CC BY
13
МИОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЭЛЕКТРОМИОСТИМУЛЯЦИИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МЫШЦ -СИНЕРГИСТОВ И АНТАГОНИСТОВ
В.Л. РОСТОВЦЕВ, Д.В. ОНИЩЕНКО, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК, г. Москва
Аннотация
В статье обсуждается технология применения «умной» одежды в качестве вспомогательного тренировочного средства - программируемой электромиостимуляции (programmable electromyostimulation - pEMS), проводимой непосредственно во время выполнения физических упражнений, и влияние ее на мышечную активность. Под воздействием созданной технологии, основанной на теории функциональных систем П.К. Анохина, обнаружена реципрокная (сочетанная) межмышечная оптимизация, заключающаяся в усилении электроактивности мышц-синергистов в активных фазах отталкивания (на примере лыжных гонок) в среднем на 12,4% и снижение электроактивности мышц-антагонистов в фазах расслабления в среднем на 9,2% при передвижении на лыжероллерах на тредбане на подъемах от 4 до 10 град. Разработана и проверена на практике лыжных гонок методика применения pEMS четырехглавых мышц при передвижении, существенно усиливающая их электрическую активность в моменты наибольшего естественного напряжения этих групп мышц в фазах отталкивания. Обнаружено повышение активности других, не стимулируемых, но активно участвующих в поддержании скорости передвижения мышц-синергистов в моменты их активного напряжения. Вместе с этим pEMS только четырехглавых мышц способствовала снижению электроактивности мышц, которые находились в определенные моменты фаз цикла в пассивных состояниях, их расслаблению и восстановлению в процессе выполнения физического упражнения.
Ключевые слова: программируемая динамическая электромиостимуляция, реципрокная мышечная оптимизация, электромиография, электроактивность мышц, «умная» одежда, лыжные гонки.
MYOGRAPHIC STUDY OF THE EFFECT OF PROGRAMMED ELECTROMYOSTIMULATION ON THE ELECTRICAL ACTIVITY OF SYNERGIST AND ANTAGONIST MUSCLES
V.L. ROSTOVTSEV, D.V. ONISHCHENKO, VNIIFK, Moscow city
Abstract
The article discusses the technology of using "smart" clothes as an auxiliary training tool - programmable electromyostimulation (pEMS), carried out directly during exercise and its effect on muscle activity. Under the influence of the created technology based on the theory of functional systems P.K. Anokhin, a reciprocal (combined) intermuscular optimization was found, which consists in an increase in the electrical activity of the synergist muscles in the active phases of repulsion (on example of ski racing) by 12.4%, on average, and a decrease in the electrical activity of the antagonist muscles in the relaxation phases by 9.2%, on average, when moving on roller skis on a treadmill on slopes from 4 to 10 degrees A technique for using pEMS of the quadriceps muscles during movement has been developed and tested in the practice of cross-country skiing, significantly increasing their electrical activity at the moments of the greatest natural tension of these muscle groups in the phases of repulsion. An increase in the activity of other, not stimulated, but actively involved in maintaining the speed of movement, synergistic muscles was found at the moments of their active tension. At the same time, pEMS only of the quadriceps muscles contributed to a decrease in the electrical activity of muscles that were in passive states at certain moments of the phases of the cycle, their relaxation and recovery in the process of performing physical exercise.
Keywords: programmed dynamic electromyostimulation, reciprocal muscle optimization, electromyography, muscle
electrical activity, "smart" clothes, cross-country skiing.
Введение
Перед тренером всегда стоит вопрос: какое влияние окажет то или иное тренировочное средство на структуру физических качеств, показатели специальной подготовленности и, в конце концов, на спортивный результат. В настоящей время опять, как и в советский период спортивной подготовки, тренеры шире стали применять тренировки в залах с отягощениями, что раньше называлось «поработать на тренажерах». Такие средства тренировки назывались вспомогательными [3], и до сих пор никто еще не подсчитал, какой вклад такая тренировка привносит в спортивный результат.
Программируемая динамическая электромиостиму-ляция (pEMS) - это вспомогательное тренировочное средство, основанное на дополнительной искусственной активизации мышц-синергистов в главных фазах специальных физических упражнений за счет подачи на них электрических импульсов определенной формы, амплитуды и продолжительности. В отличие от статической EMS, при которой на мышцы человека подается непрерывное электрическое воздействие, при pEMSспортсмен получает электрический импульс на активно работающие в этот момент мышечные группы в главные фазы целостного движения или цикла. Такие фазы можно назвать главным функциональным звеном (ГФЗ) физического упражнения. Характерны они тем, что именно в эти фазы происходит прирост главного критерия соревновательного упражнения, который определяет спортивный результат, - скорости передвижения по дистанции в циклических видах спорта, высоты, длины прыжка, попадания мяча в корзину в баскетболе, приданию определенных характеристик полету мяча в теннисе и т.п. И, по мнению академика П.К. Анохина [1], достаточно повысить только уровень его функционирования, и весь организм со всеми участвующими в этом процессе органами, энергетическими субстанциями, системами, аппаратами и т.д. также включится в достижение поставленной цели. Например, таким ГФЗ в лыжных гонках при передвижении всеми стилями (кроме бесшажных) являются фазы отталкивания ногами, при которых главной мышечной группой является четырехглавая мышца бедра (m. quadriceps femoris) - разгибатель коленного сустава.
Была принята гипотеза о том, что если повысить уровень функционирования этой группы мышц, точнее, этого ГФЗ, то весь организм, все процессы, обеспечивающие поддержание высокого уровня скорости передвижения в лыжных гонках, также усовершенствуются и обеспечат повышение спортивного результата.
Целью исследования было определение влияния pEMS на изменения электроактивности (ЭА) стимулируемой четырехглавой мышцы бедра и других групп мышц: мышц-синергистов, активно участвующих в лыжных гонках, и пассивных мышц-антагонистов.
Методы, организация и контингент исследования
В эксперименте по определению ЭА мышц участвовали 6 квалифицированных лыжников (5 кмс, 1 мс) в возрасте 19-22 (21,1 ± 0,5) лет. Масса тела испытуемых
составляла: 67-73 (69,4 ± 1,6) кг при росте 176,2-183,3 (179,6 ± 2,6) см, МПК: 65,3-73,1 (70,4 ± 3,2) (мл/мин)/кг.
Спортсмены после предварительной разминки выполняли тест на тредбане, передвигаясь классическим ходом на лыжероллерах с повышением и фиксацией угла наклона ленты на 4, 6, 8 и 10о. При этом они находились на каждом угле наклона ленты по 3 мин поочередно, без применения pEMS и с использованием pEMS. Скорость передвижения составляла 3,0 м/с. Во время подачи электрических импульсов на четырехглавую мышцу бедра миограф выключался, замер электроактивности проводился на последних секундах каждой ступени. Определялось влияние pEMS на изменения ЭА нескольких групп мышц-синергистов: четырехглавой мышцы бедра (m. quadriceps femoris) во время отталкивания; трехглавой мышцы плеча (m. triceps brachi); широчайшей мышцы спины (m. latissi-mus dorsi) и мышц-антагонистов: четырехглавой мышцы бедра во время свободного скольжения после отталкивания; двуглавой мышцы бедра (m. biceps femoris caput longus).
Электростимуляции (ЭС) подвергались все четыре головки четырехглавой мышцы бедра, электроды для передачи электрических импульсов устанавливались на проксимальной и дистальной частях этой группы мышц. На этой группе мышц ЭА регистрировалась только на средней части прямой мышца бедра (m. rectus femoris).
На фото можно видеть, как «сидят» шорты на спортсмене с вмонтированными в них электростимулятором, датчиками, электродами и миографом.
«Умные» шорты. Внизу шорт еле заметен блок комплекса для стимуляции и регистрации показателей. Блок не создает неудобств спортсмену при передвижении
Электроактивность мышц в лабораторных условиях оценивалась посредством оригинального четырехканаль-ного электромиографа, разработанного и изготовленного нами на базе «Сигма-дельта аналогово-цифрового преобразователя ADS124S08» со встроенным усилением от 1 до 128 раз, с шумом не более 19 дВ при максимальном усилении и частотой измерения 4 кГц. Использовали одноразовые биполярные электроды Ag-Ag/Cl типа 3F01 производства Skintact.
Измерялась максимальная амплитуда ЭА указанных мышц в момент наибольшего напряжения и расслабления. В расчет принимались не менее 6 напряжений мышц при каждом проходе.
PEMS осуществлялась с помощью «умных» шорт, в которые были вмонтированы портативные электростимуляторы, силиконовые электроды для передачи импульсов на мышцы с программным обеспечением управления электрическими импульсами (частота 100 Гц, амплитуда 80 В, длительность пачки электрических импульсов -100 мс) синхронно с фазами движения, разработанные на основе авторского свидетельства РФ № 2546421, описанные в работах [5, 6] и мобильного приложения. Согласие спортсменов на проведение исследования было получено. Для расчета достоверности различий использовался t-критерий Стьюдента для случая попарно связанных вариант.
Результаты исследования
Применение pEMS только для m. quadriceps femoris влияло на ЭА других групп мышц-синергистов, повышая их активность в активных фазах (при наибольшем напряжении в момент отталкивания от опоры) и на электроактивность антагонистов, снижая их напряжение в пассивных фазах локомоторного акта.
Рис. 1. Электроактивность мышц до и после динамической электростимуляции m. quadriceps femoris в движении на лыжероллерах в подъемы
Рис. 2. Динамика электроактивности мышц при передвижении классическим попеременным двухшажным ходом на лыжероллерах в подъемы до и после применения pEMS
Обнаружено повышение ЭА четырехглавой мышцы бедра (m. rectus femoris) при отталкивании на 24,6% (p < 0,01) после проведения стимуляции. Установлено, что ЭС только четырехглавой мышцы бедра изменяла ЭА и трехглавой мышцы плеча, которая не подвергалась pEMS, но также активно участвует в поддержании скорости, и ее ЭА повысилась на 9,2%. Такие различия зафиксированы на всех электромиограммах при передвижении в подъемы 2, 4 и 6 о.
Оказалось (рис. 1, 2), что ЭА после электростимуляции: Чо - повышалась, Чс и До - уменьшалась; Шо -наблюдалось незначительное увеличение. Это происходило на всех подъемах. Увеличение ЭА Чо в среднем составило на подъемах 4, 6, 8 и 10о соответственно: 36,7; 34,5; 33,1 и 31,9 мкв (p < 0,01). В процентном отношении эти изменения составили от 10,5 до 14,3%. Уменьшение ЭА Чс в фазе скольжения составило соответственно: 6,4; 6,8; 6,7; 6,6% (p < 0,05). Уменьшение ЭА двуглавой мышцы бедра в момент отталкивания на подъемах 4, 6, 8 и 10о, соответственно составило: 6,6; 6,4; 6,0 и 6,3% (p < 0,05).
' р <0,05 ' р <0,01
Шо До То
П Обычный режим передвижения щ Режим передвижения
после электромиостимуляции
Обозначения: Мышцы-синергисты в момент отталкивания: Чо - четырехглавая мышца бедра; Шо - широчайшая мышца спины; То - трехглавая мышца плеча. Мышцы-антагонисты:
Чс - четырехглавая мышца бедра в момент скольжения; До - двуглавая мышца бедра в момент отталкивания.
Обсуждение результатов исследования
При применении pEMS обнаружено положительное, с точки зрения эффективности передвижения, влияние не только в фазах напряжения мышц, но и уменьшение электроактивности пассивных мышц в период их расслабления. Причем к последним ЭС не применялась, мышцы подвергались косвенному влиянию от электростимуляции главных мышечных групп в моменты их наибольшего напряжения. Такая перестройка работы мышц свидетельствует о более эффективном функционировании организма спортсменов, соответствующему более высокому квалификационному уровню.
Полученные результаты согласуются с работами многих авторов и свидетельствуют о несомненной и существенной эффективности применения программируемой динамической (еще ее называют функциональной) элек-тромиостимуляции и ее разностороннем влиянии на организм человека [2, 7, 8].
Обнаружен эффект реципрокной (сочетанной) межмышечной оптимизации под воздействием pEMS - усиление активности, силы и быстроты мышц-синергистов,
Заключение
Разработанная методика программируемой динамической электромиостимуляции, основанная на результатах теорий функциональных систем П.К. Анохина и «искусственно созданной среды» И.П. Ратова [4], реализуемая в «умной» одежде (шортах) и управляемая посредством мобильного приложения, способствует существенной оптимизации работы мышц - синергистов и антагонистов. Такая оптимизация носит реципрокный (сочетанный) характер, повышая электрическую активность мышеч-
обеспечивающих продвижение по дистанции, и снижение электроактивности мышц (в том числе и стимулируемых в активных фазах цикла) в пассивном состоянии, в моменты, когда эти мышцы должны восстанавливаться. То есть повысилась степень расслабления мышц-антагонистов, что указывает на улучшение способности восстанавливаться уже во время выполнения физических упражнений. PEMS оказала влияние не только на активно работающие мышцы-синергисты в фазах их наиболее активного напряжения, но и в период их расслабления, что выразилось в уменьшении ЭА этих мышц, находящихся в относительно пассивных фазах движения и не осуществляющих в эти моменты прирост интегрального показателя - скорости передвижения. Эффект воздействия использования pEMS заметен не только на тех мышцах, которые непосредственно подвергались ЭС, но также наблюдается перенос эффекта на другие. Применение pEMS к одним мышечным группам увеличивает ЭА других мышц-синергистов и снижает ЭА этих же мышечных групп и других мышц в фазах расслабления в их пассивных состояниях, способствуя восстановлению.
ных групп, активно участвующих в решении основной задачи - повышении спортивного результата, и понижая электрическую активность этих же мышечных групп и мышц-антагонистов в пассивных фазах цикла передвижения, не участвующих в поддержании скорости передвижения, в которых они должны расслабляться. Такой характер влияния поддерживает и способствует стратегии развития всех процессов, на которые направлена многолетняя тренировочная подготовка.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУ ФНЦ ВНИИФК № 777-00026-22-00
Литература
1. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, 1975.
2. Всё про миостимуляцию / Что такое миостиму-ляция? [Электронный ресурс]. - 2008. - URL: http:// www.allmio.ru/
3. Платонов, В.Н. Общая теория подготовки спортсменов в олимпийском цикле. - Киев: Олимпийская литература, 1997. - 584 с.
4. Ратов, И.П. Исследование спортивных движений и возможностей управления изменения их характеристик с использованием технических средств: автореф. дис. ... докт. пед. наук / И.П. Ратов. - М., 1972.
5. Ростовцев, В.Л. Биологическое обоснование технологии применения внетренировочных средств для повышения работоспособности спортсменов высокой квали-
фикации: автореф. дис. ... докт. биол. наук / В.Л. Ростовцев. - М., 2009.
6. Ростовцев, В.Л., Грушин, А.А. Динамическая электростимуляция для конкурентного повышения производительности: технология применения и преимущества // Теория и практика физической культуры. - 2017. - № 3. -С. 69-72.
7. Billot, M, Martin, A, Paizis, C, Cometti, C, Babault, N. Effects of an electrostimulation training program on strength, jumping, and kicking capacities in soccer players. - 2010. -J. Strength Cond. Res. - No. 24, pp. 1407-1413. - 10.1519/ JSC.0b013e3181d43790
8. Jubeau, M. Effect of electrostimulation training-detraining on neuromuscular fatigue mechanisms / M. Jubeau, R. Zory // Neurosci. Let. - 2007. - Vol. 424. - No. 1. - Pp. 41-46.
References
1. Anokhin, P.K. (1975), Essays on the physiology of functional systems, Moscow: Medicine.
2. All about myostimulation (2008) What is myostimulation? [Online], URL: http://www.allmio.ru/
3. Platonov, V.N. (1997), General theory of training athletes in the Olympic cycle, Kyiv: Olympic Literature, 584 p.
4. Ratov, I.P. (1972), The study of sports movements and the possibilities of managing changes in their characteristics using technical means: Dis. ... Ph.D. (Pedagogics), Moscow.
5. Rostovtsev, V.L. (2009), Biological substantiation of the technology of using extra-training means to improve the performance of elite athletes: Dis. ... doctor of Biology, Moscow.
6. Rostovtsev, V.L. and Grushin, A.A. (2017), Dynamic Electrical Stimulation for Competitive Performance Improvement: Technology Applications and Benefits, Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury, no. 3, pp. 69-72.
7. Billot, M., Martin, A., Paizis, C., Cometti, C. and Babault, N. (2010), Effects of an electrostimulation training program on strength, jumping, and kicking capacities in soccer players, J. Strength Cond. Res., no. 24, pp. 1407-1413, 10.1519/JSC.0b013e3181d43790
8. Jubeau, M. and Zory, R. (2007), Effect of electro-stimulation training-detraining on neuromuscular fatigue mechanisms, Neurosci. Let, vol. 424, no. 1, pp. 41-46.
