Биомеханические особенности тренировки силы отдельных мышечных групп

Биомеханика мышечного сокращения

В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков

Глава 1. Модели систем организма

1.1.5. Биомеханика мышечного сокращения

Сила — векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на материальную точку или тело со стороны других тел или полей (Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, 1974). Сила полностью задана, если указаны ее численное значение, направление и точка приложения.

В теории и методике физического воспитания рассматривают физическое качество силу как способность человека напряжением мышц преодолевать механические и биомеханические силы, препятствующие действию (Зациорский В. М., 1972; Л. П. Матвеев, 1991).

Мышцы могут проявлять силу: без изменения своей длины (изометрический режим), при уменьшении длины (изотонический режим), при удлинении (эксцентрический режим), при использовании специальной аппаратуры возможно соблюдение изокинетического режима (в ходе сокращения мышц соблюдается либо постоянная скорость, либо сила).

Силовое проявление мышцы зависит от:

— интенсивности активации мотнейронного пула спинного мозга данной мышцы;

— количества активированных двигательных единиц и мышечных волокон;

— количества миофибрилл в каждом мышечном волокне;

— скорости сокращения миофибрилл, которая зависти от активности миозиновой АТФ-азы и величины внешнего сопротивления;

— законов механики мышечного сокращения (сила — длина мышцы, сила — скорость сокращения);

— начального состояния исполнительного аппарата (утомленные мышечные волокна демонстрируют меньшую силу).

Спортсмен при желании сократить какую-либо мышцу активизирует соответствующий двигательный нейрон в коре головного мозга, который посылает импульсы в спинной мозг к мотонейронному пулу, обслуживающему данную мышцу. Поскольку в мотонейронном пуле размеры мотонейронов различаются, то при низкой частоте импульсации из ЦНС могут активироваться только низкопороговые мотонейроны. Каждый мотонейрон иннервирует свои мышечные волокна. Поэтому активация мотонейрона приводит к рекрутированию или возбуждению соответствующих мышечных волокон. Каждое активное мышечное волокно под влиянием электрических импульсов выпускает из СПР ионы кальция, которые снимают ингибитор с активных центров актина. Это обеспечивает образование актин-миозиновых мостиков и начало их поворота и мышечного сокращения. На поворот мостиков и отсоединение актина от миозина тратится энергия одной молекулы АТФ. Продолжительность работы мостика составляет 1 мс. Вероятность образования мостиков зависит от взаимного расположения между собой нитей актина и миозина, отсюда возникает зависимость сила — длина активной мышца, а также от скорости взаимного перемещения (скольжения) их одной по отношению к другой, соответственно, имеем зависимость «сила-скорость».

Зависимость «сила — длина активного мышечного волокна» определяется, как правило, относительным расположением между собой головок миозина и активных центров актина. Максимальное количество мостиков возникает при некоторой средней длине мышцы. Отклонение от этой длины в большую или меньшую сторону ведет к снижению силовых проявлений мышечного волокна (мышцы). Однако, в случае растяжения некоторых мышц, еще не в активном состоянии, могут возникать значительные силы сопротивления растяжению, например, в мышцах сгибателях голеностопного или лучезапястного сустава. Эти силы связаны с растяжением соединительных тканей, например, перемезиума. В биомеханике в таком случае говорят о параллельном упругом компоненте мышцы. Упругостью обладают сухожилия, зет-пластинки саркомеров и нити миозина, к которым прикреплены головки. Такую упругость называют последовательной упругой компонентой.

Наличие последовательной упругой компоненты в мышечных волокнах приводит к тому, что с ростом числа рекрутированных МВ увеличивается жесткость мышцы -коэффициент упругости (В. М. Зациорский с соав., 1981).

Растягивание активной мышцы приводит не только к накоплению энергии упругой деформации в последовательной упругой компоненте, но и к прекращению работы мостиков, а именно, они перестают отцепляться за счет энергии молекул АТФ. Разрыв мостиков происходит благодаря действию внешней — механической силы. В итоге отрицательная работа мышц выполняется с очень высоким коэффициентов полезного действия, с минимальными затратами АТФ, а значит и кислорода.

Источник

Биомеханическая концепция применения силовых упражнений в подготовке спортсменов

Рассматриваются два аспекта силовой тренировки: современная концепция увеличения силы мышц и принципы подбора силовых упражнений. Высказаны несколько предположений, требующие экспериментальной проверки: после силовой тренировки большого объема нецелесообразно проводить «заминку» аэробного характера в виде бега или быстрой ходьбы и также нецелесообразно принятие антиоксидантов. Снижение иммунитета у спортсменов под воздействием больших нагрузок силового характера предположительно связано с миогенным лейкоцитозом, возникающим в мышцах при их воспалении. Второй аспект применения силовых упражнений касается их подбора на основе адекватности соревновательному упражнению. Наряду с известными принципами: сопряженного воздействия, динамического соответствия, прогрессирующей биомеханической структуры движений и специфичности, предлагается учитывать стереотипность и состав соревновательных упражнений на основе принципа дифференцированного биомеханического соответствия.

Самсонова, А.В. Биомеханическая концепция применения силовых упражнений в подготовке спортсменов / А. В. Самсонова, Г. Н. Пономарев, Л. Л. Ципин, О. А. Богданов // Теория и практика физической культуры, 2018.- № 8.- С. 65-66.

Биомеханическая концепция применения силовых упражнений в подготовке спортсменов

Доктор педагогических наук, профессор А.В. Самсонова 1

Доктор педагогических наук, профессор Г.Н. Пономарев 2

Кандидат педагогических наук, профессор Л.Л. Ципин 1

Кандидат педагогических наук, доцент О.А. Богданов 2

1 Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург

2 Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург

Информация для связи с автором: g-ponomarev@inbox.ru

Аннотация

В статье рассматриваются два аспекта силовой тренировки: современная концепция увеличения силы скелетных мышц и принципы подбора силовых упражнений. Многочисленные исследования доказывают, что прирост силы мышц обусловлен их повреждением и возникающими в них воспалительными процессами. В связи с этим высказаны несколько предположений, требующие экспериментальной проверки: после силовой тренировки большого объема нецелесообразно проводить «заминку» аэробного характера в виде бега или быстрой ходьбы и также нецелесообразно принятие антиоксидантов. Снижение иммунитета у спортсменов под воздействием больших нагрузок силового характера предположительно связано с миогенным лейкоцитозом, возникающим в мышцах при их воспалении. Второй аспект применения силовых упражнений касается их подбора на основе адекватности соревновательному упражнению. Наряду с известными принципами: сопряженного воздействия, динамического соответствия, прогрессирующей биомеханической структуры движений и специфичности, предлагается учитывать стереотипность и состав соревновательных упражнений на основе принципа дифференцированного биомеханического соответствия. В зависимости от вида спорта он предполагает достижение соответствия сенсорных, кинематических и динамических структур соревновательного и специального упражнений или обеспечение идентичности мышечных групп, несущих основную нагрузку при их выполнении.

Ключевые слова

механизмы увеличения силы мышц, силовая тренировка, подбор упражнений.

Введение

Для достижения успехов в силовых и скоростно-силовых видах спорта необходимо обладать достаточным уровнем силовых качеств и высочайшей техникой выполнения упражнений. Тренеры и ученые находятся в постоянном поиске современных средств и методов силовой тренировки.

Цель исследования – характеристика современных взглядов на два аспекта силовой тренировки: механизмы, протекающие в скелетных мышцах при силовой тренировке, и методы подбора специальных силовых упражнений.

Результаты и их обсуждение

Имеется достаточно много переменных, определяющих результат силовой тренировки (величина отягощения, длительность паузы отдыха, особенность соревновательных упражнений и т. д). Один из аспектов применения силовых упражнений касается механизмов, протекающих в скелетных мышцах под влиянием больших отягощений (более 70% от максимума). Доказано, что использование больших отягощений во время выполнения силовых упражнений вызывает гипоксию мышечных волокон (МВ), что приводит к накоплению в них лактата и, как следствие, их повреждению [6]. Возобновление поступления кислорода к мышце после гипоксии и ее механическое напряжение также приводят к повреждению МВ [6, 9, 10]. Это вызывает высвобождение ионов кальция, которые активируют ферменты, расщепляющие белки.

Доказано, что однократная силовая тренировка может привести к повреждению более 80% МВ [10]. Повреждение сарколеммы МВ вызывает деление клеток-сателлитов [5], увеличение количества ядер, что повышает синтез белка в мышечных волокнах. Повреждение сарколеммы МВ также приводит к проникновению в мышцу лейкоцитов, что вызывает ее воспаление [6] и появление запаздывающих болезненных ощущений, которые достигают максимума через 24-72 часа после силовой тренировки. В этот период нежелательно подвергать скелетную мышцу повышенной силовой нагрузке, поскольку в ней протекают воспалительные процессы. В период восстановления в МВ увеличивается синтез белка, что приводит к увеличению силы и гипертрофии скелетных мышц. Таким образом, чем больше повреждаются мышечные волокна, тем больший эффект дает силовая тренировка, тем больше возрастают сила и объем скелетных мышц.

В связи с описанной концепцией, можно высказать несколько предположений, требующих экспериментальной проверки. После силовой тренировки большого объема, во-первых, нецелесообразно проводить «заминку» (аэробную работу в виде бега или быстрой ходьбы), так как это ускоряет удаление молочной кислоты из МВ и может уменьшить их повреждение; во-вторых, нецелесообразно принятие антиоксидантов, так как это тормозит повреждение МВ. В-третьих, снижение иммунитета у спортсменов под воздействием больших нагрузок силового характера может быть связано с миграцией лейкоцитов (миогенным лейкоцитозом) в скелетные мышцы.

Другой аспект применения специальных силовых упражнений касается их подбора. К настоящему времени утвердились несколько принципов, на основе которых осуществляется подбор таких упражнений. Наибольшее распространение получили принципы сопряженного воздействия В.М. Дьячкова [3] и динамического соответствия Ю.В. Верхошанского [2]. И.М. Козловым предложен принцип прогрессирующей биомеханической структуры движений [4]. Зарубежными специалистами рассматривается принцип специфичности [11, 12]. Общим у всех перечисленных принципов является условие соответствия соревновательного и специальных упражнений по различным показателям и развитие при выполнении специальных упражнениях усилий, бóльших или равных по сравнению с соревновательным упражнением.

Вместе с тем, существующие принципы оставляют без внимания фундаментальные различия отдельных видов спорта, связанные, в первую очередь, с биомеханическими особенностями движений. Принимая во внимание классификацию спортивных упражнений [7] и представления основоположника российской биомеханики Н.А. Бернштейна об уровнях построения движений [1], можно констатировать, что принципы подбора специальных силовых упражнений должны также учитывать стереотипность и состав соревновательных упражнений. Именно от этих параметров зависит, к чему необходимо стремиться при сравнении соревновательного и специальных упражнений.

Исходя из этого, был предложен новый принцип, названный принципом дифференцированного биомеханического соответствия [8]. Он предполагает, что в видах спорта, основу которых составляют высоко стереотипные движения, должно быть обеспечено соответствие сенсорных структур соревновательного и специального упражнений; в видах спорта, основу которых составляют менее стереотипные движения – соответствие кинематических и динамических структур; в видах спорта, основу которых составляют ситуационные нестандартные движения – идентичность мышечных групп, несущих основную нагрузку при выполнении соревновательного и специальных упражнений.

Заключение

Современные взгляды на применение силовых упражнений в подготовке спортсменов позволяют говорить о перспективности построения методики тренировки, во-первых, на основе знаний о процессах, протекающих в скелетных мышцах во время и после силовой нагрузки и, во-вторых, с учетом фундаментальных различий видов спорта при подборе упражнений.

Данное исследование проведено в рамках реализации государственного задания ФГБОУ ВО «НГУ им. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург» на выполнение научно-исследовательской работы «Повышение эффективности применения упражнений специальной силовой направленности в подготовке квалифицированных спортсменов циклических видов спорта и спортивных единоборств на основе биомеханического анализа стереотипности и состава двигательных действий соревновательного упражнения» (Приказ Минспорта России от 25 декабря 2015 года № 1247).

Литература

1. Бернштейн Н.А. Физиология движений и активность / Н.А. Бернштейн; под. ред. акад. О.Г. Газенко. – М.: Наука, 1990. – 495 с.
2. Верхошанский Ю.В. Основы специальной силовой подготовки в спорте / Ю.В. Верхошанский. – 3-е изд. – М.: Советский спорт, 2013. – 216 с.
3. Дьячков В.М. Физическая подготовка спортсмена / В.М. Дьячков. – М.: Физкультура и спорт, 1967. – 140 с.
4. Козлов И.М. Прогрессирующая структура движений как принцип совершенствования спортивного мастерства / И.М. Козлов // Принципиальные вопросы кинезиологии спорта. – Малаховка, 1991. – С. 90-91.
5. Мак-Комас А. Дж. Скелетные мышцы. Строение и функции / А. Дж. Мак-Комас. – Киев: Олимпийская литература, 2001. – 407 с.
6. Морозов В.И. Морфологические и биохимические аспекты повреждения и регенерации скелетных мышц при физических нагрузках и гиподинамии / В.И. Морозов, Г.А. Сакута, М.И. Калинский // Морфология. – 2006. – Т. 129. – № 3. – С. 88-96.
7. Фарфель В.С. Управление движениями в спорте / В.С. Фарфель. – 2-е изд. стереотип. – М.: Советский спорт. – 2011. – 202 с.
8. Ципин Л.Л. Теоретические аспекты оптимизации упражнений специальной силовой направленности в подготовке квалифицированных спортсменов / Л.Л. Ципин // Глобальный научный потенциал. – 2017. – № 1 (70). – С. 17-20.
9. Friedén J. Adaptive response in human skeletal muscle subjected to prolonged Eccentric training / J. Friedén, J. Seger, M. Sjöström, B. Ekblom // International Journal Sports Medicine. – 1983. – Vol. 4. – P. 177-183.
10. Gibala M.J. Changes in human skeletal muscle ultrastructure and force production after acute resistance exercise / M.J. Gibala, J.D. MacDougall, M.A. Tarnopolsky, W.T. Stauber, A. Elorriaga // Jour-nal of Applied Physiology. – 1995. – Vol. 78. – P. 702-708.
11. Monu J.M. Sport-specific training for a competitive freestyle sprint swimmer / J.M. Monu // Strength and Conditioning Journal. – 2013. – Vol. 35, No. 5. – P. 48-55.
12. Stone M. Training principles: Evaluation of modes and methods of resistance training – A coaching perspective / M. Stone, S. Plisk, D. Collins // Sports Biomechanics. – 2002. – Vol. 1, No. 1. – P. 79-103.

Samsonova A.V., Ponomarev G.N., Tsipin L.L., Bogdanov O.A.

Strength Training Biomechanics Concept for Athletic Training Systems // Theory and Practice of Physical Culture. 2018. № 8. P. 21.

The study considers the following two aspects of strength trainings: skeletal muscle strength building concept; and strength exercise combination concept. Many study reports have found that the muscle strength growth is associated with minor damages and inflammation processes. There are a few assumptions in this context needed to be checked by an experiment including: close-up aerobic trainings with fast walking or jogging are not recommended after intensive strength trainings; and anti-oxidizing agents are not recommended too. The immunity sags reported in athletes after high-intensity strength trainings may be due to the myogenic leukocytosis associated with the inflammation process in the muscles.

The second recommendation on how the strength building exercises should be combined implies that they should be close to the competitive routines. In addition to the common principles of synergized effects, dynamic matching, progressive movement biomechanics and specific effects — we believe that the exercises should be composed with competitive routine stereotypes and compositions being taken into account based on the differentiated biomechanics matching principle. Depending on the specific sport discipline, the latter principle implies the relevant sensor, kinematic and dynamic patterns of competitive routines and special training exercises being harmonized to secure the focus on the core muscle groups in the trainings.

Источник