CC BY
50
УДК 612.74
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОКРАТИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ МЫШЦ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ И ОЦЕНКИ ИХ РЕЗЕРВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ У СПОРТСМЕНОВ РАЗЛИЧНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ЧЕТЫРЕХГЛАВОЙ МЫШЦЫ БЕДРА)
М.С.Цветков
THE USE OF MUSCLE CONTRACTILE PROPERTIES TO IDENTIFY AND ASSESS THEIR RESERVE CAPACITY OF ATHLETES CHOOSING DIFFERENT SPECIALIZATIONS (FOR EXAMPLE, THE QUADRICEPS FEMORIS)
M.S.Tsvetkov
Институт медицинского образования НовГУ, [email protected]
Проведен анализ сократительных свойств четырехглавой мышцы бедра (прямая головка) по данным вызванных одиночных сокращений. Параметры вызванных сокращений мышц обусловлены соответствующими функциональными свойствами исследуемого мышечного аппарата. В основу оценки параметров сократительных свойств мышц у спортсменов различной специализации положены принципы и методики вариационной статистики и многомерного непараметрического анализа. В качестве основных критериев непараметрической статистики использован критерий Фридмана и конкордации Кендалла с визуализацией данных при помощи скаттерограмм. Использованная методика может быть применена для выявления возможных резервов сократительной деятельности разных мышц и рекомендована в качестве теста при отборе спортсменов для занятий бегом на короткие или длинные дистанции или для занятий другими видами спорта Ключевые слова: одиночные вызванные сокращения, сократительные свойства мышц, критерий Фридмана и конкордации Кендалла, двувходовое кластерное объединение, четырехглавая мышца бедра, скаттерограмма
Research work had been done, so we could describe the characteristics of contractile properties of the quadriceps femoris (straight head) according to the single-induced contractions. Parameters caused by muscle contractions were explained by the relevant functional properties of the tested muscular system. The basis of the estimates of the parameters of the contractile properties of the muscles in athletes of various specializations on the principles and methods of variation statistics and multivariate nonparametric analysis. As a main criteria for the nonparametric statistics we used the criterion of Friedman with Kendall's concordance including data visualization using Scatterogram. The methodology which was used can be applied to identify potential reserves manifestations of contractile activity of different muscles and it is recommended as a test for the selection of athletes for jogging for short or long-distance or for other sport's activities.
Keywords: single induced contractions, contractile properities of muscles, criterion of Friedman and concordances of Kendall, two-input Cluster Association, quadriceps, Scatterogram
Физиологические резервы при физических напряжениях, особенно в спорте, обусловлены функциональными возможностями многих систем организма [1]. Важное место среди них принадлежит мышечной системе, в частности функциональным особенностям и организации деятельности различных комплексов двигательных единиц [1,2]. В работе Ю.А.Коряка и др. [3] показано, что многие показатели скоростных и сократительных свойств трехглавой мышцы голени оказываются в коррелятивной связи с максимальной [вызванной и произвольной] силой этой мышцы. Эти связи определяются разнородным составом мышцы. Быстро сокращающиеся мышечные волокна развивают и большее напряжение, и большую скорость сокращения — чем больше быстрых, тем выше скорость и сила сокращения.
Целью данной работы является изучение сократительных свойств четырехглавой мышцы бедра (прямая головка) и оценка ее параметров с помощью современных методов многомерной статистики у спортсменов различной специализации для определения состава мышечных волокон в мышце и отбора спортсменов для занятий тем или иным видом спорта.
Материал и методы исследования
Для изучения сократительной деятельности мышц и временных параметров сократительного акта мышц нами использовались одиночные вызванные сокращения, полученные методом миото-нометрии [4]. Параметры вызванных сокращений мышц обусловлены соответствующими функциональными свойствами исследуемого мышечного аппарата. О временных параметрах мышц мы судили по таким показателям, как длительность цикла напряжение-расслабление, время развития полунапряжения и полурасслабления на кривой одиночного сокращения.
Методика исследования отражает основной принцип применения различных методов статистики для оценки параметров сократительных свойств мышц. В основу применяемых методов положены принципы и методики вариационной статистики и многомерного непараметрического анализа [5]. Для оценки величины плотности распределения Гаусса применены величины интерквартильного размаха и
значения медианного теста. В качестве основных критериев непараметрической статистики использован критерий Фридмана и конкордации Кендалла с визуализацией данных при помощи скаттеро-грамм.
Результаты и их обсуждение
Среди основных показателей сократительных свойств четырехглавой мышцы бедра прежде всего можно выделить длительность времени полусокращения [см. табл., рис.1]. У спринтеров оно составило 19,0 мс с диапазоном размаха от 13,5 до 16,5. Причем границы коридора Гаусса весьма плотны по отношению к медиане. Величина дисперсии невысока и составляет 18,3 за счет высокой плотности распределения. Тип распределения по величине коэффициента асимметрии и эксцесса в целом у спринтеров носит положительный остроконечный характер с незначительной девиацией от медианы в плюсовом диапазоне. Очевидно, наличие незначительных выбросов обеспечивает крайне незначительное отклонение вершины распределения с образованием мелких «хвостов». Показатель полусокращения на четырехглавой мышце характеризуется правосторонней асимметрией у спринтеров, тяжелоатлетов и группы контроля, однако у стайеров она левосторонняя, у всех исследованных групп асимметрия островершинная. В каждом конкретном случае тип распределения при общей тенденции к нормальному распределению имеет свои характерные особенности, наиболее отчетливо видные при оценке коэффициента асимметрии и эксцесса.
Как показано на рис.1, верхняя граница доверительного диапазона при оценке диаграммы размаха показателей полусокращения по медианному тесту у спринтеров достигает пределов коридора, равного 13,5, а нижний диапазон медианного теста — пределов нижней границы, равной 16,5 мс.
Сравнивая результаты сократительных особенностей по циклу сокращение-расслабление (рис.1), обращаем внимание на то, что у всех групп испытуемых асимметрия правосторонняя и носит островершинный характер. Показатели полурасслабления по своим характеристикам идентичны показателям полусокращения четырехглавой мышцы.
Характеристика временных параметров сократительных свойств четырехглавой мышцы по показателям дескриптивной статистики (п = 73)
Вид спорта Периоды Медиана Нижняя квартиль Верхняя квартиль Размах Квартальный размах Дисперсия Асимметрия Эксцесс
Спринтеры Полусокращение 15,5 13,5 16,5 20 3 18,3 2,5 8,9
Полный цикл 239 230 243 100 13 410,9 1,5 5,9
Полурасслабление 52,5 42 76 40 34 260,8 0,4 -1,6
Стайеры Полусокращение 22 21 22 8 1 3,7 -3,1 10,9
Полный цикл 288 279 290 100 11 493,2 2,4 8
Полурасслабление 72 62 79 30 17 76,7 -0,8 0,2
Тяжелоатлеты Полусокращение 17 16 18 25 2 20,6 3,2 13,6
Полный цикл 256,5 248 261 100 13 346,4 1,7 7,1
Полурасслабление 58 52,5 66,5 20 14 52 0,4 -1,3
Группа контроля Полусокращение 19 18 20 10 2 4,6 0,5 2,4
Полный цикл 285 278 287 100 9 361,2 3 12,7
Полурасслабление 65,5 61 69 20 8 27 1 1,2
Рис.1. Характеристика временных параметров сократительных свойств четырехглавой мышцы у спортсменов различных специализаций. Критерий Фридмана и конкордации Кендалла
Проведенный многомерный анализ с использованием критерия Фридмана и конкордации Кендалла указывает, что у показателей полусокращения и полурасслабления границы коридора Гаусса весьма плотны по отношению к параметрам линейной регрессии (см. табл. и рис.1), причем основные результаты вписываются в 95%-й доверительный интервал. Диаграмма рассеяния (скаттерограмма) по параметрам полусокращения выявила более высокий уровень плотности показателей в сравнении с диаграммой рассеяния периода полурасслабления, однако в 95%-й доверительный интервал полусокращения не вписывались индивидуальные данные испытуемых №2 и №3, которые
относились к группе спринтеров. Связано это, по-видимому, с тем, что содержание быстрых мышечных волокон (ДЕ — двигательных единиц) в данной мышце у этих спортсменов было немногим меньше, чем у других спринтеров. Полученные результаты позволяют нам идентифицировать резервные возможности не только в целом по группе спортсменов, но и по отдельным спортсменам. Наибольшая скорость цикла сокращение-расслабление четырехглавой мышцы распределилась по выраженности у спринтеров, затем у тяжелоатлетов, далее у не занимающихся спортом и, наконец, у стайеров, у которых отмечена наиболее медленная скорость сокращения (рис.2-4).
Днцргии \> шсиии лцииц т :1ур тии :изии Дш^ашаршЁПла - пфнодшл^ршлабтнк! Апгршпршещнх-л^пнщпслуршюЁпаш
у=43,781+0,24«х+(р1 у=59,126+0,109 «х+ф! у=47, 987+0,
45 6(1 55 т 65 7(1 75 !:(| 85 35 45 55 65 7 5 05 3 5 45 55 «5 75 (5
(| Шф11 Спринтфп Спринтфп
Рис. 2. Скаттерограмма различий индивидуальных сократительных свойств четырехглавой мышцы у спортсменов различных специализаций по периоду полурасслабления
^шршшршинт-л^пщлкпуносрщааи ^шрш/пршиши-л^пщлкпусасрщаан ^шршппрмиши-лфнщшпушфщааи
у=21,878-<),822*х+|р( у=(1,355+1,(173'х+ф! у=22,М2-0,094*:с+<р(
8 14 28 26 32 38 8 12 1С 2« 24 28 32 8 12 16 28 24 28 32
иннлсипеш Спрннтфы Слрннтфы
Рис. 3. Скаттерограмма различий индивидуальных сократительных свойств четырехглавой мышцы у спортсменов различных специализаций по периоду полусокращения
Рис. 4. Скаттерограмма различий индивидуальных сократительных свойств четырехглавой мышцы у спортсменов различных специализаций по полному циклу сокращение-расслабление
Для того чтобы нагляднее представить показатели, характеризующие сократительные свойства мышц у спортсменов различных видов спорта, мы проранжировали эти данные, чтобы получить картограмму динамического распределения показателей, которая позволяет нам определить не только ранговое место, но и общую картину сократительных свойств мышц спортсменов разных видов спорта. Компьютерные технологии и метод дву-входовой кластеризации позволяют нам, базируясь на эффектах анимации, создать четкую картину сократительных свойств. Мы назвали подобный метод эффектом «сравнений», где можно реально увидеть сходство или различия длительности времени полного цикла сокращения-расслабления, полусокращения и полурасслабления спортсменов разных видов спорта. Представленные результаты двувходового кластерного объединения (рис.5,6) показали, что имеются значительные различия по цветовой гамме между спринтерами, стайерами, тяжелоатлетами и не занимающимися спортом. Причем цветовая гамма тяжелоатлетов из всех сравниваемых групп ближе всего к цветовой гамме
спринтеров. Группа контроля имеет свои особенности цветовой гаммы: она или близка к стайерам или более темная, что указывает на меньшую длительность сократительных свойств мышц. Это четко проявляется при сравнении результатов по периоду полурасслабления, циклу сокращение-расслабление и особенно ярко по длительности времени полусокращения.
Таким образом, проведенный анализ с применением методов дескриптивной статистики показал необходимость проведения специальной оценки сократительных свойств мышц, где наибольшую информативность несут такие показатели, как медиана, интерквартильный размах, определяющий границы коридора Гаусса, и коэффициенты ассиметрии и эксцесса. Методика применения двувходового кластерного объединения показала, что создание подобного компьютерного дизайна позволяет четко отнести каждого спортсмена к той или иной группе видов спорта, где быстрота сокращения мышц играет главную роль, — скажем, для занятий бегом на короткие или длинные дистанции или для занятий другими видами спорта.
Рис.5. Сравнительный анализ периода полусокращения четырехглавой мышцы у спортсменов различной специализации. Кластерный анализ
Рис.6. Сравнительный анализ периода полурасслабления четырехглавой мышцы у спортсменов различной специализации. Кластерный анализ
Функциональные характеристики мышечных волокон четырехглавой мышцы у представителей разных видов спорта достаточно сильно отличаются друг от друга. Время сокращения до максимума или продолжительность одиночного сокращения от стимула до момента полурасслабления варьирует довольно значительно. Скорость укорочения обычно высока у волокон, которые имеют малую длительность вызванного одиночного сокращения, что по данным, полученными нами, характерно для спринтеров и тяжелоатлетов в отличие от стайеров и лиц, не занимающихся спортом. Это следует скорее рассматривать как наличие в составе мышцы большого процента быстрых мышечных волокон, а не как отражение приспособления к кратковременным и быстрым двигательным действиям под воздействием тренировки у спортсменов, связанных с развитием быстроты. Использованная нами методика может быть применена для выявления возможных резервов сократительной деятельности разных мышц и рекомендована в качестве теста при отборе спортсменов для занятий некоторыми видами спорта.
1. Зимкин Н.В., Панов В.Г., Райков В.Т. Быстрые и медленные волокна в мышцах человека // Физиол. журн. СССР. 1971. Т.57. № 9. С.1259-1266.
2. Мозжухин А.С. Проблема функциональных резервов спортсмена // Теория и практика физич. культуры. 1982. №3. С.49-51.
3. Коряк Ю.А., Козловская И.Б., Бурлачкова Н.И. и др. Сила сокращения, площадь поперечного сечения (ППС), возбудимость мотонейронного пула трехглавой мышцы голени (ТМГ) у человека и их изменения под влиянием функциональной разгрузки мышечного аппарата // Успехи современного естествознания. 2005. №6. С.34-35.
4. Зимкин Н.В. Двигательные единицы и их утомляемость в связи с функциональными резервами мышечной системы // Характеристика функциональных резервов спортсмена. Л., 1982. С.50-57.
5. Медик В.А., Фишман Б. Б., Токмачев М. С. Руководство по статистике в медицине и биологии. В 2-х т. / Под ред. проф. Ю.М.Комарова. Т.1. М.: Медицина, 2001. 352 с.
References
1. Zimkin N.V., Panov V.G., Raikov V.T. Fast and slow fibers in human muscle. -Physiological magazine. USSR, 1971, vol. 57, Number 9, s.1259-1266.
2. Mozzhukhin A.S. The problem of functional reserves athlete // Theory and Practice of Physical Education, 1982, Number 3, p. 49-51.
3. Koryak Y.A., Kozlovsky I.B., Burlachkova N.I., Aslanova I.F. Kirenskaya AV, Bravaya D. Contractile force, cross-sectional area (PPP), the excitability of the motoneuron pool triceps tibia (TMG) in humans and their changes under the influence of functional discharging in muscular system. - The success of modern natural science, 2005, Number 6, with 3435.
4. Zimkin N.V. Motor units and fatigue due to the functional reserves of muscle system / Characterization of functional reserves of the sportsman. - L.,1982, p. 50-57.
5. Medik V.A., Fishman B.B., Tokmachev M.S. Manual on Statistics in Medicine and Biology. In two volumes / Edited by professor Yu.M.Komarova. Vol. 1. M.: Medical, 2001. 352 p.
