Режимы работы мышц

(Источник: Верхошанский Ю.В. «Основы специальной силовой подготовки в спорте»)

Изучению особенностей работы мышц при различных условиях их деятельности посвящено большое число экспериментальных работ. Исходя из задач, которые ставили перед собой экспериментаторы, эти работы можно разделить на две группы. Одни посвящались определению условий и режимов, обеспечивающих наибольший рабочий эффект силы мышц, другие – поиску режимов, способствующих более эффективному развитию силы мышц.

Однако обилие таких исследований привело, к сожалению, к не менее обильным противоречиям и путанице. Например, одни авторы утверждают, что наиболее высокий уровень проявляемой силы наблюдается при динамическом преодолевающем режиме, другие, – что бóльшие величины силы соответствуют изометрическому напряжению. Вместе с тем внимательный анализ условий экспериментов создает впечатление, что подобные противоречия связаны с неправомерно обобщенными выводами из частных фактов, полученных в различной лабораторной и естественной обстановке, на разных группах мышц испытуемых различной подготовленности, при разных отягощениях и скорости движений. Так, было установлено, что при изометрическом максимальном напряжении двуглавой мышцы плеча в положении предплечья, согнутого под прямым углом, испытуемые развивали усилие на 6,5–10,0 кг больше максимального груза, который они могли поднять.

Однако картина эта менялась с уменьшением груза и увеличением быстроты его перемещения. При поднимании груза, равного 50–80% от максимального, электрическая активность двуглавой мышцы была значительно больше, чем в период его последующего удержания (А.С. Степанов, М.А. Бурлаков, 1963; В.Д. Моногаров, Н.П. Лапутин, 1966; I. Scherrer а. о., 1954, 1957; Ph. Rascli, W. Pierson, 1960), как и величина проявленной силы (И.Н. Книпст, 1952; А.А. Янчевский, Р.П. Стеклова, 1966). Таким образом, величина нагрузки и связанная с ней быстрота движений вносят существенные различия в характеристики проявленной мышцами силы. К этому следует добавить, что плечо силы мышц при сгибании предплечья до прямого угла увеличивается в четыре раза. Поэтому если, например, сравнивать величину силы максимального изометрического напряжения, развиваемого при угле 90º, и максимальный вес поднятого груза при начальном угле 180º, то, естественно, преимущество будет в первом случае.

Следовательно, если речь идет о развитии силы мышц, то дискуссия о превосходстве динамического или изометрического режимов вряд ли уместна из-за несопоставимости биомеханических условий проявления силы. Если возникает необходимость сравнивать тренирующий эффект работы при том или ином режиме, то прежде всего следует задать вопрос: о какой силе идет речь? Аналогичный подход необходим и при рассмотрении преимуществ уступающего и преодолевающего режимов работы мышц. Было показано (A. Bethe, 1929), что сила, которую мышцы развивают при максимальном сокращении (активная сила), как правило, значительно меньше силы сопротивления, которое сокращенная мышца оказывает растягиванию (пассивная сила), в целом в 1,2–1,6 раза. Преобладание пассивной силы над активной для некоторых групп мышц и условий их работы выглядит следующим образом: для тяги рукой – на 22%, предплечьем – на 46,8%, разгибателями ног – на 50%. По данным Г.П. Семенова (1968), максимальные усилия, развиваемые разгибателями ног при угле в коленном суставе около 120º, составили 465 кг в изометрическом режиме, 401 кг – в преодолевающем. При сочетании режимов наибольшие усилия зарегистрированы в медленном уступающем режиме (в условиях равномерного принудительного сгибания ног с помощью электродвигателя) после предварительного максимального напряжения в изометрическом режиме – 504 кг и в уступающем режиме после преодолевающего – 453 кг.

Большое значение в повышении рабочего эффекта уступающей работы имеют рефлексы на растягивание (миотатические рефлексы). В опытах на животных и человеке установлено, что миотатический рефлекс выражен тем сильнее, чем больше скорость растягивания мышц (A. Samoyloff, М. Kisseleff, 1928; О. Foerster, Н. Alten-lurgez, 1933; О. Lippold а. о., 1957). Отмечено, что чем тренированней спортсмен, тем точнее и полнее используется рефлекторное напряжение мышц, возникающее по ходу выполнения ими уступающей работы (Ю.З. Захарьянц, 1962).

Преимущество уступающего режима заключается в том, что энергетическая стоимость работы при опускании груза (пассивная работа) для организма значительно меньше, чем при поднимании груза (активная работа). Было показано (Chauveau, 1904), что замена работы активного сокращения работой сопротивления уменьшает затрату энергии почти вдвое (при движениях, скорость которых не превышает 0,12 м/с). Эти выводы получили экспериментальное подтверждение и позднее. Оказалось, что если при сокращении мышца имеет возможность укоротиться и выполнить работу, то общее количество выделенной энергии больше, чем при изометрическом сокращении. Если же мышца удлиняется, энергии выделяется меньше, чем при изометрии (W. Fenn, 1924; W. Hartree, A. Hill, 1928; A. Hill, 1930; М. Cattel, 1932; В. Abbott а. о., 1952; D. Wilkie, 1954). Однако следует подчеркнуть, что рассмотренные выше преимущества уступающей работы проявляются только при медленных движениях с большим отягощением. Поэтому не резонно связывать с этими преимуществами возможность приобретения способности к быстрым и мощным движениям при преодолевающей работе.

Итак, даже столь краткий обзор фактов говорит о существенных механических и физиологических различиях в формах мышечной деятельности. Поэтому поиски абсолютного, универсального режима работы мышц для развития их силы так же бесполезны, как и рассуждения о преимуществах того или другого режима без учета конкретных условий спортивной деятельности и соответствующего этим условиям специфического характера напряжения мышц.

Прежде чем перейти к следующему разделу, следует уточнить терминологию, касающуюся обозначения всего многообразия проявления рабочей активности мышц. В первую очередь это относится к видам механической работы и соответствующим им режимам напряжения мышц. Приведенная на рис. 26 схема не претендует на исчерпывающую классификацию всех форм проявления рабочей активности мышц. Она лишь наглядно отражает принятую для удобства изложения и действующую, по крайней мере в пределах этой книги, систематизацию понятий. Хотя следует заметить, что принцип, положенный в ее основу, может быть использован для разработки более строгой и представительной классификации.

Итак, при оценке внешнего проявления активности мышц целесообразно исходить в основном из механического критерия и различать четыре основных вида их работы: преодолеваемую,уступающую, удерживающую и комбинированную. В отдельных случаях, там, где речь идет о перемещении тела (его звеньев, внешнего объекта) или сохранении позы с проявлением силы, равной весу тела (его звеньев, внешнего объекта) или внешнему воздействию, можно говорить соответственно о динамической или статической работе мышц. Правда, в последнем случае работы в физическом смысле нет, так как нет движения. Поэтому при количественной оценке статической работы мышц следует исходить из физиологического понимания работы и пользоваться не произведением силы на путь, а произведением силы на время ее действия.

Напряжение мышц следует рассматривать в качестве физиологического критерия и различать три основных режима: изотонический – когда при изменении длины мышц развиваемое ими напряжение остается постоянным, изометрический – когда напряжение развивается при неизменяющейся длине мышц, ауксотонический – когда с изменением длины мышц изменяется и их напряжение. Однако эти режимы не исчерпывают всего разнообразия напряжений при рабочей активности мышц и не отражают таких существенных для движений спортсмена ее особенностей, как скорость и величина напряжения, зависимость напряжения от внешних взаимодействий двигательного аппарата и т.д. Поэтому, учитывая разнообразие условий спортивной деятельности, необходимо различать специфический характер проявления напряжения мышц, выражающийся, в частности, в различных значениях быстроты развития напряжения, его величины, длительности и повторности, а также в состоянии мышц, предшествующем рабочему напряжению. Во всем многообразии спортивных движений можно условно выделить восемь типов характера проявления рабочего напряжения мышц (см. рис. 26). Именно этот критерий будет решающим в дальнейшем обсуждении проблемы специальной силовой подготовки в спорте.

Тонический тип напряжения мышц характеризуется значительным и относительно длительным напряжением, быстрота развития которого, однако, не имеет решающего значения. Такой тип напряжения можно наблюдать, например, в спортивной борьбе, когда один из атлетов «дожимает» другого к ковру; на тяжелоатлетическом помосте, когда спортсмен удерживает штангу на груди или выжимает ее над головой; во многих гимнастических элементах. Во всех этих случаях мышцы работают на своем абсолютном силовом пределе, и в отдельных элементах единоборств состязание сводится именно к выявлению преимуществ в абсолютной силе противников. Однако тоническое напряжение может сопровождаться и значительно меньшей величиной усилия, скажем при необходимости сохранить позу (стрельба, гимнастика). В зависимости от вида спорта качественная характеристика силы, проявляемой при тоническом напряжении, определяется силовой выносливостью или абсолютной величиной силы мышц.

Фазный тип напряжения соответствует динамической работе мышц в упражнениях, где требуется проявление движущей силы той или иной величины. Для таких упражнений, как правило, типичен циклический характер движений; каждый цикл включает в себя смену напряжения и расслабления мышц в определенном ритме и с той или иной частотой повторения. Здесь не имеет столь существенного значения быстрота развития максимума двигательного усилия, зато играет большую роль силовая или скоростно-силовая выносливость. Причем в зависимости от характера спортивного упражнения решающее значение в работе мышц может иметь или величина напряжения (гребля), или темп повторения циклов (плавание, бег на коньках), или и то и другое (велосипедный спорт); возможно также преимущественное развитие способности к длительной фазной работе с умеренной величиной напряжения (бег и плавание на длинные дистанции).

При фазнотоническом типе напряжения динамическая работа мышц может сменяться удерживающей (и наоборот) при самых различных ритмических связках и темпе движений (гимнастика, спортивная борьба). Качественная характеристика силовой подготовленности спортсмена в таких случаях весьма сложная и многосторонняя. В рамках одного вида спорта или даже одного спортивного упражнения может требоваться как тонический, так и фазный тип напряжения мышц, а также, что очень важно отметить, быстрое переключение от одного типа напряжения к другому при высоком уровне усилия в каждом из них. Это можно видеть, например, при переходе гимнаста от динамического элемента к статическому («держать») или при проведении борцом быстрого атакующего приема в условиях сопротивления противника. Взрывному характеру усилия присущи следующие типы мышечного напряжения: взрывной изометрический, взрывной баллистический и взрывной реактивно-баллистический.

Взрывной изометрический тип мышечного напряжения присущ движениям, связанным с преодолением значительных сопротивлений (например, рывку и толчку штанги, некоторым элементам в гимнастике и борьбе, метанию тяжелых снарядов). Основная особенность этих движений заключена в необходимости быстро развить значительное по величине рабочее усилие, максимум которого достигается преимущественно к концу движения.

Взрывной баллистический тип мышечного напряжения характерен для движений, в которых предельное усилие приложено к относительно небольшому отягощению (например, для выталкивания ядра рукой, метания копья, некоторых элементов фигурного катания на коньках, удара в теннисе и т.п.). В этом случае движущая сила быстро достигает своего максимума в начале и середине рабочей амплитуды и затем начинает снижаться. Груз при этом движется по инерции, и сила тяги мышц, которая в конце рабочей амплитуды не превышает веса груза, уже не разгоняет его, а лишь поддерживает скорость. Типичные кинематические характеристики движения при баллистической работе мышц приведены на рис. 27. С увеличением отягощения этот тип мышечного напряжения переходит во взрывной изометрический.

Баллистическому движению, вернее его рабочей фазе, может предшествовать некоторое растягивание мышц. Взрывной peaктивно-баллистический параметрические тип мышечного напряжения имеет те же особенности, что и взрывной баллистический, за исключением режима работы мышц. Здесь четко обозначена фаза предварительного резкого растягивания мышц, после чего они сразу переходят к преодолевающей работе. Это можно увидеть, например, в некоторых метаниях с выраженным замахом, во всех видах отталкивания от опоры, в отдельных элементах спортивной борьбы, гимнастики, фигурного катания на коньках, при ударе по футбольному, волейбольному или теннисному мячу.

В скоростных движениях, где преимущественную роль играет быстрота перемещения рабочей системы звеньев или тела в целом, тип напряжения характеризуется быстрым однократным сокращением мышц (например, удар в боксе, укол в фехтовании) или многократным в определенном темпе (например, в спринтерском беге). В первом случае говорят о скоростном ациклическом типе напряжения, а во втором – о скоростном циклическом. Скоростной тип напряжения в целом присущ таким движениям, в которых усилие развивается против силы инерции рабочей системы звеньев и которые могут выполняться с незначительным дополнительным отягощением (рапира, ракет-ка и т.п.). Поэтому в них не требуется проявления предельного максимума силы мышц, но необходима быстрота развития на-пряжения. При скоростном циклическом типе напряжения требуется сохранение уровня рабочего эффекта в каждом цикле напряжений (в связи с их повторимостью) при высокоразвитой способности мышц к расслаблению после рабочего движения.