Каждый цикл сокращения, включающий образование, поворот и разрыв мостика, требует расходования одной молекулы АТФ в качестве источника энергии [11].

При сокращении мышцы происходит её укорочение. Но при статической нагрузке длина мышцы не изменяется. Что же в таком случае происходит в мышце с точки зрения «гребковой» теории Хаксли?

Благодаря упругости поперечных мостиков саркомер может развивать силу даже без скольжения нитей относительно друг друга. Процесс генерирования изометрической (т.е. статической) силы показан на рисунке 7.6Б. Сначала головка миозиновой молекулы прикрепляется к актиновой нити под прямым углом. Затем она наклоняется под углом 45о, возможно благодаря притяжению между соседними точками прикрепления на ней и на актиновой нити. При этом головка действует как миниатюрный рычаг, приводя внутреннюю упругую структуру поперечного мостика в напряжённое состояние. Упругое напряжение, создаваемое индивидуальным поперечным мостиком очень мало и для создания необходимой мышечной силы требуется объединение усилий огромного количества таких соединённых параллельно мостиков. Они будут тянуть соседние актиновые нити, как команда игроков тянет канат. Но даже при изометрическом сокращении поперечные мостики не находятся в непрерывно напряжённом состоянии. Каждая миозиновая головка уже через десятые или даже сотые доли секунды отделяется от актиновой нити, прикрепляясь к ней снова через такое же короткое время. Однако несмотря на чередование прикреплений и отделений, следующих с частотой от 5 до 50 раз в секунду, сила, развиваемая мышцей, остаётся неизменной, так как статистически в каждый момент времени в прикреплённом состоянии находится одно и то же количество мостиков [31].

Расслабление мышцы происходит после прекращения поступления двигательного импульса. При этом ионы кальция переходят обратно в цистерны саркоплазматического ретикулума. Уборка ионов кальция происходит в сторону с более высокой концентрацией этих ионов, поэтому этот процесс требует дополнительных затрат энергии. Процесс уборки ионов кальция называют кальциевым насосом и производится он за счёт энергии, получаемой при расщеплении АТФ, причём на уборку каждого иона кальция затрачивается две молекулы АТФ [24]. Снижение концентрации кальция в саркоплазме вызывает изменение пространственной ориентации тропонина, что в конечном итоге приводит к невозможности образования поперечных мостиков между толстыми и тонкими нитями. За счёт упругих сил, возникших ранее (при мышечном сокращении) в коллагеновых нитях, окружающих мышечное волокно, мышца расслабляется и возвращается в исходное положение, чему также может способствовать и сокращение мышц-антогонистов [11].

Количество поперечных мостиков, связывающих актиновые и миозиновые нити, а, следовательно, и развиваемая мышечная сила согласно теории скользящих нитей, зависит от степени перекрытия толстых и тонких нитей, а значит, и от длины саркомера или мышцы. Максимум развиваемой изолированной мышцей силы будет наблюдаться при длине, примерно соответствующей состоянию покоя. При уменьшении длины сила уменьшается из-за того, что актиновые и миозиновые нити начинают мешать друг другу, а при растяжении мышцы до большей, чем в покое, длины сила уменьшается из-за того, что нити актина оказываются вытянутыми из миозиновых пучков. При этом только часть головок миозина может присоединиться к актину [31].

В реальных условиях мышцы, прикрепляющиеся к костям, вызывают движение рабочих звеньев тела. С движением рабочего звена меняется угол в суставе и, следовательно, длина обслуживающих данное сочленение мышц и угол подхода их к месту прикрепления на кости. При этом увеличиваются или уменьшаются плечо и момент силы мышц, что, в свою очередь, изменяет механические условия их работы. Эти условия могут быть выгодными, когда силовой потенциал используется полностью, и невыгодными, когда максимальное напряжение мышц используется только частично [18].

Сила, проявляемая в наименее целесообразной с механической точки зрения фазе движения, часто составляет не более 50-60% (рисунок 7.7) от силы в наиболее целесообразной его фазе [23].

Рисунок 7.7 А - динамика максимальной силы при сгибании руки в локтевом суставе (по Платонову В.Н.).

Б - рисунок, иллюстрирующий сгибание руки в локтевом суставе (по [27]).

1 – плечевая кость; 2 - двуглавая мышца плеча; 3 - плечевая мышца; 4 - плечелучевая мышца; 5 – лучевая кость; 6 – локтевая кость; 8 - трёхглавая мышца плеча (разгибатель локтевого сустава)

При подтягивании на перекладине наименее благоприятным является верхний участок траектории движения в фазе подъёма, который недостаточно подготовленные спортсмены проходят с большим трудом, особенно в конечной части выполнения упражнения.

В начале подтягиваний, когда силовые способности спортсмена находятся на должном уровне, он может проходить проблемный участок по инерции – за счёт набранной ранее скорости. По мере накопления усталости силовые способности спортсмена снижаются настолько, что он уже не может набрать необходимую скорость. Поэтому в случае недостаточного уровня развития силы спортсмен «зависает» на верхнем участке траектории движения, затрачивая на его прохождение неоправданно большое количество энергии.

На рисунке 7.8 приведены графики зависимости резерва силовых способностей от высоты подъёма для 6 человек – 5 спортсменов (КМС и МС по полиатлону) и одного человека, не занимающегося спортом. Резервом силы в данном случае считается сила, которую способен развить испытуемый в какой-либо точке траектории движения сверх веса своего тела. Поскольку рост (а значит, и высота подъёма) и вес тела спортсменов различен, их силовые способности следует выражать в относительных единицах. Так, высота подъёма из исходного положения до уровня грифа принята за 100%, а резерв силы выражен в долях веса тела каждого из участников эксперимента.

В нижней части траектории движения (от 0 до 30 %) характер изменения резерва силы может быть различным, но, начиная примерно с 30% от высоты подъёма, резерв силы непрерывно снижается, что является экспериментальным подтверждением тезиса о проблемности верхнего участка траектории.

Рисунок 7.8 Изменение относительного резерва силы в фазе подъёма.

Взаимосвязь относительного резерва силы и результата в подтягивании имеет сложный характер. С одной стороны, испытуемый, не занимающийся подтягиванием (кривая 1), имеет более низкие показатели резерва силы в верхней части траектории движения по сравнению с квалифицированными полиатлонистами. Но с другой стороны, спортсмены, имеющие различные результаты в подтягивании (от 38 до 54 раз – кривые 3-6), показали в эксперименте практически равные значения относительного резерва силы на верхнем участке траектории движения. В то же время у спортсменов, имеющих практически равные результаты в подтягивании (54 и 55 раз – кривые 6 и 2), наблюдаются существенно отличающиеся показатели резерва силы на уровне грифа – соответственно 35% и 56% от веса тела. Это можно объяснить тем, что при достижении определённого уровня квалификации в подтягивании (предположительно 35-40 раз) первостепенное значение имеет не столько величина резерва силы, которая зависит от анаэробных возможностей мышц спортсмена, сколько скорость его расходования при выполнении подтягиваний, которая в большей степени определяется аэробными возможностями мышц.