Биомеханика мышц человека: что происходит с мускулами при их сокращении?

Здравствуйте, рад снова приветствовать Вас на страницах АБ! Уверен, что тема, которую мы сегодня затронем, биомеханика мышц человека, не оставит равнодушным в буквальном смысле никого. Почему так, спросите Вы? Все очень просто, ведь эта тема - краеугольный камень бодибилдинга, на котором базируется весь процесс построения красивого и мускулистого тела. Без знания хотя бы базовых основ из этого направления не может идти речи ни о каких сколько-нибудь значимых результатах в улучшении композиции тела. Ну что, думаю, Вы уже поняли, что разговор сегодня будет про мышцы. На повестке дня рассмотрение таких вопросов: анатомия мышц человека, типы мышечных волокон и механизм сокращения.

Итак, рассаживайтесь поудобней, мы начинаем!

Мышцы и биомеханика мышц человека

Я уже давно хотел осветить сей вопрос т.к. считаю его самым главным технико-теоретическим моментом бодибилдинга, ибо сами понимаете - пытаться построить рельефное тело совершенно не зная (или имея смутное представление) о том, с чем придется работать – это просто верх неприличия :). Однако, я намеренно отложил рассмотрение этого вопроса до текущего момента поскольку вот так вот сходу очень тяжело "врубиться" в теоретическую часть – анатомию и физиологию мышц, тем более когда не знаешь даже базовых основ, таких как: типы телосложения, виды физических дисциплин и путь к успеху в бодибилдинге. Но теперь Вы знаете эти прописные истины, а значит пришло самое время копнуть поглубже и разобраться в еще одной важной теме. Ну что, к теории!

Мышцы человека: краткая справка новичку

Мышцы человека - это орган тела (мягкая ткань), состоящий из мышечных волокон, способных сокращаться под воздействием нервных импульсов и обеспечивающий основные функции тела человека: движение, дыхание, питание, сопротивление нагрузкам и т.п. Из этого определения сразу же можно сделать вполне очевидный вывод, что мозг и мышцы взаимосвязаны (что он прикажет, то и будет исполнено), следовательно, от связки “головной мозг-мышца” (а точнее сказать, от скорости нервно-мышечной реакции) зависит эффективность накачки мышц. И еще один вывод, вытекающий из определения, - надо работать не только над накачкой мышц, но и над уменьшением времени отклика нервно-мышечной реакции.

Мышца состоит из исчерченных, поперечно-полосатых пучков мышечных волокон, идущих параллельно друг другу, которые связываются соединительной тканью в пучки первого порядка. Несколько таких пучков соединяются и образуют пучки второго порядка и т.д. Все эти мышечные пучки объединяются специальной оболочкой, составляя мышечное брюшко.

Когда мышца сокращается (под воздействием нервных импульсов), в ней различают "активно-сокращающуюся" часть – брюшко и пассивную часть, при помощи которой она прикрепляется к костям - сухожилие. Если рассматривать в общем и целом, то скелетная мышца – это сложная структура, состоящая из поперечно-полосатой мышечной ткани, различных видов: соединительной (сухожилие) и нервной (нервы мышц) тканей, из эндотелия и гладких мышечных волокон (сосуды).

Из всего этого стоит запомнить, что преобладающей в структуре мышц является поперечно-полосатая мышечная ткань, свойство которой (сократимость) и определяет функцию мускула как органа сокращения. Тело человека состоит из различных мышечных групп – комплекс нескольких мышц, выполняющий одну и ту же двигательную функцию. При выполнении похожих упражнений в одинаковом движении в работу обычно включаются почти все мышцы из одной мышечной группы.

Перейдем к классификации и проще всего ее представить в виде следующей сводной таблицы.

Разберем и проанализируем некоторые классификаторы.

№1. По форме

Различают короткие, длинные и широкие мышцы. "Среда обитания" длинных мышц (в основном) - конечности, с их помощью выполняются упражнения с полной амплитудой движения. Например, подъем штанги на бицепс одно из таких упражнений, в котором работает этот тип мышц. Длинные – это мышцы “головастики”, т.к. состоят из трех частей: начало мышцы – головка, средняя часть - брюшко мышцы, конец мышцы – хвост. По своей форме похожи на веретено, сухожилия имеют вид узкой ленты. Яркими представителями семейства длинных мышцы являются те, которые оканчиваются на “-цепс”: бицепс (двуглавая), трицепс (трехглавая) мышцы плеча, квадрицепс (четырехглавая бедра).

Также к длинным относятся те, которые образуются в результате слияния мышц разного происхождения, обычно это многобрюшные мышцы, имеющие 2 или больше брюшка. Яркий представитель – абдоминальная и другие  мышцы пресса.

Широкие мышцы располагаются в основном на туловище и имеют расширенное сухожилие. Яркими представителями семейства широких мышц являются, например: поверхностные мышцы спины и груди. Короткие мышцы сходны по форме либо с длинными, либо с широкими мышцами, но имеют размеры значительно меньше относительно своих собратьев.

№2. По направлению волокон

Различают:

• прямые-параллельные;
• косые;
• поперечные;
• круговые.

Прямые-параллельные позволяют мышце значительно укорачиваться при сокращении, что обеспечивает большую амплитуду и увеличенную траекторию движения. Косые мышцы уступают в своей способности укорачиваться, но из-за того, что они более многочисленны, – способны развивать большее силовое усилие.

И в подтверждение этих слов - пример из тренажерной жизни.

Зачастую из-за незнания анатомических особенностей мышц люди пытаются дать ту нагрузку мышце на которую последняя в принципе не рассчитана по своей природе. К примеру, в силу того, что бицепс относится к виду прямой/параллельной/длинной мышцы (по классификации), он априорно не сможет взять тот вес, который потянет косая мышца, а вот последняя, в силу своих многочисленных волокон, легко разовьет большее силовое (тяговое) усилие. Ну а чтобы это понимать необходимо знать основы физиологии, анатомии мышц и понимать принципы их работы (о последнем поговорим далее).

Итак, следующие это поперечные и круговые мышцы. Поперечные схожи с косыми и выполняют во многом схожие виды работы, а вот круговые – отличаются от них тем, что располагаются вокруг отверстий тела (например, мышца рта) и своим сокращением суживают их. Второе имя этих мышц - сжиматели или сфинктеры, самый популярный из них, это анальный сфинктер.

№3. Закономерности расположения мышц

Было бы наивно полагать, что не  существует каких-то закономерностей в распределении мышц по всему телу.

Конечно же они есть и описать их можно таким образом:

• согласно строению тела и принимая во внимание принцип двусторонней симметрии мышцы являются парными или состоят из двух симметричных половин.
  И славу богу, что симметричных, а то представьте себе лицо из двух разных половинок. Хотя после череды праздников у некоторых людей можно наблюдать явный перекос, морды-лица :);
• тело человека и, в частности, его туловище состоит в основном из сегментов (отдельных самостоятельных элементов) мышц. Т.е. это не какой-то сплошной общий пласт (хотя широкие мышцы живота именно такого типа), а есть четкое (иногда условное) разделение на отделы, например, прямую мышцу живота можно условно разделить на верхний и нижний отделы;
• мышцы располагаются по кратчайшему расстоянию между точками их прикрепления. Движение, производимое мышцей, совершается по прямой линии, поэтому, зная точки прикрепления мышцы, и то, что подвижная часть притягивается к неподвижной, можно заранее определить сторону движения и функцию мышцы;
• мышцы, перекидываясь, перекрещивают под прямым углом ту ось в суставе, вокруг которой они производят свое движение.

Итак, с классификаторами мышц и географией их расположения разобрались, теперь рассмотрим некоторые технические моменты в деле набора качественной мышечной массы, которым мало кто уделяет свое внимание или не принимает их в расчет вовсе.

Биомеханика мышц человека: как что устроено и работает

Клеточное строение и сокращение мышц

Всем нам известно, что любой живой организм состоит из клеток - наименьшей структурной единицы. Так вот структурной единицей для мышц является миофибрилл – тончайшие нити, идущие вдоль от одного конца мышечного волокна до другого.

Т.к. мышцы (в большинстве своем) выполняют сократительную функцию, то для обеспечения этой деятельности в ход идут активные элементы – протофибриллы в виде белков актина (длинные и тонкие волокна) и миозина (короткие и в два раза более толстые, чем актин, волокна). В разных типах мышц, например, в гладких и скелетных, протофибриллы расположены по-разному. Так в гладких последние расположены неупорядоченно и, преимущественно, по периферии внутренней поверхности миофибрилл. В скелетных же мышцах актин и миозин строго упорядочены и занимают всю их внутреннюю полость.

Можно наблюдать такую картину - места, где волокна актина частично входят между волокнами миозина выглядят тёмными полосками, а другие частицы - светлыми, поэтому такие миофибриллы называются поперечно-исполосованными.

Вообще, в самом общем виде, механизм мышечного сокращения выглядит следующим образом: при сокращении мышцы волокна миозина, используя энергию АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) продвигаются вдоль волокон актина, тем самым обеспечивая главную функцию мышц.

Миозин в этом процессе играет роль фермента аденозинтрифосфатазы и способствует расщеплению АТФ и выделению энергии.

Подытожив все вышеизложенное следует запомнить, что гладкие мышцы (благодаря своему строению) сокращаются относительно медленно (от нескольких секунд до 1-4 минут), тогда как исполосованные мышцы способны сокращаться очень быстро (за доли секунды). Имейте это ввиду при работе с тем или иным видом мышц.

Далее рассмотрим…

Принцип работы мышц: элементы биомеханики

В этой подглаве уместно вспомнить поговорку: “какой водитель не любит быстрой езды?”. Применительно к бодибилдингу можно сказать так: “какой новичок не хочет накачать большие мышцы?”. А вот сделать это поможет (в том числе) знание принципов биомеханики работы мышц, т.е. важно понимать какие процессы и самое главное как они протекают при работе с железом. Согласитесь есть в этом что-то такое, когда ты беря в руки гантель не просто на автопилоте делаешь заученное упражнение, а понимаешь, что в этот момент происходит в твоих мышцах. Понимание этих вопросов продвинет Вас в сторону качества и количества мышц на Вашем теле.

Итак, основное свойство мышечной ткани (как мы уже неоднократно говорили) - сократимость. Процесс этот представляет собой укорочение мышцы и сближение двух точек к которым она прикреплена, причем подвижный пункт притягивается к неподвижному. Действуя таким способом мышца не только производит тяговое усилие (передвигает груз), но и совершает механическую работу. А теперь - внимание! Сила мышцы зависит от количества мышечных волокон, входящих в ее состав, и определяется площадью физиологического поперечника, т. е. площадью разреза в том месте, через которое проходят все волокна мышцы. Таким образом длина мышцы влияет на величину ее сокращения. В каком-то смысле можно сравнить кости, движущиеся в суставах под влиянием мышц, с механическими рычагами для передвижения предметов различной степени тяжести. Таким образом получается, что чем дальше от места опоры будут прикрепляться мышцы, тем это эффективней, ибо благодаря увеличению плеча рычага лучше может быть использована их сила - теоретическая механика, 3 курс института, товарищи дорогие.

Если исходить из “рычажной концепции”, то различают мышцы сильные - прикрепляющиеся вдали от точки опоры и ловкие - прикрепляющиеся вблизи нее. Первые (например, камбаловидная) лучше производят работу статического характера. Они характеризуются большой поверхностью своего начала и их место прикрепления находится близко к точке приложения тяжести. Также сильные мышцы богаче кровеносными сосудами и мышечным пигментом (миоглобином), цвет их темнее, благодаря чему их называют красными. Эти мышцы долго не утомляются и во время работы проявляют большую силу при незначительном напряжении. Однако хорошие силовые показатели сказываются на скорости и размахе их движения при сокращении, которые невелики. Можно сказать, что сильные мышцы - некие опорные точки всей мускулатуры человека.

Совсем иначе обстоит дело с ловкими мышцами. Они (например, двуглавая мышца бедра) характеризуются длинными обычно параллельно расположенными волокнами с небольшой площадью начала и прикрепления, а также меньшим количеством кровеносных сосудов, поэтому их называют белыми мышцами. Эти мышцы отличаются быстротой сокращения и работая с большим напряжением достаточно быстро утомляются. Хоть белые мышцы и уступают в силе красным, зато они способны быстро и во взрывном характере выполнять разнообразные движения. Чаще можно встретить такое название этих волокон: медленные (красные) и быстрые (белые) или волокна первого (I) и второго (II) типов.

В организме человека мышцы содержат как красные волокна - статического типа, так и белые - динамического. В основном 3/4 людей планеты имеют процентное соотношение красных и белых волокон такое: 60/40, т.е. преобладают первые, однако профессиональные спортсмены находятся вне этих параметров. У спринтеров вообще до 90% мышц ног – быстро-сокращающиеся. А я-то думал, чего они так чешут, прямо со старта :). Разумеется, что с возрастом (а также от величины нагрузки) соотношение белых и красных волокон меняется.

И еще, если Вы в течении жизни не поднимаете ничего тяжелее столовой ложки или пульта от телевизора, то Ваши мышечные клетки обновляются каждые 7 - 15 дней. Если же Вы занимаетесь в тренажерном зале, работаете с железом, то процесс обновления ускоряется т.к. любые упражнения (а с отягощениями особенно) провоцируют возникновение разрывов мышечных волокон, стимулируя тем самым рост новых клеток.

Примечание:

Помимо того, что каждая мышца имеет “начало” (которое обычно совпадает с точкой опоры) и прикрепление, ее подвижная и неподвижная части могут меняться местами

Вообще большое количество упражнений в бодибилдинге, где совершаются движения в противоположных направлениях (сгибание/разгибание – пресс, приведение/отведение – работа с гантелями и т.п.) требует участия не менее двух взаимно расположенных мышц. Такие мышцы человека, действующие во взаимно противоположных направлениях, называются антагонисты. Именно благодаря им обеспечивается плавность движений. Итак, если есть антагонисты, значит есть и противоположные им мышцы, равнодействующая которых проходит в одном направлении и называются они агонисты или синергисты. Следует понимать, что одни и те же мускулы могут выступать в роли как синергистов, так и антагонистов.

Теперь рассмотрим вопросы вовлечения мышц в работу и процессы их кровоснабжения.

Работа мышц: нервно-мышечная активность

Мышца - это мягкое и эластичное тело, которое может быть растянуто под действием внешних сил. Поэтому как только начинается процесс растяжения, в ее рецепторах возникает возбуждение, достигающее  по нервным волокнам ЦНС, которое затем обратно возвращается в мышцу, вызывая её напряжение (противодействующее растяжению).

Любую работу характеризует ее КПД. Коэффициентом полезного действия работы мышц является развиваемая “мышечно-силовая” тяга и амплитуда (размах) движения последней. Под силой тяги будем понимать величину напряжения, которое развивается в мышце при ее возбуждении. Сила тяги находится в прямой зависимости от количества и направления волокон. Мышца тем сильнее, чем больше в ней мышечных волокон. Однако сосчитать последние практически невозможно. Поэтому существует такое понятие как физиологический поперечник мышцы, вот по нему-то и определяют силу последней.

Примечание:

Физиологический поперечник – площадь сечения мышцы в плоскости, перпендикулярной длине всех её волокон. Каждый квадратный сантиметр физиологического поперечника мышцы выдерживает в среднем 10 кг груза

Также параметром, характеризующим работу мышцы, является  размах движения, который зависит от характера костного скелета, от длины мышечного брюшка и “плеча рычага”, а также от самой мышцы.

Стоит упомянуть про еще один важный момент, относящийся к силе, развиваемой мышцей. Большое значение для силы тяги имеет степень возбуждения мышцы. Чем сильнее стимулирующее действие нервной системы, чем большее количество мышечных волокон захватывает возбуждение, тем больше сила тяги. Влияние нервной системы, как и кровеносной, зависит от общего состояния организма и типа высшей нервной деятельности.

Трофика и иннервация мышц

Помимо того, что работа мышц, как и других органов, регулируется нервной системой, также свой вклад в управление вносит и кровеносная.

Как мы поняли (а мы ведь поняли, да? :)), мышцы выполняют просто колоссальный объем работы и процессы обмена веществ в них протекают весьма активно. Поэтому не мудрено, что они обладают разветвленной сетью кровеносных сосудов, по которым кровь подводит к ним питательные вещества и кислород, а выводит продукты обмена.

Стоит отметить, что, конечно, не все мышцы в равной степени снабжены кровеносными сосудами. Например, те из них, которые работают почти “денно и нощно” (диафрагма, сердце), обладают разветвленной кровеносной сетью. Те же, которые включаются в работу непостоянно, в течение непродолжительного периода времени, такой сетью не располагают (например, бицепс, прямая мышца живота и др.). Нервное окончание любой мышцы - рецепторы или эффекторы, которые располагаются везде где только можно: в мышечной ткани, сухожилиях.

Из уст многих успешных бодибилдеров можно услышать такие слова: “в упражнениях надо чувствовать мышцу”, это чувство достигается путем восприятия рецепторами определенной степени сокращения/растяжения мышцы. Таким образом по нервным волокнам как по электрическим проводам передаются сигналы от мозга к мышцам и наоборот.

Эффекторы – это также нервные окончания, передающие возбуждение (пришедшее от нервного центра как ответ на изменение состояния, воспринятое рецепторами) мышце. В общем, думаю, Вы поняли, что нервно-симпатический механизм играет значительную роль в деле накачки качественной мышечной массы.

Пара слов о развитии и не развитии мышц

Так уж задумано природой, что тело человека создано для различного рода деятельности посредством работы мышц.

Современные же реалии доказывают, что мы все чаще забываем пользоваться последними в своей повседневной жизни и тяжелее пульта от телевизора стараемся ничего не брать. Все это приводит в конечном итоге к атрофии мышц и потере их работоспособности. Только постоянные силовые нагрузки, тренировки в тренажерном зале, фитнес-занятия, позволят Вам включить в свою непосредственную деятельность предназначенные для этого мышцы. В результате все это приведет к увеличению объёма, возрастанию силы мышц, к общему физическому развитию всего организма.

Все, что надо знать новичку про мышцы

Закончить хотелось бы подведением общих итогов всему тому, что тут было сказано, дабы у Вас все окончательно уложилось по полочкам.

Основные тезисы, которые необходимо усвоить:

• изучайте информацию по всем группам мышц человеческого тела более детально, дабы понимать, как эффективнее ими работать;
• прочувствуйте работу мышцы во время выполнения упражнений;
• помните про типы мышечных волокон: белые и красные, и вовлекайте в работу оба типа волокон, чтобы добиться нужного объема мышц;
• запомните, что сила мышцы зависит от количества мышечных волокон, входящих в ее состав, и наращивайте именно их;
• работайте как с мышцами антагонистами (действующими во взаимно противоположных направлениях), так и синергистами (действующими в одном направлении);
• стимулируйте свою нервную систему в подходах при работе с отягощением, дабы вовлечь большее количество мышечных нитей;
• помните, что разветвленная кровеносная система важна для полноценной трофики (питания) мышц, поэтому, если Вы не отказываете себе в удовольствие - “посмолить”, задумайтесь, а стоит ли оно того?;
• не запускайте свои мышцы, они должны работать при любом возможном случае.

Теперь точно все.

Послесловие

Ну что, дорогие мои читатели, вот и провернули такой большой объем работы, а именно разобрались в вопросах анатомии мышц человека, рассмотрели классификацию, узнали кое-что о клеточном строении и биомеханике мышц человека. Хотелось бы добавить, что в скором времени мы рассмотрим мышечный атлас в разрезе на конкретных примерах мышечных групп, и все это также подробно и обстоятельно. Так что ждем-с!

На сим все, оставайтесь с проектом “Азбука Бодибилдинга” и да прибудет с Вами сила!

PS. если есть вопросы, милости просим в комментарии