ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2015, том 41, № 3, с. 90-97
УДК 612.821
СПЕЦИФИКА МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОРТИВНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ
© 2015 г. Г. И. Попов, Э. А. Малхасян, В. С. Маркарян
Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма, Москва
E-mail: gpopovhome@rambler.ru Поступила в редакцию 25.09.2012 г.
Представлен материал по магнитной стимуляции (использован магнитный стимулятор Magstim Rapid2) четырехглавых мышц бедра спортсменов — велосипедистов и прыгунов в длину высокой квалификации. В экспериментах с участием 3 велосипедистов и 4 прыгунов обоего пола показано усиление воздействия на процесс активизации мышечных волокон типа FR (по классификации Burke) под влиянием магнитной стимуляции в частотном диапазоне активности силовых двигательных единиц. Выявлены различия между представителями двух видов спорта, связанные с особенностями силовых проявлений типичной мышечной активности.
Ключевые слова: магнитная стимуляция, спектр электромиограммы, силовые возможности спортсмена.
DOI: 10.7868/S0131164615030133
Проблема управления движениями — это проблема управления работой мышц тела спортсмена в нужной последовательности и с необходимым напряжением. Поскольку мышца имеет в своем составе различные двигательные единицы, вклад их в конкретное двигательное действие различен. В зависимости от вида выполняемого действия или его фазы, ведущей в акте сокращения мышцы может оказаться та или иная двигательная единица [1]. В представленной работе рассматривается аспект силового проявления действия мышц, а значит, активизации мышечных волокон типа FR (по классификации Burke, 1981: fast fatigue resistant, быстро сокращающиеся, устойчивые к утомлению), отвечающих за проявления силового компонента мышечной активности.
Интерференционная электромиограмма (ЭМГ), записанная во время физической активности, представляется одним из инструментов изучения указанной проблемы. И здесь можно использовать анализ частотного содержания сигнала ЭМГ через спектр мощности. Но, как показывают результаты многих исследователей, решение данной задачи не однозначно. Это связано с тем, что спектральные свойства сигналов ЭМГ находятся под влиянием большого числа смешивающих факторов [2]: у двигательных единиц различных мотонейронов в пределах мышцы существует сложное распределение [3—5], а ЭМГ отражает суммирование многих потенциалов действия от многих мышечных единиц. Два основных факто-
ра влияют на зависимое от вида активности изменение частотного содержания интерференционной ЭМГ: изменение формы потенциала действия и скорость разряда двигательной единицы. На форму потенциалов действия больше всего влияют изменения скорости проведения возбуждения вдоль сарколеммы [6—8]. Это приводит к соответствующим изменениям в спектральной функции [9, 10].
Некоторые исследователи обнаружили положительную корреляцию между описанными явлениями и данными биопсии мышцы [11, 12], другие нашли подобные закономерности для скорости проведения возбуждения [13].
Нет однозначного взгляда среди исследователей на возможность характеристики сокращения отдельных двигательных единиц по спектру поверхностной ЭМГ. Сторонники спектрального подхода [14—16] утверждают, что спектральные свойства поверхностной ЭМГ могут характеризовать стратегии рекрутирования мышечных волокон и активизацию различных типов двигательных единиц.
Противники этого подхода [2, 17—21] приводят аргументы против использования состава частоты поверхностной ЭМГ, чтобы идентифицировать типы моторного исполнения во время различных движений.
ЭМГ представляет собой изменение сарко-леммных потенциалов действия. Естественно,
при анализе движений человека не регистрируется потенциал действия отдельной двигательной единицы, происходит регистрация многих единиц одновременно. Основным фактором, влияющим на частоту ЭМГ, является форма составляющих потенциалов действия. Каждая последовательность потенциалов действия представляется при анализе подходящим сочетанием синусои-дально-косинусоидальных функций для характеристики частоты и амплитуды сигнала. Поскольку последовательность потенциалов действия отдельной двигательной единицы мышечного волокна можно представить как отдельную гармоничную функцию, ее можно охарактеризовать отдельной гармоникой в спектре. Для разных типов мышечных волокон характерен свой режим прохождения потенциалов действия, изменения их формы и скорости разряда двигательных единиц. Поскольку на форму потенциала действия больше всего влияют изменения скорости проведения возбуждения вдоль сарколеммы [6, 7], при снижении скорости проведения увеличивается продолжительность потенциала действия и снижается его частотное содержание. При более высокой частоте растет число саркомеров, по которым проводятся потенциалы действия.
Безусловно, представительство различных двигательных единиц в спектре ЭМГ есть. Другой вопрос — как из спектра мощности извлечь информацию о них. Это явилось основным спорным моментом в цитируемой выше дискуссии. Между тем, в работе [22] показано, что в спектре ЭМГ выделяются характерные максимумы, которые затем могут быть промоделированы с помощью авторегрессионной функции. В цитируемой работе приведены конкретные значения частот характерных пиков в спектре мощности (например, 64 Гц для сокращения в изометрическом режиме бицепса на уровне 74% от максимального произвольного сокращения).
В настоящем исследовании ставилась задача усиления воздействия на процесс активизации мышц посредством магнитной стимуляции в частотном диапазоне активности силовых двигательных единиц мышц, причем применительно к силовым двигательным действиям спортсменов в видах спорта, несколько отличающихся по силовым проявлениям мышечной активности.
Нами предполагалось, что магнитная стимуляция мышц спортсменов с частотой порядка 60 Гц в первую очередь воздействует на мышечные волокна ШЯ, сокращение которых формирует силовой компонент мышечной активности.
Целью настоящей работы была проверка гипотезы о том, что магнитная стимуляция в частотном диапазоне, адекватном для силовых двигательных единиц, способна повысить эффективность силовой тренировки.
Задачи исследования: 1) исследовать спектры электромиограмм на предмет проявления в них характерных максимумов в частотном диапазоне сокращения силовых двигательных единиц; 2) проверить, наблюдается ли прирост мышечной силы за десятидневный период ежедневной магнитной стимуляции четырехглавых мышц бедра (m. quadriceps) правой и левой ног при 10 ежедневных попытках длительностью 10 с с повторяемостью 10 раз в течение одной тренировки при амплитуде воздействия, вызывающей силовое проявление в 80% от максимальной силы сокращения в изометрическом режиме.
МЕТОДИКА
В эксперименте участвовали: три велосипедиста (две женщины и мужчина, со спортивной квалификацией мастера спорта) и четыре прыгуна в длину с разбега (двое мужчин, две женщины, со спортивной квалификацией кандидаты в мастера спорта), студенты Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма.
Все испытуемые дали письменное информированное согласие на участие в исследованиях. Протоколы экспериментов были представлены в Этическую комиссию Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма, и одобрены ею.
Было использовано следующее оборудование: магнитный стимулятор Magstim Rapid2 (Magstim Company Ltd, Spring Gardens, UK), инерционный динамометр Biodex System 4 (Biodex Medical Systems, NY, USA), 16-канальный электромиограф ME6000 professional (MEGA Electronics Ltd, Kuo-pio, Finland), динамометрическая платформа AMTI BF 1200 x 1200 (AMTI Force Plate, NY, USA), электроды Ag/AgCl, самоклеящиеся типа Sensor, диаметр 50 мм (Pirrone&Co, Milano, Italy).
В положении сидя испытуемые в изометрическом режиме напрягали четырехглавую мышцу бедра для преодоления сопротивления, создаваемого инерционным динамометром Biodex. Осуществлялась запись поверхностной ЭМГ четырехглавой мышцы бедра. Поскольку исследовался изометрический режим работы мышц, существенного изменения положения мышц под кожей в ходе испытаний не наблюдалось. Биполярные отводящие накожные электроды располагались таким образом, что на брюшке мышцы они устанавливались край-к-краю. Это место отмечалось слабо смываемым маркером для сохранения постоянства условия наложения электродов на мышцу. Заземляющий электрод располагался дистальнее места расположения биполярных электродов.
0.34 0.32 0.30 0.28 0.26 0.24 0.22 ^0.20 ^0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0
19 18 17 16 15 14 13 12 11 о10 ^ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
CH1
А
.45 .45
.35 .30 .25 .20 .15 .10 .05 .00 0.95 0.90 0.85 ^0.80 ^0.75 1=4 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
100
150
200
250
to.
300 Hz 0 Б
CH1 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 ^ 3.5 В 3.0 2.5 2.0
CH1
■■■■У ■ ■ ."■..'■ !■■■■■ .' .. | .
50
100
150 200 250 300 Hz
0 20 40 60 80 100120140160180200220240260 Hz
250 Hz
Рис. 1. Примеры типичных спектров электромиограммы у участников эксперимента. А прыгуны.
велосипедисты,Б
Самоклеящиеся электроды, не требующие дополнительной фиксации лейкопластырем, устанавливались после обработки кожи специальной абразивной пастой для зачистки кожи EVERY (Kendall Meditec, Mirandola (MO), Italy).
При проведении магнитной стимуляции необходимо на стимуляторе задавать частоту магнитного сигнала. Требуемые частоты выбирались как частоты, соответствующие максимумам спектров, полученным перед началом экспериментального исследования путем быстрого преобразования Фурье исходных электромиограмм. Максимумы рассматривались в интервале 50—70 Гц по аналогии с работой [22] (примеры спектров пре-ведены на рис. 1). Указанная модификация маг-
нитного стимулятора позволяет получать на используемых частотах мощность выходного сигнала 42—50% от максимальной выходной мощности магнитного стимулятора. При нагревании койл магнитного стимулятора дополнительно охлаждался льдом в течение одной минуты после каждой десятисекундной стимуляции мышц спортсмена.
Выбр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.