Таблица 5.5
Показатели мышечной силы
| Показатель Силы | Описание |
| Абсолютная максимальная сила | Максимальная сила, развиваемая при совместном произвольном максимальном сокращении и электростимуляции в данной задаче. Этот индекс дает информацию об внутренних свойствах стимулированных мышц. |
| Произвольная максимальная динамическая сила | Максимальная сила, произведенная при произвольном сокращении в конкретной динамической задаче. Обычно используют тест на 1 повторенный максимум (1 ПМ), где определяют максимальный вес, который атлет может поднять в одном повторении в данном движении и амплитуде с соответствующей техникой. Движения могут быть только эксцентрическими и только концентрическими, хотя обычно они включают рефлекс растяжение-сокращение. Высокая максимальная динамическая сила сильно коррелирует с уровнем спортивных достижений. |
| Произвольная максимальная изометрическая сила | Максимальная внешняя сила, которую атлет может произвести против неподвижного объекта. Высокая максимальная изометрическая сила сильно коррелирует с уровнем спортивных достижений. |
| Скоростная сила | Сила, производимая в условиях переменной скорости движения, вследствие разных внешних нагрузок. Если внешняя нагрузка меньше или равна 30% от 1 ПМ, мы говорим о скоростной силе при малой нагрузке; если нагрузка выше 30% от 1 ПМ, то это характеризует скоростную силу при высоких нагрузках. Обе скоростные силы имеют сильную связь с успехом в спринте. |
| Взрывная сила | Величина силы, генерируемой за период времени, зависит от высокого показателя скорости нарастания силы (СНС). СНС обычно делится на «ранний» (менее 50 мс) и «поздний» (более чем 150 мс) периоды в динамических и изометрических задачах. СНС можно замерять как в динамических, так и изометрических условиях. Высокая СНС сильно коррелирует с характеристиками в спринте и прыжках |
| Реактивная сила | Способность переносить высокие растягивающие нагрузки и быстро переходить от эксцентрической к концентрической мышечной активности в задачах с участием цикла растяжение-сокращение. Этот показатель характеризуется высокой вертикальной жесткостью, жесткостью ног и суставов. Высокая реактивная сила (жесткость) сильно коррелирует с эффективностью спринта, смены направления, и прыжков. |
Таблица 5.6
Средняя нормализированная вертикальная сила, средняя вертикальная скорость и нормализированная производимая средняя мощность для двух атлетов, выполнявших выпрыгивания с внешними нагрузками от 0% до 85% от 1 ПМ в приседаниях
| Нагрузка | Сила (Н/кг) | Скорость (м/с) | Мощность (Вт/кг) | |||
| Атлет А | Атлет Б | Атлет А | Атлет Б | Атлет А | Атлет Б | |
| 0% от 1 ПМ | 11.0 | 9.5 | 2.46 | 2.36 | 50.3 | 43.1 |
| 12% от 1 ПМ | 12.9 | 10.4 | 2.00 | 1.93 | 43.4 | 34.4 |
| 27% от 1 ПМ | 15.9 | 11.1 | 1.59 | 1.72 | 35.7 | 32.5 |
| 42% от 1 ПМ | 16.8 | 12.3 | 1.14 | 1.29 | 28.6 | 27.8 |
| 56% от 1 ПМ | 18.7 | 13.3 | 0.93 | 1.16 | 26.0 | 24.5 |
| 71% от 1 ПМ | 19.9 | 14.6 | 0.81 | 0.91 | 20.7 | 21.4 |
| 85% от 1 ПМ | 21.4 | 15.5 | 0.63 | 0.77 | 19.0 | 18.9 |
Заметка:  1 ПМ – одноповторный максимум
|
Таблица 5.7
Факторы, влияющие на напряжение, возникающее в мышце
| Фактор, влияющий на напряжение мышцы | Объяснение |
| Длина мышцы | Напряжение мышц уменьшается, когда мышечное волокно длиннее или короче оптимальной длины |
| Скорость динамического сокращения мышцы | Эксцентрическое напряжение>изометрическое напряжение>концентрическое напряжение Максимальная мощность достигается при 30% от максимального изометрического напряжения. Скоростно-силовые свойства скелетных мышц во многом зависят от преобладающего типа волокон. |
| Тип волокон | Напряжение на площадь поперечного сечения (удельное напряжение) выше в волокнах типа II. Максимальная скорость сокращения выше в волокнах типа II. Скорость нарастания силы выше в волокнах типа II. Производимая мощность на единицу площади выше в волокнах типа II. |
| Площадь поперечного сечения | Напряжение мышц увеличивается линейно с ростом площади поперечного сечения (ППС). Увеличение ППС, вероятно, приведет к увеличению производимой мощности. |
| Строение | Большие углы расположения мышечных волокон связаны с большим мышечным напряжением. Большие углы расположения приводят к росту мощности. Большая длина волокна связана с больше скоростью сокращения. Большая длина волокна связана с большей производимой мощностью. |
| Динамика активации | Большее рекрутирование двигательных единиц приводит к росту напряжения мышцы, скорости нарастания силы и производимой мощности. Увеличение частоты сигнала приводит к росту напряжения мышцы, скорости нарастания силы и производимой мощности. Время начала и продолжительность активации отдельной мышцы определяют напряжение, скорость нарастания силы, и производимую мощность в циклических действиях. |
| Спинальные рефлексы | Афференты групп Ia и II возбуждают связи агонистов и ингибируют связи антагонистов с α-мотонейронами. Афференты группы Ib ингибируют связи агонистов и возбуждают связи антагонистов с α-мотонейронами. |
| История сокращений | Большее напряжение мышц и производимая мощность возникают, когда волокна были растянуты перед сокращением (рефлекс растяжения-сокращения). Напряжение мышц, скорость нарастания силы, и производимая мощность могут быть увеличены или уменьшены из-за предыдущей деятельности через пост-активационное потенцирование (ПАП), или из-за утомляемости соответственно. Волокна типа II демонстрируют лучшую ПАП и более сильную утомляемость, чем волокна типа I. |
| Данные от Cormie, P., McGuigan, M. R., & Newton, R. U. (2011). Developing maximal neuromuscular power. Part 1: Biological basis of maximal power production. Sports Medicine, 41, 17–38. | |
Чистый момент суставов, который образуется во время выполнения движения, передается во внешнюю силу, которая воздействует на окружающую среду. Например, вертикальная сила реакции опоры во время вертикального прыжка с места определятся моментами тазобедренного, коленного и голеностопного суставов во время позитивной фазы движения (Рисунок 5.10).
Связь между моментами в суставах и внешней силой, проявляемой в данном движении, показывается в анализах, где величина силы реакции опоры пропорционально увеличивается от роста суммы моментов тазобедренного, коленного и голеностопного суставов при росте внешней нагрузки, как в небаллистических (приседания) так и в баллистических (выпрыгивания) движениях (Flanagan & Salem, 2008; Moir, Gollie, Davis, Guers, & Witmer, 2012). Однако, несмотря за взаимосвязь между ростом суммы суставных моментов и ростов внешней силы при увеличении внешней нагрузки в тестах для оценки мышечной силы, вклад отдельных суставных моментов во внешнюю силу более сложен. Например, во время выполнения небаллистических приседаний, наибольший момент имеет тазобедренный сустав, и наименьший момент голеностопный, вне зависимости от внешней нагрузки (Flanagan & Salem, 2008). Однако, по мере роста внешней нагрузки, тазобедренный и голеностопный суставы увеличивают свой вклад, тогда как момент коленного сустава уменьшается (Flanagan & Salem, 2008). Во время баллистических выпрыгиваний с разными внешними нагрузками, мощность коленного и голеностопного суставов увеличивается с ростом мощности внешней нагрузки, которая линейно растет при падении величины внешней нагрузки (Moir et al., 2012). Однако производимая мощность тазобедренного сустава увеличивается с нагрузками до 42% от 1 ПМ в приседе, но затем начинает уменьшаться (Рисунок 5.11).
Рисунок 5.10 Вертикальная составляющая силы реакции опоры и суммарный момент тазобедренного, коленного и голеностопного суставов во время вертикального прыжка. Позитивный момент относится к моментам разгибателей. Заметьте, как сила реакции опоры возрастает с ростом суммарного разгибательного момента в суставах.
Похожий результат в мощности суставов наблюдается при выполнении субмаксимальных и максимальных вертикальных прыжков (Lees, Vanrenterghem, & De Clercq, 2004). В частности, момент голеностопного сустава не увеличивается, когда высота прыжка увеличивается от 65% до 83% от максимальной высоты, и работа в коленном и голеностопном суставе не изменяется. Момент и работа тазобедренного сустава увеличивается с ростом высоты прыжка. Так что, субмаксимальные прыжки могут быть достаточны для тренировки разгибателей колена и подошвенных сгибателей голеностопного сустава, а максимальные прыжки – для тренировки разгибателей тазобедренного сустава.
Рисунок 5.11 Выдаваемая мощность от внешней нагрузки и производимая мощность тазобедренного, коленного и голеностопного суставов в выпрыгиваниях с весами от 0% от 85% от 1 ПМ в приседаниях. Обратите внимание на падение производимой мощности от нагрузки, и мощности коленного и голеностопного суставов с ростом нагрузки. Мощность тазобедренного сустава повышается до 42% от 1 ПМ, а затем также падает.
Из предыдущего анализа можно сделать вывод, что механический режим суставов, способствующих выполнению многосуставных движений, может быть суммирован для определения механического результата в данном движении. В то же время, вклад отдельных суставов может не меняться при росте механической мощности.
Ряд ограничений влияет на преобразование моментов суставов в производство внешней силы – такие как анатомическое, геометрическое, и ограничение направления (van Ingen Schenau, 1989). Анатомическое ограничение это нулевая угловая скорость сустава при полном разгибании.
Это необходимо, чтобы суставные структуры не были повреждены, но требует неизбежного уменьшения величины суставного момента до полного разгибания, или активации мышц-антагонистов для уменьшения угловой скорости сустава (Рисунок 5.12).
Рисунок 5.12 Моменты сгибания-разгибания в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах во время позитивной фазы вертикального прыжка с места. Положительные значения обозначают моменты разгибания суставов. При приближении момента отрыва, величина моментов разгибания падает в каждом суставе, и изменяется на момент сгибания, чтобы погасить суставную угловую скорость до нуля, предотвращая повреждения суставных структур.
Как только сустав достигает лимита своего диапазона движения, величина момента в этом направлении уменьшается. Например, когда тазобедренный сустав достигает полного разгибания при подъеме в приседаниях со штангой, величина разгибающего момента, который может быть достигнут, уменьшается; в свою очередь, вклад суставного момента во внешнюю силу уменьшается. Это накладывает геометрическое ограничение на преобразование суставных моментов во внешнюю силу (смотрите Рабочий Пример 5.7).
Специфичные особенности движения, выполняемого атлетом, будут определять, где и в каком направлении будет прилагаться внешняя ила, тем самым создавая направленное ограничение на передачу момента суставов во внешнюю силу. Многие движения требуют, что атлет не только прилагал большую силу к телу, но и контролировал направление приложения силы во время выполнения движения (например, направление силы реакции опоры во время опорной фазы спринта, или при контакте с опорой во время приземления). Расположение центра давления, связанного с внешней силой и направлением внешней силы, зависит от относительных величин чистых суставных моментов тех суставов, конечности которых контактируют с опорой. Например, сила реакции опоры достигается комбинацией моментов разгибания тазобедренного, коленного и голеностопного суставов. Однако, увеличение величины момента разгибания тазобедренного сустава, при одновременном изменении момента коленного сустава на сгибание, приведет к положительному смещению вертикали силы; рост момента разгибания в коленном суставе в комбинации с моментом сгибания в тазобедренном и голеностопном суставе приведет к негативному смещению силы (Wells & Evans, 1987), как показано в Таблице 5.12.
Во время баллистических движений, типа вертикального прыжка, аналогичное изменение в относительных величинах в моментах тазобедренного, коленного и голеностопного суставов наблюдаются при попытке контролировать направление результирующей силы реакции опоры для максимальной вертикальной скорости ЦМ (Jacobs & van Ingen Schenau, 1992a; van Ingen Schenau, 1989) (Рисунок 5.14). Относительные величины моментов тазобедренного, коленного и голеностопного суставов определяют расположение центра давления от внешней силы, также как и направление этой силы; эти величины в значительной степени зависят от мышц, пересекающих несколько суставов (van Ingen Schenau, 1989) (смотрите Концепция Силы и Мощности 5.4). Таким образом, паттерн активации мышцы оказывает очень большое влияние на контроль направления внешней силы, генерируемой в этом движении, и, следовательно, на результат в конкретной задаче (Bobbert & van Soest,1994; Nagano & Gerritsen, 2001) (смотрите Практическое Исследование 5.2). Как следствие, выражение мышечной силы, определяемое механической работой в данной задаче, сильно зависит от характера активации мышц. Кроме того, соактивация односуставных агонистов и двухсуставных антагонистов может служить функциональной необходимостью при многосуставных движениях, поскольку позволяет переносить энергию между суставами, удовлетворяя анатомическим и геометрическим ограничениям, связанными с преобразованием момента суставов в передачу к внешней нагрузке (van Ingen Schenau, 1989).
Рисунок 5.14 Изменение величины и направления момента тазобедренного и коленного суставов контролирует направление результирующей силы в землю (1 и 2). Закрашенные стрелки обозначают разгибание. Длина стрелки показывает величину момента. Большой момент разгибания таза с небольшим сгибанием колена направляет силу вниз и назад, когда небольшой момент сгибания таза и большой момент разгибания колена направляют силу вниз и вперед. Результирующая сила реакции опоры, которая ускоряет тело, это лишь следствие совместной работы моментов в суставах.
КОНЦЕПЦИЯ СИЛЫИ МОЩНОСТИ 5.4