Для измерения мышечной силы у человека. Измерение силы мышц — динамометрия

Мышечная сила человека- это способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечных усилий.

В теле человека насчитывается около 600 мышц. Мышцы составляют у мужчин - 42% веса тела; у женщин - 35%; в пожилом возрасте - 30%; у спортсменов - 45-52%. Более 50% веса всех мышц располагается на нижних конечностях, 25-30% - на верхних конечностях; 20-25% - в области туловища и головы.

Силу мышц определяют с помощью динамометров и по максимальному весу поднимаемой штанги (тяжести). Например, средний показатель силы мышц кисти, измеренный с помощью динамометра, у женщин равен 30-35 кг, у мужчин - 40-45 кг. У спортсменов этот показатель в 1,5-2,0 раза больше .

В основном выделяют 2 вида силы мышц человека:

• · абсолютную
• · относительную

Для мышц человека характерно 2 режима работы:

• · динамический
• · статический

В динамическом, в свою очередь, выделяют уступающий режим, когда при мышечном напряжении длина мышцы увеличивается, и преодолевающий,когда при работе мышца укорачивается.

Развитие мышечной силы человека

Сила как физическое качество человека

Физическое качество человека «сила» можно определить, как его способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий . Одним из наиболее существенных моментов определяющих мышечную силу - это режим работы мышц. В физиологии человека выделяют две формы мышечного сокращения - динамическую и статическую.

Динамическая форма проявляется в двух видах работы: 1) если внешняя нагрузка меньше развиваемого мышцей напряжения, то она укорачивается, выполняя преодолевающую работу; 2) если же внешняя нагрузка больше, чем напряжение мышцы, то мышца под ее действием растягивается, удлиняется и таким образом производит уступающую работу.

Если внешняя нагрузка равна напряжению, развиваемому мышцей, а ее длина не изменяется, то такую работу мышц называют изометрической. Это статическая форма сокращения. Для измерения силы мышц введено два понятия: абсолютная сила и относительная сила. Абсолютная сила - вся сила, проявляемая человеком в каком либо упражнении без учета веса мышц или всего тела. Например: наибольший вес штанги, с которым удалось встать атлету из приседа, служит показателем абсолютной силы мышц ног. Можно измерить силу мышц - сгибателей или разгибателей локтевого, коленного суставов, силу мышц разгибателей туловища. Относительная сила - сила человека проявляемая в каком либо упражнении приходящаяся на 1 кг веса тела. Относительная сила увеличивается, если абсолютная растет без заметного увеличения веса тела занимающегося.

Величина внешнего сопротивления или нагрузка определяет быстроту сокращения мышцы. При очень малых нагрузках мышца сокращается быстро, а при очень больших медленно. Установлено, что способности к проявлению силы в движениях разной быстроты и продолжительности мало взаимосвязаны. Можно выделить четыре типа спортивных движений, в которых проявляются силовые качества спортсмена:

• а) движения, где требуются максимальные, либо близкие к ним усилия, называют собственно силовыми;
• б) движение, где требуется проявлять значительную силу за короткий промежуток времени, называют скоростно-силовыми;
• в) движения, которые выполняются с предельной быстротой при очень незначительном внешнем сопротивлении, называют скоростными;
• г) статические и циклические упражнения силового и скоростно-силового характера, выполняемые длительно, требуют проявления силовой выносливости;

Морфологической основой мышечной силы является содержание сократительных белков в мышечном волокне, толщина мышечных волокон. Проявление мышечной силы зависит также от типа мышечных волокон - быстрых и медленных. Если в мышцах больше быстрых волокон, человек способен развивать максимальную мощность в быстрых скоростно-силовых движениях, выполнять работу взрывного характера. Преобладание медленных моторных единиц дает возможность длительно поддерживать мышечное напряжение. Силовая выносливость у таких людей выше, чем у людей взрывного типа.

Биохимической основой мышечной силы является эффективность энергетического обмена и пластической функции белка, совершенствование сократительного актомиозинового комплекса, активность ферментов, ускоряющих ресинтез АТФ, гормональная регуляция. Максимальная мышечная сила при систематических занятиях растет за счет увеличения абсолютного (анатомического) поперечника мышц, а также за счет физиологических резервов мобилизации нервно-мышечных (моторных) единиц, вовлекаемых в работу.

Сила мышцы зависит от многих факторов. При прочих равных условиях она пропорциональна поперечному сечению мышц (принцип Вебера). Максимально возможное ее сокращение, укорочение при прочих равных условиях пропорционально длине мышечных волокон (принцип Бернулли).

Структура силовых способностей человека

При педагогической характеристике силовых способностей человека выделяют следующие их разновидности.

• 1. Максимальная изометрическая (статическая) сила - показатель силы, проявляемой при удержании в течение определенного времени предельных отягощений или сопротивлений с максимальным напряжением мышц.
• 2. Медленная динамическая (жимовая) сила , проявляемая, например, во время перемещения предметов большой массы, когда скорость практически не имеет значения, а прилагаемые усилия достигают максимальных значений.
• 3. Скоростная динамическая сила характеризуется способностью человека к перемещению в ограниченное время больших (субмаксимальных) отягощений с ускорением ниже максимального.
• 4. «Взрывная» сила - способность преодолевать сопротивление с максимальным мышечным напряжением в кратчайшее время.
• 5. Амортизационная сила характеризуется развитием усилия в короткое время в уступающем режиме работы мышц, например при приземлении на опору в различного вида прыжках, или при преодолении препятствий в рукопашном бою и т. д.
• 6. Силовая выносливость определяется способностью длительное время поддерживать необходимые силовые характеристики движений. Среди разновидностей выносливости к силовой работе выделяют выносливость к динамической работе и статическую выносливость. Выносливость к динамической работе определяется способностью поддерживания работоспособности при выполнении профессиональной деятельности, связанной с подъемом и перемещением тяжестей, с длительным преодолением внешнего сопротивления. Статическая выносливость - это способность поддерживать статические усилия и сохранять малоподвижное положение тела или длительное время находится в помещении с ограниченным пространством.
• 7. Силовая ловкость - способность к переключению с одного режима мышечной работы на другой при необходимости максимального или субмаксимального уровня проявления каждого силового качества. Она проявляется там, где есть сменный режим работы мышц и непредвиденные ситуации деятельности (борьба, регби и др.) Для развития этой способности, зависящей от координационных способностей, нужна специальная направленность тренировки.

Направленность упражнения на ту или иную силовую способность определяется компонентами нагрузки и зависит от: 1) вида и характера упражнения; 2) величины отягощения или сопротивления; 3) количества повторений упражнения или времени изометрического напряжения мышц; 4) скорости движений; 5) темпа выполнения упражнения.

Режимы работы мышц

Учитывать отмеченные режимы работы мышц важно, т.к. они имеют разную эффективность в тренировке. В специальных исследованиях делались попытки определить эффективность уступающего, преодолевающего, статистического и комбинированного режимов работы мышц в силовой подготовке. Было установлено, что преодолевающий режим эффективнее уступающего и статического,но наиболее эффективный - комбинированный .

Известно также, что предшествующее статическое напряжение мышц положительно сказывается на последующей динамической работе, повышая её эффективность иногда на 20%. Поэтому статические силовые элементы следует планировать перед динамическими .

Методы и средства развития силы

На практике распространены следующие методы силовой подготовки:

• · метод максимальных усилий
• · метод повторных усилий
• · метод динамических усилий
• · метод статических усилий
• · метод электрической стимуляции
• · метод биомеханической стимуляции

Сравнивая динамический и статистический методы развития силы, необходимо отметить следующее

При динамическом режиме работы мышц происходит достаточное кровоснабжение. Мышца функционирует как насос - при расслаблении наполняется кровью и получает кислород и питательные вещества.

Во время статического усилия мышца постоянно напряжена и непрерывно давит на кровеносные сосуды. В результате она не получает кислород и питательные вещества. Это ограничивает продолжительность работы мышц .

Поэтому проблема физического и функционального развития мышц рук является актуальной.

Определение мышечной силы спомощью динамометрии

Одним из показателей физического развития организма является сила мышц.

Оценку силовых качеств человека определяют методом кистевой динамометрии, позволяющей определить максимальную мышечную силу, показатель силы, уровень работоспособности мышц и показатель ее снижения.

При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.

Силой мышц обозначают максимальное проявление произвольного усилия, которое может развивать группа мышц в определенных условиях. Эти условия в большой степени определяются заинтересованностью обследуемого лица или возможностью выполнить максимальное усилие. Обычно одновременно сокращается определенная группа мышц, поэтому трудно точно определить работу каждой мышцы в суммарном проявлении силы. Кроме того, в действии мышц участвуют костные рычаги.

Измерение изометрической силы не требует много времени и не утомляет обследуемого. Здесь сила проявляется в одном циклическом максимальном сокращении. Однако на результат измерения могут повлиять несколько факторов. Так, изометрическое напряжение, развиваемое каждым мышечным волокном, зависит от его относительной длины и продолжительности стимуляции. При измерении положения суставов, кроме того меняются параметры костных рычагов, передающих мышечную силу. Наконец, после изменения взаимного расположения частей тела, в акт сокращения дополнительно включаются волокна других мышц.

Учитывая эти обстоятельства, при измерении изометрической силы необходимо строго соблюдать определенные позиции тела и угол соответствующих суставов. Несоблюдение этого правила может привести к значительным ошибкам. Сила идентичных групп мышц у разных людей неодинакова.

Во-первых, изометрическая сила пропорциональна площади поперечного сечения мышцы. Если исходить из того, что геометрическая форма мышц у людей разного роста одинакова, то сила измеряется пропорционально квадрату линейной деменции (роста). Следовательно, увеличение роста на 20% дает увеличение силы на 44 %. Это дает определенные преимущества высокорослым людям при перемещении тяжестей руками, метании спортивных снарядов и т.п. Однако при преодолении веса собственного тела (например, при подтягивании на перекладине и т.п.) у них преимущества нет, так как масса тела увеличивается пропорционально кубу роста.

Во-вторых, изометрическая сила зависит от пола и возраста. Половые различия мало выражены до полового созревания. Однако показатели силы у взрослых женщин ниже на 30- 35 % по сравнению с мужчинами. Частично это объясняется различием роста. Но после соответствующей коррекции силовые показатели у женщин в среднем составляют только 80 % от показателей мышечной силы у мужчин. Взрослые мужчины достигают максимума изометрической силы в возрасте около 30 лет, потом сила уменьшается.

В условиях изометрического сокращения мышцы проявляют максимальную статическую силу.

Максимальная статическая сила и максимальная произвольная статическая сила мышц

И зометрически сокращающаяся мышца развивает максимально возможное для нее напряжение при одновременном выполнении следующих трех условий:

активации всех двигательных единиц (мышечных волокон) данной мышцы;

режиме полного тетануса у всех ее двигательных единиц;

сокращении мышцы при длине покоя.

В этом случае изометрическое напряжение мышцы соответствует ее максимальной статической силе.

М аксимальная сила (МС), развиваемая мышцей, зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от их толщины. Число и толщина волокон определяют толщину мышцы в целом, или, иначе, площадь поперечного сечения мышцы (анатомический поперечник). Отношение МС мышцы к ее анатомическому поперечнику называется относительной силой мышцы. Она измеряется в ньютонах или килограммах силы на 1 см2 (Н/см2 или кг/см2).

А натомический поперечник определяется как площадь поперечного разреза мышцы, проведенного перпендикулярно к ее длине. Поперечный разрез мышцы, проведенный перпендикулярно к ходу ее волокон, позволяет получить физиологический поперечник мышцы. Для мышц с параллельным ходом волокон физиологический поперечник совпадает с анатомическим. Отношение МС мышцы к ее физиологическому поперечнику называется абсолютной силой мышцы. Она колеблется в пределах 0,5-1 Н/см2.

И змерение мышечной силы у человека осуществляется при его. произвольном усилии, стремлении максимально сократить необходимые мышцы. Поэтому когда говорят о мышечной силе у человека, речь идет о максимальной произвольной силе (МПС, в спортивной педагогике этому понятию эквивалентно понятие "абсолютная сила мышц"). Она зависит от двух групп факторов: мышечных (периферических) и координационных (центрально-нервных).

К мышечным (периферическим) факторам, определяющим МПС, относятся:

механические условия действия мышечной тяги - плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;

длина мышц, так как напряжение мышцы зависит от ее длины;

поперечник (толщина) активируемых мышц, так как при прочих равных условиях-проявляемая мышечная сила тем больше, чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц;

композиция мышц, т. е. соотношение быстрых и медленных мышечных волокон в. сокращающихся мышцах.

К координационным (центрально-нервным) факторам относится совокупность центрально-нервных координационных механизмов управления мышечным аппаратом - механизмы внутримышечной координации и механизмы межмышечной координации.

М еханизмы внутримышечной координации определяют число и частоту импульсации мотонейронов данной мышцы и связь их импульсации во времени. С помощью этих механизмов центральная нервная система регулирует МПС данной мышцы, т. е. определяет, насколько сила произвольного сокращения данной мышцы близка к ее МС. Показатель МПС любой мышечной группы даже одного сустава зависит от силы сокращения многих мышц. Совершенство межмышечной координации проявляется в адекватном выборе "нужных" мышц-синергистов, в ограничении "ненужной" активности мышц-антагонистов данного и других суставов и в усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных суставов и т. п.

Т аким образом, управление мышцами, когда требуется проявить их МПС, является сложной задачей для центральной нервной системы. Отсюда понятно, почему в обычных условиях МПС мышц меньше, чем их МС. Разница между МС мышц и их МПС называется силовым дефицитом.

С иловой дефицит у человека определяется следующим образом. На специальной динамометрической установке измеряют МПС выбранной группы мышц, затем - ее МС. Чтобы измерить МС, раздражают нерв, иннервирующий данную мышечную группу, электрическими импульсами. Силу электрического раздражения подбирают такой, чтобы возбудить все моторные нервные волокна (аксоны мотонейронов). При этом применяют частоту раздражения, достаточную для возникновения полного тетануса мышечных волокон (обычно 50-100 имп/с). Таким образом, сокращаются все мышечные волокна данной мышечной группы, развивая максимально возможное для них напряжение (МС).

С иловой дефицит данной мышечной группы тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом. Величина силового дефицита зависит от трех факторов:

психологического, эмоционального, состояния (установки) испытуемого;

необходимого числа одновременно активируемых мышечных групп

степени совершенства произвольного управления ими.

П ервый фактор. Известно, что при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его максимальные возможности в обычных условиях. К таким эмоциональным (стрессовым) состояниям относится, в частности, состояние спортсмена во время соревнования. В экспериментальных условиях значительное повышение показателей МПС (т. е. уменьшение силового дефицита) обнаруживается при сильной мотивации (заинтересованности) испытуемого, в ситуациях, вызывающих его сильную эмоциональную реакцию, например после неожиданного резкого звука (выстрела). То же отмечается при гипнозе, приеме некоторых лекарственных препаратов. При этом положительный эффект (увеличение МПС, уменьшение силового дефицита) сильнее выражен у нетренированных испытуемых и слабее (или совсем отсутствует) у хорошо тренированных спортсменов. Это указывает на высокую степень совершенства центрального управления мышечным аппаратом у спортсменов.

В торой фактор. При одинаковых условиях измерения величина силового дефицита тем больше, чем больше число одновременно сокращающихся мышечных групп. Например, когда измеряется МПС мышц, только приводящих большой палец кисти, силовой дефицит составляет у разных испытуемых 5-15% от МС этих мышц. При определении МПС мышц, приводящих большой палец и сгибающих его концевую фалангу, силовой дефицит возрастает до 20%. При максимальном произвольном сокращении больших групп мышц голени силовой дефицит равен 30% (Я.М. Коц).

Т ретий фактор. Роль его доказывается различными экспериментами. Показано, например, что изометрическая тренировка, проводимая при определенном положении конечности, приводит к значительному повышению МПС, измеряемой в том же положении. Если измерения проводятся в других положениях конечностя, то прирост.МПС оказывается незначительным или отсутствует совсем. Если бы прирост МПС зависел только от увеличения поперечника тренируемых мышц (периферического фактора), то он обнаруживался бы при. измерениях в любом положении конечности. Следовательно, в данном случае прирост МПС зависит от более совершенного, чем до тренировки, центрального управления мышечным аппаратом именно в тренируемом положении.

Р оль координационного фактора выявляется также при изучении показателя относительной произвольной силы, которая определяется делением показателя МПС на величину мышечного поперечника (Так как у человека можно измерить только анатомический поперечник мышцы, для большинства мышц определяется не абсолютная произвольная сила (отношение МПС к физиологическому поперечнику), а относительная (отношение МПС к анатомическому поперечнику). В спортивной педагогике понятием "относительная сила" обозначают отношение МПС к весу спортсмена.). Так, после 100-дневной тренировки с применением изометрических упражнений МПС мышц тренируемой руки выросла на 92%, а площадь их поперечного сечения на 23% (рис. 28). Соответственно относительная произвольная сила увеличилась в среднем с 6,3 до 10 кг/см2. Следовательно, систематическая тренировка может способствовать совершенствованию произвольного управления мышцами. МПС мышц нетренируемой руки также несколько увеличилась за счет последнего фактора, так как площадь поперечного сечения мышц этой руки не изменилась. Это показывает, что более совершенное центральное управление мышцами может проявляться в отношении симметричных мышечных групп (явление "переноса" тренировочного эффекта).

Как известно, наиболее высокопороговыми ("менее возбудимыми") являются быстрые двигательные единицы мышцы. Их вклад в общее напряжение мышцы особенно велик, так как каждая из них содержит много мышечных волокон. Быстрые мышечные волокна толще, имеют больше миофибрилл, и поэтому сила их сокращения выше, чем у медленных двигательных единиц. Отсюда понятно, почему МПС зависит от композиции мышц: чем больше быстрых мышечных волокон они содержат, тем выше их МПС.

К огда перед спортсменом стоит задача развить значительную мышечную силу во время выполнения соревновательного упражнения, он должен систематически применять на тренировках упражнения, которые требуют проявления большой мышечной силы (не менее 70% от его МПС). В этом случае совершенствуется произвольное управление мышцами, и в частности механизмы внутримышечной координации, обеспечивающие включение как можно большего числа двигательных единиц основных мышц, в том числе наиболее высокопороговых, быстрых двигательных единиц.

Сегодня мы подробно расскажем вам о том, что измеряет динамометр, и какие разновидности данного прибора существуют. Но прежде чем ответить на эти и другие вопросы, необходимо разобраться, что же подразумевает под собой термин «динамометрия». Как известно, это слово образовалось от двух греческих: metron, то есть, мера, и dynamis - сила.

Следует отметить, что эта единица измерения особенно часто применяется в антропометрии, антропологии, в невропатологии, во время профессионального отбора, изучения воинских контингентов, утомления и проч.

Что измеряет динамометр?

Из всего вышесказанного можно смело сделать заключение о том, что динамометр - это специальное приспособление, при помощи которого абсолютно любой человек может легко и быстро измерить собственную мышечную силу.

Кстати, показания такого прибора значительно меняются в зависимости от продолжительности и трудности профессиональных работ. В том случае, если данный метод позволяет получать те или иные результаты в их графическом виде, то он называется динамографией.

Виды динамометров

В настоящее время представленный прибор имеет множество различных моделей. Наиболее распространенным среди них является динамометр медицинский ручной, который предназначается для измерения мышечной силы кисти руки. Такой прибор не зря называют медицинским, так как он часто применяется в больницах и поликлиниках, для оснащения медкабинета в санаториях, спортивных учреждениях и школах.

Однако ответом на вопрос о том, что измеряет динамометр, может послужить не только мышечная сила кисти руки. Ведь существуют такие разновидности данного прибора, которые часто используют для аналогичного замера силы мускулатуры ног и туловища, характеризующие степень физического развития того или иного человека.

Динамометр медицинский: внешний вид и расчеты

При помощи такого ручного аппарата медик может легко и быстро определить силу мышц кисти пациента. Во время этой процедуры поочередно проводятся два измерения на каждой руке, а затем фиксируется самый наилучший результат. Внешне представленный прибор напоминает Однако выглядит он немного иначе, с датчиком и измерительным табло. Кроме того, динамометр предназначается не для тренировочных циклических работ, а для единственного сжатия с максимально возможной для Если такую процедуру проводят исключительно в медицинских целях, то сотрудник больницы обязан занести полученные результаты в специальный журнал контроля.

Для получения более объективных показателей следует вычесть мышечной силы. Ведь ее рост в ходе тренировок довольно тесно взаимосвязан с ростом мышечной массы и веса тела спортсмена. Например, чтобы вы смогли самостоятельно определить относительную величину силы кистей собственных рук, необходимы те показания, которые были получены в килограммах из ручного медицинского динамометра, умножить на сотню, а затем разделить на вес тела человека. Так, для нетренированных ранее мужчин этот индекс будет равен 60-70, а для женщин - 45-50%.

Определение становой силы

Вычислив мощь кистей рук, можно проверить и результаты в таком базовом упражнении, как становая тяга. Именно в этом движении будут видны все силовые качества человека. Это связано с тем, что при таком упражнении у спортсмена задействуются все основные мышцы тела.

Чтобы осуществить такой замер, необходимо использовать специальный прибор, который внешне очень схож с обычным ножным эспандером. Он состоит из рукоятки для рук и подножки для ног. Однако вместо пружин данное приспособление имеет трос со своеобразным посередине.

Задача испытуемого заключается в том, чтобы потянуть рукоятки на себя с максимально возможной силой. Для того чтобы определить необходимые значения, следует аналогичным образом, как и в случае с ручным медицинским прибором, рассчитать относительную величину становой тяги. Ее результаты можно интерпретировать следующим образом:

• меньше 170% - низкая;
• от 170% до 200% - ниже средней;
• от 200% до 230% - средняя;
• от 230% до 250% - выше средней;
• больше 260% - высокая.

Если в процессе тренировок у спортсмена значительно увеличиваются показатели относительной силы, то это свидетельствует о существенном повышении мышечной силы и, соответственно, о процентном росте содержания самой мышечной массы.

Факторы, которые, так или иначе, влияют на силовые показатели

В процессе оценки силы мускулатуры для самоконтроля, не стоит забывать, что она напрямую зависит от таких индивидуальных факторов, как:

1. Возраст человека.
2. Половая принадлежность.
3. Вес тела спортсмена.
4. Виды тренирующих воздействий.
5. Степень утомления и др.

Кроме того, показатели мышечной силы могут значительно изменяться в течение всех суток. К примеру, наименьшая величина наблюдается в утреннее и вечернее время, а наибольшая - в самом разгаре дня, то есть в середине.

Также стоит отметить, что существенное понижение у спортсмена или обычного человека часто отмечается во время:

• общего недомогания;
• каких-либо заболеваний;
• нарушений режима дня и питания;
• эмоциональных расстройств или при негативном настроении и проч.

Помимо всего прочего, значения на динамометре могут быть понижены у людей пожилого возраста, а также у тех, кому за 40-50 лет. Аналогичная ситуация часто наблюдается у мужчин или женщин, довольно редко занимающихся физической культурой, в том числе обычной гимнастикой, ходьбой и проч.

Для чего необходимо знать силовые показатели?

Далеко не все знают, как и что измеряет динамометр. Однако такой медицинский прибор довольно хорошо помогает тем, кто регулярно занимается спортом. Ведь систематические самонаблюдения позволяют человеку творчески относиться к своим ежедневным тренировкам и здоровому образу жизни в общем. Зная показатели собственной мышечной силы, спортсмен способен эффективно и рационально использовать физическую культуру для укрепления иммунитета и сохранения здоровья, а также для повышения работоспособности и даже профессионального роста.