Понятие режима работы мышцы

В статье рассмотрены определения «режим работы мышц» и «режим мышечного сокращения». Показано, что необходимо различать режим работы мышцы в различных условиях: изолированной и функционирующей при выполнении двигательных действий человека или животных. Сформулированы определения режима работы мышц: изометрического, преодолевающего (концентрического) и уступающего (эксцентрического).

Самсонова А.В., Самсонов Г.А. Режим работы мышцы или режим мышечного сокращения? // Труды кафедры биомеханики университета имени П.Ф.Лесгафта, 2025.- Вып.19.- С.40-49.

УДК 796.015.52:615.8

Самсонова А.В., Самсонов Г.А.

РЕЖИМ РАБОТЫ МЫШЦЫ ИЛИ РЕЖИМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ?

Аннотация

В статье рассмотрены определения «режим работы мышц» и «режим мышечного сокращения». Показано, что необходимо различать режим работы мышцы в различных условиях: изолированной и функционирующей при выполнении двигательных действий человека или животных. Сформулированы определения режима работы мышц: изометрического, преодолевающего (концентрического) и уступающего (эксцентрического).

Ключевые слова

изолированная мышца, скелетные мышцы, режим мышечного сокращения

Samsonova A.V., Samsonov G.A.

MUSCLE WORKING MODE OR MUSCLE CONTRACTION MODE?

Annotation

The article discusses the definitions of «muscle working mode» and «muscle contraction mode». It is shown that it is necessary to distinguish between the mode of operation of a muscle in different conditions: isolated and functioning when performing motor actions of humans or animals. The definitions of the muscle working regime are formulated: isometric, overcoming (concentric) and yielding (eccentric).

Keywords

isolated muscle, skeletal muscles, muscle contraction mode

Введение

Кратко рассмотрим использование понятия «режимы мышечного сокращения» и «режимы работы мышц» в зарубежных и отечественных исследованиях, акцентируя внимание на учебники и учебные пособия по биомеханике.

Зарубежные исследования

 Еще в 1925 году A. Хилл [21] выделил два типа сокращения мышцы: «изометрическое» (во время сокращения мышцы изменяется напряжение мышцы при неизменной длине) и «изотоническое» (во время сокращения мышцы изменяется длина мышцы при неизменном напряжении) и рассматривал два типа изотонических сокращений: «концентрическое» (длина мышцы уменьшается) и эксцентрическое (длина мышцы увеличивается).

В зарубежных учебниках по биомеханике для студентов факультетов физического воспитания чаще всего рассматриваются три типа сокращения мышцы («types of muscle contraction»): «isometric contraction» (длина мышцы не меняется), «concentric contraction» (длина мышцы уменьшается) и «eccentric contraction» (длина мышцы увеличивается) [17; 23; 24].

Иногда также выделяют: «isotonic contraction» (сокращение мышцы при постоянном напряжении) и «isokinetic contraction» (сокращение мышцы при постоянной скорости). Однако, как указывает R. Bartlett [17] большинство сокращений мышцы не происходит ни с постоянным напряжением, ни с постоянной скоростью.

Padulo G. Laffaye, K.C.A. Concu [25] отметили, что термин «muscle contraction» в прямом смысле означает «укорочение мышцы» и это может вводить в заблуждение читающих, так как кроме укорочения мышцы рассматриваются ещё её удлинение «eccentric contraction» и напряжение при неизменной длине «isometric contraction».

В связи с этим в ряде монографий и учебников по биомеханике вместо термина: «muscle contraction» применяется термин «muscle actions», что в переводе на русский язык означает: «мышечное действие» «мышечная активность» или «мышечная деятельность» [22; 27; 19; 26].

Таким образом, краткий анализ зарубежных источников по этому вопросу показал, что:

1. В зарубежной литературе чаще всего рассматриваются три типа сокращения мышцы («types of muscle contraction»): «isometric contraction» (длина мышцы не меняется), «concentric contraction» (длина мышцы уменьшается) и «eccentric contraction» (длина мышцы увеличивается).
2. В последние годы вместо термина «muscle contraction» в зарубежных публикациях активно используется термин «muscle actions», что в переводе на русский язык означает: «мышечное действие» «мышечная активность» или «мышечная деятельность».

Отечественные исследования

При выполнении двигательных действий человека в учебниках и учебных пособиях по биомеханике для студентов вузов физической культуры различают: «статическую и динамическую работу мышц» [10; 7; 3; 12], понимая под термином «работа» не механическую работу, а «действие», «деятельность» или «функционирование» мышцы.

При этом выделяют два вида динамической работы мышцы:

• преодолевающая работа мышцы, при которой момент силы мышцы больше момента силы сопротивления [4; 7; 9].
• уступающая работа мышцы – при которой момент силы тяги мышцы меньше, чем момент силы сопротивления [4; 7].

Следует отметить большое разнообразие терминов для обозначения режимов работы мышц (режимов мышечного сокращения), которые применялись для обозначения различных видов функционирования скелетных мышц.

Рассматривая рабочие режимы мышцы А.А. Ухтомский [16], как и Арчибальд Хилл [21] различал: «изотонический режим» и «изометрический режим напряжения мышц». Похожие термины: «изометрическое одиночное сокращение мышцы» и изотоническое одиночное сокращение мышцы, использовали П.И. Бегун и Ю.А. Шукейло [2] в учебнике «Биомеханика».

После А.А. Ухтомского [16], термин «режимы работы мышц» активно использовал Д.Д. Донской [3]. Он cформулировал следующее определение этого термина: «Режим работы мышцы определяется изменением либо её длины, либо её напряжения, либо того и другого одновременно» и предложил рассматривать три режима работы мышц:

• изотонический режим – сокращение мышцы без изменения напряжения;
• изометрический режим – случай работы мышц при сохранении положения тела.
• ауксотонический режим – (от греч. «ауксано» — изменяю) или ауксоническим.

Однако уже в 1979 году Д.Д. Донской в учебнике «Биомеханика» [5] не использует словосочетание «режим работы мышц», а рассматривает «разновидности работы мышц» (таблица 1). Он указывает, что «Разновидности работы мышц определяются сочетанием изменений их силы тяги и длины. Виды работы мышц (преодолевающая, уступающая) определяются только характером изменения длины всей мышцы. Для каждого из этих трех случаев существует возможность по меньшей мере трех вариантов изменения силы тяги: увеличения, уменьшения или сохранения ее постоянной. Он указывает, что можно выделить девять типичных разновидностей работы мышц» С. 53.

Таблица 1  Типичные разновидности работы мышц [5]

В.Л. Уткин [15] в учебном пособии «Биомеханика физических упражнений» вновь использует термин «режим» и предлагает использовать следующие названия режимов функционирования мышцы: «изометрический» и «анизометрический». При «изометрическом» (удерживающем) режиме длина мышцы не меняется (от греч. «изо» — равный, «метр» — длина). При «анизометрическом сокращении» мышца укорачивается или удлиняется. У анизометрического режима имеется две разновидности. В «преодолевающем режиме» мышца укорачивается в результате сокращения. А в «уступающем режиме» мышца растягивается.

В учебнике «Биомеханика» В.И. Дубровский и В.Н. Федорова [6] предложили различать следующие режимы работы мышц:

• «изометрический режим – когда напряжение мышцы происходит в искусственных условиях сохранения её длины, что достигается с помощью фиксатора».
• «изотонический режим – когда искусственно поддерживается постоянство напряжения мышцы».
• «ауксотонический режим – когда сокращение мышцы происходит в условиях некоторого предварительного растяжения.

В учебных пособиях [8; 13] используются три термина: «концентрический» (преодолевающий), «эксцентрический» (уступающий) и «изометрический» для обозначения режима сокращения мышцы.

Г.И. Попов [11] в учебнике «Биомеханика» указывает, что по способу укорочения различают три типа мышечного сокращения:

• изотоническое, при котором волокна мышцы укорачиваются при постоянной внешней нагрузке, в реальных движениях встречается редко;
• изометрическое – это тип активации, при котором мышца развивает напряжение без изменения своей длины, на нем построено статическое напряжение мышцы и так называется статическая работа двигательного аппарата человека.
• ауксотоническое, или анизотоническое, – это режим, при котором мышца развивает напряжение и укорачивается; именно он обеспечивает выполнение двигательных действий человека.

Г.И. Попов [11] указывает: «Изотоническое и анизотоническое сокращения лежат в основе динамической работы двигательного аппарата человека…У анизометрического[1] сокращения две разновидности: в преодолевающем (концентрическом режиме) мышца укорачивается в результате сокращения; в уступающем (эксцентрическом) режиме мышца растягивается внешней силой».

В учебнике «Биомеханика двигательной деятельности» [12] рассматриваются два вида работы мышц: статическая и динамическая и три режима мышечного сокращения: изометрический, преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический).

П.И. Бегун, А.В. Самсонова [1] говоря о типах (режимах) мышечного сокращения указывают, что скелетные мышцы могут работать в нескольких режимах:

• изометрическом — длина мышцы не изменяется;
• преодолевающем (концентрическом) — длина мышцы уменьшается;
• уступающем (эксцентрическом) — длина мышцы увеличивается.

При этом преодолевающий и уступающий режимы мышечного сокращения являются разновидностью динамического режима сокращения мышц.

Подытоживая обзор терминов и обозначений различных видов функционирования мышц в российских учебниках по биомеханике, можно сделать следующие выводы.

1. Авторы различают термины «работа мышц» и «режим мышечного сокращения». Чаще всего «режим мышечного сокращения» рассматривается как разновидность динамической работы мышц.
2. Для обозначения режимов мышечного сокращения при различной длине и напряжении используются различные термины:

• изометрический (удерживающий);
• изотонический;
• ауксотонический;
• анизометрический;
• уступающий (концентрический);
• преодолевающий (эксцентрический).

3. Несмотря на широкое использование словосочетания «режимы мышечного сокращения» ни в одной из публикаций не дается определения этого понятия.

Цель исследования 

Определить словосочетание, которое наиболее четко означает деятельность мышцы при различном изменении её длины и сформулировать его определение.

Результаты исследования

Термин «режим» в русском языке имеет несколько значений, но чаще всего он обозначает: порядок деятельности или изменение состояния объекта, например:

Режим дня – это установленный порядок выполнения различных видов деятельности в течение суток, включающий в себя чередование сна, бодрствования, питания, работы, отдыха, гигиенических процедур и других занятий.

Режим питания – это установленный распорядок приема пищи, включающий в себя количество приемов пищи в течение дня, время между приемами пищи, состав и калорийность блюд, а также распределение питательных веществ на протяжении дня.

Режим реки – это закономерное изменение состояния воды в реке во времени, обусловленное физическими и географическими особенностями речного бассейна, а также климатическими условиями.

В связи с тем, что термин «сокращение мышцы» и в русском языке, как и в английском означает «укорочение мышцы», его применение может вводить в заблуждение читающих. В связи с этим предлагаем вместо термина «сокращение мышцы» использовать термин «работа мышцы» в смысле «деятельности», «функционирования» или «активности» мышцы.

Теперь рассмотрим определение «режима работы мышцы». С этой целью вначале рассмотрим понятие «режима работы мышцы» относительно изолированной мышцы, а затем для скелетной мышцы, функционирующей при выполнении двигательных действий человека или животных.

Если рассматривается изолированная мышца (то есть мышца, выделенная из организма человека или животных), то результат её деятельности зависит от силы, которую мышца развивает и внешней силы. При изучении активности изолированной мышцы один её конец закрепляют, а к другому прикрепляют нагрузку различной величины (рис.1). В этом случае режим работы изолированной мышцы предлагаем определять следующим образом.

Если сила тяги мышцы равна внешней силе (нагрузке), мышца работает в «изометрическом режиме», в результате длина мышцы не меняется.

Если сила тяги мышцы больше внешней силы (нагрузки), мышца работает в «преодолевающем (концентрическом) режиме», в результате длина мышцы уменьшается.

Если сила тяги мышцы меньше внешней силы (нагрузки), мышца работает в «уступающем (эксцентрическом) режиме», в результате длина мышцы увеличивается.

Теперь рассмотрим скелетную мышцу как элемент опорно-двигательного аппарата человека или животных, которая активна в статических положениях, а также при выполнении двигательных действий. Особенностью функционирования мышцы как элемента опорно-двигательного аппарата человека, является то, что мышца осуществляет вращение звеньев опорно-двигательного аппарата. При этом для противодействия моменту внешней силы мышца также развивает момент силы[2] (рис. 2).

Мышцами-антагонистами называют такие две мышцы (или две группы мышц) одного сустава, которые при сокращении осуществляют тягу в противоположные стороны.

Мышцами-синергистами называют мышцы одного сустава, которые тянут в одном и том же направлении.

Из двух мышц-антагонистов ту, которая осуществляет данное движение (то есть выполняет основную задачу), называют агонистом, а другую – антагонистом.

Теперь перейдем к определению режима работы мышцы.

Режим работы мышцы – способ функционирования активной мышцы-агониста, механический эффект которого определяется взаимодействием момента силы тяги мышцы и момента внешней силы, которой мышца противодействует.

Если момент силы, развиваемый мышцей-агонистом (), равен моменту внешней силы, например, моменту силы тяжести (), то имеет место равенство . В этом случае длина мышцы не изменяется и говорят, что мышца работает в изометрическом режиме (рис. 3).

Предлагаем вместо анизометрического режима, использовать понятие динамический режим работы мышцы, который имеет две разновидности.

Если момент силы, развиваемый мышцей-агонистом, больше момента внешней силы, то есть имеет место неравенство – длина мышцы уменьшается, мышца-агонист работает в преодолевающем (концентрическом) режиме.

Если мышечный момент меньше момента внешней силы, например, силы тяжести, то имеет место неравенство – длина мышцы увеличивается, мышца-агонист работает в уступающем (эксцентрическом) режиме (рис.3).

Следует отметить, что мышца-агонист при выполнении двигательных действий не всегда может функционировать во всех режимах. Возможные режимы работы мышцы определяет уровень внешней нагрузки (таблица 2).

Таблица 2 Уровень внешней нагрузки и режимы работы скелетной мышцы

Выводы

1. Предлагается вместо термина «сокращение мышцы» использовать словосочетание «работа мышцы».
2. Необходимо различать режимы работы изолированной мышцы и скелетной мышцы, функционирующей в качестве элемента опорно-двигательного аппарата человека или животных, которая активна в статических положениях, а также при выполнении двигательных действий.
3. Предлагается следующее определение режима работы изолированной мышцы.

Режим работы мышцы – способ функционирования активной изолированной мышцы, механический эффект которого определяется взаимодействием силы тяги мышцы и внешней силы, которой мышца противодействует.

4. Предлагается следующее определение режима работы скелетной мышцы, функционирующей в качестве элемента опорно-двигательного аппарата человека или животных, которая активна в статических положениях, а также при выполнении двигательных действий.

Режим работы мышцы – способ функционирования активной мышцы-агониста, механический эффект которого определяется взаимодействием момента силы тяги мышцы и момента внешней силы, которой мышца противодействует.

5. Возможные режимы работы как изолированной мышцы, так и скелетной мышцы определяет уровень внешней нагрузки

Литература

1. Бегун П.И., Самсонова А.В. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека: Монография. Серия «Биомеханика». – СПб: Кинетика, 2020. – 179 с.
2. Бегун П.И., Шукейло Ю.А. Биомеханика: учебник для вузов. – СПб: Политехника, 2000.– 463 с.
3. Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники: учебник для институтов физической культуры. – М.: Физкультура и спорт, 1971.– 288 с.
4. Донской Д.Д. Биомеханика физических упражнений: учебное пособие для студентов физкультурных учебных заведений. – М.: Физкультура и спорт, 1958. – 279 с.
5. Донской Д.Д. Механическое действие мышц / В кн. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: учебник для институтов физической культуры. – М.: Физкультура и спорт, 1979.– С. 52-57.
6. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и высш. Учеб. заведений. – М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. – 672 с.
7. Жуков Е.К., Котельникова Е.Г., Семенов Д.А. Биомеханика физических упражнений. – М.: Физкультура и спорт, 1963.– 259 с.
8. Кичайкина Н.Б., Козлов И.М., Коблев Я.К., Самсонова А.В. Биомеханика физических упражнений. – Майкоп, 2000.– 113 с.
9. Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В. Биомеханика двигательных действий: учебное пособие. – СПб: НГУ им. П.Ф.Лесгафта, 2014.– 183 с.
10. Котикова. Е.А. Взаимодействие внутренних и внешних сил /Биомеханика физических упражнений / Под ред. Е.А. Котиковой. – М.-Л.: Физкультура и спорт, 1939. – С.8-28.
11. Попов Г.И. Биомеханика: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский дом «Академия», 2007.– 256 с.
12. Попов Г.И., Самсонова А.В. Биомеханика двигательной деятельности: учебник для студентов учреждений высшего проф. образования. М.: Издательский дом «Академия», 2011. – 320 с.
13. Самсонова А.В., Комиссарова Е.Н. Биомеханика мышц: учебно-методическое пособие. – СПб: СПбГУФК им. П.Ф. Лесгафта, 2008. – 127 с.
14. Ткачук М.Г., Степаник И.А. Анатомия: учебник для студентов высших учеб. заведений. – М.: Советский спорт, 2010. – 392 с.
15. Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений: учеб. пособие для студентов фак. физ. воспитания пед. ин-тов и для ин-тов физ. культуры. – М.: Просвещение, 1989.– 210 с.
16. Ухтомский А.А. (1929) Физиология двигательного аппарата: Собрание сочинений. Т.3.– Л.: ЛГУ. – 265 с.
17. Bartlett R. Introduction to Sports Biomechanics. – London & New York: Human Movement Patterns Routledge, 2007. – 292 p.
18. da Silva L.S.L., Gonçalves LdS., Alves Campos P.H. [et al.] Comparison Between Eccentric vs. Concentric Muscle Actions on Hypertrophy: a Systematic Review and Meta-analysis // The Journal of Strength & Conditioning Research, 2025.– Vol. 39. –№. 1.– 115-134.
19. Hamill J., Knutzen K.M., Derrick T.R. Biomechanical Basis of Human Movement. – Philadelphia, PA: Ippincott Williams & Wilkins, a Wolters Kluwer, 2015. – 484 p.
20. Harman E., Biomechanics of Resistance Exercise // In. Essentials of Strength Training and conditioning. Chapter 4 / T.R. Baechle & R.W. Eagle. – Champain IL.: Human Kinetics, 2008. – P. 65-92.
21. Hill A.V. Length of muscle, and the heat and tension developed in an isometric contraction // Journal of Physiology (London), 1925. – Vol. 60.– P. 237-263.
22. Knudson D. Fundamentals of Biomechanics. – New York, NY: Springer, 2007.– 343 p.
23. Lorenz T., Campello M. Biomechanics of Skeletal Muscle / In: Nordin M., Frankel P. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. Chapter 4. – Philadelphia. PA: Lippincott Williams & Wilkins, and Wolters Kluwer business, 2012.– P. 150-179.
24. McGinnis P.M. Biomechanics of Sport and Exercise. – Champaign. IL: Human Kinetics, 2013. – 446 p.
25. Padulo J., Laffaye G., Concu K.C.A. Concentric and Eccentric: Muscle Contraction or Exercise? // American Orthopaedic Society for Sports Medicine, 2013. – № 3. –. P. 306.
26. Schoenfeld B.J., Ogborn D.I., Vigotsky A.D. [et al] Hypertrophic effects of concentric vs. eccentric muscle actions: A systematic review and meta-analysis. // The Journal of Strength & Conditioning Research, 2017.– Vol. 31.– № – P. 2599–2608.
27. Zatsiorsky V.M., Prilutsky B.I. Biomechanics of Skeletal Muscles. – Champaign. IL: Human Kinetics, 2012. – 520 p.

[1] По-видимому, автор имеет ввиду анизотоническое сокращение

[2] Момент силы численно равен произведению силы мышцы на плечо силы.

С уважением, А.В. Самсонова