Особенности проявления силы мышц человека в условиях спортивной деятельности

Еще не так давно, когда атлет не утруждал себя рассуждениями

о тех тонкостях, на которых строится тренировка сегодня, вопрос

о силе решался довольно просто: кто поднимет больший груз или покажет лучший результат на динамометре, тот и сильнее. Однако со временем опыт и научный эксперимент выявили факты, сви-детельствующие о примитивности подобной оценки силы. Это, в свою очередь, и вызвало необходимость специального рассмот-рения вопроса о силовой подготовке в спорте и уточнения поня-тия силы. Итак, что же понимается под силой?

Понятие «сила» прежде всего физическое. В механике оно вы-ражает меру взаимодействия тел, причину их движения. Поэтому в физическом смысле – как векторная величина – сила понима-ется в том случае, когда рассматривается количественная сторона взаимодействия человека, скажем, с опорой, снарядом или другим внешним объектом. Иными словами, в данном случае через силу оценивается результат движения, его рабочий эффект.

Если же речь идет об источнике движения, то, говоря о силе, имеют в виду способность человека производить работу, и эта способность выступает как причина перемещения тела или его от-дельных звеньев. В данном случае имеется в виду сила тяги мышц человека, т.е. явление физиологическое.

И, наконец, понятие «сила» используется как одна из каче-ственных характеристик произвольных движений человека, ре-шающих конкретную двигательную задачу. Здесь сила вместе

– 65 –

с такими критериями, как быстрота, выносливость, ловкость и т.п., выступает в качестве педагогического понятия, оцениваю-щего качественную сторону выполняемого движения.

Нескончаемое разнообразие движений человека и решаемых ими задач привело к необходимости количественной оценки си-лового компонента движений (средняя, максимальная сила, им-пульс силы, работа и ее мощность) и способности человека про-являть силу (абсолютная и относительная сила, момент силы тяги мышц относительно сустава), а также дифференцированной сравнительной оценки силового компонента движений (быстрая и взрывная сила, скоростно-силовое движение, силовая вынос-ливость и т.п.), отражающей качественную специфику движений и определяющей выбор соответствующих средств и методов сило-вой подготовки.

Таким образом, сила мышц – понятие конкретное, и проявля-ется она в конкретных условиях и целенаправлено. Однако усло-вия проявления силы мышц в спортивной деятельности чрезвы-чайно разнообразны. Поэтому прежде чем говорить о средствах и методах специальной силовой подготовки, следует рассмотреть основные особенности проявления силы мышц при спортивных движениях.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ МЫШЦ

Изучению особенностей работы мышц при различных услови-ях их деятельности посвящено большое число эксперименталь-ных работ. Исходя из задач, которые ставили перед собой экспе-риментаторы, эти работы можно разделить на две группы. Одни посвящались определению условий и режимов, обеспечивающих наибольший рабочий эффект силы мышц, другие – поиску режи-мов, 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 прео-долевающем режиме, другие, – что бóльшие величины силы соот-ветствуют изометрическому напряжению (см. обзор Ю.В. Верхо-шанский, 1970, 1972). Вместе с тем внимательный анализ условий экспериментов создает впечатление, что подобные противоречия связаны с неправомерно обобщенными выводами из частных

– 66 –

фактов, полученных в различной лабораторной и естественной обстановке, на разных группах мышц испытуемых различной под-готовленности, 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 под-нять. Однако картина эта менялась с уменьшением груза и уве-личением 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 движе-ний вносят существенные различия в характеристики проявлен-ной 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 дис-куссия о превосходстве динамического или изометрического ре-жимов вряд ли уместна из-за несопоставимости биомеханических условий проявления силы. Если возникает необходимость срав-нивать 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 преиму-ществ уступающего и преодолевающего режимов работы мышц. Было показано (A. Bethe, 1929), что сила, которую мышцы разви-вают при максимальном сокращении (активная сила), как прави-ло, значительно меньше силы сопротивления, которое сокращен-ная 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 следую-щим 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

– 67 –

в коленном суставе около 120º, составили 465 кг в изометриче-ском режиме, 401 кг – в преодолевающем. При сочетании режи-мов наибольшие усилия зарегистрированы в медленном усту-пающем режиме (в условиях равномерного принудительного сгибания ног с помощью электродвигателя) после предварительно-го максимального напряжения в изометрическом режиме – 504 кг и в уступающем режиме после преодолевающего – 453 кг.

Большое значение в повышении рабочего эффекта уступаю-щей 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 использу-ется рефлекторное напряжение мышц, возникающее по ходу вы-полнения ими уступающей работы (Ю.З. Захарьянц, 1962).

Преимущество уступающего режима заключается в том, что энергетическая стоимость работы при опускании груза (пассив-ная работа) для организма значительно меньше, чем при подни-мании 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 экспери-ментальное подтверждение и позднее. Оказалось, что если при со-кращении 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 рас-смотренные выше преимущества уступающей работы проявля-ются только при медленных движениях с большим отягощением. Поэтому не резонно связывать с этими преимуществами возмож-ность приобретения способности к быстрым и мощным движени-ям при преодолевающей работе.

Итак, даже столь краткий обзор фактов говорит о существен-ных механических и физиологических различиях в формах мы-шечной деятельности. Поэтому поиски абсолютного, универ-сального режима работы мышц для развития их силы так же бесполезны, как и рассуждения о преимуществах того или другого

– 68 –

режима без учета конкретных условий спортивной деятельности

и соответствующего этим условиям специфического характера напряжения мышц.

Прежде чем перейти к следующему разделу, следует уточ-нить терминологию, касающуюся обозначения всего многооб-разия 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 про-явления рабочей активности мышц. Она лишь наглядно отражает принятую для удобства изложения и действующую, по крайней мере в пределах этой книги, систематизацию понятий. Хотя сле-дует 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: преодолевающую, уступающую, удерживающую и комбинированную. В отдельных случаях, там, где речь идет о перемещении тела (его звеньев, внеш-него объекта) или сохранении позы с проявлением силы, равной весу тела (его звеньев, внешнего объекта) или внешнему воз-действию, можно говорить соответственно о динамической или статической работе мышц. Правда, в последнем случае работы в физическом смысле нет, так как нет движения. Поэтому при ко-личественной оценке статической работы мышц следует исходить из физиологического понимания работы и пользоваться не про-изведением силы на путь, а произведением силы на время ее дей-ствия.

Напряжение мышц следует рассматривать в качестве физио-логического критерия и различать три основных режима: изото-нический – когда при изменении длины мышц развиваемое ими напряжение остается постоянным, изометрический – когда на-пряжение развивается при неизменяющейся длине мышц, ауксо-тонический – когда с изменением длины мышц изменяется и их напряжение. Однако эти режимы не исчерпывают всего разно-образия 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. Поэто-

– 69 –

му, учитывая разнообразие условий спортивной деятельности, необходимо различать специфический характер проявления на-пряжения мышц, выражающийся, в частности, в различных значе-ниях быстроты развития напряжения, его величины, длительности

и повторности, а также в состоянии мышц, предшествующем ра-бочему напряжению. Во всем многообразии спортивных движе-ний можно условно выделить восемь типов характера проявления рабочего напряжения мышц (см. рис. 26). Именно этот критерий будет решающим в дальнейшем обсуждении проблемы специаль-ной силовой подготовки в спорте.

Тонический тип напряжения мышц характеризуется зна-чительным и относительно длительным напряжением, быстрота развития которого, однако, не имеет решающего значения. Такой тип напряжения можно наблюдать, например, в спортивной борь-бе, когда один из атлетов «дожимает» другого к ковру; на тяжело-

Рабочая активность мышц

Вид работы мышц

преодолевающая

уступающая

удерживающая

комбинированная

Режим напряжения мышц

Изотонический

Изометрический

Ауксотонический

Характер проявления напряжения мышц

скоростнойциклический

скоростнойациклический

взрывнойреактивно-баллистический

взрывнойбаллистический

взрывнойизометрический

фазно-

тонический

фазный

тонический

Рис. 26. Классификация режимов работы мышц

– 70 –

атлетическом помосте, когда спортсмен удерживает штангу на груди или выжимает ее над головой; во многих гимнастических элементах. Во всех этих случаях мышцы работают на своем абсо-лютном силовом пределе, и в отдельных элементах единоборств состязание сводится именно к выявлению преимуществ в абсо-лютной силе противников. Однако тоническое напряжение может сопровождаться и значительно меньшей величиной усилия, ска-жем 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 ра-боте мышц в упражнениях, где требуется проявление движущей силы той или иной величины. Для таких упражнений, как пра-вило, типичен циклический характер движений; каждый цикл включает в себя смену напряжения и расслабления мышц в опре-деленном ритме и с той или иной частотой повторения. Здесь не имеет столь существенного значения быстрота развития макси-мума 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 раз-витие способности к длительной фазной работе с умеренной ве-личиной напряжения (бег и плавание на длинные дистанции).

При фазно-тоническом типе напряжения динамическая работа мышц может сменяться удерживающей (и наоборот) при самых различных ритмических связках и темпе движений (гимна-стика, 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 отме-тить, 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 против-ника.

– 71 –

Взрывному характеру усилия присущи следующие типы мы-шечного напряжения: взрывной изометрический, взрывной бал-листический 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 необходимо-сти быстро развить значительное по величине рабочее усилие, максимум которого достигается преимущественно к концу дви-жения.

Рис. 27. Типичныепараметрические графики баллистиче-ского движения

Взрывной баллистический тип мышечного напряжения характерен для движений, в которых предельное усилие приложено к относительно небольшому отягощению (например, для выталки-вания ядра рукой, метания копья, неко-торых элементов фигурного катания на коньках, удара в теннисе и т.п.). В этом случае движущая сила быстро достига-ет своего максимума в начале и середи-не рабочей амплитуды и затем начина-ет снижаться. Груз при этом движется по инерции, и сила тяги мышц, которая

в конце рабочей амплитуды не превы-шает веса груза, уже не разгоняет его, а лишь поддерживает скорость. Типич-ные кинематические характеристики движения при баллистической работе мышц приведены на рис. 27. С увеличе-нием отягощения этот тип мышечного напряжения переходит во взрывной изо-метрический.

Баллистическому движению, вернее его рабочей фазе, может предшествовать некоторое растягивание мышц.

Взрывной peaктивно-баллистиче-ский тип мышечного напряжения име-ет те же особенности, что и взрывной баллистический, за исключением режи-

– 72 –

ма работы мышц. Здесь четко обозначена фаза предварительно-го резкого растягивания мышц, после чего они сразу переходят к преодолевающей работе. Это можно увидеть, например, в некото-рых метаниях с выраженным замахом, во всех видах отталкива-ния от опоры, в отдельных элементах спортивной борьбы, гимна-стики, фигурного катания на коньках, при ударе по футбольному, волейбольному или теннисному мячу.

В скоростных движениях, где преимущественную роль игра-ет 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 спринтер-ском беге). В первом случае говорят о скоростном ацикличе-ском типе напряжения, а во втором – о скоростном цикличе-ском.

Скоростной тип напряжения в целом присущ таким дви-жениям, в которых усилие развивается против силы инерции рабочей системы звеньев и которые могут выполняться с не-значительным 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 тре-буется сохранение уровня рабочего эффекта в каждом цикле напряжений (в связи с их повторимостью) при высокоразви-той способности мышц к расслаблению после рабочего движе-ния.

В спорте много движений, внешне схожих в своей простран-ственной структуре и осуществляемых в основном одними и теми же мышцами. Например, удар боксера, толчок ядра, жим штанги лежа, атакующий удар в волейболе, удар ракеткой при подаче, метание копья и т.п. В некоторых из них даже опытный глаз не обнаружит существенной разницы в кинематических характери-стиках. В других движениях, наоборот, бросается в глаза разница

в скорости, амплитуде, направлении и начальных условиях вы-полнения, величине проявляемой силы. Более детальный анализ с помощью соответствующей инструментальной техники может обнаружить и такие нюансы, как различие в активности и составе работающих мышц, порядке и быстроте включения их в работу, объеме энергетических затрат, способе утилизации энергетиче-ских ресурсов и др.

– 73 –

Во всем многообразии спортивных упражнений можно выде-лить ряд групп, в которых они объединены по принципу преиму-щественной особенности в деятельности мышц. Такая попытка имеет явный практический смысл там, где речь идет о выборе ме-тодов тренировки, поскольку помогает выявить наиболее общие для ряда упражнений черты в работе мышц, а также специфиче-ский характер этой работы, выражающийся как в быстроте разви-тия напряжения, его величине, длительности и повторности, так и в состоянии мышц, предшествующем рабочему напряжению.