Мышечная сила. Измерение мышечной силы кистей и становой силы Измерение мышечной силы

Но не обычных, которые используются в промышленности, а специальных - медицинских. К медицинским динамометрам относят кистевой, также называемый ручным, динамометр и становой динамометр. В данной статье мы расскажем, как же проводят измерения при помощи данных приборов.

Итак, начнем с кистевого динамометра. Данный прибор предназначается для определения сжимающей силы мышц сгибающих пальцы обоих рук человека, а также для диагностики состояния и функции рук, как здоровых людей, так и восстанавливающихся после травм. Динамометр кистевой используется врачами, которые занимаются физиотерапией, кроме того, динамометр применяется в правоохранительных органах, вооруженных силах и МЧС. Приборы для измерения силы незаменимы для подготовки профессиональных спортсменов. В качестве примера кистевого динамометра можно привести такие приборы, как: механический ДК и электронный ДМЭР.

Динамометр кистевой ДК.

Для проведения измерений изометрической силы с использованием динамометра не требуется много времени, к тому же процесс замера не утомляет испытуемого. Для получения точных абсолютных результатов необходимо, чтобы пациент соблюдал определенное положение тела и угол отдельных суставов. Пусть обследуемый человек вытянет руку с кистевым динамометром и отведет её в сторону перпендикулярно туловищу. Свободная рука, при этом, должна быть расслаблена и опущена вниз. После чего, по команде, он должен будет сжать динамометр кистевой так сильно, как только сможет. Динамометрическое измерение может проходить поочередно обеими руками несколько раз, при этом, выбирается лучший результат для каждой руки.

Делать выводы на основании абсолютных результатов проведенных измерений можно только в динамике, когда предыдущие результаты были занесены в специальный дневник. В противном случае, поскольку на результаты измерений, проведенных с использованием динамометра, оказывают влияние такие факторы, как возраст, пол испытуемого, а также рост и вес, следует использовать более объективные показатели. Самым объективным показателем силы будет являться так называемая, относительная величина мышечной силы. Это связано, помимо перечисленных факторов, с тем, что в ходе тренировок, рост абсолютных показателей силы тесно связан с ростом мышечной массы человека, и как следствие с его весом.

Чтобы определить величину относительной силы кисти, нужно абсолютные показания в килограммах, полученные измерением ручным динамометром, умножить на 100 и разделить на вес тела спортсмена. Для мужчин, не занимающихся спортом, этот показатель должен составлять 60-70, а для женщин 45-50.

Становая динамометрия, проводимая с использованием станового динамометра, это, можно сказать, комплексное измерение силовых качеств спортсмена, поскольку в таком исследовании участвуют практически все основные мышцы. Упражнение становой тяги с использованием динамометра должно применяться во всех учреждения диспансерного типа спортивно-оздоровительного профиля. В качестве примера станового динамометра можно привести ДС-200 и ДС-500.

Динамометр Становой ДС-200

Становая динамометрия подразумевает использование станового динамометра - прибора, который по виду напоминает обычный ножной эспандер, который состоит из рукояти, подножки, подкладываемой под ноги, троса и измерительного прибора с датчиком и отсчитывающим устройством. Испытуемый должен потянуть рукоять на себя и вверх так сильно, как только сможет, при этом, ноги должны быть прямыми в коленях.

Относительная величина становой силы рассчитывается точно так же, как и в ручной динамометрии, однако, здесь показатели индекса должны быть в разы больше. Например:

Если индекс менее 170 - то индекс относительной величины становой силы низкий.

• От 170 до 200 - ниже среднего.
• 200 - 230 - средний.
• 230 - 260 - выше среднего.
• Если же более 260 - то считается высоким.

Увеличение относительных показателей силы, как ручной, так и становой, как правило, говорит о повышении мышечной силы, а, следовательно, об увеличении мышечной массы в процентном соотношении.

Показания таких измерений используются в неврологии при обследовании заболеваний, которые могут сопровождаться мышечной слабостью, например, миастения, рассеянный склероз со слабостью конечностей, а также, различные последствия инсульта.

Отдельно следует выделить такой вид исследования, как динамография, при котором показатели силы и скорости сокращения мышц записываются на графике. Как видно из названия, суть этого метода состоит в том, что показания записываются в графическом виде в динамике (во времени). Часто, динамография связана с какими либо упражнениями или обстоятельствами, эффективность которых необходимо измерить.

У детей, также существуют усредненные показатели динамометрии, которые принято считать нормой. Усредненные величины различаются в зависимости от пола, роста, возрастной категории испытуемого. Измерения силы кисти правой руки и становой силы, обычно, проводят для детей в возрасте от восьми до 18 лет в два этапа, с небольшим перерывом для отдыха. Так, нормы показателей силы кисти правой руки для мальчиков составляют:

• От 13 до 18,5 кг - для возраста 8-11 лет.
• 21,6 - 37,6 кг - 12-15 лет.
• 45,9 - 51 кг - 16-19 лет.

Для девочек, норма колеблется в пределах:

• 9,8 - 17,1 кг - для возраста 8-11 лет.
• 19,9 - 28,3 кг - 12-15 лет.
• 31,3 - 33,8 кг - 16-19 лет.

Завершая статью, скажем только что динамометрия - это важный элемент антропометрии, который нашел свое применение в физиологии, спортивной медицине, гигиене спорта. Благодаря показателям абсолютной и относительной величины силы производится оценка степени физического развития человека.

Динамометрами измеряют кистевой мышечный тонус у детей и взрослых с целью определения общей работоспособности и силы человека, а также для отслеживания в динамике процесса восстановления после перенесенных травм, в процессе подготовки спортсменов, для проведения динамометрии во время диспансеризации населения. Современные приборы показывают силу в деканьютонах (даН). Эта единица является аналогом килограмм-силы (кгс).

Принцип работы динамометра

Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.

Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.

Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!

Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.

Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.

Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.

Современный прибор для динамометрии — это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.

Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!

Основные виды динамометров в медицине

Первые динамометрические устройства , представлявшие собой пружинные механизмы, были созданы в середине 18 века. Пружина в них под воздействием груза растягивалась на определенную длину. Деления на шкале, показывающие удлинение пружины, соответствовали массе груза. Спустя некоторое время был изобретен циферблатный прибор с круглой пружиной замкнутого контура. После устройств с механизмами растяжения были изобретены конструкции, работающие при нажиме.

Сегодня существуют динамометры следующих типов:

• Механические.
• Гидравлические.
• Электронные.

Приборы с механическим принципом действия бывают:

• Рычажные.
• Пружинные.

Встречаются модели динамометрических приборов, в которых задействованы сразу два вида силовых устройств!

В медицинской практике чаще всего используются следующие виды приборов :

В электронных конструкциях применяются типы индуктивных, пьезоэлектрических и других датчиков. В процессе деформации датчика сопротивление возрастает — как следствие, меняются токи. В результате, сила давления на датчик оказывается прямо пропорциональной силе передаваемого прибором электрического сигнала.

Электрический динамометр – это высокоточный, небольшой по габаритам и лёгкий по весу прибор!

Чем отличается кистевой или ручной динамометр от станового?

В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.

Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!

Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.

Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.

Правила эти очень просты и состоят в следующем:

• Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
• Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
• Руку с устройством следует вытянуть вперед.
• Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.

По данному алгоритму делается измерение силы каждой руки поочередно, несколько раз подряд.

Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!

При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.

Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц — для мужчин.

С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!

Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.

Для измерения мышечной силы человеку нужно:

• Встать обеими ногами на подножку прибора.
• Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
• Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
• Ноги в коленях при этом не сгибать.
• Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.

Принцип расчета относительных показателей для становых приборов такой же, как и для ручных. Но величины индексов значительно выше. При индексе до 170 единиц становая сила оценивается как низкая. Показатели от 170 до 200 единиц говорят о силе ниже средних значений. Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.

Для чего нужно знать силовые показатели?

На силу мускулов человека влияют его пол и возраст, вес тела и уровень усталости. Во многом зависит показатель силы от времени суток и типа мышечной тренировки.

Замечено, что в средине дня фиксируется, как правило, максимальное значение данного показателя. А утром и вечером – минимальное.

В то же время нормальная мышечная сила конкретного человека может быть ослаблена в связи с тем, что:

• Он болеет каким-либо заболеванием или испытывает временное недомогание.
• Человек находятся в состоянии депрессии или стресса.
• По ряду причин сбился привычный для его организма режим питания и распорядок дня.

Зачастую данные показатели понижены у лиц пожилого возраста и у людей, не поддерживающих себя в должной физической форме.

Врачи назначают пациентам измерение мускульной силы на динамометре для контроля физического развития как детей и подростков, так и взрослых людей.

При проведении замеров необходимо следить, чтобы в начальном положении стрелка прибора стояла на нулевой отметке!

После замера показания обязательно записываются. Это поможет медикам в дальнейшем оценить изменение состояния здоровья человека за определенный промежуток времени.

Тем, у кого показатели мышечной силы невысоки, врачи рекомендуют занятия приемлемым видом спорта. Ведь физические упражнения делаются не только для наращивания бицепсов. Прежде всего, они укрепляют иммунитет организма, повышают его работоспособность.

Обзор популярных моделей и цен на динамометры медицинских

В России производится несколько разновидностей медицинских динамометрических приборов. Среди них есть механические и электронные модели. Для взрослых и детей выпускаются становые и кистевые устройства разной ценовой категории.

Динамометр кистевой ДК-25, ДК-50, ДК-100, ДК-140

Перечисленные модели относятся к категории пружинных механических приборов. Они предназначаются для измерения мышечной силы у людей разного возраста и состояния здоровья. Устройства для динамометрии нужны в поликлиниках и диспансерах, в санаторно-оздоровительных и клинических учреждениях, в секциях различных видов спорта.

Принцип работы, форма и размер данных моделей мало отличаются между собой. Главная разница — в диапазоне измерений.

Цифры, входящие в наименование прибора, свидетельствуют о верхнем пределе диапазона!

В частности, ДК-25 – это динамометр кистевой, позволяющий измерять силу максимум до 25 деканьютонов. Прибор ДК-140 имеет верхний предел измерений, равный 140 деканьютонам.

Стоимость ручных пружинных моделей составляет от 3100 до 3900 рублей.

Данные модели представляют собой ручные электронные приборы, выпускаемые для измерения кистевой мышечной силы пациентов. Их используют в клиниках, стационарах, реабилитационных центрах, в школьных медицинских кабинетах. Они применяются также в профессиональном и любительском спорте и в физиологической практике.

Прибор ДМЭР-120 выпускается для взрослых людей. При сжатии кистью корпуса динамометра прикладываемая мышечная сила преобразуется в электрический сигнал определенной частоты. Полученные показания проходят обработку в цифровом микропроцессоре. Устройство оснащено жидкокристаллическим табло с индикатором, на который выводится окончательный результат. С его помощью можно производить измерение в пределах от 2 до 120 даН.

Есть вариант исполнения данной модели с индикатором, вынесенным за пределы прибора!

Цена модели составляет порядка четырёх тысяч рублей. Исполнение с выносным индикатором стоит на 500 рублей дороже. Конструкция имеет автономную систему питания от аккумуляторных элементов.

ДМЭР-30 – это детский динамометр. Им измеряют силу мышц рук у детей старшего и среднего возраста.

Ребенку удобно держать в руке данный прибор, так как он имеет корпус небольшого размера!

Кроме того, прибор очень лёгкий — он весит всего 90 гр. Устройство может работать в двух режимах. Обычный режим после измерений нужно отключать вручную. В экономичном

режиме предусмотрено автоматическое самоотключение прибора спустя одну минуту после произведения замера. Максимальный предел измерения в данном приборе составляет 30 даН. Стоимость данной модели — 3400-3600 рублей.

Этот динамометрический прибор имеет диапазон измерения от 20 до 200 даН. Корпус станового измерителя силы выполнен из материала силумина и покрыт лаком. Пружинная часть сделана из никелированной стали.

Устройство определяет статическую выносливость и силу сгибающих и разгибающих мышц корпуса человека!

Прибор оснащен специальным зеркалом, благодаря которому можно видеть показания шкалы во время приложения мышечного усилия.

Становой динамометр используется в кабинетах лечебной физкультуры, в ортопедических и неврологических клиниках, в научно-исследовательских лабораториях и в спорте.

Цена станового динамометрического устройства находится в пределах 9950-12250 руб.

Скелетные мышечные волокна подразделяются на быстрые и медленные. Скорость сокращения мышц различна и зависит от их функции. Например, быстро сокращается икроножная мышца, а глазная мышца сокращается еще быстрее.

Рис. Типы мышечных волокон

В быстрых мышечных волокнах более развит саркоплазматический ретикулум, что способствует быстрому выбросу ионов кальция. Их называют белыми мышечными волокнами.

Медленные мышцы построены из более мелких волокон, и их называют красными из-за их красноватой окраски, обусловленной высоким содержанием миоглобина.

Рис. Быстрые и медленные мышечные волокна

Таблица. Характеристика трех типов волокон скелетных мышц

Сила мышц

Силу мышцы определяют по максимальной величине груза, который она может поднять, либо по максимальной силе (напряжению), которую она может развить в условиях изометрического .

Одиночное мышечное волокно способно развить усилие 100-200 мг. В теле примерно 15-30 млн волокон. Если бы они действовали параллельно в одном направлении и одновременно, то могли бы создать напряжение 20-30 т.

Сила мышц зависит от ряда морфофункциональных, физиологических и физических факторов.

Расчет мышечной силы

Сила мышц возрастает с увеличением площади их геометрического и физиологического поперечного сечения. Физиологическое поперечное сечение мышцы представляет собой сумму поперечных сечений всех волокон мышцы по линии, проведенной перпендикулярно ходу мышечных волокон.

В мышце с параллельным ходом волокон (например, портняжная мышца) площади геометрического и физиологического поперечных сечений равны. В мышцах с косым ходом волокон (межреберные) площадь физиологического сечения больше площади геометрического и это способствует увеличению силы мышц. Еще больше возрастают физиологическое сечение и сила у мышц с перистым расположением мышечных волокон, которое наблюдается в большинстве мышц тела.

Для того чтобы иметь возможность сопоставить силу мышечных волокон в мышцах с различным гистологическим строением, используют понятие абсолютной силы мышцы.

Абсолютная сила мышцы — максимальная сила, развиваемая мышцей, в перерасчете на 1 см 2 физиологического поперечного сечения. Абсолютная сила бицепса составляет 11,9 кг/см 2 , трехглавой мышцы плеча — 16,8, икроножной 5,9, гладких мышц — 1 кг/см 2 .

где А мс — мышечная сила (кг/см 2); Р — максимальный груз, который способна поднять мышца (кг); S — площадь физиологического поперечного сечения мышцы (см 2).

Сила и скорость сокращения , утомляемость мышцы зависят от процентного соотношения различных типов двигательных единиц, входящих в эту мышцу. Соотношение разных типов двигательных единиц в одной и той же мышце у разных людей неодинаково.

Различают следующие типы двигательных единиц:

• медленные неутомляемые (имеют красный цвет), они развивают небольшую силу сокращения, но могут длительно находиться в состоянии тонического напряжения без признаков утомления;
• быстрые, легко утомляемые (имеют белый цвет), их волокна развивают большую силу сокращения;
• быстрые, относительно устойчивые к утомлению, развивающие относительно большую силу сокращения.

У разных людей соотношение числа медленных и быстрых двигательных единиц в одной и той же мышце определено генетически и может значительно различаться. Чем больше в мышцах человека процент медленных волокон, тем более она приспособлена к длительной, но небольшой по мощности работе. Лица с высоким содержанием в мышцах быстрых сильных моторных единиц способны развивать большую силу, но склонны к быстрому утомлению. Однако надо иметь в виду, что утомление зависит и от многих других факторов.

Сила мышцы увеличивается при ее умеренном растяжении. Одним из объяснений этого свойства мышц является то, что при умеренном растяжении саркомера (до 2,2 мкм) увеличивается вероятность образования большего количества связей между актином и миозином.

Рис. Соотношение между силой сокращения и длиной саркомера

Рис. Соотношение между силой мышцы и ее длиной

Сила мышц зависит от частоты нервных импульсов , посылаемых к мышце, синхронизации сокращения большого числа моторных единиц, преимущественного вовлечения в сокращение того или иного типа моторных единиц.

Сила сокращений увеличивается:

• при вовлечении в процесс сокращения большего количества моторных единиц;
• при синхронизации сокращения моторных единиц;
• при вовлечении в процесс сокращения большего количества белых моторных единиц.

При необходимости развить небольшое усилие сначала активируются медленные неутомляемые моторные единицы, затем быстрые, устойчивые к утомлению. Если надо развить силу более 20-25% от максимальной, то в сокращение вовлекаются быстрые, легко утомляемые моторные единицы.

При напряжении до 75% от максимально возможного практически все моторные единицы активированы и дальнейший прирост силы идет за счет увеличения частоты импульсов, посылаемых к мышечным волокнам.

При слабых сокращениях частота посылки нервных импульсов по аксонам мотонейронов составляет 5-10 имп/с, а при большой силе сокращения может доходить до 50 имп/с.

В детском возрасте прирост силы идет главным образом за счет увеличения толщины мышечных волокон, что связано с увеличением в них количества миофибрилл. Прирост числа волокон незначителен.

При тренировке мышц у взрослых нарастание их силы связано с увеличением миофибрилл, а повышение их выносливости обусловлено увеличением числа митохондрий и получением АТФ за счет аэробных процессов.

Имеется взаимосвязь силы и скорости сокращения мышцы. Скорость сокращения мышцы тем больше, чем больше ее длина (за счет суммации сократительных эффектов саркомеров). Она уменьшается при увеличении нагрузки. Тяжелый груз можно поднять только при медленном движении. Максимальная скорость сокращения, достигаемая при сокращении мышц человека, около 8 м/с.

Мощность мышцы равна произведению мышечной силы на скорость укорочения. Максимальная мощность достигается при средней скорости укорочения мышц. Для мышц руки максимальная мощность (200 Вт) достигается при скорости сокращения 2,5 м/с.

Сила сокращения и мощность мышцы снижаются при развитии утомления.

В литературе имеются описания разнообразных положений испытуемых при измерении силы мышц (стоя, лежа, сидя). От исходного положения при измерении существенно зависит абсолютная сила мышц: например, сила разгибателей бедра, измеренная при положении стоя и лежа, имеет различие до 20%.

При измерении силы мышц необходимо соблюдать следующие правила:

1) лучшее время проведения измерений – первая половина дня, через 2,5-3 часа после еды;

2) необходима разминка в течение 10-15 минут без отягощений;

3) температура окружающей среды должна быть от + 18 до +22°:

4) положение испытуемого – вертикальное;

5) обязательная фиксация проксимальных суставов и сохранение постоянным положения дистальных суставов;

6) плечо приложения силы у всех испытуемых должно быть постоянным, так как во всех случаях измеряется не сила, а момент силы мышц;

7) угол между динамометром и звеном (бедром, голенью) обязательно должен быть прямым;

8) при изучении взаимосвязи силы мышц и технических параметров выполнения движений целесообразно проводить измерения с учетом индивидуальных рабочих углов;

9) манжета, к которой крепится динамометр, должна быть не менее 5 см шириной для устранения болевого компонента;

10) измерение силы после тренировок и на следующий день после соревнований не целесообразно, кроме специальных исследований;

11) при сопоставлении силы мышц-сгибателей и разгибателей, действующих на одно звено, необходимо производить измерения со строгим учетом исходного состояния мышц (их растянутости);

12) силу мышц целесообразно измерять на всей амплитуде движения через каждые 10° для крупных суставов и 5° – для мелких.

Измерение силы по методике А. В. Коробкова с соавт. производится на измерительном станке, который позволяет добиться изолированного действия определенной группы мышц. Станок состоит из металлической рамы, плотно укрепленной на шести ножках. Вдоль рамы перемещается вертикальная стойка с поперечной передвижной планкой, к которой во время проведения эксперимента укрепляется датчик. Внутри рамы укрепляется деревянная площадка с подголовником с одной стороны и планкой для упора ног – с другой. Рама снабжена ремнями, с помощью которых обеспечивается неподвижность измеряемого. Исходное положение испытуемого для всех измерений – лежа на спине или животе. Недостатком метода является то, что измерения проводятся без учета состояния мышц. их растянутости, а также возможность проводить измерение только при наличии прямого угла между проксимально и дистально расположенными звеньями. Отсутствует возможность измерять силу мышц при пронации и супинации.

Измерение силы мышц по методике Б. М. Рыбалко проводится с использованием специального приспособления, состоящего из опорного щита с ремнями, который укрепляется на гимнастической стенке и служит опорой и фиксацией испытуемого при измерении; подставки, которая создает возможность для фиксации стопы при измерении и укрепления динамометра, кронштейна, крепленного к гимнастической стойке и служащего верхней опорой для динамометра. Исходное положение измеряемого – вертикальное. Недостатки метода те же, что и для методики А. В. Коробкова; преимущества – портативность приспособления.

Методика, разработанная на кафедре анатомии Смоленского ГИФК (Р. Н. Дорохов, Ю. Д. Кузьменко, Я. С. Татаринов, М. И. Шутков), позволяет измерить силу мышц на всей амплитуде возможного движения в суставах. Стационарный вариант измерительного приспособления состоит из опорной в 2,5 м высотой рамы, одна сторона которой имеет вид полуокружности, вдоль которой располагаются блоки, создающие возможность измерять силу мышц при любом положении конечности с сохранением обязательного условия – положение между конечностью и динамометром – 90°. В центре рамы располагается опорная вертикаль для укрепления испытуемого.

Она имеет дополнительную опорную штангу для фиксации коленного сустава, площадку с укрепленным слаломным ботинком, которая позволяет полностью исключить движение в голеностопном суставе опорной ноги, площадку для опоры и фиксации туловища. Опорное приспособление свободно вращается вокруг вертикальной оси. Это позволяет измерить силу мышц при движении вокруг сагиттальной и фронтальной осей. При измерении силы мышц туловища в центре опорной рамы устанавливается вместо опорной вертикали фиксирующее устройство для таза и нижних конечностей с меняющейся высотой укрепляющей площадки. На опорной раме укреплено также два реверсионных электромотора, которые создают возможность с помощью тросов и динамометра измерять силу мышц при преодолевающем и уступающем видах работы. Преимущество этого метода в том, что имеется возможность измерить силу мышц в специфических рабочих углах с большой точностью при движениях во всех без исключения суставах при преодолевающей, удерживающей и уступающей работе мышц. Недостаток – громоздкость.

Переносной вариант опорного приспособления для измерения силы мышц (Р. Н. Дорохов, Ю. Д. Кузьменко) представляет соединенный из труб параллелепипед, три стороны которого имеют металлические перемычки, расположенные через равные промежутки, которые позволяют при необходимости задать с помощью цепей желаемое положение исследуемому звену тела, то есть измерить силу мышц при любом их состоянии (растянутости). Четвертая сторона снабжена подвижной рамой с ремнями и опорными скобами, с помощью которых испытуемый закрепляется в нужном положении, исключаются добавочные движения. Опорные скобы и рама могут быть подогнаны под любой рост испытуемого, что весьма существенно при измерениях в школах. С целью сохранения постоянной силы мышц плеча, изготовлены аппараты каркасного типа, которые надеваются на звено тела, сила которого изучается.

Достоинства – возможность разобрать приспособление и легко транспортировать его, возможность измерить силу в «рабочих углах».

Сила мышцы. Единицы измерения. В системе СИ сила выражается в ньютонах (Н). В физиологической практике силу мышцы, как правило, определяют по максимальной массе груза, который может быть поднят при ее сокращении. В условиях целостного организма определяют «становую», «кистевую » силу, силу сгибателей и т.п.

Факторы, определяющие силу мышцы. Анатомическое строение: перистые мышцы (волокна расположены косо, под углом к продольной оси) способны развивать гораздо большее напряжение, чем мышцы с параллельным расположением волокон. В связи с этим принято определять так называемое физиологическое поперечное сечение мышцы, т.е. сумму поперечных сечений всех волокон, из которых состоит мышца. У перистых мышц физиологическое поперечное сечение значительно превосходит анатомическое (геометрическое). К числу наиболее сильных относятся жевательные мышцы.

Выделяют понятие «удельная сила мышцы» - отношение общей силы мышцы в ньютонах к физиологическому поперечному сечению мышцы (Н/см 2). Удельная сила находится в пределах 50- 150Н/см 2 . Удельную силу мышцы выражают также и в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см 2). Так, для трехглавой мышцы она составляет 17 кг/см 2 , для сгибателя плеча - 8кг/см 2 , для икроножной мышцы - 1кг/см 2 , для гладкой мышцы - 1кг/см 2 . В разных мышцах тела соотношение между числом медленных и быстрых мышечных волокон неодинаково и очень сильно отличается у разных людей, а также в разные периоды жизни. Одиночное мышечное волокно способно развивать напряжение до 0,2 Н.

Исходная длина мышцы тоже влияет на силу ее сокращения. При умеренном предварительном растяжении мышцы сила ее сокращения увеличивается, а при сильном растяжении она уменьшается, вплоть до отсутствия сокращения из-за отсутствия зон зацепления между нитями актина и миозина. При оптимальной длине (в состоянии покоя), при которой все головки миозиновых нитей способны контактировать с актиновыми филаментами, сила мышечного сокращения вырастает максимально. Предварительное растяжение мышцы увеличивает ее эластическую тягу, что также ведет к увеличению последующего ее сокращения. Это осуществляется за счет белка титина, нити которого одним концом прикреплены к Z-пластинке, другим - к миозину и растягиваются подобно пружине.

При сильном укорочении мышцы уменьшается (по непонятным причинам) сродство тропонина к Са 2+ , что ограничивает максимальную силу сокращений.

Число возбужденных волокон также влияет на силу одиночного сокращения мышцы. Оно определяется силой раздражения в эксперименте или числом возбужденных мотонейронов в натуральных условиях.

Сила тетанического сокращения мышцы зависит от степени выраженности суммации сокращений в каждом мышечном волокне, что определяется частотой импульсации - она возрастает до оптимума.

Работа мышцы (А). В механике работа определяется как произведение силы (F), приложенной к телу, на расстояние (L) его перемещения под воздействием данной силы:

А = F×L (Дж).

Утомление мышцы. При мышечной работе у человека со временем развивается утомление - сила мышечных сокращений постепенно уменьшается, и в конечном итоге наступает момент, когда человек уже не в состоянии продолжать работу. Скорость развития утомления зависит от ритма работы и величины груза. Большой груз или слишком частый ритм работы приводят к быстрому развитию утомления, в результате чего выполненная работа бывает ничтожна. Наибольшей бывает работа при некотором среднем, оптимальном для данного человека, ритме работы и среднем, оптимальном грузе (правило средних нагрузок). При любой силе изометрического сокращения мышцы работа равна нулю, несмотря на расход энергии и развивающееся утомление. Причиной утомления является накопление К + в Т-трубочках (при частых сокращениях), накопление молочной кислоты, расход энергетического материала.

Мощность мышцы (работа, совершаемая в единицу времени) в системе СИ выражается в ваттах (Дж/с 2). Максимальная мощность соответствует выполнению наибольшего объема работы в течение минимального отрезка времени. Однако в этом случае быстро развивается утомление.

1.3.5. Структурно­функциональные особенности гладких мышц

Расположение актина и миозина в гладких мышцах не столь упорядочено, Z-мeмбраны и саркомеры в них отсутствуют, поэтому при микроскопическом исследовании не выявляется характерная для скелетной мышцы поперечная исчерченность, что и определяет название этих мышц - гладкие. Форма гладкомышечных клеток веретенообразная, диаметр волокна в утолщенной части составляет 2-10 мкм, длина 50-400 мкм. В клетке имеется одно ядро, митохондрий относительно мало. СПР представлен плоскими везикулами, расположенными в непосредственной близости от внутренней поверхности клеточной мембраны. Он содержит мало ионов Са 2+ .

Нервно-мышечные синапсы отличаются от таковых у исчерченных мышц, причем наиболее ярко отличие выражено у симпатической нервной системы. Постганглионарные волокна (аксона ганглионарных симпатических нейронов) по своему ходу среди миоцитов образуют многочисленные утолщения (расширения), из которых выделяется медиатор. Последний диффундирует в межклеточном пространстве и взаимодействует с постсинаптическими рецепторами, которые располагаются равномерно по всей мембране гладкомышечных клеток, что ведет к стимуляции или угнетению функций органа (например, торможение моторики кишки, усиление работы сердца, сужение кровеносного сосуда). В гладких мышцах бронхов и крупных артерий нервное влияние передается без генерации ПД, сокращение этих мышц обеспечивают ВПСП.

Особенности свойств гладких мышц. Возбудимост ь. Потенциал покоя большинства гладкомышечных клеток составляет -60-70 мВ, у миоцитов, обладающих спонтанной активностью, - -30-60 мВ. Потенциал действия более продолжителен (10-50 мс), чем у скелетных мышц - до10мс. У некоторых миоцитов после начальной быстрой реполяризации формируется плато, которое удлиняет ПД до 500мс; оно связано с поступлением в клетку Na + и Са 2+ . Деполяризация мембраны обусловлена в основном диффузией Са 2+ в клетку.

Проводимость . Структурно­функциональной единицей гладких мышц является пучок мышечных волoкон. Взаимодействие между отдельными миоцитами осуществляется благодаря щелевым контактам, обладающим низким электрическим сопротивлением, и близко расположенным контактирующим элементам соседних мышечных волокон. Благодаря этому электрическое поле одной клетки в пучке обеспечивает возбуждение другой. Поэтому изолированно отдельные гладкомышечные клетки пучка не возбуждаются. Скорость распространения ПД в пределах пучка составляет 5-10см/с. Причем для возбуждения всех миоцитов пучка не достаточно возбуждения одного миоцита (необходимо первоначальное возбуждение нескольких клеток).

Сократимость . Сокращения гладкой мышцы определяются описанным выше характером распространения возбуждения - пучок гладкомышечных волокон сокращается как единое целое (пучок - функциональная единица гладкой мышцы). Активность гладкомышечной АТФазы миозина в 40-80 раз ниже активности АТФазы миозина исчерченной мышцы. Чем больше АТФазная активность миозина, тем быстрее сокращается мышечное волокно. Поэтому гладкая мышца сокращается гораздо медленнее, чем скелетная. По этой же причине на сокращение гладкой мышцы меньше расходуется АТФ (экономичность). Кроме того, гладкая мышца не утомляется во время продолжительной активности - она приспособлена к длительному поддержанию тонуса.

Главной особенностью электромеханического сопряжения в гладкой мышце является то, что основную роль в сопряжении играет входящий в клетку (при ее возбуждении) Са 2+ , поскольку его запасы в СПР гладкомышечных миоцитов незначительны. Другая важная особенность заключается в том, что регуляторным белком гладкой мышцы является кальмодулин (наличие тропонина не установлено), который связывается с Са 2+ . Комплекс Са 2+ - кальмодулин активирует особый фермент (киназу легких цепей миозина), который переносит фосфатнуюгруппу с АТФ на головку поперечного мостика миозина. Фосфорилированная головка миозина взаимодействует с актином. Это ведет к конформационным изменениям миозиновых мостиков, что обеспечивает скольжение нитей актина относительно нитей миозина.

Сокращение гладких мышц может быть результатом и химиомеханического сопряжения (без формирования ПД), вследствие взаимодействия медиатора с мембранными рецепторами и активации различных ферментных систем, вызывающих взаимодействие актина и миозина, что и обеспечивает сокращение мышцы.

Расслабление гладкомышечных миоцитов обусловлено инактивацией кальциевых каналов вследствие восстановления исходных значений МП. Активация кальциевого насоса в мембране миоцита и СПР обеспечивает выведение Са 2+ в СПР и из гиалоплазмы клетки и снижение его концентрации, в результате чего инактивируется киназа легких цепей миозина, что приводит к прекращению фосфорилирования миозиновых головок, а следовательно, они утрачивают способность взаимодействовать с актином.

Автоматия присуща клеткам - водителям ритма (пейсмекерам). В ее основе лежит спонтанно возникающая медленная деполяризация (препотенциал) - при достижении КП возникает ПД. Спонтанная деполяризация преимущественно обусловлена диффузией Са 2+ в клетку. Частота генерируемых ПД зависит от скорости медленной деполяризации и соотношения МП и КП: чем меньше МП, тем ближе он к КП, и при этом легче возникают ПД. Автоматия практически не выражена у гладких мышц артерий, семенных протоков, радужки, ресничных мышц. Их функции полностью определяются ВНС.

Пластичность выражается в том, что при растяжении гладких мышц их напряжение первоначально увеличивается, а затем снижается до исходного уровня. Таким образом, свойство пластичности проявляется в том, что гладкая мышца может не изменять напряжения как в укороченном, так и в растянутом состоянии. Эта особенность гладкой мышцы предотвращает избыточный рост давления в полых внутренних органах при их наполнении (мочевой пузырь, желудок и др.).

Однако растяжение гладкой мышцы может вызывать активацию процессов сокращения. Этот феномен, в частности, характерен для артериол, что является одним из важных механизмов регуляции их тонуса и регионарного кровотока в некоторых органах (мозг, почки, сердце). Стимуляция сокращения в этом случае происходит в результате того, что при растяжении пейсмекерных клеток активируются механоуправляемые каналы, в результате чего возникает ПД, который посредством своего электрического поля и щелевых контактов обеспечивает возникновение ПД в соседних клетках. Чрезмерное растяжение мочевого пузыря также вызывает его сокращение и эвакуацию мочи. Подобная реакция наблюдается при денервации органа и фармакологической блокаде внутриорганной системы.

Энергетическое обеспечение сокращения гладких мышц также осуществляется за счет молекул АТФ, ресинтез которой происходит, в основном, посредством анаэробного гликолиза.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные структурные элементы мышечного волокна, обеспечивающие его возбуждение и сокращение.

2. Каково функциональное значение мембраны мышечного волокна в выполнении его сократительной функции?

3. Что представляет собой миофибрилла, каково ее значение в механизме мышечного сокращения?

4. Перечислите свойства мышечной ткани.

5. Перечислите основные функции скелетных мышц.

6. Что называют сократимостью мышцы?

7. Почему потенциал действия считается инициатором мышечного сокращения? Дайте соответствующие пояснения.

7. Нарисуйте потенциал действия скелетной мышцы, полученный при внутриклеточном отведении. Укажите его амплитуду в мВ.

8. Нарисуйте, сопоставив во времени, потенциал действия и цикл одиночного сокращения скелетной мышцы. Назовите фазы сокращения мышцы.

9. Опишите кратко роль ионов кальция в механизме мышечного сокращения.

10. На какие процессы, обеспечивающие сокращение мышцы, расходуется энергия АТФ?

11. Что является непосредственной причиной скольжения нитей актина и миозина, обеспечивающего мышечное сокращение? Почему?

12. Активным (с затратой энергии АТФ) или пассивным (без затраты энергии АТФ) является процесс расслабления мышцы?

13. Назовите источники энергии, обеспечивающие ресинтез АТФ.

14. Назовите типы сокращения скелетных мышц в зависимости от условий сокращения и от характера раздражения.

15. Назовите три фазы одиночного мышечного сокращения. Какой основной процесс происходит в первую фазу?

16. Какие факторы влияют на силу одиночного мышечного сокращения?

17. Почему увеличение силы раздражения мышцы увеличивает силу ее сокращения?

18. Почему предварительное умеренное растяжение изолированной мышцы увеличивает силу ее сокращения при одиночном раздражении?

19. Что называют тетаническим сокращением мышцы? Какое явление лежит в основе механизма тетануса?

20. Что называют суммацией мышечных сокращений?

21. При каких условиях раздражения скелетной мышцы вместо одиночных сокращений возникает тетанус? Какие виды тетануса Вам известны?

22. В какую фазу одиночного сокращения должно попасть каждое последующее раздражение, чтобы возник зубчатый или гладкий тетанус? Какие факторы влияют на высоту гладкого тетануса изолированной мышцы?

23. Какова зависимость высоты гладкого тетануса от частоты раздражения мышцы (в динамике)?

24. Какую частоту раздражения мышцы называют оптимальной, какую – пессимальной?

25. Подчиняется ли двигательная единица закону "все или ничего"? Почему?

26. В каких отделах центральной нервной системы находятся мотонейроны, аксоны которых иннервируют скелетные мышцы?

27. Что называют тонусом скелетных мышц, развивается ли при этом их утомление, велик ли расход энергии?

28. Какова зависимость работы изолированной скелетной мышцы от величины нагрузки?

29. Перечислите структурные особенности гладкой мышцы.

30. Перечислите особенности потенциала покоя и потенциала действия гладкой мышцы по сравнению с таковыми поперечнополосатой мышцы.

31. Назовите функциональные особенности гладкой мышцы по сравнению со скелетной.

32. Что такое пластичность гладких мышц, каково ее значение для функционирования внутренних полых органов?

34. Что является функциональной единицей гладкой мышцы? Почему?

35. Перечислите основные свойства сердечной мышцы.

36. Каковы особенности пейсмекерных клеток водителей ритма сердца?