Сила мышц и способы ее измерения
Дано определение силы скелетных мышц. Описаны способы определения силы скелетных мышц у животных и человека: прямые и косвенные. Дано описание механических динамометров (кистевого и станового), а также электронного динамометра. Приведены результаты прямого измерения силы трехглавой мышцы голени.
Сила мышц
Давайте определим, что представляет собой собственно сила мышц и как ее можно измерить?
Определение
Сила (с точки зрения механики) – это векторная величина, мера механического действия на данное тело других тел.
Сила скелетной мышцы (или сила мышечной тяги) – это сила, которая регистрируется на одном из концов мышцы посредством регистрирующего прибора (то есть количественная мера взаимодействия мышцы и регистрирующего прибора).
Измерение силы мышц
Измерение силы скелетных мышц животных
Для измерения силы скелетных мышц у животных, например, у лягушки, используют специальный прибор (рис.1). Мышцу подвещивают к одному плечу рычага, а отягощение (W) — к другому.
Измерение силы скелетных мышц человека
Сила, развиваемая определенной мышечной группой является информативным показателем силовых способностей человека. Для измерения силы скелетных мышц человека используются механические и электронные динамометры, а метод, посредством которого измеряется сила мышц называется динамометрия (динамо — сила, метрия — измеряю).
Важнейшей деталью механических динамометров является пружина, которая должна работать в области линейной деформации. Это означает, что измеряемая сила прямо пропорциональна удлинению пружины. При измерениях в спорте очень часто применяются кистевые (рис.1, 2) и становые (рис. 3) динамометры.
Кистевой динамометр позволяет измерить силу мышц кисти человека. Чаще всего его используют для оценки уровня развития физических качеств и состояния здоровья.
Становой динамометр позволяет измерить силу мышц-разгибателей позвоночника. Он в основном применяется в силовых видах спорта (тяжелой атлетике и пауэрлифтинге).
Недостатком механических динамометров является оценка одного, чаще всего максимального значения силы. Однако, если необходимо изучить изменение усилия, развиваемого мышечной группой или спортсменом в течение определенного отрезка времени, применяются электронные динамометры (рис. 4). В этом случае датчиком является не пружина, а тензодатчик, а сама методика называется тензодинамометрия. На рис. 5 показано измерение силы мышц задней поверхности бедра при помощи электронного динамометра.
Однако измерение силы посредством динамометров обладает рядом недостатков: Во-первых, измеряется сила не одной мышцы, а целой группы мышц, например, сила мышц кисти, силы мышц задней поверхности бедра. Во-вторых, движения в суставах являются вращательными. Поэтому результат действия мышцы определяет не только сила мышцы, но и плечо силы тяги. То есть на результат, который показывает динамометр еще вляет плечо силы тяги мышцы, а также антропометрические показатели исследуемого. Плечо силы тяги мышцы зависит от угла в суставе и места прикрепления мышцы. Поэтому при одном и том же показателе динамометра реальная сила, которую развивает мышца может различаться. Для измерения силы различных групп мышц используется методика, которая называется полидинамометрия.
Прямые измерения силы скелетных мышц человека
Ученые давно пытались измерить силу мышц человека при выполнении им двигательных действий. Следует отметить, что напрямую силу мышц у живого человека измерить очень трудно, хотя и возможно. В 2000 году P.V. Komi произвел прямое измерение силы трехглавой мышцы голени при выполнении различных двигательных действий. С этой целью он использовал специальный датчик, который внедряли в ахиллово сухожилие добровольцев (рис. 6). Было установлено, что при беге с максимальной скоростью трехглавая мышца голени может развивать усилие более 9000 Н, а при прыжках — более 3000 Н.
Из-за больших проблем, возникающих при прямом измерении силы мышц при выполнении двигательных действий, для оценки силы, которую развивают мышцы используют косвенные методы, например, моделирование. Также косвенно силу, которую развивает мышца, можно оценить посредством электромиографии.
Литература
- Самсонова А.В. Гипертрофия скелетных мышц человека.– СПб: Кинетика, 2018.– 159 с.
- Бегун П.И., Самсонова А.В. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека: Монография.– СПб: Кинетика, 2020.– 179 с.
- P.V.Komi Stretch-shortening cycle: a powerful model to study normal and fatigued muscle // Journal of Biomechanics, 2000.- Vol.33.- P. 1197-1206.
С уважением, А.В. Самсонова