24.3. Режим колебательных движений

Рациональный режим колебательных движений включает упругую отдачу мышц в сочетании с сохранением и резонансным накопле­нием энергии в мышцах путем совершенствования управления энергетикой.

В так называемых циклических движениях, где многократно по­вторяется одинаковый ряд движений, часто используется колебатель­ный режим. Для него характерна многократная смена повторяю­щихся возвратных движений (например, движения ног при беге).

В каждом цикле колебательных движений имеются потери энергии. Если их не восполнять, то колебания становятся затухающими. Если потери восполнять полностью, то колебания становятся посто­янными, устанавливается стабильный колебательный режим. И, наконец, если в каждом цикле своевременно подводить энергии больше, чем ее теряется, возникает резонансный режим. Мыш­ца, работающая в резонансном режиме, с каждым циклом получает добавочную энергию и таким образом накапливает ее. Подвод энергии совершают сократительные элементы мышцы в критических точках траектории (рис. 40, а). Тогда каждый новый цикл происходит на более высоком уровне энергии; увеличение кинетической энергии означает повышение скорости. На цикл затрачивается меньше времени, растет темп. Таким образом, например, в беге становится больше скорость продвижения по дорожке. В разбеге благодаря резонансному накоп­лению энергии повышается мощность.

Накопление энергии в мышце обеспечивается параллельными уп­ругими компонентами. Они обладают высоконелинейной упругостью (рис. 40, б). Кривая 1 показывает, как с увеличением длины мышечных волокон (на 25—30%) стремительно нарастает сила тяги у невозбуж­денной мышцы. На кривой 2 видно, как по мере сокращения мышеч­ного волокна сила тяги падает до нуля. Если в зоне растянутого состояния мышцы из силы тяги вычесть силу упругой деформации, станет видно, что по мере растягивания волокна доля вклада в усилие сократительных элементов резко падает (кривая 2а).

Причины такого распределения усилий между сократительными и упругими элементами понятны из упрощенной схемы их взаимного расположения. Сила тяги сократительных элементов (положение II) наибольшая, когда участки взаимодействия тонких и толстых нитей достаточно велики, а тормозящие силы при сжатии саркомера еще не проявляются. Когда саркомер сильно растянут, участки взаимо­действия минимальны (падение сократительного эффекта), а упругие силы максимальны (положение I). У полностью сокращенного сар­комера тормозящие силы уравновешивают собой силы сократительных элементов, отчего сила тяги падает (положение III).

Следует подчеркнуть, что подобная схема характерна лишь для мышц с расположением волокон под углом к продольной оси мышцы (перистых, веерообразных). В них небольшое удлинение всей мышцы приводит к значительному удлинению каждого волокна (рис. 40, в). Такие мышцы обеспечивают движения в суставах ног, обусловливая большую роль упругой отдачи. Кстати, подобные мышцы обладают и большей силой, так как в них суммируются усилия многочисленных волокон. У них велика и скорость укорочения всей мышцы. Значит, это быстрые и сильные мышцы с большими возможностями накопления энергии при значительном растягивании их волокон. Последнее свой­ство характерно только для косоволокнистых мышц, но среди ске­летных мышц человека они составляют большую часть.

Механизм упругой отдачи мышцы в возвратных движениях до­полняется в колебательном режиме резонансным накоплением энергии. Автоматическое включение сократительных элементов в критической точке (автоколебания) повышает эффективность резонанса.

Итак, для лучшего использования мышечной энергии в скоростно-силовых движениях целесообразно:

1) волокна мышцы в подготовительной фазе значительно растянуть (зона больших деформаций в косоволокнистых мышцах);

2) при растягивании волокон передать им больше кинетической энергии (разогнать звено до большой скорости и резко остановить);

3) в обратном движении в критической точке своевременно совер­шить активное сокращение мышцы по принципу автоколебаний, наиболее акцентированное с самого начала («взрывная» сила).

Совершенствование скоростно-силовых движений, характерных для спортивной техники в одиночных возвратных движениях и в цикли­ческих колебательных движениях, имеет много общего. В основе его лежит перестройка биоэнергетики; изменение вклада энергии из разных источников, изменение организации управления энергетикой. Это одно из самых характерных отличий совершенствования биосистем от совершенствования технических механизмов. Как видно, мышца в этом

отношении имеет много функций: 1) генератор механической энергии из химической; 2) трансформатор механической энергии (из потенци­альной в кинетическую и обратно); 3) аккумулятор упругой энергии в мышце (в резонансном режиме); 4) движитель, передающий меха­нические усилия звеньям тела; 5) фиксатор звеньев в суставах (при опорных тягах); 6) регулятор величины и направления скорости (в биодинамически полносвязном механизме); 7) демпфер, поглощаю­щий и рассеивающий энергию (при погашающей амортизации); 8) упругий амортизатор (создающий обратное движение в возвратном и колебательном режиме). Следует упомянуть, что мышца еще и рецептор — она сигнализирует своими органами чувств (проприорецеп-торами) о положениях и движениях, без чего невозможно полноценное управление ими. Превращая химическую и механическую энергию в тепловую (и рассеивая ее), мышца еще участвует и в терморегуляции тела.