Forsvarets høgskole

5.3.1 Muskelens oppbygging og struktur

I menneskekroppen finnes ca. 600 muskler av ulik størrelse. Hver muskel består av flere muskelbunter, og hver muskelbunt består av et høyt antall muskelfibre (se figur 11). Små muskler kan bestå av bare noen få tusen fibre, mens våre største muskler kan inneholde over en million fibre. Muskelfibrene har en tykkelse på 0,001 til 0,1 mm. Hver muskelfiber består av mange myofibriller. Disse er igjen delt inn i en rekke sarkomerer, de minste kontraktile elementene i muskelcellen. I hver sarkomer finnes to typer proteiner, nemlig aktin og myosin. Aktin kan beskrives som tynne tråder festet i veggene som skiller sarkomerene fra hverandre (z-båndet). Mellom disse aktinmolekylene ligger myosinmolekylene. Disse er tett besatt med såkalte myosinhoder som strekker seg mot aktinmolekylene.

En muskel kan trekke seg sammen ved at flere myosinhoder samtidig griper tak i spesielle bindingssteder på aktinmolekylene (se figur 11). Myosinet trekker i aktintrådene slik at veggene på begge sider av sarkomeren nærmer seg hverandre. På samme måte som man trekker i et tau, kan myosinhodene gripe tak i nye bindingssteder på aktinet etter hvert som det trekkes forbi. Aktin og myosin glir dermed aktivt i forhold til hverandre, slik at muskelen forkortes og således skaper bevegelse. En kryssbro kan defineres som et bindingssted mellom et myosinhode og et aktinmolekyl. Det er antall kryssbroer i inngrep som til enhver tid bestemmer muskelkraften. Jo flere kryssbroer i inngrep, jo større muskelkraft utvikles. Det er påvist meget stor sammenheng mellom maksimalkraft og muskeltverrsnitt. Det er neppe overraskende for noen at det er personer med stort muskelvolum som har best forutsetninger for å skape stor muskelkraft. Musklenes utgangslengde og leddvinkel har også mye å si for kraftutviklingen. I en albufleksjon utvikles størst kraft ved en leddvinkel på ca. 90 grader pga maksimal overlapping mellom aktin og myosin. Ved maksimal bøy eller strekk i albuleddet utvikles mindre kraft fordi færre kryssbroer har mulighet til å være i inngrep.

5.3.2 Muskelfibertyper

I litteraturen er det vanlig å klassifisere muskelfibre i tre hovedtyper; type I, type IIa og type IIx. Type I-fibrene er langsomme, men svært utholdende. Type II-fibre er raske, men lite utholdende. Type IIx er de raskeste og minst utholdende. Klassifisering av ulike fibertyper foregår på grunnlag av enzymaktivitet i myosinmolekylet. Myosin i type I-fibre bruker lengre tid på å spalte ATP til ADP sammenlignet med myosin i type II-fibre. Dette medfører raskere kryssbrosyklus i type II-fibre og dermed raskere forkortningshastighet. Med tanke på fysisk yteevne er disse faktorene av svært sentral betydning. Det viser seg at muskler hos godt trente personer i typiske utholdenhetsidretter kan inneholde opptil 80 % type I-fibre. Motsatt fibertypefordeling finner vi hos godt trente personer i typisk eksplosive idretter. Prosentvis fordeling av muskelfibertyper er hovedsakelig genetisk bestemt. Treningsforsøk viser imidlertid at både styrke-, spenst- og utholdenhetstrening kan medføre overgang fra fibre med raske egenskaper til fibre med mer langsomme egenskaper. Ved inaktivitet eller langvarig hvile går fibrenes egenskaper tilbake til sitt opprinnelige og genetiske utgangspunkt.

5.3.3 Muskelaktivering

Enhver muskelcelle i kroppen er under kommando av sentralnervesystemet (SNS). SNS består av hjernen og ryggmargen. Det perifere nervesystemet består av nerver som leder impulser mellom SNS, muskler og sanseorganer. Fra hver forhorncelle i ryggmargen går det ut en nervefiber. Like før nervefiberen kommer frem til muskelen, forgrenes den i flere nervetråder. Hver muskelfiber innerveres av en slik nervetråd. En motorisk enhet består av en motorisk forhorncelle, tilhørende nervefiber og alle muskelfibre den forgrener seg til og aktiverer (se figur 12). Dersom en muskel skal utvikle kraft, kan dette utelukkende skje på ordre fra motoriske forhornceller i ryggmargen. Derfra sendes nerveimpulser ut som elektriske signaler via nervetråder og ut til tilhørende muskelfibre. Dersom nerveimpulsene er sterke nok, frigjøres bindingsstedene i aktinfilamentene til at myosinhodene kan gå i inngrep og muskelen kan trekke seg sammen.

Signalene fra SNS kan variere i størrelse. For lave signaler medfører ingen kraftutviklin goverhodet, mens tilstrekkelig høy impulsfrekvens kan aktivere samtlige muskelfibre i den motoriske enheten. Motoriske enheter varierer også i størrelse. Små motoriske enheter består av en motorisk forhorncelle som innerverer et lite antall fibre (type I). Store motoriske enheter består av en motorisk forhorncelle som innerverer et stort antall muskelfibre (type II). Nervesystemet kan regulere kraftutvikling og forkortningshastighet på ulike måter. Som en tommelfingerregel kan man si at muskelkraften reguleres av antall aktiverte motoriske enheter, mens hastigheten på bevegelsene reguleres av fyringsfrekvensen fra involverte forhornceller. Dersom behovet for kraft er lite, rekrutteres bare de minste motoriske enhetene. Ved tiltakende behov rekrutteres stadig flere og større enheter. Type II-fibre tilhører de største motoriske enhetene og aktiveres når behovet for muskelkraft er stort.

Utrente personer er ikke er i stand til å aktivere hele muskelen. Bedre rekruttering av antall motoriske enheter er hovedårsak til kraftøkning hos utrente de første 6–10 ukene. Etter disse ukene flater denne effekten ut, og ytterligere prestasjonsfremgang skyldes i hovedsak muskulære faktorer.

Tjenesten i Forsvaret kan innebære at det er viktig å utvikle stor kraft raskt. Dette omtales gjerne som «rate of force development» (RFD). Mange bevegelser kan skje så raskt at muskelen ikke rekker å utvikle maksimal kraft. Personer med overveiende raske muskelfibre er i stand til å utføre bevegelser mer eksplosivt enn personer som med overveiende langsomme muskelfibre. Imidlertid er det å utvikle kraft raskt også en trenbar egenskap. Spensttrening og eksplosiv styrketrening kan påvirke nervesystemet til å sende impulser med høyere fyringsfrekvens og dermed økning av RFD.

5.3.4 Muskelfunksjon

En muskel kan utvikle kraft under ulike betingelser, og det er vanlig å klassifisere muskelaksjoner i fire hovedgrupper. I en konsentrisk aksjon arbeider musklene som en motor, hvor utspring og feste nærmer seg hverandre fordi muskelkraften overstiger den ytre belastningen. Ved isometrisk (statisk) muskelbruk arbeider musklene som stabilisatorer ved at de hindrer bevegelse eller opprettholder bestemte posisjoner. Her er ytre kraft er lik muskelkraften, og det skjer ingen lengdeforandring i muskelen. I en eksentrisk aksjon arbeider muskelen som en brems ved at den strekkes under aksjonen. Avstanden mellom utspring og feste forlenges fordi den ytre belastningen overstiger muskelkraften. Under en plyometrisk aksjon jobber muskelen som en fjær. Muskelen strekkes umiddelbart før forkortning ved en påført impuls. Elastisk energi som lagres i den eksentriske fasen, kommer senere til nytte i den konsentriske delen av aksjonen. I løp, hopp og kast er slik muskelbruk dominerende.

5.3.5 Forholdet mellom kraft og aksjonshastighet

Muskelkraften avtar med økende aksjonshastighet. Ved økende aksjonshastighet kommer færre kryssbroer i inngrep samtidig. Ved maksimal hastighet vil kun noen få kryssbroer være i inngrep og bidra med kraft. Denne sammenhengen illustreres i figur 15 nedenfor.

Figuren ovenfor viser at maksimal eksentrisk kraft er bortimot 1,8 ganger maksimal isometrisk kraft. Grunnen til dette er musklenes evne til å lagre elastisk energi ved strekking. Den fleksible delen av myosinmolekylene strekkes, og resultatet blir større kraft per kryssbro. Bindingskraften i hver kryssbro er den basale mekanismen som forklarer musklenes evne til å skape kraft, og sammenfaller med antall kryssbroer i parallell.

5.3.6 Effekt

Effekt kan defineres som arbeid per tidsenhet. Mekanisk effekt (power) er et produkt av kraft og hastighet. I øvelser som sprintløp, hopp og kast er power av svært sentral betydning for prestasjonsevnen. Figur 16 viser at effekten er lik null ved maksimal isometrisk kraft fordi hastigheten på bevegelsen er lik null. Dette kan sammenlignes med å sykle i motbakke på et altfor tungt gir. Ved maksimal hastighet er kraften, og dermed effekten, også lik null. På samme måte er det uhensiktsmessig å velge lett sykkelgir i nedoverbakke fordi musklene ikke klarer å tilføre noen kraft.

Størst mekanisk effekt oppnås når både kraft og hastighet er ca. 1/3 av sitt maksimale. Følgelig er dette et viktig belastningsområde for trening av power.

Dette kapitlet viser at muskelstyrke avhenger av en rekke fysiologiske og mekaniske forhold. Selv om mye av den fysiske yteevnen innenfor styrke og eksplosive øvelser er genetisk bestemt, er det ikke vanskelig å oppnå vesentlig fremgang ved hjelp av styrketrening. Dette forutsetter imidlertid at de rette treningsprinsippene, treningsmetodene og treningsprogrammene følges.