Основы физиологии мышечного сокращения

Сила - это способность человека преодолевать внешнее сопротивле­ние, в частности инерционность звеньев тела, за счет мышечной ак­тивности. Мышцы человека состоят из мышечных волокон - клеток, в которых основными специфически­ми органеллами являются миофибриллы. Эти органеллы при возбуж­дении мышечного волокна начина­ют сокращаться с затратой энергии, заключенной в молекулах АТФ. Молекулы АТФ разрушаются и поя­вляются молекулы АДФ и свобод­ный фосфат (Ф). Внутри миофиб­рилл имеется также запас креатин-фосфата (КрФ), который при поя­влении АДФ и Ф отдает свою энер­гию для ресинтеза молекулы АТФ = АДФ+Ф+Энергия (от КрФ). При этом появляются свободные креа­тин (Кр) и фосфат (Ф), которые выходят в саркоплазму и начинают активировать анаэробный и аэроб­ный гликолиз, а также липолиз. За­метим, что суммарная мощность I анаэробного, аэробного гликолиза и липолиза не превышает 50% мощ­ности, которую могут демонстриро­вать мышцы при ресинтезе АТФ из запасов КрФ.

При выполнении силового уп­ражнения человек посылает из дви­гательной зоны коры головного мозга импульсы по аксонам (наибо­лее длинным веточкам нейронов го­ловного мозга) в спинной мозг. В спинном мозге есть скопления дру­гих двигательных нейронов (мото­нейронный пул). Каждое такое скопление нейронов связано свои­ми аксонами, объединенными в нерв, с определенными мышцами. Каждый нейрон связан аксоном с группой мышечных волокон. При­чем, как правило, малого размера нейроны связаны с небольшим ко­личеством мышечных волокон дан­ной мышцы (десятки или сотни), а самые крупные нейроны с тысяча­ми мышечных волокон в той же мышце. Один мотонейрон спинного мозга и связанные с ним мышечные волокна получили название двига­тельная единица. Двигательная единица (ДЕ) - основной элемент управления мышцей. Такое строе­ние нервно-мышечного аппарата порождает физиологический закон - рекрутирования (задействова­ния) двигательных единиц и соот­ветственно мышечных волокон. За­кон рекрутирования двигательных единиц (мышечных волокон) игра­ет ведущую роль в управлении ак­тивностью мышцы. Различают низ­копороговые и высокопороговые двигательные единицы. Низкопоро­говые ДЕ имеют малого размера мотонейроны и окислительные (медленные) мышечные волокна, высокопороговые ДЕ - большие мо­тонейроны и гликолитические (бы­стрые) мышечные волокна.

Таким образом, из коры голов­ного мозга идут по аксону импуль­сы в мотонейронный пул. От коли­чества поступающих в единицу времени импульсов становятся ак­тивными определенная часть мото­нейронов - ДЕ. Например, при низ­кой частоте импульсации активны­ми становятся нейроны малого раз­мера, а при увеличении частоты импульсации становятся активны­ми все более крупные мотонейро­ны. Известно, что при психическом напряжении около 80% от макси­мума активными становятся все мотонейроны, а следовательно, и все мышечные волокна данной мышцы.

Предположим, что атлет выпол­няет разгибание ног в коленных сус­тавах на тренажере. Сопротивление установлено такое, что атлет его пре­одолеть не может. В этом случае кон­цы мышцы остаются неподвижны­ми, но внутри мышцы идут биохими­ческие процессы. Молекулы АТФ от­дают свою энергию на создание на­пряжения в мышце, и если измерять степень натяжения сухожилий мышц, можно измерить силу тяга мышцы. Такой режим функциони­рования мышцы называется изомет­рическим - активность мышцы без изменения ее начальной длины. За­метим, что в этом случае мышца ме­ханической работы не совершает, так как работа А = сила * путь, а путь равен в данном случае нулю.

Однако мышца тратит химиче­скую энергию, которая преобразу­ется в микродвижения внутри мио­фибрилл и тепло. Примерно 50% химической энергии преобразуется в тепло.

Если позволить мышце сокра­щаться с постоянной скоростью, то такой режим функционирования бу­дет называться - изокинетическим. Это название не точное, поскольку понятие "кинетика" относится к си­ловым проявлениям, а для случая постоянства скорости корректнее подошло бы понятие "изокинематический" режим. Для случая выпол­нения упражнения с постоянным напряжением в мышце применяют понятие "изотонический" режим функционирования мышцы.

В ходе выполнения обычных силовых упражнений скорость и си­ла сокращения мышц изменяются от нуля до некоторого максимума. причем режим сокращения мышц чередуется с уступающим (плиометричесим) режимом, когда ак­тивная мышца удлиняется под дей­ствием внешних сил и управляю­щих нервных команд из ЦНС. В це­лом такой смешанный режим функционирования мышц назвали ауксотоническим.

Выше были приведены опреде­ления режимов, на языке физиоло­гии в спортивной практике чаще используются понятия:

- "статические" упражнения(изометрический режим функцио­нирования мышц),

- "динамические" упражнения (ауксотонический режим функцио­нирования мышц),

- "статодинамические" уп­ражнения (динамическое упражне­ние без полного расслабления мышц или чередование статических и динамических режимов в одном упражнении),

- "уступающие" упражнения (только плиометрический режим функционирования мышц).