CC BY
15
ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОМЕНТА ОТКАЗА ОТ РАБОТЫ НЕПРЕРЫВНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ У СПОРТСМЕНОВ-ЛЮБИТЕЛЕЙ И ЛИЦ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ
С.Н. ПИГАРЕВА, С.Я. КЛАССИНА, Н.А. ФУДИН, НИИ НФ им. П.К. Анохина, г. Москва
Аннотация
В работе подробно анализируется электромиографическая кривая мощности нагрузки 160 Вт на велоэргометре со скоростью вращения педалей 7 км/ч у лиц, занимающихся физической культурой и спортсменов-любителей. Устанавливаются характерные точки пика активности мышц, утомления, отказа от работы. На основании полученных данных и изучения работ ряда исследователей сделаны выводы о том, что у лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой (неспортсмены), при интенсивной непрерывной субмаксимальной нагрузке в анаэробной зоне биоэлектрическая активность мышц нарастает постепенно, пик ее амплитуды совпадает с начавшимся утомлением и наступает незадолго до отказа от работы. Отказ связан с истощением гликогена в силовых мышечных волокнах и характеризуется снижением амплитуды и импульсации работающих двигательных единиц. При моментальном снижении мощности нагрузки без уменьшения скорости педалирования сократительная способность мышц восстанавливается. У спортсменов-любителей идентичная физическая нагрузка оказывается работой большой интенсивности и характеризуется: несколькими пиками биоэлектрической активности мышц, небольшой амплитудой и частотой импульсации двигательных единиц. Утомление и отказ от работы связаны с нарушением вегетативного обеспечения и кислородным голоданием организма при большей длительности поддержания сократительной способности мышц с заданной мощностью и скоростью педалирования.
Ключевые слова: электромиограмма, гликолитические мышечные волокна, работа субмаксимальной интенсивности,
работа до отказа, утомление.
ELECTROMIOGRAPHIC CHARACTERISTICS OF THE MOMENT OF REFUSAL FROM THE WORK OF CONTINUOUS INTENSITY OF ATHLETES-AMATEURS AND PERSONS ENGAGED IN PHYSICAL ACTIVITIES
S.N. PIGAREVA, S.Ya. KLASSINA, N.A. FUDIN,
INP named after P.K. Anokhin, Moscow
Abstract
In the work detailed analysis of the electromyographic curve of the load power of 160 W on a bicycle ergometer with the rotation of pedals at speed of 7 km/h for persons engaged in physical activities and athletes-amateur is made. Characteristic points of control and identification of the peak of activity of muscle, fatigue, and refusal from the work are established. Based on the obtained data and the study of the work of a number of researchers, it was concluded that in individuals engaged in recreational physical activities (non-athletes) at intensive continuous submaximal load, the bioelectrical activity of muscles increases gradually, the peak of its amplitude coincides with the fatigue that began and sets in shortly before refusal from the work. Refusal from the work is connected with the depletion of glycogen in power muscle fibers and is characterized by decrease of the amplitude and impulsation of working motor units. With an instantaneous decrease of load power without reducing the speed of pedaling, the contractile ability of the muscles is recovered. In amateur athletes identical physical activity turns out to be work of great intensity and is characterized by: several peaks of bioelectric activity of muscles, small amplitude and frequency of impulsation of motor units. Fatigue and refusal from the work are connected with vegetative supply disorder and oxygen deprivation of organism with a sufficiently long capability of muscle to maintain the contractile
ability with a set power and speed of pedaling.
Keywords: electromyogram, glycolytic fibers, exercise of submaximal anaerobic intensity, intensive work to the limit,
fatigue.
Введение
В спорте высших достижений, как и в обычной оздоровительной физической культуре, приняты различные градации физических упражнений по энергетическим критериям, биомеханической структуре двигательного акта, показателям объема и интенсивности нагрузки, степени вовлечения вегетативных функций и т.д. [1]. Для спортивной науки проблемы смещения процессов утомления на более поздние сроки, нахождение точек все более и более совершенной адаптации организма к тому или иному виду физической нагрузки, поиска наиболее высокого пика функциональных возможностей человеческого организма являются актуальными и острыми во все дни существования Олимпа. Электромиографическое отслеживание [2, 3, 4] функционального состояния нервно-мышечного аппарата спортсменов под нагрузкой различной интенсивности и объема позволяет контролировать степень напряжения функциональных резервов периферического исполнительного прибора, его работоспособность, находить предикторы мышечного утомления, перенапряжения [5], срыва адаптации [6]. В контексте вышеизложенного, цель исследования состояла в нахождении и анализе характерных точек электромиографической кривой, отражающих: максимальный пик рекрутирования двигательных единиц (ДЕ), отказ от работы и утомление при интенсивной непрерывной нагрузке с постоянной мощностью и скоростью вращения педалей на велоэргометре у лиц с разной физической подготовкой.
Материалы и методы исследования
Для проведения исследования были сформированы две группы лиц мужского пола в возрасте 18-19 лет. Первая группа состояла из мужчин, занимающихся физической культурой (неспортсмены), вторая группа -из спортсменов-любителей различных видов спорта. Каждой группе исследуемых было предложено пройти тест на велоэргометре "Sports Art 5005" в следующем режиме: разминка на мощности 60 Вт (2 мин); нагрузка 160 Вт до отказа; заминка на мощности 60 Вт (2 мин). На всех этапах нагрузки тестируемый должен был поддерживать постоянную скорость вращения педалей -7 км/ч. Производилась регистрация поверхностной интерференционной электромиограммы (ЭМГ) с прямой головки четырехглавой мышцы бедра правой нижней конечности с помощью компьютерного электромиографа «Синапс» («Нейротех», г. Таганрог). Анализировались: Аср - средняя амплитуда суммарной ЭМГ (мВ); количество турнов (число колебаний потенциала ЭМГ с амплитудой более 100 мкВ); соотношение: ratio = турны / Аср [2]. Статистическую значимость различий одноимённых показателей в зависимых группах оценивали по непараметрическому критерию Вилкоксона, в независимых группах - методом Манна-Уитни. В качестве описательной статистики и наглядного материала использовали графики и диаграммы, где данные приводились по медианам. Временные соотношения вычисляли в процентах. Испытуемые были ознакомлены с условиями исследования и дали письменное согласие на свое участие.
Результаты исследования и их обсуждение
Время работы до отказа на мощности нагрузки 160 Вт у лиц I группы составило в среднем 232 с, у спортсменов-любителей (II группа) - 856 с, что на 73% выше. Для получения наиболее информативных данных кривую ЭМГ анализировали по нескольким точкам (10-секунд-ные отрезки кривой). У обследуемых I группы отслеживали динамику показателей ЭМГ на мощности 160 Вт по 6 точкам, которые составляли: первые 10 с каждого из 4 квартилей; максимальную Аср. (пик); последние 10 с работы перед отказом; последние 10 с разминки и первые 10 с заминки. У обследуемых II группы анализировали последние 9 мин работы на мощности 160 Вт, разделенные на 8 точек (по 10 с), а также последние 10 с нагрузки и первые 10 с заминки. В ходе исследования было установлено, что у I группы лиц на этапах нагрузки: I, II, III квартили, пик, заминка отмечались статистически значимые различия в показателях Аср. (p < 0,05) по отношению к предыдущим точкам контроля (рис. 1). Максимальная Аср (пик) у 2-й группы обследуемых была на 53% ниже пика Аср обследуемых I группы. Последние 10 с нагрузки у I группы лиц характеризовались тенденцией к снижению Аср; показатели заминки значимо понижались в сравнении с последними 10 с перед отказом и были выше (p < 0,05) последних 10 с разминки. Прирост турнов ЭМГ (пик) и статистически значимое различие его с предыдущим этапом работы приходились на II квартиль нагрузки, затем наблюдалась тенденция к постепенному снижению показателя. В то же время в III квартиле началось значительное включение в работу быстрых двигательных единиц (ДЕ), преобладание скорости их включения над приростом импульсации альфа-мотонейронов. Это следует из снижения ratio (p < 0,05) в 4-й точке (рис. 2). Пик снижения ratio произошел в 6-й точке нагрузки (IV квартиль) и совпадал с пиком роста Аср. Так как увеличение Аср отражает рекрутирование дополнительного количества мотонейронов, а рост турнов ЭМГ - увеличение частоты импульсации ДЕ [3, 4, 5], снижение ratio указывает на преобладание включения в работу новых ДЕ над частотой импульсации мотонейронов [6]. Следовательно, пик биоэлектрической активности мышц означает наибольшее включение всех ДЕ в работу и следующее за этим утомление (7-я точка) -отказ от работы. Полагаем, что для I группы обследуемых (неспортсмены), в виду отсутствия достаточной спортивной адаптации организма [7], предложенный вид нагрузки оказался сравним с работой субмаксимальной интенсивности, где упражнение продолжается от 45-50 с до 3-4 мин [3]. По данным ряда авторов [2, 3, 4, 5], при нарастании мышечного усилия работа ДЕ синхронизируется, частота следования колебаний ЭМГ уменьшается, амплитуда возрастает. Полагаем, что ведущую роль в развитии утомления у обследуемых I группы играет быстрое истощение запасов гликогена в силовых гликолититческих мышечных волокнах, не имеющих достаточной спортивной адаптации к предъявляемой нагрузке [8, 9, 10]. Это влечет за собой выраженную гипо-ксемию, сильнейшую импульсацию от проприо- и хемо-рецепторов работающих мышц и функциональную недостаточность скелетных мышц.
3 4 5 6 Точка контроля
Рис. 1. Динамика амплитуды средней ЭМГ под нагрузкой у лиц, занимающихся физической культурой: * - p < 0,05 в сравнении с предыдущей точкой нагрузки; 1 - разминка; 2, 3, 4, 5 - I, II, III, IV квартили нагрузки; 6 - пик; 7 - последние 10 с нагрузки; 8 - заминка; ▲ - p < 0,05 по отношению к разминке.
750-
650-
о
+J я 550-
ос
450-
350-
1 2 3 4 5 6 7 8 Точка контроля
Рис. 2. Динамика ratio ЭМГ под нагрузкой у лиц, занимающихся физической культурой: * - p < 0,05 в сравнении с предыдущей точкой нагрузки; 1 - разминка; 2, 3, 4, 5 - I, II, III, IV квартили нагрузки;
6 - пик; 7 - последние 10 с нагрузки; 8 - заминка.
Как известно, медленные и промежуточные мышечные волокна не могут поддерживать достаточно интенсивную и мощную скоростно-силовую работу. По данным Н.И. Волкова [8], при выполнении упражнений субмаксимальной анаэробной мощности главным механизмом утомления служит интенсивный расход гликогена мышц и накопление лактата. Следует отметить, что первые 10 с заминки значимо (p < 0,05) превышали последние 10 с разминки у I группы лиц. Моментальное снижение мощности нагрузки (до 60 Вт, заминка) обеспечивало дальнейшую работоспособность с той же скоростью вращения педалей. Подобное наблюдал Ю.И. Данько (1974) [3] в исследованиях сократительных способностей пальцев руки в высоком ритме и с отягощением. Он заключил причину утомления именно в периферический прибор. По субъективным ощущениям обследуемых I группы, отказ от работы наступал вследствие невозможности поддерживать дальнейшее усилие по вращению педалей на мощности 160 Вт с той же скоростью. Обследуемые жаловались на утомление ног и снижение силовых способностей мышц.
У II группы испытуемых (спортсмены-любители) время работы до отказа и биоэлектрическая активность мышц соответствовали типу работы большой интенсив-
ности (от 10 до 30 мин). При такой нагрузке включаются системные резервы поддержания гомеостаза и энергетики, что связано, преимущественно, с кислородным голоданием организма и напряженной деятельностью сердца [1, 3]. Последние 9 мин кривой ЭМГ имели 2 пика Аср, наблюдалось несколько участков с тенденцией к снижению и росту Аср (рис. 3). Такое явление было свойственно и ratio. Первый и второй пик Аср отмечались на 5-й и 7-й точках нагрузки и значимо (p < 0,05) отличались от 2-й точки, где прослеживалось выраженное снижение показателя Аср и тенденция к приросту ratio. Следует отметить, что на всем отрезке работы кривая ЭМГ по показателю Аср не имела значимых отличий в смежных контрольных точках. Однако медианы показателей пика Аср и количества турнов ЭМГ на 53 и 17% были ниже соответствующих данных у лиц I группы. Это свидетельствовало об отсутствии необходимости включения большого количества ДЕ в работу на мощности 160 Вт у спортсменов-любителей и, следовательно, о хороших адаптационных возможностях нервно-мышечного аппарата данной группы лиц. Полагаем, в ходе нагрузки имело место чередование включения и выключения ДЕ в работу, поддерживаемое ритмичной импульсацией альфа-мотонейронов, т.е. не все виды мышечных волокон были включены в работу одновременно. Ряд авторов подтверждают [3, 5], что с ростом профессионального мастерства снижается длительность включения в работу мышц за один цикл педалирования, изменяется длительность периодов импульсации. Генерализованное возбуждение переходит к более локальному, концентрированному - экономичному. С упрочением навыка наблюдается также постепенное снижение биопотенциалов, и при одной и той же интенсивности работы амплитуда интерференционной ЭМГ может уменьшиться на 20-30% [3].
4 5 6 7 Точка контроля
Рис. 3. Динамика амплитуды средней ЭМГ под нагрузкой у спортсменов-любителей: * - р < 0,05; 1-8 -точки нагрузки; 7 - пик; 9 - последние 10 с нагрузки, 10 -заминка.
Выводы
Детальный анализ ЭМГ и изучение работ ряда исследователей позволили сделать следующие выводы. У лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой (неспортсмены), при интенсивной непрерывной субмаксимальной нагрузке в анаэробной зоне биоэлектрическая активность мышц нарастает постепенно, пик ее амплитуды совпадает с начавшимся утомлением и наступает
É*)
незадолго до отказа. Отказ от работы в данном случае связан с истощением гликогена в силовых мышечных волокнах и характеризуется снижением амплитуды и им-пульсации работающих ДЕ. Обследуемый мужчина жалуется на отсутствие способности поддерживать мышечное сокращение при той же скорости педалирования. При моментальном снижении мощности нагрузки без уменьшения скорости педалирования сократительная способность мышц восстанавливается. У спортсменов-любите-
лей идентичная физическая нагрузка оказывается работой большой интенсивности в анаэробно-аэробной зоне и характеризуется: несколькими пиками биоэлектрической активности мышц, небольшой амплитудой и частотой импульсации ДЕ. Утомление и отказ от работы связаны с нарушением вегетативного обеспечения и кислородным голоданием организма при большей длительности поддержания сократительной способности мышц с заданной мощностью и скоростью педалирования.
Литература
1. Родичкин, П.В. Физиологическая характеристика классификаций физических упражнений / П.В. Родич-кин // Психофармакология и биологическая наркология. - 2004. - Т. 4. - № 1. - С. 623-625.
2. Команцев, В.Н. Методические основы клинической электронейромиографии / В.Н. Команцев. - СПб, 2001. -350 с.
3. Данько, Ю.И. Очерки физиологии физических упражнений / Ю.И. Данько. - М.: Медицина, 1974. -255 с.
4. Deschamps, Th. Reciprocal timing precision and central adaptations as a function of mechanical constraints / Th. Deschamps, A. Murian , F. Hug // Journal of Electromyography and Kinesiology. - 2011. - No. 21. - Pp. 968973.
5. Захарова, С.И. Электромиографические особенности перенапряжения опорно-двигательной системы легкоатлетов / С.И. Захарова, А.В. Калинин // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2012. -№ 4 (86). - С. 43-48.
6. Пигарева, С.Н. Статодинамические характеристики тренировки в выездке на основе анализа вегетативных и нервно-мышечных показателей организма спортсменов / С.Н. Пигарева // Тюменский медицинский журнал. -2017. - Т. 19. - № 3. - С. 55-59.
7. Пигарева С.Н. Научно-методические предпосылки качественной ограниченности спортсменов в выездке с учетом функционального состояния их организма / С.Н. Пигарева // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2018. - № 4 (158). - С. 257-261.
8. Волков, Н.И. Проблемы утомления и восстановления в теории и практике спорта / Н.И. Волков // Теория и практика физической культуры. - 1984. - № 1. - С. 60-63.
9. Baker, J.S. Interaction among skeletal muscle metabolic energy systems during intense exercise / J.S. Baker [et al.] // J. Nutr Metab. - 2010. - Pp. 3-17.
10. Casey, A. Metabolic response of type I and II muscle fibers during repeated bouts of maximal exercise in humans / A. Casey [et al.] // American Journal of Physiology. - 1996. -Vol. 271. - No. 1. - Pp. 38-43.
References
1. Rodichkin, P.V. (2004), Physiological characteristics of classification of physical exercises, Psychopharmacol. Biol. Narcol, no. 1, pp. 623-625.
2. Komantsev, V.N. (2001), Methodological fundamentals of clinical electroneuromyography, St. Petersburg, 350 p.
3. Danko, Yu.I. (1974), Essays on the physiology of physical exercises, M.: Medicine, 255 p.
4. Deschamps, Th. (2011), Reciprocal timing precision and central adaptations as a function of mechanical constraints, Journal of Electromyography and Kinesiology, no. 21, pp. 968-973.
5. Zakharova, S.I. and Kalinin, A.V. (2012), Electromyography peculiarities of overstrain in musculoskeletal system for track and field athletes, Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, no. 9 (139), pp. 148-151.
6. Pigareva, S.N. (2017), Static-dynamic characteristics of the dressage training on the base of the analysis of the
athletes organism' vegetative and nervous-muscular indicators, Tyumen Medical Journal, vol. 19, no. 3, pp. 55-59.
7. Pigareva, S.N. (2018), The scientific-methodological prerequisities of the sportsmen's qualitative limitation in dressage with account of their organisms' functional state, Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, vol. 158, no. 4, pp. 257-261.
8. Volkov, N.I. (1984), Problems of fatigue and recovery in the theory and practice of sports, Teoriya i praktika fizicheskoi kul'tury, no. 1, pp. 60-63.
9. Baker, J.S. (2010), Interaction among skeletal muscle metabolic energy systems during intense exercise, J. Nutr. Metab, pp. 3-17.
10. Casey, A. (1996), Metabolic response of type I and II muscle fibers during repeated bouts of maximal exercise in humans, American Journal of Physiology, vol. 271, no. 1, pp. 38-43.
