Биологические основы двигательной активности Факторы физической работоспособности

Физическая работоспособность человека зависит от многих факторов. Среди них определяют несколько основных, «ведущих», которые в наибольшей мере определяют конкретное проявление работоспособности. К этим факторам обычно относят следующие:

• сократительные особенности нервно-мышечного аппарата, то есть скоростно-силовые возможности двигательной системы

• особенности координации движений

• биоэнергетические возможности организма

• мощность и устойчивость вегетативных систем обеспечения двигательной активности

• технику выполнения двигательных действий

• психическую подготовку человека, его мотивацию, волю и др.

Скоростно-силовые качества, координационные способности, возможности биоэнергетики и вегетативных систем обеспечения двигательной активности составляет группу внутренних, или потенциальных факторов. Степень реализации этих потенциальных возможностей в конкретных условиях какой-либо двигательной деятельности определяется факторами производительности: технической, тактической и психической подготовленностью человека.

Рациональная техника выполнения действий позволяет более эффективно использовать скоростно-силовой и энергетический потенциалы, координационные возможности, а совершенная тактика выполнения двигательных действий позволяет лучше распределить и реализовать потенциальные возможности на определенном отрезке времени.

Основы анатомии и биомеханики

Строение мышечной ткани

Скелетные мышцы представляют собой активную часть двигательного аппарата, являясь преобразованиями химической энергии непосредственно в механическую работу и тепло.

Каждая скелетная мышца состоит из мышечных клеток-миофибрилл, а также соединительной ткани, сосудов, нервов. Один грамм мышечной ткани содержит ~100 мг сократительных белков актина и миозина. Эти белки образуют в миофибриллах тонкие и толстые нити, расположенные параллельно вдоль клетки. В микроскоп можно увидеть в миофибриллах чередующиеся светлые и темные полосы, из-за чего скелетные мышцы и называются поперечно-полосатыми. Поперечные темные перегородки (Z-пластинки) разделяют миофибриллы на саркомеры – структурно-функциональные единицы сократительного аппарата. В середине каждого саркомера расположены несколько тысяч «толстых» миозиновых нитей, а на концах - до 2000 «тонких» актиновых, прикрепляющихся к Z-пластинкам. Мышца сокращается благодаря скольжению актиновых нитей вдоль нитей миозина. Сами нити не укорачиваются, изменяется лишь степень их взаимного перекрывания. Скольжение нитей обеспечивается при помощи поперечных «мостиков» ни нитях миозина, которые как бы «зацепляют» актиновые нити, продвигая их.

Вместе с тем саркомер может генерировать силу и без относительного скольжения нитей, то есть без изменения своей длины – в строго изометрических (статических) условиях. Это возможно благодаря эластичности поперечных «мостиков». Так как мышца состоит из большого количества последовательно расположенных саркомеров то сила и скорость ее сокращения будет зависеть от ее длины: то есть, чем мышца длиннее, тем сильнее и быстрее она сокращается.

Кроме того, чем больше миофибрилл в мышце, тем она сильнее. Следовательно, сила мышцы пропорциональна ее физиологическому поперечнику.

Из миофибрилл складываются мышечные волокна. Мышечные волокна функционально объединены в так называемые двигательные единицы (ДЕ). ДЕ состоят из одного мотонейрона и группы иннервируемых им мышечных волокон. Состав различных мышц человека различаются по количеству ДЕ, значительно варьируют и размеры самих ДЕ – один мотонейрон может иннервировать от нескольких мышечных волокон до 500-2000. Количество волокон в ДЕ одной и той же мышцы также не одинаково.

Мышцы, выполняющие «тонкую» и точную работу, например, мышцы глаз, пальцев рук и т.д., обладают большим количеством ДЕ (от 1500 до 3000), но состоят из малого количества миофибрилл – от 8 до 50. В противоположность им, мышцы рук, ног или спины, выполняющие относительно более «грубые» и менее точные движения, но требующие большей силы, имеют гораздо меньшее количество ДЕ, состоящих из большего числа мышечных волокон: от 600 до 2000. Например, ДЕ бицепса плеча могут включать 1000, 1200, 1400 или даже 1600 миофибрилл. В ДЕ большеберцовой мышцы их около 1600, а в мышцах спины количество иннервируемых одной ДЕ миофибрилл достигает 2000.

ДЕ состоят из двух основных типов мышечных волокон:

• быстрых и сильных, но быстроутомляемых FT-волокон(Fast - быстрый, Twitch - сокращение)

• выносливых, но менее сильных и быстрых ST-волокон(Slow - медленный).

Быстрые мышечные волокна имеют повышенное содержание гликогена, высокую активность анаэробных гликолитических ферментов, обеспечивающих использование внутримышечных энергетических субстратов, а потому они менее приспособлены для длительной работы, обеспечиваемой преимущественно аэробным (окислительным) способом энергопродукции. Не обладая большой выносливостью, эти волокна наиболее приспособлены для быстрых и сильных, но относительно кратковременных мышечных сокращений, обеспечивая выполнения кратковременной физической работы высокой мощности продолжительностью не более 4-х минут.

Медленные мышечные волокна приспособлены для обеспечения длительных, но менее мощных по силе мышечных сокращений, что характерно для выполнения длительной работы на выносливость. Медленные волокна имеют широко разветвленную капиллярную сеть, что позволяет им получать большое количество кислорода от крови. Эти волокна отличаются также повышенным содержанием миоглобина (внутримышечный белок, принимающий участие в транспорте кислорода и свойствами, сходными с гемоглобином крови) и наличием большого количества митохондрий(внутриклеточных структур, в которых протекают процессы окисления), характеризуются высокой активностью окислительных ферментов и имеют более высокое содержание жиров.

Вместе с тем, среди быстрых волокон выделяют подтип быстрых окислительно-гликолитических. Эти волокна приспособлены к достаточно интенсивной окислительной (аэробной) работе с одновременным мощным гликолитическим энергообразованием, однако окислительные возможности ниже, чем у медленных окислительных волокон. С функциональной точки зрения они рассматриваются как промежуточный тип между двумя основными типами волокон.

Композиционный состав мышц определен генетически: в течение жизни общее количество и соотношение имеющихся в мышцах типов волокон не изменяется. Под воздействием тренировки может изменятся толщина волокон всех типов, а значит, способность мышц к выполнению физической работы различной физиологической направленности. Тренировочное воздействие на мышечные волокна всех типов состоит в увеличении их диаметра, приводящее к росту физиологического поперечника мышцы. Каждое упражнение, используемое в тренировочных занятиях, приводит в действие те ДЕ, которые соответствуют характеру данного упражнения. Соответственно при медленном беге в равномерном темпе в основном развиваются медленно сокращающиеся мышечные волокна, а при беге на короткую дистанцию с максимальной скоростью включаются ДЕ с быстро сокращающимися мышечными волокнами. Кроме того на развитие мышечных групп влияет внутримышечная координация, чем она лучше, тем сильнее развивается конкретная группа мышц. Уровень внутримышечной координации зависит от числа ДЕ, одновременно включенных в сократительный процесс. Чем больше ДЕ вовлекается в сократительный процесс, тем выше уровень проявления силовых способностей мышцы. Таким образом развитие силовых способностей мышцы происходит как засчет увеличения диаметра мышечных волокон (рост физиологического поперечника мышц), так и засчет улучшения внутримышечной координации, выраженной в количестве вовлеченных в сократительный процесс ДЕ.