Книга: Физиология силы

Глава 7 Дополнительные методы развития мышечной силы

<<< Назад
Вперед >>>

Глава 7

Дополнительные методы развития мышечной силы

Помимо педагогических средств, в силовой подготовке спортсменов используются и различные стимуляционные методы (С.А. Полиевский, 2006). К ним можно отнести: биомеханическую стимуляцию мышц, электрическую стимуляцию мышц и периферических нервов и электромагнитную стимуляцию мышц. В практике силовой подготовки перечисленные выше методы рассматриваются как дополнительные (вспомогательные).

Методика повышения физических качеств у здоровых лиц посредством биомеханической стимуляции мышц была разработана профессором В.Т. Назаровым (1986). Следует отметить, что В.Т. Назаров не только сумел создать конструкцию такого стимулятора, но и добился его серийного производства. Биомеханический стимулятор генерирует вибрационные стимулы, регулируемые по частоте и амплитуде. Дозированное воздействие вибрации осуществляется вдоль мышечных волокон и приводит к увеличению кровоснабжения стимулируемых мышц. Экспериментально доказано, что биомеханическая стимуляция мышц с определенной частотой и амплитудой воздействия увеличивает силу скелетных мышц (E. Tankisheva et al., 2015). Детальное описание развития физических качеств с помощью биомеханической стимуляции дано в книге В. Т. Назарова (1986).

В 1970-80-е годы особое внимание исследователей привлекала идея использования электростимуляции для развития физических качеств человека (Я.М. Коц, 1971; Я.М. Коц, В.А. Хвилон, 1971; И.П. Ратов, 1979; В.А. Мартьянов, 1983). Разработанная и экспериментально подтвержденная силовая программа развития мышечной силы (Я.М. Коц, В.А. Хвилон, 1971) состояла из 10-минутной процедуры, на протяжении которой тренируемые мышцы стимулировались в изометрическом режиме 10 раз по 10 с с 50-секундными перерывами между раздражениями (сокращениями). Длительность электростимуляционной тренировки составляла 10 и более дней. Стимуляция осуществлялась прямоугольными импульсами с частотой 50 Гц. В случае применения тренировки для нескольких мышечных групп воздействие на мышцы проводилось путем их последовательного чередования. Такая тренировка обеспечивала быстрый и очень значительный прирост силы стимулируемых мышц. В среднем после 10 электростимуляционных тренировок, проводимых ежедневно или через день, прирост максимальной произвольной силы составлял около 20 %, после 15 тренировок – около 30 %, после 20 тренировок – 40 % и более. Дальнейшее продолжение таких тренировок не вызвало заметного прироста мышечной силы.

Кроме развития произвольной мышечной силы, электростимуляционная тренировка повышала и скорость сокращения мышц. Скоростные свойства максимально возрастали уже после 10–15 тренировок. Достигнутые эффекты сохранялись на протяжении нескольких месяцев.

В исследовании В.А. Мартьянова (1983) показано увеличение мышечной силы у спортсменов под влиянием тренировок, сочетающихся с действием афферентных влияний на ЦНС, вызванных электрическим раздражением периферического нерва. Электростимуляция может быть применена и для ускорения хода восстановительных процессов после напряженной силовой работы (А.А. Николаев, 1999).

Под руководством И.П. Ратова (1979, 2007) выполнены работы по использованию электростимуляции для управления активностью мышц во время непосредственного выполнения самих спортивных движений – обычно в их основную фазу. В экспериментах на представителях различных видов спорта (легкоатлетические метания, бег на короткие дистанции) показана эффективность такого подхода, которая отражалась в более совершенном проявлении усилий мышц, обеспечивающих выполнение основного соревновательного упражнения. Экспериментальные исследования в этом направлении продолжаются. Так, совсем недавно опубликована работа по использованию электростимуляции мышц во время передвижения на лыжах с целью повышения специальной подготовленности лыжников-гонщиков (А.А. Грушин, В.Л. Ростовцев, 2015). Следует заметить, что в данной публикации не приведены параметры электростимуляции (сила и длительность стимулов, их частота, продолжительность пачки стимулов и др.), а также отсутствует описание способа синхронизации наносимых на мышцу электростимулов с моментом отталкивания лыжника. Все это делает невозможным повторение аналогичного исследования в другой лаборатории и, следовательно, вызывает некоторые вопросы к излагаемым в публикации экспериментальным данным.

В последние годы специалистами ГНЦ РФ Института медикобиологических проблем РАН (г. Москва) проведена серия исследований по использованию силовых тренировочных программ без расслабления работающих мышц, а также программ с применением электростимуляции для повышения физических качеств (О.Л. Виноградова и др., 2013, 2014). В этих работах привлекает оригинальность авторского замысла, продуманность и совершенство методики проведения экспериментов. Проведен поиск средств повышения силы и выносливости при минимизации побочных эффектов в виде угнетения двигательного качества – «антагониста». Изучалось влияние низкочастотной электростимуляционной тренировки на фоне растягивания на скоростно-силовые возможности и размеры стимулирующих мышц (Д.В. Попов и др., 2004). Установлено, что такой режим тренировки приводит к увеличению объема стимулируемых мышц и препятствует снижению силы. Для уменьшения риска возможной потери силы при развитии выносливости с помощью низкочастотной электростимуляционной тренировки использовалось растягивание стимулируемых мышц (Б.С. Шенкман и др., 2006; О.Л. Виноградова и др., 2014). Сочетание длительной низкочастотной электростимуляции и растягивания мышц позволило сохранить силовые характеристики стимулированной мышечной группы и в то же время повысить окислительный потенциал (выносливость) их мышечных волокон.

Изложенные выше факты позволяют заключить, что активация скелетных мышц посредством целенаправленного электростимуляционного воздействия может быть использована для изменения функциональных свойств мышечного аппарата человека. Перед специалистами, работающими над изучением влияния различных по своей природе стимуляционных воздействий на свойства скелетных мышц, неизменно встает вопрос об использовании вызванных стимуляцией структурами ЦНС изменений свойств мышц при осуществлении основного соревновательного упражнения. Этот вопрос вполне правомерен, поскольку сформированная в результате систематических тренировочных занятий координационная структура двигательного действия, обеспечиваемая деятельностью структур ЦНС, должна быть скорректирована с учетом тех изменений свойств или приобретенных качеств мышцы, которые вызваны стимуляционным воздействием. Указанное обстоятельство выдвигает задачу поиска методики электростимуляции, которая бы минимально влияла на координационную структуру сформированного соревновательного упражнения.

Попытка решить поставленную выше задачу была предпринята в ВЛГАФК при проведении экспериментов, предусматривающих электрическую стимуляцию спинного мозга спортсменов во время бега на тредбане с целью повышения их скоростно-силовых качеств (Р.М. Городничев, Е.А. Михайлова, В.Н. Шляхтов и др., 2013). Теоретической основой экспериментов послужили современные представления о механизмах регуляции естественных локомоций (ходьбы, бега). Хорошо известно, что в регуляции локомоций существенное значение имеет активность нейрональных сетей интернейронов спинного мозга, расположенных в шейном и поясничном утолщениях. Их принято называть генераторами шагательных движений (ГШД). Такие нейрональные сети имеются у всех млекопитающих, в том числе и у человека (В.С. Гурфинкель и др., 1998; Y. Gerasimenko et al., 2010). Показано, что активация генератора шагательных движений может быть вызвана различными неинвазивными способами: вибрацией мышц ног (В. Гурфинкель и др., 1998), электромагнитной стимуляцией сегментов поясничного отдела спинного мозга (Р.М. Городничев и др., 2010, 2012), чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга (Р.М. Городничев и др., 2012).

Каждый из названных методов вызова двигательной активности имеет свои особенности. Вибростимуляция мышц вызывает движения лишь в тазобедренном и коленном суставах. Технические возможности электромагнитного стимулятора позволяют воздействовать на спинной мозг в течение 15–20 с и, следовательно, активировать ГШД на непродолжительное время. Чрескожная электростимуляция спинного мозга легко переносится испытуемыми и может обеспечить инициацию непроизвольных движений во всех суставах нижних конечностей длительное время. Предполагается, что чрескожная электрическая стимуляция активирует шагательный генератор главным образом через входящие в спинной мозг афференты дорсальных корешков и повышает возбудимость нейрональной локомоторной сети (Р.М. Городничев и др., 2012). Поэтому нами предпринята попытка использовать описанные выше особенности электростимуляционного воздействия на спинной мозг для изменения функциональных свойств моторной системы. Конкретная цель настоящего исследования состояла в изучении влияния электрической стимуляции спинного мозга, проводимой непосредственно во время бега на тредбане, на скоростно-силовые способности спортсменов.

В эксперименте приняли участие 12 студентов Великолукской государственной академии физической культуры и спорта (ВЛГАФК), специализирующихся в беге на короткие дистанции, которые были разделены на 2 группы: контрольную (КГ) и экспериментальную (ЭГ), по 6 человек в каждой. Проведение эксперимента было разрешено комитетом по этике ВЛГАФК. Все испытуемые были предупреждены об условиях исследования и дали письменное согласие на участие в нем в соответствии с Хельсинской Декларацией и нормами российского и международного права.

Эксперимент состоял из 2-х тренировочных микроциклов, по 5 дней каждый. Испытуемые обеих групп ежедневно выполняли повторную беговую нагрузку, которая включала в себя 5 повторений 8-секундного бега с максимальной скоростью на беговой дорожке (HP Cosmos Saturn), находящейся в пассивном режиме. Время выполнения беговой работы в одном повторении было выбрано в соответствии с биохимическими основами развития скоростно-силовых качеств. Очередное повторение тренировочного отрезка спортсмены выполняли только после того, как ЧСС достигала уровня 100–110 уд/мин. Контроль ЧСС осуществлялся с помощью мониторов сердечного ритма Polar.

Испытуемым ЭГ во время бега проводилась непрерывная чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ) на уровне T11-T12 и T12-L1 с помощью двухканального стимулятора КУЛОН (ГУАП, СПб). Частота электростимуляции составляла 30 Гц, сила стимула подбиралась индивидуально для каждого обследуемого. Прямоугольные биполярные стимулы длительностью 0,5 мс заполнялись несущей частотой 10 кГц для предотвращения болевых ощущений. Испытуемые КГ электростимуляцию не получали.

Протокол исследования включал фоновое исследование максимальной изометрической силы мышц голени при подошвенном сгибании стопы, скоростно-силовых возможностей мышц голени, максимальной анаэробной мощности (МАМ). Повторное исследование этих же параметров проводилось после 5-ти и 10-ти дней тренировки. Во время беговой нагрузки регистрировалась электрическая активность (ЭМГ) мышц бедра и голени.

Для оценки максимальной произвольной изометрической силы (МПС) мышц голени использовался мультисуставной комплекс Biodex. Спортсмен находился в кресле, правая нижняя конечность фиксировалась при угле в 110° – в коленном и 90° – в голеностопном суставе, стопа другой ноги располагалась в упоре с углом 90° в коленном и голеностопном суставах. Спортсмены выполняли сгибание и разгибание стопы в голеностопном суставе (т. н. подошвенное сгибание). Выполнялись три попытки с периодом отдыха 30 с. Засчитывался результат лучшей попытки.

Оценка скоростно-силовых возможностей мышц голени осуществлялась также с использованием комплекса Biodex. Развиваемое испытуемыми усилие составляло 80 % от их индивидуальной величины МПС. Испытуемые выполняли максимальное количество подошвенных сгибаний стопы в течение 11 с, с траекторией движения в диапазоне 35°. Длительность выполнения теста равнялась среднему времени пробегания дистанции 100 м в группах исследуемых спортсменов. Таким образом, моделировались временные параметры соревновательного упражнения. Оценивались следующие показатели: общая работа (Дж), количество движений за 11 с (раз) и амплитуда движений (градусы).

В начале каждого экспериментального дня после предварительной разминки, а также по окончании тренировки спортсмены выполняли тестовое подошвенное сгибание стопы за 11 с на комплексе Biodex.

Максимальная анаэробная мощность определялась с помощью 10-секундного модифицированного теста Вингейта. Для проведения теста использовался велоэргометр MONARK ERGOMEDIC 894E (Швеция). На колесо устанавливалась нагрузка 7,5 % от массы спортсмена. Спортсмен адаптировался к велоэргометру: ноги закреплялись на педалях, высота седла подбиралась индивидуально. Вначале выполнялась разминочная нагрузка – педалирование в течение 0,5–1,0 мин при комфортной частоте вращения педалей. После команды выполнялся быстрый набор оборотов и педалирование с максимально возможной для спортсмена мощностью в течение 10 с. Оценивались пиковая, средняя (за 10 с) и минимальная мощность, а также ее падение.

Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA one way), и однофакторного дисперсионного анализа для повторных измерений (One-way Repeated Measures ANOVA).

Сравнение результатов теста по оценке максимального количества подошвенных сгибаний стопы представлено в таблице 7.1. Величина общей работы перед началом эксперимента в контрольной группе была несколько выше, чем в экспериментальной, количество движений и их диапазон также были больше в КГ, но достоверных различий не выявлено (р>0,05).

Таблица 7.1

Показатели теста подошвенного сгибания стопы в исследуемых группах (М± m)


Примечание: * – достоверность различий p<0,05 относительно фона.

После 5 дней тренировок в КГ количество общей работы увеличилось по сравнению с фоном на 8,95 %; после 10 дней среднегрупповое значение общей работы было выше фонового на 8,98 % (p>0,05). В ЭГ 5-дневная тренировка привела к увеличению общей работы на 19,9 % (p>0,05), после 10 дней – на 27,7 % (p<0,05). Таким образом, испытуемые ЭГ после 10 тренировочных дней проделывали более значительный объем общей работы.

Количество движений, выполняемых за 11 с в КГ на протяжении двух недель тренировок было выше фоновых значений.

После 5 тренировочных дней увеличение составляло 11,8 %, после 10 – 22,3 % (p<0,05). Как и в КГ, количество движений, выполняемое за 11 с в ЭГ, превышало фоновые показатели на протяжении всего времени эксперимента. После 10 дней прирост составил 35,4 % (p<0,05). Следовательно, увеличение количества движений в ЭГ было на 13,1 % больше, чем в КГ.

Амплитуда движений в голеностопном суставе во время выполнения подошвенного сгибания стопы в КГ после 5 дней была ниже фонового значения на 2,7 %, а после 10 дней показатель оставался ниже на 5,4 % (p>0,05).

Амплитуда движений в ЭГ после 5 дней тренировок практически не отличалась от фоновых показателей, после 10 дней незначительно повысившись – на 1,4 % (p>0,05). Таким образом, у бегунов КГ с увеличением количества движений через 10 дней тренировки наблюдалась тенденция к уменьшению их амплитуды, а спортсмены ЭГ выполняли большее количество движений при практически неизменной амплитуде.

При анализе динамики общей работы, выполняемой спортсменами в тесте подошвенного сгибания стопы ежедневно до нагрузки, в контрольной группе выявлен волнообразный характер изменений (рис. 7.1). Достоверное увеличение показателя относительно фона было зарегистрировано только на 6-й тренировочный день.


Рис. 7.1. Динамика общей работы при подошвенном сгибании стопы перед тренировочной нагрузкой * – достоверность различий относительно фона p<0,05

Изменения общей работы в экспериментальной группе носили несколько иной характер. В первую неделю тренировок общая работа увеличилась, с незначительным снижением на 5-й день. С 6-го по 10-й день значения общей работы были достоверно выше, чем на первой неделе тренировок. Значительных колебаний этого показателя в течение второго микроцикла не отмечалось.

При оценке максимальной анаэробной мощности в тесте МАМ анализировались относительные показатели с учетом массы тела спортсменов. Статистически достоверных различий в показателях максимальной анаэробной мощности между двумя исследуемыми группами в начале эксперимента выявлено не было (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Показатели теста МАМ (Вт/кг) в течение эксперимента в исследуемых группах (М± m)


Примечания: * – достоверность отличий p<0,05 относительно фона, # – достоверность различий p<0,05 между группами.

Пиковая мощность в контрольной группе практически не изменилась как после первой, так и после второй недели тренировки. После 5 тренировочных дней увеличение составило 0,1 %, после 10-ти – 0,7 % (р>0,05). Средняя мощность за 10 с также изменялась незначительно – после 5 дней увеличение составляло 0,4 %, спустя 10 – 1,8 % (р>0,05). Минимальная мощность после 5-го тренировочного дня снизилась на 6,3 % (р>0,05), а после 10-го – достоверно увеличилась по сравнению с фоном на 14,6 % (p<0,05). Показатель снижения мощности за 10 с статистически значимо не изменился.

Пиковая мощность в экспериментальной группе после 5 тренировочных дней увеличилась на 3,2 %, а после 10-ти – на 4,4 % (р>0,05). Средняя мощность за 10 с изменялась незначительно, увеличение после 10 дней составило 1,8 % (р>0,05). Минимальная мощность после 5-го тренировочного дня практически не изменилась – увеличение составило 0,2 % (р>0,05), а после 10-го дня достоверно увеличилась по сравнению с фоном на 23,4 % (p<0,05). Следовательно, в ЭГ величина минимальной мощности за 10-дневную тренировку увеличилась на 8,8 % по сравнению с КГ.

При обсуждении возможных механизмов влияния ЧЭССМ на функциональные свойства моторной системы обращает на себя внимание факт увеличения амплитуды ЭМГ мышц бедра и голени при беге на дорожке, выполняемом в условиях электростимуляционного воздействия, по сравнению с бегом без стимуляции. Так, амплитуда правой икроножной мышцы при беге в обычных условиях составляла 203мкВ, а при беге на фоне чрескожной электростимуляции – 280мкВ. Этот факт свидетельствует об увеличении нейрональной активности мотонейронного пула данной мышцы под влиянием ЧЭССМ. Следовательно, электростимуляция спинного мозга вызывает активацию дополнительного количества мотонейронов в процессе каждого тренировочного занятия. Следовые процессы, связанные с многократной активацией дополнительного числа мотонейронов и увеличением частоты их импульсации, вероятно, обеспечивают более значительное повышение скоростно-силовых свойств у скелетных мышц испытуемых экспериментальной группы.

Таким образом, полученные экспериментальные факты указывают на возможность развития скоростно-силовых качеств спортсменов с помощью методики электростимуляции спинного мозга, осуществляемой непосредственно во время выполнения произвольных движений.

Использование электрической стимуляции мышц и нервных структур связано с необходимостью наложения электродов, подготовкой кожного покрова и другими методическими операциями (манипуляциями), требующими значительного времени. Таких ограничений не имеет методика электромагнитной стимуляции, которая также используется для активации нервных структур и мышц.

В 1965 г. была впервые продемонстрирована возможность активации периферических нервов человека с одновременной регистрацией мышечного сокращения у 6 добровольцев с помощью переменного магнитного поля длительностью 300 мс и пиковым напряжением 2000–3000 Дж (R. G. Bickford, B. D. Flemming, 1965). Стимуляторы того времени, генерирующие переменное магнитное поле, имели существенные конструктивные недостатки, что в значительной степени снижало возможности и эффективность исследования нервных структур и мышечного аппарата. Группа ученых Шеффилдского университета под руководством A.T. Баркера проводила интенсивные исследования по совершенствованию конструкции электромагнитного стимулятора и сумела создать серию стимулирующих устройств, обладающих достаточной мощностью для активации моторной коры головного мозга непосредственно через черепную коробку, а также для возбуждения спинного мозга, периферических нервов и мышечного аппарата (A.T. Barker et al.,1985). В 1985 г. электромагнитные стимуляторы появились на рынке медицинской техники, и за довольно короткое время стимуляция разных отделов ЦНС, периферических нервов и мышечного аппарата посредством переменного магнитного поля стала общедоступным методом (С.С. Никитин, А.Л. Куренков, 2003; 2006).

Электромагнитная стимуляция – это стимуляция нервной ткани без прохождения электрического тока через стимулирующие электроды и кожу. В ходе этого процесса в результате магнитной индукции в глубине тканей происходит генерация переменного электрического поля, которое вызывает появление в них импульса тока, т. е. процесса возбуждения стимулируемой ткани (Р.Ф. Гимранов, 2002).

Все современные электромагнитные стимуляторы состоят из мощного конденсатора, стимулирующей катушки (койла) и блока управления. Конденсаторы высокого напряжения заряжаются электрическим током большой силы (до 20 кА). Из конденсатора электроток направляется в стимулирующую катушку, где и происходит генерация переменного магнитного поля большой мощности. Максимальная мощность магнитного поля может достигать 10 Тесла (Т). По причине обеспечения необходимых мер безопасности при проведении соответствующих исследований наибольшее распространение получили стимуляторы, генерирующие максимальное магнитное поле в 2,0–2,5 Т. В момент подачи стимула, вследствие деформационных изменений, в катушке возникает характерный щелчок, иногда до 100–120 дБ (C. Brunhoizi et al., 1993; Е.Б. Лысков, 2001; Р.М. Городничев и др., 2009). Этот факт необходимо учитывать в процессе исследований.

Между электромагнитной и электрической стимуляцией существует ряд отличий. При электрической стимуляции импульс воздействует на ткани организма через накожные, игольчатые или имплантированные электроды (М.Б. Гехт, 1990; М.Б. Гехт и др., 1997; В.Н. Команцев, В.А. Заболотных, 2001). При электромагнитной стимуляции в результате магнитной индукции в глубине тканей генерируется электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление разности потенциалов и прохождение импульса. Магнитное поле возбуждает нервную ткань только при наличии «посредника» в виде индуцированного электрического поля (А.Т. Barker, 1985).

Появление технически совершенных стимуляторов позволило использовать электромагнитную стимуляцию для активации различных структур ЦНС, периферических нервов и мышц. В клинике стимуляция разных отделов коры головного, спинного мозга и периферических нервов с помощью переменного магнитного поля стала довольно доступным методом, занявшим свою нишу в диагностике и лечении неврологических заболеваний, нейрохирургическом мониторинге, в педиатрии, урологии, психологии и других сферах (С.С. Никитин, А.Л. Куренков, 2003; Л.Р. Зенков, 2004; P.T. Huerta, B.T. Volpe, 2009).

Использование электромагнитной стимуляции нервных структур человека в медицине с диагностическими и лечебными целями связано с определенными преимуществами этого метода перед традиционной электрической стимуляцией головного и спинного мозга, периферических нервов и мышц. Переменное магнитное поле проникает через любые анатомические структуры без каких-либо изменений, поэтому обеспечивает возбуждение тканей, которые прикрыты костными и мышечными образованиями. Электромагнитная стимуляция не сопровождается появлением болевых ощущений, поскольку в этом случае интенсивность индуцированного электрического поля слишком мала для активации болевых рецепторов. Такая стимуляция не требует предварительной обработки кожного покрова, а возможность ее использования с некоторого расстояния позволяет применять этот метод при наличии у обследуемых повязок, инфекционных процессов, открытых ран. Свободное перемещение стимулирующей катушки обеспечивает быстрый поиск оптимальной точки стимуляции (M. Inghillery et al., 1989; Р.Ф. Гимранов, 2002; В.П. Куликов и др., 2004).

Методика стимуляции переменным магнитным полем применена для оценки функционального состояния нервно-мышечного аппарата спортсменов (Р.М. Городничев и др., 2006, 2008; Е.А. Пивоварова, 2012). В этих работах изучались длительность периода молчания и параметры моторных ответов (ВМО) различных скелетных мышц, вызываемые стимуляцией коры головного мозга и сегментов спинного мозга у лиц, адаптированных к напряженной мышечной деятельности разной направленности. В процессе этих исследований установлена зависимость максимальной амплитуды ВМО и порогов возбуждения от направленности физических нагрузок и уровня квалификации спортсменов.

Результаты исследований, показавшие возможность активировать мышечную активность посредством интенсивного электромагнитного стимула, послужили основой для планирования и проведения экспериментов по изучению влияния систематической электромагнитной стимуляции скелетных мышц на проявление силовых способностей у здоровых лиц. Такие исследования впервые были проведены специалистами Великолукской государственной академии физической культуры и спорта в октябре 2006 г. (Р.М. Городничев и др., 2007). В этом исследовании участвовали 28 здоровых испытуемых в возрасте 18–23 лет, на которых изучалось влияние ритмической электромагнитной стимуляции лучевого сгибателя кисти на параметры его сокращения и ЭМГ-характеристики. Испытуемым ежедневно в течение 5 мин наносили десять пачек электромагнитных стимулов с частотой 17 Гц и силой магнитной индукции 0,8 Т. Стимуляция осуществлялась в состоянии относительного мышечного покоя на протяжении восьми дней, интервал отдыха между пачками стимулов составлял 50 с. В результате проведенных исследований установлено, что после восьми дней применения ежедневной ритмической магнитной стимуляции лучевого сгибателя кисти произвольная максимальная сила возросла на 21,4 %, тогда как в контрольной группе достоверных изменений среднегрупповых значений максимальной силы в течение исследования не произошло. Восстановление величины максимальной силы до исходных значений наблюдалось лишь на десятые сутки после прекращения сеансов ритмической магнитной стимуляции (Р.М. Городничев и др., 2007).

Таким образом, электромагнитная стимуляция скелетных мышц в состоянии относительного мышечного покоя может повышать силовые способности человека. При подобного вида стимуляционной тренировке необходимо воздействовать на мышцу достаточно мощными стимулами. К сожалению, даже новейшие магнитные стимуляторы способны генерировать лишь определенное количество интенсивных стимулов в пачке из-за перегревания катушки. Вместе с тем, электромагнитный стимул, наносимый в процессе сокращения, может увеличить развиваемое мышцей усилие. В этом случае требуется менее значительное по силе электромагнитное воздействие на мышцу. С учетом данного обстоятельства и анализа сведений литературы о влиянии магнитной стимуляции на функциональные свойства скелетных мышц было выдвинуто предположение о возможности изменения силовых способностей мышц посредством магнитного воздействия на мышцы-агонисты двигательного действия в процессе его непосредственного выполнения. Для проверки этого предположения в ВЛГАФК проведена специальная серия исследований (А.Г. Беляев, 2015).

В серии экспериментов приняли участие 18 здоровых мужчин в возрасте 19–28 лет, которые дали письменное информированное согласие на участие в исследованиях. Условия проведения эксперимента были одобрены комитетом по биоэтике ВЛГАФК.

Испытуемые были разделены на две группы – контрольную (КГ) и экспериментальную (ЭГ) – по 9 чел. в каждой. Всем испытуемым предлагалось выполнять плантарную флексию стопы (концентрическое сокращение) на мультисуставном комплексе Biodex в течение 15 тренировочных дней с усилием 80 % от максимального вращательного момента. В каждом тренировочном занятии выполнялось 10 мышечных сокращений. Время отдыха между движениями составляло 50 с. Длительность одиночного цикла плантарной флексии стопы составляла 5 с, амплитуда движения равнялась 40°. Исследуемые выполняли концентрическое сгибание в голеностопном суставе в положении сидя. Угол в коленном суставе составлял 110°, голова располагалась на подголовнике кресла, руки были свободно скрещены на животе, голень и коленный сустав жестко фиксировались, голеностопный сустав оставался подвижным, стопа опиралась на платформу комплекса. Биологическая обратная связь о мышечном сокращении обеспечивалась посредством цветного графического монитора с высоким разрешением, отображающего весь ход подготовки и выполнения сокращений. Значения максимального вращательного момента рассчитывались предварительно и индивидуально из трех максимальных сокращений с интервалом отдыха 30 с. До проведения контрольных испытаний каждый исследуемый выполнял несколько тренировочных движений для коррекции прилагаемых усилий и ритма выполняемого движения.

Испытуемым экспериментальной группы во время выполнения плантарной флексии наносились электромагнитные стимулы с помощью магнитного стимулятора Magstim Rapid 2. Использовалась катушка диаметром 50 мм. Магнитная стимуляция проводилась на икроножную мышцу. Частота стимуляции составляла 5 Гц, мощность (50 % от максимального выхода магнитного стимулятора) -1,8 Тесла, время – 5 с. Испытуемые контрольной группы выполняли аналогичные серии тренировочных занятий с экспериментальной группой, но их мышцы не подвергались электромагнитному воздействию. Проведению 15 основных тренировок предшествовали два вводных занятия, в процессе которых испытуемые обучались правильно выполнять плантарную флексию стопы и знакомились с тестовыми процедурами.

У испытуемых обеих групп в дни контрольных тестирований регистрировались: максимальный силовой момент на комплексе Biodex, H-рефлекс и M-ответ мышц голени. Во время выполнения произвольного максимального силового момента записывалась биоэлектрическая активность икроножной мышцы (медиальная головка), камбаловидной, передней большеберцовой. H-рефлексы и M-ответы икроножной и камбаловидной мышц вызывались по традиционной методике с помощью 8-канального электронейромиографа («Нейро-МВП-8», 2006). При анализе данных учитывалась максимальная величина вращательного момента из трех попыток.

В процессе этого эксперимента было проведено 9 контрольных тестирований для наблюдения за динамикой исследуемых параметров. Первое тестирование выполнено до начала тренировок для определения исходных показателей, последующие три тестирования – после 5, 10, и 15 тренировочных дней, а также 5 тестирований – на 3-й, 6-й, 13-й, 24-й и 35-й дни после прекращения тренировочных занятий.

Статистическая обработка результатов исследования проводилась при помощи стандартных компьютерных программ Microsoft Office Excel 2010 и Statistica 10.

Результаты исследования силовых возможностей испытуемых показали, что исходные величины максимального вращательного момента в контрольной и экспериментальной группах достоверно не отличались и составляли 119,3 ± 5,3 Н ? м и 124 ± 8,8 Н ? м соответственно (табл. 7.3). Этот факт свидетельствует о практически равных силовых возможностях исследуемых сравниваемых групп на момент начала эксперимента. Наблюдались значительные индивидуальные особенности в проявлении силовых возможностей у испытуемых обеих групп. Так, испытуемый контрольной группы З.П. развил усилие в 150,0 Н ? м, что выше среднегруппового значения этой группы на 30,7 Н ? м. В экспериментальной группе наибольший вращательный момент зарегистрирован у Р.В. – 165,0 Н ? м. Он на 41,0 Н ? м превышал среднегрупповую величину.

Таблица 7.3

Величина вращательного момента исследуемых групп (M±m, n=18), Н ? м


Примечания: * достоверность различий между соответствующим параметром и его исходной величиной (р < 0,05).

В результате анализа эффектов 15-дневной тренировки установлено, что величина прироста максимального вращательного момента (МВМ) зависела от количества тренировочных занятий, проведенных испытуемыми контрольной и экспериментальной групп (рис. 7.2). После пяти дней тренировки максимальный вращательный момент в контрольной группе увеличился в среднем на 9,5 %, после десяти – на 28,2 %, после пятнадцати – на 32,5 % в сравнении с исходными значениями (р<0,05).


Рис. 7.2. Среднегрупповые показатели прироста силового вращательного момента в голеностопном суставе

В экспериментальной группе прирост силовых возможностей был значительнее. По истечении пяти тренировочных дней с применением магнитной стимуляции мышц максимальный вращательный момент у испытуемых экспериментальной группы увеличился на 24,9 %, после десяти – на 52,3 %, а после пятнадцати – на 51,9 % по сравнению с фоновыми величинами. Таким образом, прирост силовых возможностей в экспериментальной группе был больше в среднем на 15,4 %, 24,1 % и на 19,4 %, соответственно, чем в контрольной группе (во всех случаях р<0,05).

Более значительное увеличение МВМ в экспериментальной группе сопровождалось изменениями электрической активности мышц (ЭМГ), зарегистрированной в процессе максимального вращательного момента (табл. 7.4).

Таблица 7.4

Параметры электромиограммы скелетных мышц голени (M±m, n=18)


Примечание: * p < 0,05 – достоверность различий между соответствующим параметром и его исходной величиной.

Амплитуда и частота электроактивности икроножной и камбаловидной мышц в экспериментальной группе возрастала в большей степени по сравнению с динамикой этих параметров у испытуемых контрольной группы. Прирост амплитуды ЭМГ икроножной мышцы у испытуемых экспериментальной группы после пяти тренировочных занятий был больше на 24,1 %, после десяти – на 37,0 %, а после пятнадцати – на 65,8 %, чем в контрольной группе (во всех случаях р<0,05). Частота ЭМГ названной мышцы достоверно увеличилась на 14,3 %, 45,4 % и 74,2 % соответственно по сравнению с приростом этого параметра в контрольной группе. Амплитуда и частота электроактивности передней большеберцовой мышцы статистически значимо не изменялась у испытуемых обеих групп на протяжении всех 15 тренировочных занятий.

По характеристикам электроактивности мышц голени, представленным в таблице 7.4, можно заключить, что амплитуда и частота ЭМГ икроножной и камбаловидных мышц у испытуемых экспериментальной группы в подавляющем большинстве тестов была ниже показателей контрольной группы. Заметим, что МВМ у исследуемых экспериментальной группы был выше по сравнению с представителями контрольной группы. Следовательно, им требовались более низкие величины частоты и амплитуды ЭМГ мышц голени для развития более значительного по величине мышечного усилия.

Амплитуда максимального Н-рефлекса является одной из наиболее важных характеристик функционального состояния спинальных мотонейронов, поскольку отражает их рефлекторную возбудимость. Анализ полученных результатов позволил установить, что достоверное изменение амплитуды Н-рефлекса наблюдалось только у испытуемых экспериментальной группы. В этом случае, по сравнению с исходными величинами, амплитуда Н-рефлекса икроножной мышцы выросла под влиянием стимуляционных тренировок на 30,1 %. Статистически значимых различий в амплитуде максимального М-ответа скелетных мышц голени у испытуемых обеих групп не наблюдалось.

Обнаруженный нами факт увеличения амплитуды и частоты ЭМГ мышц-агонистов при выполнении максимальных произвольных сокращений у испытуемых контрольной и экспериментальной групп на фоне недостоверных изменений амплитуды

M-ответа дает основания предположить, что прирост силовых возможностей в обеих группах связан преимущественно с модуляцией нисходящей нервной импульсации к спинальным мотонейронам под влиянием тренировочных занятий. Существенное значение в этом случае имеет и формирование оптимальной координационной структуры выполняемого произвольного движения, поскольку хорошо известно, что при реализации силовых тренировочных программ первоначальный прирост силы скелетных мышц достигается прежде всего за счет совершенствования соответствующего двигательного навыка. Очевидным свидетельством совершенствования координационной структуры выполняемого в нашем исследовании двигательного действия является повышение электроактивности мышц-агонистов и отсутствие каких-либо изменений активности антагониста, т. е. улучшение координации в системе мышц агонист-антагонист.

При анализе потенциальных механизмов более значительного прироста силовых возможностей у испытуемых экспериментальной группы целесообразно рассмотреть три возможные причины такого явления: 1) улучшение микроциркуляции в тканях мышцы под влиянием электромагнитной стимуляции; 2) изменение свойств нервно-мышечных синапсов; 3) активация высокопороговых (быстрых) двигательных единиц мышц.

Первое объяснение может быть принято во внимание, так как имеются данные из литературы об улучшении микроциркуляции в тканевых структурах мышцы при воздействии на нее электромагнитными стимулами (В.И. Сысоева, 2006). Улучшенная микроциркуляция может создавать оптимальные условия для изменения концентрации потенциалобразующих ионов на мембранах нервных и мышечных клеток, способствуя тем самым процессу деполяризации клеточных мембран и, следовательно, возникновению потенциала действия.

Известно, что ритмическая активация синапсов при электростимуляции приводит к разнообразным функциональным изменениям в нервно-мышечных синапсах, зависящим от силы, длительности и частоты стимуляционного воздействиями (В.Н. Команцев, В.А. Заболотных, 2001). Ритмическая активация вызывает повышение потенциала покоя (гиперполяризацию) мембраны пресинаптической части аксона и, таким образом, способствует увеличению амплитуды потенциала действия. Высокоамплитудный потенциал действия обеспечивает выброс большого количества медиаторов в синаптическую щель. К тому же, при ритмической активации в пресинаптической части аксона наблюдается увеличение запаса медиатора, готового к выделению. При электромагнитной стимуляции на уровне возбуждаемой структуры работают те же механизмы, что и при электрической стимуляции, а именно – прохождение электрического тока через мембрану возбудимой клетки, деполяризация которой приводит к появлению потенциала действия и дальнейшему его распространению по возбужденной структуре (С.С. Никитин, А.Л. Куренков, 2003). В связи с этим можно полагать, что применяемая в нашей работе электромагнитная стимуляция вызывала в нервно-мышечных синапсах изменения, аналогичные изложенным выше. Это обстоятельство дает основания предположить, что синаптические изменения, вызываемые электромагнитной стимуляцией, вероятно, могут создавать более благоприятные условия для активации двигательных единиц, функционирование которых и обеспечивает прирост силовых возможностей.

Хорошо известно, что основными факторами, обеспечивающими повышение силы произвольного сокращения скелетных мышц, являются рекрутирование быстрых ДЕ и увеличение частоты их импульсации (В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик; 1985; Р.М. Городничев 2005; M.N. Stone et al., 2007). ДЕ этого типа характеризуются высоким порогом возбудимости, содержат более значительное количество мышечных волокон и вносят больший вклад в напряжение мышцы, чем низкопороговые (медленные) единицы. Активация высокопороговых ДЕ происходит лишь при больших по величине мышечных усилиях. Вместе с тем имеются сведения, что при электрической стимуляции мышцы эти ДЕ активируются уже при незначительном раздражении, т. е. в этом случае проявляют себя как низкопороговые (Я.М. Коц, 1971). Следовательно, и под влиянием электромагнитной стимуляции, наносимой на мышцу в момент ее сокращения, будут активироваться высокопороговые ДЕ, которые в обычных условиях не вступают в работу. Их активность обеспечивает дополнительный прирост силовых возможностей мышцы, и вследствие следовых процессов эта приобретенная сила будет сохраняться определенное время.

У испытуемых ЭГ силовая тренировка, сопровождаемая электромагнитной стимуляцией мышц, приводила также к достоверному увеличению амплитуды H-рефлекса икроножной мышцы, что является свидетельством повышения рефлекторной возбудимости соответствующего мотонейронного пула спинного мозга. Можно полагать, что более значительная нисходящая нервная импульсация, адресованная к мотонейронному пулу с повышенной возбудимостью, инициирует рекрутирование дополнительных двигательных единиц, активность которых может быть еще одним фактором, обеспечивающим больший прирост силовых возможностей у испытуемых экспериментальной группы по сравнению с контрольной.

Для теории и практики силовой подготовки представляет несомненный интерес, насколько долго сохраняется эффект силовых тренировок после их прекращения. По окончании тренировок силовой направленности в экспериментальной и контрольной группах зарегистрировано последовательное изменение величины максимального вращательного момента (рис. 7.3).

Выявлено, что на третий и шестой день после прекращения силовых тренировок величина максимального вращательного момента увеличилась в обеих группах по сравнению с 15-м днем тренировок и с исходным уровнем. Так, в контрольной группе прирост по сравнению с фоновыми значениями составил к третьему дню окончания тренировок 40,0 %, а к шестому – 41,6 %; в экспериментальной группе – 53,3 % и 59,9 % соответственно. Среднегрупповой прирост вращательного момента после прекращения тренировок с применением магнитной стимуляции в экспериментальной группе на шестой день после окончания тренировок был выше на 18,3 % по сравнению с контрольной группой (р<0,05). Этот факт указывает на более значительный эффект тренировок с применением магнитной стимуляции мышц.


Рис. 7.3. Среднегрупповые показатели силового вращательного момента в голеностопном суставе после прекращения тренировок * – достоверность различий при p<0,05, по оси абсцисс – дни после прекращения силовых тренировок, по оси ординат – величина МВМ дана в сравнении с исходными значениями

Повышенные под влиянием тренировки величины амплитуды и частоты электроактивности исследуемых мышц, регистрируемой в процессе максимального усилия, сохранялись до шестого дня после прекращения тренировок на развитие силы мышц голени. Так, амплитуда электроактивности икроножной мышцы у испытуемых контрольной группы на шестой день после прекращения силовых тренировок была больше на 50,0 % по сравнению с фоновыми значениями, а амплитуда ЭМГ камбаловидной – на 32,6 %. У испытуемых экспериментальной группы амплитуда ЭМГ икроножной и камбаловидной мышц на шестой день после прекращения тренировок по развитию силы с проведением магнитной стимуляции превышала исходные величины на 90,8 % и 50,9 % соответственно. Следует отметить, что в обеих группах прирост амплитуды ЭМГ камбаловидной мышцы на 13-й день после прекращения силовых тренировок был выше по сравнению с шестым днем: в контрольной группе – на 12,0 % (р=0,01), а в экспериментальной – на 21,2 %. Амплитуда электроактивности икроножной и камбаловидной мышц в обеих группах снижалась при тестировании через 24 дня после прекращения силовых тренировок и в еще большей степени – при тестировании на 35-й день после окончания тренировочных занятий. Так, в контрольной группе амплитуда ЭМГ икроножной мышцы уменьшилась на 24-й день – на 20,2 % (р=0,03), на 35-й – на 28,7 % (р=0,03), а в камбаловидной мышце – на 15,6 % (р=0,04) и 22,4 % (р=0,007) по сравнению с шестым днем окончания силовых тренировок. У обследуемых экспериментальной группы амплитуда ЭМГ икроножной мышцы уменьшилась на 24-й день на 22,9 % (р=0,01), на 35-й – на 26,8 %, а в камбаловидной мышце – на 10,7 % и 12,2 % соответственно. Сопоставляя описанные выше результаты и данные рисунка 8.3, можно отметить, что такой спад логичен, поскольку величина максимального вращательного момента к 24-му дню после прекращения силовых тренировок значительно снизилась в обеих группах.

Таким образом, увеличение силовых возможностей, достигнутое при магнито-стимуляционной тренировке, сохранялось достаточно долгое время. Возвращение исследуемых параметров электроактивности мышц голени при реализации максимального вращательного момента к исходному уровню происходило на 35-й день после окончания тренировочных занятий.

В результате проведенных в ВЛГАФК исследований предложены новые методические подходы для развития мышечной силы посредством чрескожной электрической стимуляции спинного мозга и электромагнитной стимуляции мышц-агонистов во время их произвольного сокращения. Технические параметры стимуляторов, генерирующих электрические или электромагнитные стимулы, позволяют безболезненно стимулировать скелетные мышцы и активировать высокопороговые двигательные единицы, которые в обычных условиях не вовлекаются в работу. Предлагаемые методы могут быть использованы как дополнительные средства тренировочного воздействия в тех видах спорта, в которых результат зависит от силовых способностей.

<<< Назад
Вперед >>>
Похожие страницы

Генерация: 4.301. Запросов К БД/Cache: 3 / 1
Вверх Вниз