Современный взгляд на проблему морфобиомеханических состояний мышц в зависимости от их силовой д

Современный взгляд на проблему морфобиомеханических состояний мышц в зависимости от их силовой динамики

Доктор медицинских наук, профессор Р.Н. Дорохов  Доктор педагогических наук, профессор В.П. Губа  Смоленский государственный институт физической культуры, Смоленск 

Структуре, архитектонике и функции скелетных мышц посвящено множество работ физиологов, микро- и макроморфологов, биомехаников и педагогов. Каждый год появляются новые исследования, которые опровергают заключение Alan J. Me Comas [8]: "Изучение мышечной структуры практически завершено". Действительно, работы Хью Хакели при помощи электронной микроскопии исследования Эндрю Хакели с помощью интерференционной микроскопии раскрыли механизм сокращения толстой мышечной миофибриллы, положив начало теории скольжения нитей актина и миозина относительно друг друга [9, 10]. Была экспериментально построена модель сокращения саркомера, описана динамика изменения его длины. Показано, что сила зависит от количества задействованных актино-миозиновых мостиков, а следовательно, от сближения z-линий. 

Однако тренера интересовали не только микроструктурные внутримышечные преобразования, но и проявление силы в зависимости от возраста, распределения и характера мышечных образований. Раскрыты факторы, влияющие на проявление силы мышц (группы синергистов), скоростные качества и т.д. В работах В.В. Язвикова [7] представлены микробиохимические различия строения мышечных волокон у элитных спортсменов, демонстрирующих выдающиеся результаты на спринтерских и марафонских дистанциях. Показана зависимость между скоростью, укорочением, нагрузкой и мощностью мышц. 

Эти процессы сокращения поперечно-полосатых мышц начинаются еще в эмбриональном периоде и нарастают в фетальном. В послеродовом периоде сокращения мышц - один из главнейших факторов, стимулирующий рост и развитие органов и систем организма, - "правило скелетной мускулатуры", сформулированное И.А. Аршавским [1]. 

Рост мышц в длину, увеличение числа саркомеров стимулируется гормоном роста и ростом костей и имеет периоды интенсивного и замедленного роста [11]. Прирост мышечной массы не совпадает с периодом прироста их силы. Сила мышц достигает максимума через год-полтора, что подтверждает фактор волнообразности прироста силы [2]. В связи с этим представляет интерес изучение динамики силы мышц на всей амплитуде движения суставов биокинематических звеньев и пар с учетом варианта биологического развития и соматических особенностей на отрезках онтогенеза: пуэрильном, препубертатном, пубертатном, ювенильном и матурантном. 

Материал и методы исследования. Анализируемый материал - фрагмент 13-летних лонгитудинальных исследований детей г. Смоленска (с 7 до 20 лет). Обследования велись с использованием метрического метода соматодиагностики и оценки биологического варианта развития: дети общеобразовательных школ, ДЮСШОР по методу Р.Н. Дорохова, В.Г. Петрухина [5]. Дополнительно проводилась тензодинамография 13 групп мышц. Сила мышц измерялась через 10° в крупных суставах и через 5° - в мелких. Использовалась ступенчатая динамография, разработанная Р.Н. Дороховьм, Ю.Д. Кузьменко [4]. При соматодиагностике выделялось пять основных соматических типов по непрерывной линии варьирования от нано- до мегалосомии. Весь цифровой материал обрабатывался с использованием разработанных компьютерных программ "Прогноз" и "Сила" [6]. 

Таблица 1. Динамика силы мышц, ВР "В" лиц мужского пола 15 лет

Сгибание бедра 

Угол, ° 

330 

340 

350 

0 

10 

20 

30 

40 

50 

60 

70 

80 

90 

100 

М, кг 

71,3 

72,7 

63,8 

52,7 

47,6 

44,3 

36,5 

32,4 

27,8 

24,2 

22,1 

17,7 

14,1 

4,3 

КВ, % 

18,8 

27,0 

17,7 

21,3 

17,6 

13,8 

13,0 

19,0 

25,5 

27,1 

22,7 

24,7 

37,8 

39,5 

% max 

98 

100 

87 

72,5 

63,8 

60,7 

50,3 

44,5 

38,2 

33,2 

30,2 

24,3 

20,2 

5,3 

Разгибание бедра 

М, кг 

13,5 

22,3 

28,3 

35,0 

43,7 

45,9 

56,9 

63,4 

68,7 

83,2 

84,8 

88,3 

96,3 

71,2 

КВ, % 

33,8 

39,0 

23,3 

13,1 

12,5 

11,8 

15,0 

16,0 

15 

17 

18 

20 

15 

18 

% max 

13,5 

23 

29 

36,4 

44,7 

47,8 

58,4 

65,6 

70,8 

86,4 

87,3 

91,0 

10,0 

73,9 

Отношение силы сгибателей к силе разгибателей бедра, % 

% 

327 

225 

148 

107 

96,5 

64,2 

50,7 

39,7 

28,9 

26,1 

19,3 

14,5 

16,0 

5,6 

Сгибание голеностопного сустава 

Угол, ° 

0 

10 

20 

30 

40 

50 

60 

70 

80 

90 

100 

110 

120 

130 

М, кг 

30,2 

29,5 

27,0 

24,1 

21,7 

19,1 

16,1 

14,2 

11,1 

7,8 

4,2 

3,3 

- 

- 

КВ, % 

27 

19 

20 

17 

14 

18 

22 

16 

23 

37 

60 

54 

- 

- 

% max 

100 

96 

90 

80 

70 

70 

63 

53 

46 

36 

26 

14 

- 

- 

Разгибание голеностопного сустава 

М, кг 

22,9 

30,7 

34,3 

36,1 

41,7 

46,2 

50,9 

47,8 

44,7 

42,0 

39,8 

37,2 

40,1 

- 

КВ, % 

44 

36 

22 

28 

19 

23 

20 

24 

22 

20 

27 

19 

20 

- 

% max 

78 

74 

58 

70 

80 

90 

100 

92 

86 

85 

82 

72 

78 

- 

Отношение силы сгибателей к силе разгибателей голени, % 

% 

136 

96 

79 

66 

51 

45 

38 

37 

31 

26 

33 

10 

- 

- 



Сгибание позвоночника 

Угол, ° 

0 

10 

20 

30 

40 

50 

60 

70 

80 

90 

100 

М, кг 

16 

21 

37 

45 

50 

50 

48 

40 

25 

15 

7 

КВ, % 

25 

29 

24 

25 

18 

14 

24 

31 

35 

27 

24 

% max 

32 

42 

74 

80 

100 

100 

96 

80 

50 

30 

14 

Разгибание позвоночника 

М, кг 

9 

30 

47 

61 

63 

66 

68 

82 

93 

107 

74 

КВ, % 

32 

27 

29 

31 

25 

21 

20 

27 

27 

35 

17 

% max 

8 

28 

43 

57 

58 

61 

63 

76 

86 

100 

69 

Отношение силы сгибателей к силе разгибателей позвоночника, % 

% 

177 

70 

78 

73 

79 

75 

70 

48 

26 

14 

9 

Результаты и их обсуждение. "Морфобиомеханическое состояние мышц" - расширенное понятие, включающее не только растяжение группы мышц при изменении суставного угла между кинематическими звеньями, но и изменение угла приложения силы этих мышц к передвигаемому звену. Несомненно, учитывается изменение состояния периферических рецепторов, т.е. датчиков длины мышцы - нервно-мышечных веретен. В спортивных движениях основной управляющей системой является не простой рефлекс на растяжение, замыкающийся через спинной мозг, а более сложная следящая система - система управления. 

Измерение силы мышц на всей амплитуде движения (сустава) при изометрическом напряжении для чистоты педагогического эксперимента выполнялось со строгим соблюдением определенных правил: 

1. Оптимальное время для измерения силы мышц исходя из исследований специалистов хрономедицины - 17-19 ч. 

2. Предварительная разминка с использованием стретчинговых и скоростно-силовых упражнений -- 5-7 мин. 

3. Измерения проводить через 5-7 мин после разминки. 

4. Положение испытуемого вертикальное, с фиксацией нерабочих суставов с помощью динамометрического стенда "Школьник". 

5. Плечо приложения силы к регистрирующей части динамометра должно быть постоянным (сообразуясь с длиной измеряемого звена). 

6. Угол между динамометром и осью измеряемого звена, к которому приложена сила, должен быть прямым! 

7. Условия при измерении силы должны быть комфортными. 

8. Измерения целесообразно проводить в виде соревнований. 

9. Все расчеты осуществлять с учетом соматического типа и варианта биологического развития. 

10. Исследователям силы мышц обязательно нужно указывать позу измеряемого, фиксацию звеньев тела и осевого скелета. "Свободное" измерение силы без соблюдения указанных правил приводит к получению несопоставимых и курьезных данных. "Свободное" измерение силы приводит к подключению добавочных мышц кинематической цепи и переносу массы тела (или звена) на динамометр. Отклонение тела (или звена) на 50 существенно меняет показатели силы. Точность проявленной силы при "рабочей позе" и скорости ее нарастания имеет принципиальное значение при анализе техники движения спортсменов различной подготовленности [3]. 

Измерения силы были выполнены с соблюдением всех рекомендаций. В эксперименте участвовали 948 детей и подростков. В качестве примера приведем результаты измерения силы у детей пубертатного возраста мезосоматического типа (0,53-0,545 усл. ед.) и обычного варианта биологического развития (табл.1). 

Таблица 2. Показатели изменчивости силы изучаемых суставов (кгс, %)

Показатели 

max 

F 

min 

F 

 

F 

max 

KB 

min 

KB 

 

KB 

max 



min 



 

V 

KB 

max 

F 

KB 

min 

F 

 

KB 

M 

измен 

F 

Сустав 

Сгибание в суставах 

Тазобедренный 

72,7 

4,3 

68,4 

40 

13 

27 

19,4 

1,6 

17,8 

27 

39 

12 

48 

Коленный 

30,2 

3,0 

27,2 

60 

14 

46 

8,1 

1,7 

6,4 

27 

60 

33 

2,2 

Голеностопный 

44 

5,0 

39 

32 

28 

4 

14 

1,4 

12,6 

32 

18 

14 

4,8 

Позвон.: поясн. отдел 

50 

7 

43 

35 

14 

21 

9,0 

1,7 

7,3 

14 

24 

10 

3,9 

Сустав 

Разгибание в суставах 

Тазобедренный 

96,3 

13,5 

49,8 

39 

11 

28 

14,4 

1,4 

13,0 

39 

11 

28 

5,7 

Коленный 

50,9 

22,9 

28 

20 

22 

-2 

10 

2,5 

7,5 

44 

19 

25 

15,3 

Голеностопный 

37 

3,5 

33,5 

32 

18 

14 

14,6 

1,2 

13,4 

31 

12 

19 

25 

Позвон.: поясн. отдел 

10,7 

9 

98 

35 

32 

3 

37 

2,8 

34,2 

- 

- 

- 

- 

Обозначение: F - сила мышц (кГс) 

Цифровой материал иллюстрирует внутригрупповую изменчивость силы мышц в зависимости от изменения суставного угла, состояние мышц и соотношение силы сгибателей и разгибателей. Неясны причины неравномерного изменения силы мышц при равномерном изменении суставного угла в шаровидном (тазобедренном) суставе. Ряд авторов предлагают воспользоваться анализом динамики статистических характеристик. Для косвенного решения этой задачи Дж. Юна и М. Канделла (1973) анализируют динамику изменения среднего квадратичного отклонения. Ю.С. Куршакова (1965) предлагает анализировать изменение коэффициента вариации. 

Анализ динамики квадратичного отклонения не решил проблемы, интересующей тренеров. В табл. 2 приведены зоны вариации основных статистических показателей. 

Разность силы мышц в их крайних состояниях при сгибании тазобедренного сустава достигает 68,4 кГс, а при разгибании - 49,8 кГс (см. табл. 2). Наиболее выраженное различие в силе характерно для поясничного отдела позвоночного столба - 43 и 98 кГс соответственно. Коэффициент вариации (КВ) силы, действующей на изученные суставы в зависимости от изменения суставных углов, изменяется в широких пределах. По его значениям можно судить только о подготовленности мышц работать в определенных углах, что создается длительной тренировкой при выполнении ими "рабочего движения" или привычной бытовой работой у лиц, не занимающихся спортом.



Рис. 1. Углы и сила мышц - сгибателей и разгибателей бедра

Таблица 3. Углы звеньев тела максимальных, минимальных и средних значений силы мышц

Звенья тела 

Суставы 

Углы максимальных значений СМ 

Углы минимальных значений СМ 

Углы совпадения СМ сгибателей и разгибателей 

Туловище-бедро 

Тазобедренный 

Сг 330 - 340° 

Рг 90-80° 

75 - 90° 

330 - 340° 

10-20° 

Бедро-голень 

Коленный 

Сг 5-15° 

Рг 60-80° 

100-110° 

10-20° 

20 - 30° 

Голень-стопа 

Голеностопный 

Сг 60 - 65° 

Рг 95-103° 

125-130° 

60-65° 

80 - 85° 

Плечо-предплечье 

Локтевой 

Сг 85 - 95° 

Рг 80 - 85° 

90-105° 

15-0° 

80 - 90° 

Предплечье-кисть 

Лучезапястный 

Сг 10 - 20° 

Рг 70 - 60° 

75 - 80° 

10-0° 

30 - 40° 

Таз-туловище 

Межпозвоночные 

Сг 40 - 50° 

Рг 100-80° 

100,0-10° 

0-10° 

5-15° 



Рис. 2. Изменение силы мышц в процентах от максимальной силы, показанной при изменении суставного угла на 10°

Наименьшие значения КВ (17%) отмечены при минимальном проявлении силы, т.е. при укороченном состоянии мышцы, а при проявлении максимальной силы значения КВ достигают 42% ( у того же испытуемого) (рис. 1). 

Сила мышц, действующая на голеностопный сустав, характеризуется наименьшими значениями статистических характеристик, что объясняется постоянной нагруженностью мышц этого сустава при ходьбе и беге, а также биомеханической особенностью сустава. 

Наибольшую информацию о подготовленности мышц к работе несет "индекс прироста силы мышц", который корреляционно связан с "рабочими углами" выполнения основного движения в конкретном виде спорта. 

Обобщенные данные проявления силы мышц у подростков 15-18 лет, специально не тренирующихся, позволили построить таблицу основных показателей силы мышц (табл. 3). Пользуясь этой таблицей, преподаватель физической культуры может оценивать подготовленность школьников в силовом плане, измерив стандартным динамометром силу в углах ее максимального проявления и сравнив с результатами табл. 1. 

Адаптационные и силовые возможности школьников имеют высокие корреляционные связи с соматическими характеристиками компонентного варьирования. Наиболее низкие показатели абсолютной силы мышц у лиц микросоматического типа. Однако по относительной силе (к массе тела и мышечной массе) у этих же детей имеются достоверно более высокие показатели (Р<0,01), чем у лиц макро- и мегалосомного типов. 

Приросты силы в углах ее должного максимального проявления наиболее низки у детей ВР "С" по сравнению с хронологическими сверстниками в 7-8 лет. В 13-14 лет различия у этих же детей снижаются. Дети ВР "А" вступают в период пубертатного развития, который характеризуется снижением коэффициента интенсивности прироста мышечной массы и увеличением длиннотных размеров тела. В 17-18 лет вновь восстанавливаются различия в силовых показателях, характерные для 7-8-летних детей. Причина, по всей вероятности, кроется в социальной переориентации подростков. У лиц, опережающих сверстников в развитии, наблюдается снижение интереса к занятиям, развивающим силу. У лиц ВР "С" этот интерес возрастает - они не хотят отставать от своих более зрелых сверстников, хотят быть конкурентными на дискотеках, быть замеченными сверстниками противоположного пола. 

Секции по бодибилдингу, восточным единоборствам пополняются за счет детей 16-18 лет ВР "С" в пределах от 28 до 43 %. Однако программ по предварительной подготовке и началу тренировок этого контингента нет. Для изменения этой ситуации необходимы предварительная работа по развитию потребностей в здоровом образе жизни на базе повышения квалификации специалистов, работающих в области охраны детей и подростков, и новые морфобиомеханические исследования по силовой подготовке. 

Список литературы

1. Аршавский И.А. Физиологические механизмы индивидуального развития// Основы мегонтронной теории онтогенеза. -М.: Наука. - 1982. - 270с. 

2. Дорохов А.Р. Развитие силовых качеств девочек 7-12 лет различных соматических типов и вариантов развития. Канд. дис., 1993. - 143 с. 

3. Дорохов Р.Н., Ермаков В.В. Измерение силы мышц у лыжников в лабораторных и естественных условиях// Адаптация, макро- и микроскопическая анатомия. Душанбе, 1981, с. 104-107. 

4. Дорохов Р.Н., Кузьменко Ю.Д. Ступенчатая динамография // Телосложение спортсмена. Смоленск. 1976, с. 55-67. 

5. Дорохов Р.Н., Петрухин В.Г. Метрический метод соматодиагностики // Сб. научных трудов: СГИФК, 1976, с. 43-56 

6. Левченков В.А., Дорохов Р.Н. Компьютерные программы оценки соматического типа и варианта развития // Новости спортивной и медицинской антропометрии. М., 1993, № 3, с. 86-87. 

7. Язвиков В.В. Состав мышечных волокон смешанных скелетных мышц как фактор конституции человека// Новости спортивной медицины и медицинской антропологии. -М. - 1990, №1, с. 113-115. 

8. Alan J. Me Comas. Skeletal Muscle. Form and Function. - 1998. - 406 p. 

9. Huxley A.F. Structural changes in muscle during contraction. Intenference mieroscopy of living muscle fibres. - Nature, 173, 971-973. 

10. Hanson Bag. CM Saxitoxin building to sodium channels of rat skeletal museles. - Iornal of Physiology, 300, 89-103. - 1980. 

11. Williams P.E. Ioldspink Zong: fudinal growth of striatated muscle fibers. - Jornal of Cele Science, 9, 751-767. - 1971.