Эффективность эргогенных средств в спорте во многом определяется биомеханическими свойствами основных костных образований, которые следует учитывать при разработке специальных технологий. Так, костно-суставные элементы двигательного аппарата могут выдерживать значительные механические нагрузки на растяжение и сжатие, имеют значительную упругость.
Как известно, двигательный аппарат представляет собой систему костных рычагов, приводимых в движение мышцами. Различают рычаги трех родов.
Рычаг первого рода (рычаг равновесия) характеризуется тем, что точка опоры лежит между точкой приложения силы и точкой сопротивления. С этой точки зрения можно объяснить равновесие в положении всех выше лежащих звеньев по отношению к ниже лежащим.
Рычаг второго рода (рычаг силы) — точка сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения силы. В рычагах второго рода мышечные силы действуют на длинное плечо, а силы сопротивления — на короткое.
Рычаг третьего рода (рычаг скорости) — точка приложения силы лежит между точкой опоры и точкой сопротивления. Эта разновидность рычага наиболее часто применяется для объяснения движений человеческого тела. Она характеризуется тем, что одна сила — мышечной тяги — приложена вблизи осей вращения и имеет значительно меньшее плечо, чем противодействующая ей сила тяжести или сила какого-либо сопротивления.
Костные рычаги функционируют в двигательном аппарате в системном единстве с работающими мышцами. При этом функциональные возможности мышечной системы эффективнее всего проявляются в тех механизмах опорно-двигательного аппарата, которые наиболее рациональны с точки зрения работы костных рычагов. Следует различать два понятия: напряжение мышцы и работа мышцы.
• Изотоническое напряжение наблюдается в том случае, когда один конец мышцы (обычно место начала) зафиксирован, а другой (обычно место прикрепления) расслаблен настолько, насколько это позволяет ему действующая на растяжение мышцы сила естественной гравитации. Такая мышца, благодаря некоторому тонусу, находится в постоянной готовности к сокращению.
• Изометрическое напряжение наблюдается, когда оба конца мышцы зафиксированы, ее длина не изменяется, а величина натяжения мышцы и твердость повышаются, амплитуда движений в суставе не изменяется. В тренировочном процессе для наращивания мышечной массы используют изометрические упражнения.
• Ауксотоническое напряжение — длина мышцы изменяется, величина силы натяжения не равна внешнему сопротивлению, так называемый смешанный режим.
Мышечное движение можно разделить на три типа сокращения: концентрическое, статическое и эксцентрическое.
Концентрическое сокращение. Основной тип активизации мышцы — сокращение — является концентрическим.
Статическое (изометрическое) сокращение — мышцы могут активироваться, не изменяя своей длины. Когда это происходит, мышца производит силу, однако ее длина и угол сустава не изменяются.
Эксцентрическое сокращение — это способность мышц производить силу в процессе удлинения.
Проявление силы мышцы определяется многими факторами, среди которых наиболее значимые: механическая нагрузка на мышцу, строение и расположение мышцы в момент движения. Внешняя нагрузка, воздействующая на мышцу, возникает благодаря действию гравитации, силы инерции реактивных сил взаимодействия звеньев и ряда других сил. Характер строения и расположения волокон мышцы обычно оценивается их количеством, приходящимся на площадь сечения мышцы, через все волокна перпендикулярно их продольным осям. Расположение мышцы по отношению к центру вращения сопряженного с ней сустава в каждый конкретный момент движения определяет угол ее тяги относительно плеча костного рычага и степень ее растяжения, от чего зависит величина силы тяги мышцы. Сила тяги мышцы также зависит от быстроты ее продольной деформации.
Работа каждой мышцы характеризуется сочетанием особенностей изменения ее силы тяги и длины. В специальной литературе обычно выделяют два основных вида работы мышц — динамическую и статическую. Такая классификация среди специалистов сложилась достаточно давно и стала привычной. Однако следует заметить, что сегодня уже очевидно, что она не достаточно строга и не отражает физический смысл понятия работы. Во-первых, строго говоря, статической никакая работа быть не может. Всякая работа динамическая, поскольку предполагает приложение к тому или иному телу силы («дина» — сила) и в результате действия этой силы перемещение данного тела на некоторое расстояние. Статика же предусматривает неизменность положения изучаемого тела, отдельного звена или всего тела человека в том или ином пространстве.
При детальном анализе содержания применяемых терминов, обусловливающих определенный вид работы, можно использовать более точные названия, например, вместо понятия «статическая работа» — «физиологическая работа», вместо понятия «динамическая работа» — «механическая работа». Физиологическая работа измеряется длительностью (временем) изометрического напряжения мышцы и величиной удерживаемого при этом груза силы внешнего сопротивления. Динамическая работа должна измеряться, например, характером ауксотонического напряжения мышцы и величиной выполняемой ею механической работы — перемещением тела определенной массы на то или иное расстояние (Лапутин, 1999).
При физиологической работе, благодаря своему активному напряжению, мышца уравновешивает действие сил внешнего сопротивления. Напряжение мышцы поддерживается определенное время вследствие непрерывной ее нервной импульсации. Такая работа мышц необходима человеку, прежде всего, для поддержания вертикального положения тела. При сохранении различных других поз и положений тела человека вращающий момент силы его тяжести должен быть уравновешен с таким же по величине, но не обратным по знаку вращающим моментом силы тяги мышц. Специалисты различают три основных разновидности такой физиологической (статической) работы мышц: удерживающую, укрепляющую и фиксирующую. При удерживающей работе момент силы тяги мышцы в системе связанных с нею рычагов противодействует моменту силы тяжести определенной части тела. При укрепляющей работе мышцы вместе с другими соединениями (например, связками, сухожилиями) создают силы сопротивления внешним силам, воздействующим на разрыв той или иной биокинематической пары или цепи. При фиксирующей работе, благодаря напряжению мышц, фиксируются положения сопряженных с ними суставов в ответ на действие сил напряжения мышц-антагонистов.
Наиболее выгодные с точки зрения затрат энергии условия для физиологической работы наблюдаются при предварительно несколько растянутом состоянии работающих мышц. Система управления физиологической работой мышц базируется во многом на тонических и позных рефлексах, которые связаны с возбуждением проприорецепторов мышц и сухожилий.
Механическая (динамическая) работа мышц наблюдается только тог да, когда моменты активных мышечных сил и моменты внешних сил, действующих на ту или иную мышечно-суставную систему, не уравновешивают друг друга. Когда момент мышечной силы превосходит момент противодействующих сил, мышца сокращается. Такая разновидность механической работы называется преодолевающей работой. Благодаря преодолевающей работе мышца, как правило, перемещает сопряженные с ней системы звеньев тела, преодолевая силы гравитации или другие внешние по отношению к ней силы.
Когда мышца растягивается (удлиняется) под действием сил сопротивления (ее момент меньше момента противодействующих сил), а механическую работу производят внешние силы, деформируя мышцу и преодолевая напряжение на пути, равном ее удлинению, тогда такая разновидность механической работы называется уступающей работой. Если же внешние силы растягивают сокращающуюся мышцу, а им противостоят не только ее пассивные упруговязкие компоненты, но и активная сила ее сокращения, то сама мышца производит работу, которая является ее активной уступающей работой.
Мышца имеет вполне определенный предел скорости сокращения, превзойти который она никак не может. Вместе с тем специалисты давно заметили, что сопряженные с ней звенья тела довольно часто двигаются со скоростями, превосходящими возможную максимальную скорость сокращения звеньев, приводящих их в движение. Этот феномен объясняется благодаря еще одной разновидности механической работы мышц — баллистической работе, которая характерна для скоростных метаний, бросков, ударов, в момент которых концевые звенья верхних и нижних конечностей человека обычно перемещаются с высокой скоростью. Сам термин происходит от «балло» (греч.) — бросаю. При баллистической работе мышца вначале предварительно растягивается (например, при замахе для удара по мячу в волейболе), затем она из растянутого состояния сокращается, при этом момент ее силы за короткое время существенно возрастает, значительно превосходя момент сил сопротивления. После резкого сокращения мышца выключается из работы раньше финала движения. Звено тела человека, которому мышца сообщила ускорение, продолжает движение по инерции, наращивая скорость до тех пор, пока его не остановят внешние силы сопротивления.
Существует еще один вид работы, который не принято считать естественной работой мышц. Фактически, это искусственный способ работы, который применяется только в тренажерных устройствах — изокинетических тренажерах с целью преимущественно наращивания мышечной массы и силы. Основным элементом устройства изокинетических тренажеров являются так называемые кулачковые механизмы, позволяющие создавать в тренажерах полный объем вращательных движений при действии постоянных моментов суставных сил. В частности, одним из таких тренажерных систем является комплекс REV—9000.
Гравитационное поле оказывает существенное влияние на все виды и разновидности работы мышц. При физической работе действие сил гравитации уравновешивается изотоническим или изометрическим напряжением мышц. При наличии равенства моментов силы мышц и силы тяжести тело человека или его отдельное звено приходит в равновесие в соответствии с законом равновесия рычагов.
Когда человек изменяет позу или положение своего тела в пространстве, изменяются и плечи момента силы тяги мышц. При физиологической работе величина силы тяжести частей тела и удерживаемого человеком груза, а также расположение центров масс звеньев определяют степень необходимого изометрического напряжения мышц и интенсивность возбуждения соответствующих двигательных центров.
При изменении положения или позы тела изменяются и условия работы мышц, и плечо действия силы тяжести. Наибольших значений оно достигает при горизонтальном положении продольной оси тела. Если же продольная ось тела располагается вертикально, параллельно вектору гравитации мышц, тяжесть тела может проходить через опорный сустав нижней конечности. В таких условиях плечо и момент силы тяжести тела равны нулю, а сила тяжести уравновешивается реакцией опоры. При изменении момента силы тяжести для сохранения равновесия тела должен измениться и момент силы тяги мышц.
При движениях человека в горизонтальной плоскости сила тяжести его тела действует под прямым углом к направлению движения. Для такого движения она будет нейтральной — ни движущей, ни тормозящей, поэтому не будет оказывать непосредственного силового влияния на работу мышц.
Мышечная работа находится также под постоянным влиянием инерции тех масс звеньев тела, движение которых стимулируется определенными конкретными группами мышц. Из-за инерции покоя тела человека мышцам якобы трудно начинать движения. В то же время, когда одно звено тела, обладающее определенной массой, набрало скорость движения, им тяжело управлять. Но с другой стороны, движение звеньев тела человека по инерции будто бы экономит энергетические резервы мышц. Практика спорта показывает, что чем выше качество движений человека, тем он более эффективно использует инерцию масс звеньев своего тела. Хорошие спортсмены, как правило, способны управлять массой своего тела таким образом, чтобы максимально экономить энергию активных мышечных сокращений.
Скелетные мышцы, обеспечивающие решение человеком той или иной двигательной задачи, не работают изолировано друг от друга. Напротив, каждое движение обычно реализуется своеобразным согласованным, единым ансамблем сокращений многих мышц. Например, практически при организации любого двигательного акта одни мышцы находятся в состоянии опорного напряжения (обеспечивают устойчивость позы и положения основной массы звеньев), другие — в состоянии рабочего напряжения (обеспечивают непосредственное исполнение действия или решение финальной части двигательной задачи).
Опорные напряжения мышц обычно обеспечиваются за счет их изометрического сокращения в условиях физиологической (статической) работы. Рабочее напряжение они реализуют, как правило, путем выполнения механической (динамической) работы за счет ауксотонического режима сокращения. Примеров такого характера и опорного, и рабочего напряжения мышц в движениях человека достаточно много. Они наблюдаются практически во всех естественных локомоциях человека — в ходьбе, прыжках, беге, манипуляционных и многих других движениях. Обычно в опорном напряжении находятся антигравитационные мышцы туловища, в рабочем — мышцы верхних и нижних конечностей.
Сокращаясь, мышцы взаимодействуют между собой таким образом, чтобы обеспечить координацию движений частей тела человека при решении двигательной задачи. При этом ими используются активные сократительные элементы, управляемые нейромоторными комплексами, их пассивные упруговязкие элементы, реагирующие на гравитацию и гравитационные взаимодействия, а также скелетные элементы и достаточно твердые компоненты морфологической конструкции. Благодаря этому мышцы способны, с одной стороны, в нужный момент времени сообщать требуемые ускорения конкретным массам звеньев тела, а с другой, в необходимый момент времени тормозить или ограничивать движения этих частей тела.
Комментариев нет:
Отправить комментарий