиночного скорочення м'яза.Воно визначається силою подразнення в експерименті або кількістю збуджених мотонейронів у натуральних умовах.

Сила тетанічного скороченням'язи залежить від ступеня вираженості сумації скорочень у кожному м'язовому волокні, що визначається частотою імпульсації – вона зростає до оптимуму.

Робота м'язів (А).У механіці робота визначається як добуток сили (F), що додається до тіла, на відстань (L) його переміщення під впливом даної сили:

А = F×L (Дж).

Втома м'яза.При м'язовій роботі в людини з часом розвивається втома - сила м'язових скорочень поступово зменшується, і врешті-решт настає момент, коли людина вже не в змозі продовжувати роботу. Швидкість розвитку втоми залежить від ритму роботи та величини вантажу. Великий вантаж чи занадто частий ритм роботи призводять до швидкого розвитку втоми, у результаті виконана робота буває мізерна. Найбільшою буває робота при деякому середньому, оптимальному для даної людини, ритмі роботи та середньому оптимальному вантажі (правило середніх навантажень). При будь-якій силі ізометричного скорочення м'яза робота дорівнює нулю, незважаючи на витрату енергії і стомлення, що розвивається. Причиною стомлення є накопичення К+ у Т-трубочках (при частих скороченнях), накопичення молочної кислоти, витрата енергетичного матеріалу.

Потужність м'яза(Робота, що здійснюється в одиницю часу) в системі СІ виражається у ВАТ (Дж / с 2). Максимальна потужність відповідає виконанню найбільшого обсягу роботи протягом мінімального відрізка часу. Однак у цьому випадку швидко розвивається втома.

1.3.5. Структурнофункціональні особливості гладких м'язів

Розташування актину та міозинув гладких м'язах не так упорядковано, Z-мeмбрани і саркомери в них відсутні, тому при мікроскопічному дослідженні не виявляється характерна для скелетного м'яза поперечна смугастість, що і визначає назву цих м'язів - гладкі. Форма гладком'язових клітин веретеноподібна, діаметр волокна в потовщеній частині становить 2-10 мкм, довжина 50-400 мкм. У клітці є одне ядро, мітохондрій щодо мало. СПР представлений плоскими везикулами, розташованими у безпосередній близькості від внутрішньої поверхні клітинної мембрани. Він містить мало іонів Са 2+.

Нервово-м'язові синапсивідрізняються від таких у смугастих м'язів, причому найбільш яскраво відмінність виражена у симпатичної нервової системи. Постгангліонарні волокна (аксона гангліонарних симпатичних нейронів) своїм ходом серед міоцитів утворюють численні потовщення (розширення), з яких виділяється медіатор. Останній дифундує в міжклітинному просторі та взаємодіє з постсинаптичними рецепторами, які розташовуються рівномірно по всій мембрані гладких клітин, що веде до стимуляції або пригнічення функцій органу (наприклад, гальмування моторики кишки, посилення роботи серця, звуження кровоносної судини). У гладких м'язах бронхів та великих артерій нервовий вплив передається без генерації ПД, скорочення цих м'язів забезпечують ВПСП.

Особливості властивостей гладких м'язів. Збудливістьь. Потенціал спокоюбільшості гладком'язових клітин становить -60-70 мВ, у міоцитів, що мають спонтанну активність, - -30-60 мВ. Потенціал діїбільш тривалий (10-50 мс), ніж у кістякових м'язів - до 10мс. У деяких міоцитів після початкової швидкої реполяризації формується плато, що подовжує ПД до 500мс; воно пов'язане з надходженням у клітину Na+ та Са2+. Деполяризація мембрани обумовлена ​​переважно дифузією Са 2+ в клітину.

Провідність. Структурнофункціональною одиницею гладких м'язів є пучок м'язових волокон. Взаємодія між окремими міоцитами здійснюється завдяки щілинним контактам, що мають низький електричний опір, і близько розташованим контактуючим елементам сусідніх м'язових волокон. Завдяки цьому електричне поле однієї клітини в пучку забезпечує збудження іншої. Тому ізольовано окремі гладком'язові клітини пучка не збуджуються.Швидкість поширення ПД не більше пучка становить 5-10см/с. Причому збудження всіх міоцитів пучка мало порушення одного міоциту (необхідне початкове порушення кількох клітин).

Скоротність. Скорочення гладкого м'яза визначаються описаним вище характером поширення збудження – пучок гладком'язових волокон скорочується як єдине ціле (пучок – функціональна одиниця гладкого м'яза). Активність гладком'язової АТФази міозину в 40-80 разів нижча за активність АТФази міозину смугастого м'яза. Чим більша АТФазна активність міозину, тим швидше скорочується м'язове волокно. Тому гладкий м'яз скорочується набагато повільніше, ніж скелетний. З цієї причини на скорочення гладкого м'яза менше витрачається АТФ (економічність). Крім того, гладкий м'яз не втомлюється під час тривалої активності - він пристосований до тривалої підтримки тонусу.

Головною особливістю електромеханічного сполучення в гладкому м'язіє те, що основну роль у поєднанніграє входить у клітину (при її збудженні) Са 2+ , оскільки його запаси в СПР гладком'язових міоцитів незначні. Інша важлива особливість полягає в тому, що регуляторним білком гладкого м'яза є кальмодулін(Наявність тропоніну не встановлено), який зв'язується з Са 2+ . Комплекс Са 2+ - кальмодулін активує особливий фермент (кіназу легких ланцюгів міозину), який переносить фосфатну групу з АТФ на головку поперечного містка міозину. Фосфорильована головка міозину взаємодіє з актином. Це веде до конформаційних змін міозинових містків, що забезпечує ковзання ниток актину щодо ниток міозину.

Скорочення гладких м'язівможе бути результатом і хіміомеханічного сполучення(без формування ПД), внаслідок взаємодії медіатора з мембранними рецепторами та активації різних ферментних систем, що викликають взаємодію актину та міозину, що й забезпечує скорочення м'яза.

Розслаблення гладком'язових міоцитівобумовлено інактивацією кальцієвих каналів внаслідок відновлення вихідних значень МП. Активація кальцієвого насоса в мембрані міоциту і СПР забезпечує виведення Са 2+ в СПР і з гіалоплазми клітини і зниження його концентрації, в результаті чого інактивується кіназа легких ланцюгів міозину, що призводить до припинення фосфорилювання міозинових головок, а отже, вони втрачають здатність взаємодіяти. .

Автоматіявластива клітинам – водіям ритму (пейсмекерам). У її основі лежить спонтанно повільна деполяризація (препотенціал), що виникає, - при досягненні КП виникає ПД. Спонтанна деполяризація переважно зумовлена ​​дифузією Са2+ у клітину. Частота ПД, що генеруються, залежить від швидкості повільної деполяризації і співвідношення МП і КП: чим менше МП, тим ближче він до КП, і при цьому легше виникають ПД. Автоматія практично не виражена у гладких м'язів артерій, насіннєвих проток, райдужної оболонки, війкових м'язів. Їхні функції повністю визначаються ВНС.

Пластичністьвиявляється у тому, що з розтягуванні гладких м'язів їх напруга спочатку збільшується, та був знижується до початкового рівня. Таким чином, властивість пластичності проявляється в тому, що гладкий м'яз може не змінювати напруги як у вкороченому, так і в розтягнутому стані. Ця особливість гладкого м'яза запобігає надмірному зростанню тиску в порожнистих внутрішніх органах при їх наповненні (сечовий міхур, шлунок та ін.).

Однак розтягування гладкого м'язаможе викликати активаціюпроцесів скорочення. Цей феномен, зокрема, характерний для артеріол, що є одним із важливих механізмів регуляції їхнього тонусу та регіонарного кровотоку в деяких органах (мозок, нирки, серце). Стимуляція скорочення в цьому випадку відбувається внаслідок того, що при розтягуванні пейсмекерних клітин активуються механокеровані канали, внаслідок чого виникає ПД, який за допомогою свого електричного поля та щілинних контактів забезпечує виникнення ПД у сусідніх клітинах. Надмірне розтягнення сечового міхура також викликає його скорочення та евакуацію сечі. Подібна реакція спостерігається при денервації органу та фармакологічній блокаді внутрішньоорганної системи.

Енергетичне забезпечення скорочення гладких м'язівтакож здійснюється за рахунок молекул АТФ, ресинтез якої відбувається в основному за допомогою анаеробного гліколізу.

Запитання для самоконтролю

1. Назвіть основні структурні елементи м'язового волокна, що забезпечують його збудження та скорочення.

2. Яким є функціональне значення мембрани м'язового волокна у виконанні його скорочувальної функції?

3. Що являє собою міофібрилла, яке її значення в механізмі м'язового скорочення?

4. Перерахуйте властивості м'язової тканини.

5. Перерахуйте основні функції кістякових м'язів.

6. Що називають скоротливістю м'яза?

7. Чому потенціал дії вважається ініціатором скорочення м'язів? Дайте відповідні пояснення.

7. Намалюйте потенціал дії кістякового м'яза, отриманий при внутрішньоклітинному відведенні. Вкажіть його амплітуду у мВ.

8. Намалюйте, зіставивши у часі, потенціал дії та цикл одиночного скорочення скелетного м'яза. Назвіть фази скорочення м'яза.

9. Опишіть коротко роль іонів кальцію у механізмі м'язового скорочення.

10. На які процеси, що забезпечують скорочення м'яза, витрачається енергія АТФ?

11. Що є безпосередньою причиною ковзання ниток актину та міозину, що забезпечує м'язове скорочення? Чому?

12. Активним (з витратою енергії АТФ) чи пасивним (без витрати енергії АТФ) є процес розслаблення м'яза?

13. Назвіть джерела енергії, які забезпечують ресинтез АТФ.

14. Назвіть типи скорочення скелетних м'язів залежно від умов скорочення та характеру подразнення.

15. Назвіть три фази одиночного м'язового скорочення. Який основний процес відбувається у першу фазу?

16. Які чинники впливають на силу одиночного м'язового скорочення?

17. Чому збільшення сили подразнення м'яза збільшує силу її скорочення?

18. Чому попереднє помірне розтягнення ізольованого м'яза збільшує силу його скорочення при одиночному подразненні?

19. Що називають тетанічним скороченням м'яза? Яке явище є основою механізму тетануса?

20. Що називають сумацією м'язових скорочень?

21. За яких умов подразнення скелетного м'яза замість одиночних скорочень виникає тетанус? Які види тетанусу Вам відомі?

22. У яку фазу одиночного скорочення має потрапити кожне наступне роздратування, щоб виник зубчастий чи гладкий тетанус? Які фактори впливають на висоту гладкого тетанусу ізольованого м'яза?

23. Яка залежність висоти гладкого тетанусу від частоти подразнення м'яза (у динаміці)?

24. Яку частоту подразнення м'яза називають оптимальною, яку – песимальною?

25. Чи підпорядковується рухова одиниця закону "все чи нічого"? Чому?

26. У яких відділах центральної нервової системи знаходяться мотонейрони, аксони яких іннервують скелетні м'язи?

27. Що називають тонусом скелетних м'язів, чи розвивається при цьому їхня втома, чи велика витрата енергії?

28. Яка залежність роботи ізольованого скелетного м'яза від величини навантаження?

29. Перерахуйте структурні особливості гладкого м'яза.

30. Перерахуйте особливості потенціалу спокою і потенціалу дії гладкого м'яза порівняно з такими поперечними м'язами.

31. Назвіть функціональні особливості гладкого м'яза порівняно зі скелетним.

32. Що таке пластичність гладких м'язів, яке її значення для функціонування внутрішніх порожнистих органів?

34. Що є функціональною одиницею гладкого м'яза? Чому?

35. Перерахуйте основні властивості серцевого м'яза.

36. Які особливості пейсмекерних клітин водіїв ритму серця?