Равновесие тела сохраняется, если вертикаль, опущенная из ОЦТ, проходит в пределах площади опоры. Чем больше площадь опоры и ниже ОЦТ тела, тем больше устойчивость. Степень устойчивости тела определяется углом устойчивости. Угол устойчивости образуется вертикалью из ОЦТ и отрезком между ОЦТ и точкой на краю площади опоры. Величина угла устойчивости показывает возможность перемещения тела без потери равновесия. Например, в положении стоя с симметрично расставленными стопами угол устойчивости меньше – устойчивость ниже в переднезаднем направлении.
При устойчивом равновесии сила тяжести оказывает растягивающее действие на тело, при неустойчивом – сдавливающее. Чем ближе сегмент тела к опорной поверхности, тем больший момент у силы тяжести. Поэтому в положении стоя наибольшая нагрузка приходится на нижние конечности, особенно стопы, а в положении виса на верхние конечности – кисти и предплечья.
Сила тяги мышц зависит от следующих факторов:
• Поперечник мышцы – чем больше поперечник, тем сильнее мышца. Перистое строение многих мышц позволяет в меньшем объёме разместить больше волокон и производить большее усилие.
• Длина волокон мышцы – чем больше длина, тем выше скорость сокращения. При активации мышечное волокно сокращается полностью, поэтому более длинные волокна быстрее сближают точки прикрепления мышцы.
• Скорость сокращения – чем выше скорость сокращения, тем меньше сила тяги мышц. При подъёме с меньшей скоростью вы развиваете большее усилие. Вы невольно замедляетесь с увеличением отягощения. Но мышцы развивают максимальное усилие на определённых частях амплитуды движения, поэтому поднимать штангу медленно труднее. Вы рискуете застрять в «мёртвой точке» движения, где мышцам неудобно проявлять усилие. Оптимальная скорость подъёма выбирается вами бессознательно, попытка ускорить или замедлить движение отрицательно сказывается на результате.
• Плечо силы мышцы относительно сустава – чем больше плечо, тем выше сила. У мышц основных движителей наибольшее плечо силы.
• Тип волокон – для развития максимального напряжения мышечным волокнам разных типов нужно от 0,001 до 0,300 с. Чтобы напряжение мышц было максимальным, нужно не менее 0,3 с на активацию. Мышцы с большим процентом быстрых волокон активируются быстрее.
• Длина мышцы в момент производства усилия – об этом подробно ниже в разделе «Зависимость сила-длина мышцы».
Виды мышечных сокращений
Основное свойство мышц – способность сокращаться. Скелетные мышцы состоят из центральной части мышцы (брюшка) и сухожилий на противоположных концах, которыми мышцы крепятся к костям. Брюшко мышцы содержит волокна, которые при активации мышцы укорачиваются и создают тянущее усилие. Мышца находится между местами прикрепления на костях, поэтому сокращение мышцы под нагрузкой влияет на расстояние между прикреплениями на противоположных концах волокон.
Существуют три вида сокращений скелетных мышц под нагрузкой:
1. Концентрическое – к центру мышцы, сближает места прикреплений.
2. Изометрическое – постоянная длина мышцы, места прикрепления не меняют положения.
3. Эксцентрическое – от центра мышцы, места прикреплений удаляются.
Вы приняли исходное положение для приседаний со штангой 100 кг на плечах. Напарник вас страхует. Вы приседаете, останавливаетесь в конечном положении и быстро встаёте. Мышцы, выполняющие основную работу в упражнении, называются основные движители. В приседаниях с сохранением нейтрального положения позвоночника основные движители – четырёхглавые и большие ягодичные мышцы. При опускании вниз основные движители сокращаются эксцентрически, в период остановки – изометрически и при подъёме из приседа – концентрически.
Напарник добавляет на штангу диски по 10кг. Теперь на штанге 120кг. Вы опускаете с той же скоростью, но паузу внизу сделать нельзя, и поднимаетесь медленнее. Скорость мышечного сокращения ограничена силой, которую необходимо развить вашим мышцам. Вы не можете так же быстро поднять 120кг, как поднимали 100кг.
Напарник добавляет на штангу ещё по 10кг. Теперь на штанге 140кг. Вы медленно опускаете штангу, но без помощи напарника не можете начать подъём. Не хватает сил для начального ускорения отягощения. Напарник помог начать движение и убрал руки от грифа. Вы встаёте только до половины амплитуды: не можете сохранить скорость с нулевым ускорением. Дальше продолжать движение вы не можете, но некоторое время способны удерживать штангу. При изометрическом сокращении мышц основные движители производят достаточно силы, чтобы удерживать штангу, но неспособны сокращаться концентрически, чтобы завершить подъём. Сила максимального изометрического сокращения ваших мышц выше, чем сила, которая проявляется при концентрическом сокращении.
Теперь ваш напарник добавляет на штангу ещё два диска по 10кг. На штанге 160кг. Вы медленно опускаете штангу вниз, но не можете остановить движение в конечном положении без помощи напарника. Он помогает, вместе вы поднимаете штангу до половины амплитуды вверх и страхующий вновь отпускает руки. Вы не можете удержать штангу в этой точке, гриф начинает медленно двигаться вниз. Основные движители производят достаточно силы для медленного опускания 160кг, но удержать штангу изометрическим сокращением, а тем более поднять концентрическим сокращением неспособны. Сила эксцентрического сокращения мышц выше силы при изометрическом или концентрическом сокращении.
В описанной ситуации приседание со штангой 120кг близко или равно повторному максимуму (ПМ) при концентрическом сокращении мышц основных движителей; удержание 140кг – максимальному изометрическому сокращению; опускание 160кг – максимальному эксцентрическому сокращению. При оздоровительных тренировках с отягощениями используются все виды сокращений мышц, но с нагрузкой не выше 3ПМ: при концентрическом сокращении вы можете поднять отягощение без нарушения техники не более трёх раз.
Зависимость сила-длина мышцы
Поперечник мышцы определяет способность производить усилие: больший поперечник – больше сила. Проявляемая сила зависит от длины мышцы в момент сокращения. Скелетные мышцы состоят из волокон – активного компонента и пассивного компонента – соединительнотканных структур (оболочек мышцы и сухожилий). Напряжение, которое производит мышца складывается из действия активного компонента и напряжения пассивного компонента (Рис. 1.1). Напряжение пассивного компонента возникает от растягивания соединительнотканных структур мышцы под воздействием внешних сил. Сухожилия проксимально расположенных мышц, например ягодичных и квадрицепсов, короткие и неэластичные – удлиняются под нагрузкой на 2%. Сухожилия дистальных мышц, например мышц голени, длинные и эластичные – удлиняются под нагрузкой на 11%. Эластичность сухожилий позволяет им возвращать свыше 90% энергии, использованной для их растягивания1. Это существенно снижает энергозатраты при ходьбе и беге.
В односуставных мышцах активный компонент производит минимальное напряжение при укорочении мышцы до 60% от состояния покоя. Максимальное усилие мышца производит при увеличении длины до 120% от состояния покоя. При удлинении до 160% активный компонент уже не способен производить усилие. Большинство односуставных мышц ограничены амплитудой движения в суставе, который они пересекают. Если сустав позволяет мышце удлиниться больше 160% от состояния покоя, то напряжение тканей достигает наибольших значений за счёт удлинения пассивного компонента. В некоторых мышцах, богатых соединительными тканями, напряжение пассивного компонента проявляется раньше уменьшения силы активного компонента (Рис. 1.1). Лучший пример таких мышц – сгибатели стопы. Это позволяет добавить к силе активного компонента напряжение от растягивания пассивного компонента. Эффект отчасти объясняет большую силу в упражнениях без остановки в конечном положении. Например, присесть и сразу встать легче, чем подняться после остановки в приседе.
Многосуставные мышцы не ограничены действием в пределе 60—160% длины покоя. Расположение многосуставных мышц обычно не позволяет им укорачиваться подобно односуставным до 60% длины в состоянии покоя, но они могут растягиваться больше, чем 160% длины покоя. Многосуставные мышцы способны использовать напряжения пассивного компонента. Их максимальное напряжение производится при длине, превышающей 160% длины в состоянии покоя в результате пассивного растяжения соединительнотканных структур. Мышцы задней поверхности бедра – хороший пример практического применения зависимости длина-сила для мышц. Они сгибают коленный сустав и разгибают тазобедренный. Если выполнять упражнение сгибание голени лёжа на животе с выпрямленными тазобедренными суставами, то согнуть голень полностью не получится. Движение остановится раньше, в момент укорочения мышцы близко к 60% длины покоя.
Рис. 1.1
Показаны зависимости длина-сила мышц: А) богатых соединительнотканным компонентом – мышцы ног ниже колена; Б) с малым количеством соединительных тканей – мышцы плеча.
Суммарная сила тяги мышцы (1) складывается из силы активного компонента (3) и силами упругости, возникающими в параллельном упругом компоненте (2).
a – равновесная или свободная длина мышцы: длина расслабленной мышцы после освобождения от нагрузки. b – длина покоя: длина мышцы, при которой активный компонент развивает максимальное усилие.
