Некоторые биологические механизмы развития силы

Нагрузка. Тренирует ли атлет силу, мощность, локальную мышечную выносливость, гибкость или сердечно-сосудистую выносливость, один фактор всегда присутствует в тренировочном процессе — это нагрузка, обеспечивающая максимальный результат. Нагрузка, воздействующая на адаптационные процессы, связанные с увеличением силы, сильно отличается от нагрузки, воздействующей на адаптационные процессы, происходящие в организме, ассоциируемые с мышечной выносливостью. При этом каждый механизм, связанный с отдельными компонентами тренированности, подвергается нагрузочному воздействию в соответствии с его особенностями.

Принцип перегрузки. Процесс приложения к соответствующему механизму постепенно возрастающего стресса, сопровождаемый адаптационными явлениями, называется принципом перегрузки. Каждый механизм, связанный с областью тренированности, должен подвергаться воздействию стресса с интенсивностью, превосходящей привычную для атлета норму. Перегрузка вследствие этого может быть в диапазоне от легкой до интенсивной. Выбранный уровень перегрузки зависит от множества факторов, включая возраст, состояние здоровья на данный момент, уровень тренированности, а для опытных атлетов — от стадии тренировочного цикла. Как общее правило, интенсивность перегрузки должна быть максимально возможной, но исключать нежелательные эффекты «нервного срыва» или «перетренированности».

Принцип специфической адаптации к устанавливаемым требованиям (САУТ). Сам процесс нагрузки или перегрузки, которая требуется для вызывания адаптационной реакции в соответствующих мышечных механизмах, включает в себя такие факторы, как число повторений и подходов, скорость движения при повторении, величину поднимаемого груза, тип выбранного упражнения и его частоту. Мышцы высоко избирательно реагируют на характер прилагаемого воздействия. Не следует, например, ожидать увеличения силы, выполняя движения, рассчитанные на развитие выносливости. Точно так же нельзя добиться больших результатов в развитии выносливости, тренируя силу. Вместе с принципом перегрузки принцип САУТ является одним из наиболее важных в наборе физической кондиции.

Некоторые основные характеристики мышцы. Вспомните, как выглядит сырое мясо. На куске говядины отчетливо видны мелкие белые мышцы, разделяющие мышечные волокна на пучки. Соединительная ткань, образующая каждый пучок, в конечном итоге сужается и переходит в сухожилие, прикрепляющее мышцу к кости. Сила, генерируемая сокращающимися мышечными волокнами, передается через соединительную ткань и сухожилия на скелетные кости, вызывая тем самым движение. Несомненно, вы замечали, что, например, куриное мясо бывает светлым и темным. Грудные мышцы, используемые при взмахе крыльев, состоят из белых мышечных волокон, в то время как мышцы ног — из красных. Такое отличие мышечных волокон характерно для большинства животных, включая человека, хотя и в не такой заметной степени. У людей белые и красные волокна, как правило, перемешаны, но красные волокна преобладают в антигравита-цинных мышцах, а белые — в конечностях. Это отличие очень важно учитывать в тренировке атлета. Но для этого понимания следует рассмотреть физиологические отличия между белыми и красными мышечными волокнами.

Внутри мышечного волокна имеется множество механизмов и веществ, участвующих в функционировании клетки. Все мышечные волокна обладают этими характеристиками в различной степени в зависимости от наследственных факторов и тренировочного воздействия.

Факторы, влияющие на выработку силы. Каждая мышечная клетка состоит прежде всего из мышечных фибрилл (волоконцев), которые являются сокрушительными элементами клетки. Они представляют собой длиннее пряди, состоящие из различных белков.

Под электронным микроскопом эти фибриллы оказываются состоящими из чередующихся связок толстых и тонких мышечных нитей. Толстые нити состоят из белка миозина, а также из белка актина.

Мельчайшие волосовидные отростки между этими мышечными нитями, которые традиционно называются перекрестными мостиками, под воздействием импульса асинхронно прикрепляются к противоположной мышечной нити, сокращаются, отцепляются, вновь прикрепляются, сокращаются, отцепляются и так далее до тех пор, пока актиновая и миозиновая нити не натянутся одна вдоль другой до состояния максимального сокращения. Таким образом, в мгновение ока мышечное волокно сокращается вполовину от своей длины в состоянии покоя в результате действия вышеупомянутых перекрестных мостиков, заставляющих актиновую и миозиновую нити скрючиваться.

Действие сокращения по длине называется концентрическим сокращением. Примером такого сокращение будет сокращение бицепсов при подъеме гантели вверх по радиусу с центром в локтевом суставе. Чтобы постепенно опустить гантелю вниз, некоторые мышечные волокна «отключаются», а в результате немногочисленные «неотключенные» мышечные волокна, которые остаются в сокращенном состоянии, борются с силой притяжения, уступают в борьбе, и вес опускается. Это отрицательное сокращение называется эксцентрическим сокращением.

Одним из очень важных факторов в развитии силы является наличие того или иного количества мышечных нитей в волокнах. Внутри каждой мышечной клетки имеется множество субклеточных веществ — энзимов (ферментов), чья совокупная обязанность — производство энергии для мышечных сокращений Эффективная деятельность энзимов становится важным фактором увеличения силы. Выясняется, что сокращение высокого напряжения (то есть высокого сопротивления) вырабатывает такую эффективность, так как оно вызывает увеличение числа фибрильных элементов внутри каждого мышечного волокна.

Имеется еще один важный фактор в тренировке силы. Исследования показывают важную роль в производстве максимального сокращения крупной мышцы нервного импульса. Каждая мышца состоит из моторных единиц. Моторная единица может содержать от одного до сотни мышечных волокон, связанных с нею. Таким образом, все моторные единицы, чей порог возбудимости равен или ниже десяти мил-тавольт, сократятся под воздействием импульса в десять милливольт, генерируемого центральной нервной системой (мозгом) или через рефлекторное чегствле (которое имеет место на уровне спинного мозга). Чем сильнее нервный импульс, тем многочисленнее сокращающиеся моторные единицы. Это, конечно же, связано с силой сокращения мышц того, или иного атлета.

Таким образом, мы затронули базовые моменты, касающиеся природы силы.

Сила зависит:

1) от расположения мышечных волокон (то есть веретенообразного или перьевого);

2) от числа моторных единиц, подвергающихся одновременной стимуляции;

3) от присутствия должной концентрации энзимов в клетке;

4) от относительного положения защитного барьера, определяемого чувствительностью проприорецепторов мышцы и сухожилия;

5) от соотношения белых и красных мышечных волокон;

6) от действия скелетно-мышечного рычага;

7) от координации действия синергистов и стабилизаторов.

Обладание относительно длинным силовым плечом в сравнении с плечом сопротивления, занятым в движении скелетно-мышечного рычага, относится к наследственным характеристикам.

Иллюстрация того, как длина рычага влияет на уревень прилагаемой мышечной силы.

F — ось рычага;

I — место присоединения мышцы;

R — сопротивление (10 кг гантели);

FI — плечо силы (5 см);

RF — плечо сопротивления (35,6 см);

Сила х FI = R х RF

Сила х 5= 10 x 35,6

Сила х 5 = 356

Сила = 71 кг.

Если бы FI равнялась 7 см, тогда:

Сила х 7 = 356

Сила = 51 кг.

Таким образом, требуется меньшая сила (усилие), чтобы поднять тот же самый вес, если точка присоединения мышц располагается дальше в сторону ладони. Из иллюстрации можно увидеть, что чем ниже по предплечью закреплен бицепс, тем длиннее силовое плечо тем мощнее будет сила, действующая на сопротивление конца рычага.

Огромное значение в проявлении силы имеют согласованные действия малых синергистов («вспомогательных» мышц) и стабилизаторов (мышц, которые сокращаются статически, чтобы поддерживать конечность или часть тела в сильной опорной позиции) с действием основного двигателя, наиболее важного в данном движении мышц тела, которое может проявлять атлет при воздействии на такой внешний объект, как штанга. Определение мышц основных двигателей, синергистов и стабилизаторов является основой выбора упражнений для любого атлета.

Методика увеличения силы. В тренировке атлета важно учитывать следующие два фактора: 1) поскольку подъем тяжестей во времени длится очень недолго, это делает затруднительным вовлечение в действие максимально возможного числа моторных единиц; 2) белые волокна являются наиболее важными в мышечной работе, но они быстро утомляются. Следовательно, в тренировке атлетов необходимо решать эти две проблемы, так как к их решению неизбежно сводятся все усилия, связанные с увеличением мощности подъема тяжестей.

Напомним, что название такого вида спорта, как пауэрлифтинг, переводится как — пауэр — мощность, лифтинг — подъем. Мощность есть способность моментально привлечь к работе максимальное количество моторных единиц в данном движении. Функциональное определение мощности выглядит как сила со скоростью. Физики определяют мощность по следующей формуле: мощность = Fd / t , где F — сила, d — расстояние, на которое передвигается объект, а t — время, потраченное на передвижение объекта на данное расстояние.

Сила и мощность для атлетов-штангистов и в силовом троеборье имеют несколько различное значение. Имеется много фактов, указывающих, что сила, а не мощность является первичным компонентом для атлетов. Так, Маклафин (1979) отмечал в одной из своих работ, что результирующий выход мощности в соответствии с формулой P = Fd / t гораздо выше у тяжелоатлетов-штангистов, нежели у атлетов-троеборцев (па-уэрлифтеров). Однако, такое различие следует объяснить тем, что штангисты воздействуют силой на более слабое сопротивление и покрывают большее расстояние, отсюда у них проявляется значительная большая мощность на выходе. Это, однако, не означает, что проявление значительной мощности не имеет значения для пауэрлифтеров или что сила для них не важна. Обе эти характеристики являются базовыми, и по-настоящему большие достижения невозможны ни в каком виде спорта при игнорировании одной из них.

Когда отягощения велики, то наступает быстрое утомление белых волокон. Если атлет тратит слишком много времени на выполнение жима, эти волокна начинают уставать, и попытка срывается. Кроме того, если в результате неправильных тренировок атлет не способен мобилизовать максимальное количество моторных единиц в мгновение, жим будет завершен к тому времени, когда еще не все моторные единицы оказались стимулированными. С другой стороны, если вес велик, а моментальная мобилизация не имеет места, то моторные единицы, которые участвуют в работе, придут в состояние усталости до того, как эта мобилизация произойдет. В результате вес не будет взят. Поэтому абсолютно необходимо, чтобы атлет добивался максимальной мобилизации моментально, если он желает добиться хороших результатов в подъеме действительно большого веса.

Итак, за счет же чего целесообразнее развивать мощность? Скорость — это быстрота, с которой может быть приложено усилие, в то время как сила — это то, что производит усилие. Таким образом, могут быть использованы три метода увеличения мощности:

1) за счет увеличения скорости;

2) за счет увеличения силы;

3) за счет увеличения и того и другого.

Напомним, что в понятие скорости движений включаются умение координировать работу мышц, занятых в движении, и способность достигать максимальной мобилизации соответствующих волокон. Как правило, быстро выполнять упражнение атлет может научиться достаточно скоро — в течение нескольких недель, в то время как достижение максимальной ! мобилизации белых волокон отнимает больше времени, и увеличение поднимаемого веса после прохождения начального этапа резко замедляется. Единственным наиболее эффективным методом достижения максимальной мобилизации моторных единиц является правильное применение изокинетической тренировки (т. е. с использованием специальных тренажеров).

Для каждого атлета весьма важным моментом является способность к увеличению силы. Еще нет такого атлета в мире, который бы сумел приблизиться к тому, чтобы реализовать свой, действительно природой отпущенный, силовой потенциал. Атлет тратит уйму времени, чтобы добиться максимально возможного. Следует при этом учесть, что мы мало что можем сделать для увеличения нашего скелетнс-мышечного рычага (разве что изменить технику поднятия тяжестей) точно так же, как и для изменения наследственных факторов, определяющих соотношение белых и красных волокон. Атлет должен сконцентрировать все свои усилия на увеличении числа мышечных фибрилл в клетке, на изменении концентрации энзимов, отодвигании защитного барьера мышцы и на координации работы мышц, занятых в подъеме снаряда.

Действенным средством включения всех этих физиологических механизмов внутримышечной клетки является напряжение. Однако, в этом вопросе нет единого мнения у представителей силовых видов спорта. Вместе с тем, выявлена взаимосвязь между весом отягощений и количеством подъемов в одном подходе.

Исследования показывают, что уровень нагрузки, который заставляет работать адаптационные процессы, должен быть выше двух третей максимальных способностей, но не ниже 95 процентов от них. Большая часть исследований на эту тему показывает, что оптимальным является уровень напряжений в 80 и 90 процентов. Этому есть объективные причины.

Энергия для мышечного сокращения возникает при расщеплении аденозинтрифосфата (АТФ) — органического соединения, производимого митохондрией мышечной клетки. Так как запасы АТФ ограничены, они быстро истощаются при максимальном усилии, и работа прекращается из-за усталости. Работа на уровне 80 процентов от максимального позволяет легко пополнять запасы АТФ за счет комбинации еще одного органического соединения — креатин-фосфата (КФ) с продуктами распада АТФ. Затем происходит разложение гликогена с получением энергии для обратного синтеза КФ, запасы которого тоже ограничены. Конечным продуктом этого процесса является молочная кислота. Так как человеческий организм может переносить только минимальные уровни снижения рН крови (артериальная кровь имеет рН=7,4; венозная — 7,36; а метаболический ацидоз наступает, когда рН=7,3), молочная кислота вынуждает мышцы прекратить сокращение. Это состояние мы испытываем в конце подхода — усталость или «перегрев». Цель этого подробного описания состоит в том, чтобы показать, что процесс истощения является одним из важнейших механизмов, вызывающих адаптационный процесс в мышце.

Небольшое число повторений, как, например, выполнение одиночных подъемов или сдвоенных повторений, не приведет к максимальному увеличению силы в результате внутриклеточных процессов 2 , а слишком большое число повторений позволяет мышце восполнить запас АТФ даже во время подхода. Вывод таков: следует использовать такой вес, с которым вы сможете выполнять желаемое упражнение, делая от 4 до 8 повторений в одном подходе. Такой режим работы обеспечивает уровень интенсивности в пределах 80—90 процентов от максимального. Большее число повторений увеличивает местную мышеч ную выносливость в большей мере, нежели силу, а меньшее число повторений становится полезным при достижении пика в цикле, когда работа идет над мобилизацией моторных единиц.

Кумулятивный эффект подходов в 4—8 повторений таков, что после 4—6 подходов с такой интенсивностью силовое напряжение становится ниже критического порога в 80 процентов, что делает дальнейшую работу над увеличением силы малоэффективной. Таким образом, средний режим в 5 подходов из 5 повторений является оптимальным, особенна для начинающих атлетов. По мере того как атлет больше узнает свой организм, реакцию своего организма на такой режим, дальнейшее его совершенствование может идти как в сторону меньшего числа повторений и одновременного увеличения веса отягощения, так и в сторону увеличения числа повторений до 8 в одном подходе. Соответственно в первом случае количество подходов может увеличиваться до шести, а во втором — уменьшиться до четырех.