Физиологические механизмы развития силы

В развитии мышечной силы имеют значение: 1) внутримышечные факторы, 2) особенности нервной регуляции и 3) психофизиологические механизмы.

Внутримышечные факторы развития силы включают в се­бя биохимические, морфологические и функциональные особенности мы­шечных волокон.

§ Физиологический поперечник, зависящий от числа мышечных воло­кон (он наибольший для мышц с перистым строением);

§ Состав (композиция) мышечных волокон, соотношение слабых и более возбудимых медленных мышечных волокон (окислительных, малоутомляемых) и более мощных высокопороговых быстрых мы­шечных волокон (гликолитических, утомляемых);

* Миофибриллярная гипертрофия мышцы - т.е. увеличение мышеч­ной массы, которая развивается при силовой тренировке в результате адаптационно-трофических влияний и характеризуется ростом тол­щины и более плотной упаковкой сократительных элементов мы­шечного волокна -миофибрилл. (При этом окружность плеча может достигать 80 см, а бедра - 95 см и более).

Нервная регуляция обеспечивает развитие силы за счет со­вершенствования деятельности отдельных мышечных волокон, двигатель­ных единиц (ДЕ) целой мышцы и межмышечной координации. Она вклю­чает в себя следующие факторы.

- Увеличение частоты нервных импульсов, поступающих в скелет­ные мышцы от мотонейронов спинного мозга и обеспечивающих пе­реход от слабых одиночных сокращений их волокон к мощным тетаническим;

- Активация многих ДЕ - при увеличении числа вовлеченных в дви­гательный акт ДЕ повышается сила сокращения мышцы;

- Синхронизация активности ДЕ - одновременное сокращение воз­можно большего числа активных ДЕ резко увеличивает силу тяги мышцы;

- Межмышечная координация - сила мышцы зависит от деятельно­сти других мышечных групп: сила мышцы растет при одновремен­ном расслаблении ее антагониста, она уменьшается при одновре­менном сокращении других мышц и увеличивается при фиксации туловища или отдельных суставов мышцами-антагонистами. Напри­мер, при подъеме штанги возникает явление натуживания (выдох при закрытой голосовой щели), приводящее к фиксации мышцами туловища спортсмена и создающее прочную основу для преодоления поднимаемого веса.

Психофизиологические механизмы увеличения мы­шечной силы связаны с изменениями функционального состояния (бодрости, сонливости, утомления), влияниями мотиваций и эмоций, уси­ливающих симпатические и гормональные воздействия со стороны гипо­физа, надпочечников и половых желез, биоритмов.

Важную роль в развитии силы играют мужские половые гормоны (андрогены), которые обеспечивают рост синтеза сократительных белков в скелетных мышцах, Их у мужчин в 10 раз больше, чем у женщин. Этим объясняется больший тренировочный эффект развития силы у спортсменов по сравнению со спортсменками, даже при абсолютно одинаковых трени­ровочных нагрузках.

Открытие эффекта андрогенов привело к попыткам ряда тренеров и спортсменов использовать для развития силы аналоги половых гормонов -анаболические стероиды. Однако вскоре обнаружились пагубные послед­ствия их приема. В результате действия анаболиков у спортсменов-мужчин подавляется функция собственных половых желез (вплоть до полной импо­тенции и бесплодия), а у женщин-спортсменок происходит изменение вто­ричных половых признаков по мужскому типу (огрубение голоса, измене­ние характера оволосения) и нарушается специфический биологический цикл женского организма (возникают отклонения в длительности и регу­лярности месячного цикла, вплоть до полного его прекращения и подавле­ния детородной функции). Особенно тяжелые последствия наблюдаются у спортсменов-подростков. В результате подобные препараты были отнесе­ны к числу запрещенных допингов.

Попытки заставить мышцу развивать мощные тетанические сокращения с помощью электростимуляции также не привели к успеху. Эффект воздей­ствия прекращался через 1-2 недели, а искусственно вызванная способ­ность развивать сильные сокращения не могла полноценно использоваться, так как не включалась в необходимые двигательные навыки.

9.1.3. Функциональные резервы силы.

У каждого человека имеются определенные резервы мышечной силы, которые могут быть включены лишь при экстремальных ситуациях (чрезвычайная опасность для жизни, чрезмерное психоэмоциональное на­пряжение и т.п.).

В условиях электрического раздражения мышцы или под гипнозом можно выявить максимальную мышечную силу, которая окажется больше той силы, которую человек проявляет при предельном произвольном усилии - так называемой максимальной произвольной силы. Разница между максимальной мышечной силой и максимальной произвольной силой называется дефицитом мышечной силы. Эта величина уменьшается в ходе силовой тренировки, так как происходит перестройка морфофункциональных возможностей мышечных волокон и механизмов их произвольной регуляции.

У систематически тренирующихся спортсменов наряду с экономизаци-ей функций происходит относительное увеличение общих и специальных физиологических резервов. При этом первые реализуются через общие для различных упражнений проявления физических качеств, а вторые - в виде специальных для каждого вида спорта навыков и особенностей силы, быстроты и выносливости (Мозжухин А.С., 1979).

К числу общих функциональных резервов мышечной силы отнесены следующие факторы.

- Включение дополнительных ДЕ в мышце;

- Синхронизация возбуждения ДЕ в мышце;

- Своевременное торможение мышц-антагонистов;

- Координация (синхронизация) сокращений мышц-антагонистов; » Повышение энергетических ресурсов мышечных волокон;

- Переход от одиночных сокращений мышечных волокон к тетаниче-ским:

- Усиление сокращения после оптимального растяжения мышцы;

- Адаптивная перестройка структуры и биохимии мышечных волокон (рабочая гипертрофия, изменение соотношения объемов медленных и быстрых волокон и др.).

9.2. Формы проявления, механизмы и резервы развития быстроты.

Значительная часть спортивных упражнений не только требует макси­мально возможного развития скорости движений, но и происходит в условиях дефицита времени. Достижение успеха в подобных упражнениях воз­можно лишь при хорошем развитии физического качества быстроты.

9.2.1. Формы проявления быстроты.

Быстрота - это способность совершать движения в минималь­ный для данных условий отрезок времени. Различают комплексные и элементарные формы проявления быстроты.

В естественных условиях спортивной деятельности быстрота проявля­ется обычно в комплексных формах, включающих скорость дви­гательных действий и кратковременность умственных операций, и в соче­тании с другими качествами.

К элементарным формам проявления быстроты относятся следующие.

- Общая скорость однократных движений (или время одиночных действий) - например, прыжков, метаний.

- Время двигательной реакции - латентный (скрытый) период про­стой (без выбора) и сложной (с выбором) сенсомоторной реакции, реакции на движущийся объект (имеющее особенное значение в си­туационных упражнениях и спринте).

- Максимальный темп движений, характерный, например, для спринтерского бега.

Оценка времени двигательной реакции (ВДР) производится от мо­мента подачи сигнала до ответного действия. Она является одним из наи­более распространенных показателей при тестировании быстроты. Это время чрезвычайно мало для передачи возбуждения от рецепторов в нерв­ные центры и от них к мышцам. В основном оно затрачивается на проведе­ние и обработку информации в высших отделах мозга и поэтому служит показателем функционального состояния центральной нервной системы.

У нетренированных лиц величина ВДР при движении пальцем в ответ на световой сигнал укорачивается с возрастом от 500 - 800 мс у детей 2 -3-х лет до 190 мс у взрослых людей. Для спортсменов характерны более короткие величины этой реакции: в среднем, 120 мс у спортсменов и 140 мс - у спортсменок. У высококвалифицированных представителей ситуа­ционных видов спорта и бегунов на короткие дистанции эти величины еще меньше - порядка 110 мс, в отличие от бегунов-стайеров, показывающих 200 - 300 мс и более.

При выполнении специализированных упражнений ВДР у высококва­лифицированных спортсменов также очень невелико. Так, стартовое время (от выстрела стартового пистолета до ухода со старта) у бегунов-спринтеров, участников Олимпийских игр и чемпионатов мира, составляет, в среднем, при беге на 50 - 60 м 139 мс у мужчин и 159 мс у женщин, при беге на 100 м, соответственно, 150-160 мс и 190 мс. Знаменитый спринтер Бен Джонсон мог уходить со старта через 99,7 мс.

По теоретическим расчетам ВДР, равное 80 - 90 мс, вообще составляет для человека предел его функциональных возможностей.

Факторами, влияющими на ВДР, являются врожденные особенности человека, его текущее функциональное состояние, мотивации и эмоции, спортивная специализация, уровень спортивного мастерства, количество воспринимаемой спортсменом информации.

Другим простым показателем быстроты является максимальный темп постукиваний пальцем за короткий интервал времени – 10 с, так назы­ваемый теппинг-тест. Взрослые лица производят 50 - 60 движений за 10 с, спортсмены ситуационных видов спорта и спринтеры - порядка 60 - 80 движений и более.

Особым проявлением быстроты является скорость специализирован­ных умственных операций: при решении тактических задач высококва­лифицированные спортсмены затрачивают всего 0,5 - 1,0 с, а время приня­тия решения составляет у них половину этого периода.

9.2.2. Физиологические механизмы развития быстроты.

В основе проявления качества быстроты лежат индивидуальные осо­бенности протекания физиологических процессов в нервной и мышечной системах. Быстрота зависит от следующих факторов.

- Лабильность - скорость протекания возбуждения в нервных и мы­шечных клетках.

- Подвижность нервных процессов - скорость смены в коре боль­ших полушарий возбуждения торможением и наоборот.

- Соотношение быстрых и медленных мышечных волокон в ске­летных мышцах.

Уровень лабильности и подвижности нервных процессов определяет скорость восприятия и переработки поступающей информации, а лабиль­ность мышц и преобладание быстрых двигательных единиц (ДЕ) - скорость мышечного компонента быстроты (сокращения и расслабления мышцы, максимальный темп движений).

В сложных ситуациях, требующих реакции с выбором, и при увеличе­нии поступающей информации большое значение имеет пропускная спо­собность мозга спортсмена - количество перерабатываемой информации за единицу времени. Величина ВДР прямо пропорционально нарастает с увеличением числа возможных альтернативных решений - до 8 альтерна­тив, а при большем их числе оно резко и непропорционально повышается.

При осуществлении реакции на движущийся объект (РДО) большое значение приобретают явления экстраполяции, позволяющие предвидеть возможные траектории перемещения соперников или спортивных снаря­дов, что ускоряет подготовку ответных действий спортсмена. Это особенно необходимо, например, в хоккее, теннисе, стрельбе по летящим тарелкам и т. п. Способствуют этому и поисковые движения глаз: быстрота действий спортсмена здесь связана со скоростными возможностями мышц глазо­двигательного аппарата, без которых невозможно эффективно осуществ­лять следящие движения.

9.2.3. Физиологические резервы развития быстроты.

В особых ситуациях (электрическое раздражение, гипноз, сильное эмо­циональное потрясение) у человека может неимоверно возрасти быстрота его реакций. Так, например, максимальный темп постукиваний достигает 15 в 1 с, хотя при произвольных движениях он не превышает 6 - 12 в 1 с. Это доказывает наличие физиологических резервов быстроты даже у не­тренированного человека.

В процессе спортивной тренировки рост быстроты обусловлен следую­щими механизмами.

- Увеличение лабильности нервных и мышечных клеток, ускоряю­щих проведение возбуждения по нервам и мышцам.

- Рост лабильности и подвижности нервных процессов увеличиваю­щих скорость переработки информации в мозгу.

- Сокращение времени проведения возбуждения через межнейронные и нервно-мышечные синапсы.

- Синхронизация активности ДЕ в отдельных мышцах и разных мы­шечных групп.

- Своевременное торможение мышц-антагонистов.

- Повышение скорости расслабления мышц.

Для каждого человека имеются свои пределы роста быстроты, контро­лируемые генетически. Скорость ее нарастания также является врожден­ным свойством. Кроме того, в спорте существует явление стабилизации скорости движений на некотором достигнутом уровне. Повысить этот предел произвольно обычно не удается, и в тренировке применяются спе­циальные средства: бег под горку, бег на тредбане с повышенной скоро­стью с использованием виса на ремнях, бег за мотоциклом, за лошадью, плавание с тянущей резиной и т. п. Этим путем достигается дополнитель­ное повышение лабильности нервных центров и работающих мышц.