Процесс сокращения мышц

Экспериментально измеряя количество тепла, выделяющегося в мышце при ее сокращении, Хилл нашел, что энергия сокращения (Е) включает в себя работу, совершенную мышцей (Рх), и теплоту со­кращения, равную произведению некоторой постоянной а на вели­чину укорочения мышцы — х, т. е. Е = Рх+ах= (Р-\-а)х.

Графически оно выражается гиперболой (рис. 2)1) с ассимпто- тами, параллельными главным осям координат и отстоящими от последних соответственно на (—а) и (—Ь). Параметры а и Ь — константы, имеющие размерность силы и скорости, могут быть оп­ределены из динамических экспериментов или из измерений тепло­продукции мышц (A. Hill, 1950, В. Katz, 1939).

Характеристическое уравнение при соответствующей модифика­ции применимо для определения соотношения нагрузка — скорость при различной длине мышц. Модификация сводится к замене Р0 на (Ро)1, равная максимальной изометрической силе мышцы при дли­не I, при которой измеряется скорость vl. Тогда характеристическое уравнение принимает вид

(P+a)(vl^b)=[{P0)l+a]b.

Параметры а и I при этом остаются постоянными.

Таким образом, характеристическое уравнение устанавливает

функциональную связь между величиной поднимаемого груза и максимальной скоростью мышечного сокращения. Оно показывает, что скорость укорочения- мышцы гиперболически уменьшается с нагрузкой, и так как всякое гиперболическое уравнение можно при­вести к фqpмe хуconst, то очевидно, что скорость и нагрузка свя­заны обратно пропорциональной зависимостью. Иными словами, с увеличением веса преодолеваемого отягощении скорость сокраще­ния мышц уменьшается. Причем важно отметить, что возможные значения силы и скорости (Р и v) при разных отягощениях зави­сят от максимального силового потенциала (Р0), измеряемого в изометрических условиях.

Нагрузка определяет и такую важную механическую характеристику, как мощность работы мышц. Если рас­смотреть процесс сокращения мышц, где переменными, осуществляющими связь с нагрузкой, являются сила F и

скорость сокращения v, то зависимость между ними на примере сгибателей предплечья будет выглядеть так, как показано на рис. 22. Следовательно, мощность работы мышц, определяемая произведением этих переменных (N=Fv), достигает своего максимума примерно при 7з максимальной скорости сокращения мышц и ее максимальной силы (D. Wilkie, 1950). Иными словами, максимально возможную мощность мышцы могут про­

явить в том случае, если внешнее сопротивление будет подобрано таким образом, чтобы при его перемещении они развивали силу, составляющую 25% от силы, кото­рую способны развить.

Таким образом, математический смысл характери­стического уравнения мышечной динамики выпукло ри­сует диалектическое противоречие между весом отяго­щения и скоростью движения. И если это противоречие не имеет значения при развитии абсолютной силы мышц, то оно превращается в проблему, когда дело касается быстрой силы. В какой мере эта проблема решена на сегодняшний день, будет видно в ходе дальнейшего из­ложения.

Зависимость сила — скорость сокращения мышц

Из анализа уравнения мышечной динамики Хилла следует, что скорость движения зависит от абсолютной силы, измеряемой в изометрических условиях. Подтверж­дение этому нетрудно найти и в известных Физических постулатах, из которых следует, что в общем случае ско­рость (и) прямо пропорциональна силе (F) и времени ее действия (t) и обратно пропорциональна массе те­ла (т), т. е. имеет место v • Физический смысл

этого выражения очевиден: чтобы увеличить скорость тела, необходимо увеличить значение, и длительность действия прикладываемой к нему силы или уменьшить массу тела. Однако практически не все из перечислен­ных возможностей осуществимы в условиях движения человека. Спортсмен не может уменьшить массу своего тела * или стандартного спортивного снаряда и увели­чить время движения. Первое очевидно, а второе объяс­няется ограниченностью рабочей амплитуды движения. Точнее говоря, единственная возможность увеличить время движения по ограниченной амплитуде заключает­ся в снижении его скорости, что неразумно. Следова­тельно, остается только одно — увеличение силы мышц.

Это достаточно хорошо известно в практике и под­тверждено в эксперименте. Действительно, по мере уве­

личения силы мышц, скорость движения возрастает (J. Kusinitz, С. Keeney, 1958; D. Clarke, F. Henry, 1961; A. Hunold, 1961). Казалось бы, что вопрос достаточно ясен, если ‘бы не существовали факты, вносящие некото­рые сомнения в итоги этого логического рассуждения.