Мышечную силу оценивают по максимальной силе, развиваемой мышцей или группой мышц при сокращении. Ход мышечных волокон определяет как силу сократительного компонента мышцы, так и скорость его сокращения. Помимо типа волокон на силу влияют скорость и тип мышечного сокращения.

Однако очень важно, что растяжение приводит не только к пассивному напряжению мышечного волокна, но и к изменению его активного напряжения при сокращении. Поэтому сила, генерируемая во время сокращения, зависит от исходной длины мышечного волокна. При длине мышечного волокна, равной 60% от L0, волокно не генерирует напряжения в ответ на стимул. При длине, составляющей 175% и более от L0, волокно не реагирует на раздражение.

4.2. Анатомические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц

Слабость или неравномерный тонус мышц может мешать движению, и эти нарушения должны быть устранены в процессе медицинской реабилитации. Мышечная сила зависит от целого ряда факторов: физиологических, биомеханических, нервно-мышечных.

Сила зависит от сократительных свойств мышечных волокон. Очередность вовлечения мышечных волокон зависит от вида нагрузки. При нетяжелой нагрузке, требующей выносливости, первыми активируются мелкие мотонейроны, иннервирующие красные мышечные волокна. По мере того как потребность в силе возрастает, начинают активироваться крупные мотонейроны, иннервирующие белые мышечные волокна. По мере увеличения скорости сокращения начинает расти напряжение, отчасти вследствие усиления сухожильного рефлекса и растяжения последовательных упругих элементов.

В основе увеличения мышечной силы лежат такие изменения, как гипертрофия и гиперплазия. Гипертрофия — это увеличение размеров мышечных волокон вследствие увеличения в них числа сократительных белков и миофибрилл и повышение плотности капиллярной сети, окружающей мышечные волокна.

Режим сокращения мышцы

Гиперплазия — это увеличение числа мышечных волокон за счет их продольного расщепления. Перегрузки создаются либо за счет увеличения сопротивления, либо за счет увеличения скорости мышечных сокращений, либо за счет того и другого. В результате такой тренировки, вызывающей гипертрофию и активацию двигательных единиц, достигается повышение напряжения. Покоящаяся мышца эластична и обладает упругостью.

На­пряжение сокращающейся мышцы максимально, если ее длина составляет примерно 120 % от равновесной. Укорочение мышцы меньше длины покоя или ее растяжение больше этой величины приводит к снижению силы сокращения.

Скорость сокращения мышцы (то есть величина ее укорочения в единицу времени) зависит от величины внешней нагрузки, которую она вынуждена преодолевать (рис.4.7.). Чем меньше нагрузка, тем больше скорость сокращения. Мощность мышечного сокращения равняется произведению мы­шечной силы на скорость укорочения.

Тонус скелетных мышц

Мышечные волокна каждой ДЕ расположены на довольно значительном расстоянии друг от друга. Число мышечных волокон, входящих в одну ДЕ, отличается в разных мышцах. Так, в частности, в глазных мышцах одна ДЕ содержит 13-20 мышечных волокон, а ДЕ внутрен­ней головки икроножной мышцы — 1500-2500.

Для регуляции величины на­пряжения мышцы центральная нервная система использует три ме­ханизма. Чем больше число ДЕ мышцы включается в работу, тем большее напряжение она развивает. Даже в покое скелетные мышцы редко бывают полностью расслабленными, сохраняя некоторое напряже­ние, называемое тонусом. Человек способен произвольно регулировать тонус своих мышц, особенно после специальной тренировки. Тонус мышц не­произвольно увеличивается после тяжелых физических упражнений, а также, во время психо-эмоционального напряжения.

Количество мышечных волокон (nмв)

Под силой мышцы (или силой мышечной тяги) будем понимать силу, регистрируемую на ее конце (то есть количественную меру взаимодействия мышцы и регистрирующего прибора). Сила сократительного компонента мышцы во многом зависит от площади его поперечного сечения. Экспериментально установлено, что чем больше площадь поперечного сечения мышечного волокна, (то есть, чем оно толще), тем большую силу оно способно развить.

Число волокон в мышцах различно (табл. 4.1). Так, прямая мышца бедра содержит несколько десятков тысяч волокон, а икроножная – более миллиона! Преобладание физиологических поперечников этих мышц над их антагонистами связано с необходимостью постоянно противодействовать силе тяжести (гравитации).

Увеличения количества мышечных волокон (гиперплазии) в мышце не наблюдается. Это связано с тем, что мышечные волокна расположены под углом к длиннику мышцы. Этот угол называется углом перистости. Чем больше угол перистости, тем больше проигрыш в силе, передаваемой мышечным волокном сухожилию.

Синхронизация работы мышц

Именно поэтому большинство антигравитационных мышц имеет перистое строение. К ним относятся: четырехглавая мышца бедра, трехглавая мышца голени. Принцип Бернулли гласит, что степень сокращения мышцы при прочих равных условиях пропорциональна длине ее волокон.

Состав мышечных волокон разных мышц сильно отличается и в одной и той же мышце имеет огромные индивидуальные различия, зависящие от врожденных типологических особенностей человека. ДЕ называется система, включающая α-мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна. При увеличении частоты разрядов ДЕ, то есть нервных импульсов, поступающих из ЦНС к мышце, происходит переход от слабого одиночного сокращения к сильным тетаническим сокращениям мышечных волокон.

Число ДЕ, активных в процессе сокращения мышцы, определяется «принципом размера» или правилом Хенеманна. Синхронизация работы ДЕ – увеличение силы тяги мышцы за счет одновременной активации большого количества мышечных волокон. Еще в 1895 году М. Бликс показал, что при растягивании активной поперечно-полосатой мышцы под воздействием внешней нагрузки ее сила вначале возрастает, а затем уменьшается.

Установлено, что у человека вид зависимости «длина–сила» активных мышц определяется соотношением сократительного и упругого компонентов. Из этого следует, что при одной и той же длине мышцы нижних конечностей при растягивании способны развить большую силу, чем мышцы верхних конечностей.

Следует отметить, что, с одной стороны, перистая мышца превышает показатели мышцы с прямым ходом мышечных волокон по силе сокращения, с другой – во столько же раз проигрывает в скорости сокращения. Тропонин состоит из трех белковых субъединиц: С, I и Т. Субъединица С тропонина является своеобразным сенсором для ионов Са2+ в регуляции сокращения как в скелетной, так и в сердечной мышцах.