Магнитная стимуляция мышц как новый метод повышения их силовых возможностей Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

МАГНИТНАЯ СТИМУЛЯЦИЯ МЫШЦ КАК НОВЫЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ИХ СИЛОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

УДК/UDC 796.01:612

Поступила в редакцию 25.02.2015 г.

Доктор биологических наук, профессор Р.М. Городничев1 А.Г. Беляев1

Кандидат педагогических наук, доцент В.Н. Шляхтов1

1 Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, Великие Луки

MAGNETIC STIMULATION OF MUSCLES AS A NEW METHOD TO ENHANCE THEIR STRENGTH ABILITIES

Dr.Biol., Professor R.M. Gorodnichev1 A.G. Belyaev1

Associate professor, Ph.D. V.N. Shlyakhtov1

1 Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki

Информация для связи с автором: gorodnichev@vlgafc.ru

Аннотация

Описан новый способ развития мышечной силы с помощью высокоинтенсивной магнитной стимуляции скелетных мышц на фоне их произвольного сокращения. В исследовании участвовали 18 здоровых лиц мужского пола в возрасте 19-28 лет, которые были разделены на контрольную и экспериментальную группы, равные по силовым показателям. У испытуемых экспериментальной группы во время тренировочных упражнений (план-тарная флексия стопы) m. gastrocnemius подвергалась магнитной стимуляции с частотой 5 Гц и интенсивностью стимула 50 % от максимального выхода стимулятора (Magstim 200). Испытуемые контрольной группы при выполнении аналогичных упражнений магнитной стимуляции не получали. 15-дневная тренировка привела к более значительному приросту силового вращательного момента у испытуемых экспериментальной группы (19,4 %) в сравнении с контрольной. На 6-й день после прекращения тренировок у испытуемых контрольной группы сила увеличилась еще на 9 % и у экспериментальной - на 6 %. Повышенный уровень мышечной силы сохранялся в течение 13 дней после прекращения тренировок. К 35-му дню после силовых тренировок величина мышечной силы в контрольной и экспериментальной группах возвращалась к исходным значениям. Предполагается, что более выраженное увеличение силовых возможностей в экспериментальной группе происходит за счет активации высокопороговых двигательных единиц под воздействием наносимой на мышцу магнитной стимуляции.

Ключевые слова: магнитная стимуляция, мыщцы, силовые возможности, спортивная деятельность.

Annotation

A new way of development of muscle strength with the help of high-intensity magnetic stimulation of skeletal muscles against the background of their voluntary contraction was described in the paper.

The study involved 18 healthy males aged 19-28 years, who were divided into control and experimental groups, equal in strength characteristics. Subjects in the experimental group during training exercises (plantar flexion of the foot) m. gastrocnemius was subjected to magnetic stimulation with the frequency of 5 Hz and the intensity of the stimulus 50% of stimulator's maximum output intensity (Magstim 200). Subjects in the control group were not subject to magnetic stimulation when doing similar exercises. 15-day training led to a significant increase in the power angular momentum in the subjects from the experimental group (19.4%) compared with the control one. On the 6th day after the termination of the training the subjects of the control group had their strength increased even at 9% and of the experimental one - at 6%. The increased level of muscle strength was maintained for thirteen days after finishing training. By the 35th day after strength training the value of muscle strength in the control and experimental groups returned to the baseline values. It is assumed that a more pronounced increase in strength abilities in the experimental group takes place by the activation of high-threshold motor units under the influence of the applied magnetic stimulation of muscles.

Keywords: magnetic stimulation, muscles, strength abilities, sports activity.

□

и

га у

г.

ч—

. О OJ

■ -О

с

га

^

О (U ■С

Н

Введение. Силовые возможности имеют большое значение в спортивной деятельности, так как результаты в ряде видов спорта во многом зависят от силовых способностей спортсменов [3, 6]. Ранее нами были проведены исследования по изучению влияния курса магнитной стимуляции (МС) скелетных мышц в состоянии покоя на проявление силовых способностей у здоровых молодых людей [1], которые показали эффективность магнитно-стимуляционной тренировки (МСТ) для развития силы скелетных мышц. Для достижения тренировочного эффекта в этом случае требовалось достаточно сильное воздействие - 60 % от максимального выхода магнитного стимулятора при частоте следования стимула 17 Гц.

Цель исследования - изучение возможностей изменения силовых способностей мышц посредством более сла-

бого по интенсивности магнитного воздействия на мышцы - агонисты движения в процессе его непосредственного выполнения.

Методика и организация исследования. В экспериментах приняли участие 18 здоровых лиц мужского пола 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 человек в каждой. Всем испытуемым предлагалось выполнять план-тарную флексию стопы (концентрическое сокращение) в течение 15 тренировочных дней с усилием 80 % от максимального вращательного момента (МВМ) на мультисустав-

ном лечебно-диагностическом комплексе «Biodex». В каждом тренировочном занятии выполнялось 10 мышечных сокращений. Время отдыха между движениями составляло 50 с. Одиночный цикл плантарной флексии стопы длился 5 с, амплитуда движения равнялась 40°. Обследуемые выполняли концентрическое сгибание в голеностопном суставе в положении сидя. Значения МВМ рассчитывались предварительно и индивидуально из трех максимальных сокращений с интервалом отдыха 30 с.

Испытуемые ЭГ во время выполнения плантарной флексии получали стимулы с помощью магнитного стимулятора «Magstim 200». Использовалась плоская катушка диаметром 50 мм. МС наносилась на m. gastrocnemius с частотой стимуляции 5 Гц. Интенсивность стимула составляла 50 % от максимального выхода стимулятора, время стимуляции -5 с. Испытуемые КГ выполняли аналогичные серии тренировочных занятий с ЭГ, но их мышцы не подвергались электромагнитному воздействию.

У всех испытуемых ЭГ и КГ до начала тренировок (фон), после 5, 10 и 15 тренировочных занятий, а также на 3, 6, 13, 24 и 35-й дни прекращения тренировок регистрировались: МВМ, параметры Н-рефлекса и М-ответа m. gastrocnemius (GM), m. soleus (SOL).

Во время выполнения произвольного МВМ записывалась электрическая активность (ЭМГ) GM, SOL, tibialis anterior (TA). ЭМГ мышц голени регистрировали поверхностными накожными электродами по традиционной методике при помощи 8-канального электронейромиографа «Нейро-МВП-8».

Результаты исследования и их обсуждение. Результаты исследования силовых возможностей испытуемых показали, что исходные величины МВМ в КГ и ЭГ достоверно не отличались и составляли 119,3 ± 5,3 и 124 ± 8,8 Н-м соответственно (табл. 1). Этот факт свидетельствует о практически равных силовых возможностях обследуемых сравниваемых групп на момент начала эксперимента.

Как следует из анализа данных табл. 1, под влиянием 15-дневной тренировки наблюдалось достоверное увеличение максимального вращательного момента у испытуемых обеих групп. После 5 дней тренировки МВМ в КГ увеличился в среднем на 9,5 %, после 10 - на 28,2 %, после 15 - на 32,5 %

в сравнении с исходными значениями, а в ЭГ - на 24,9; 52,2; 51,9 % соответственно (во всех случаях р<0,05). Иными словами, прирост силовых возможностей в ЭГ был больше в среднем на 15,4; 24,1 и на 19,4 % соответственно, чем в КГ (р < 0,05).

После 10 тренировочных дней у испытуемых ЭГ зарегистрированы наибольшие значения максимального вращательного момента за время проведения тренировочной сессии.

В табл. 2 представлены сведения об изменении параметров электрической активности мышц, зарегистрированной в процессе реализации МВМ, у испытуемых обеих групп на протяжении 15 тренировок. Анализ представленных данных позволил установить, что амплитуда и частота ЭМГ мышц-агонистов достоверно возрастают после 5, 10 и 15 тренировочных занятий. Такая динамика ЭМГ наблюдалась в КГ и ЭГ. Необходимо отметить, что амплитуда и частота электроактивности GM и SOL в ЭГ возрастала в большей степени по сравнению с динамикой этих параметров у испытуемых КГ.

Так, прирост амплитуды ЭМГ GM у испытуемых ЭГ был больше после 5 тренировочных занятий на 24,1 %, после 10 -на 37 %, а после 15 - на 65,8 %, чем в КГ. Частота ЭМГ данной мышцы увеличилась на 14,3; 45,4 и 74,2 %, соответственно по сравнению с приростом этого параметра в КГ. Амплитуда и частота электроактивности ТА достоверно не изменялась у испытуемых обеих групп на протяжении всех 15 тренировочных занятий (табл. 2). Интересен тот факт, что в абсолютных значениях амплитуда и частота электроактивности выше в КГ, чем в ЭГ. Однако развиваемое испытуемыми КГ усилие было ниже в сравнении с ЭГ.

Также выявлено достоверное изменение амплитуды Н-рефлекса в m. gastrocnemius у испытуемых ЭГ. В этом случае амплитуда Н-рефлекса выросла на 39 % после 5 тренировочных дней и на 30,1 % - после 10 тренировочных дней. Статистически значимых изменений амплитуды максимального М-ответа у испытуемых обеих групп не происходило.

На 3-й и 6-й дни после прекращения силовых тренировок величина максимального вращательного момента увеличилась в той и другой группе по сравнению с 15-м днем тре-

Таблица 1. Величина вращательного момента исследуемых групп (M ± m, n=18), Н-м

Фон КГ ЭГ

119,3 ± 5,3 124,0 ± 8,8

После 5 дней 130,6 ± 6,1* 154,9 ± 10,5*

После 10 дней 153,0 ± 6,2* 188,8 ± 12,2*

После 15 дней 158,1 ± 8,3* 188,4 ± 11,2*

Примечание. Здесь и в табл. 2: * - р < 0,05 - достоверность различий между соответствующим параметром и его исходной величиной, Таблица 2. Параметры электромиограммы (ЭМГ) скелетных мышц голени (М ± т, п=18)

Группа Параметры ЭМГ Мышцы Исходные величины Дни тренировок

5-й 10-й 15-й

КГ Амплитуда, мкВ gastrocnemius 412,4±43,3 606,3±45,9* 645,3±57,9* 615,4±55*

soleus 543,5±76,2 796,1±52,6* 734,3±55,1* 766,7±46,7*

tibialis anterior 254,2±62,7 211,6±15,4 207,1±12,8 174,1±10,9

Частота, Гц gastrocnemius 364,6±51,3 498,1±24,1* 493,0±21,6* 513,7±24,5*

soleus 252,1±28,4 367,1±9,2* 377,1±15,9* 386,1±10,8*

tibialis anterior 127,9±37,6 146,2±10,7 129,8±15,3 105,2±12,7

ЭГ Амплитуда, мкВ gastrocnemius 319,4±35,6 546,5±65,5* 618,4±43,1* 687±56,9*

soleus 343,5±34,5 504,2±30,5* 547,0±34,8* 507,2±48,7*

tibialis anterior 159,7±23,6 159,1±11,8 159,5±5,4 149,6±6,6

Частота, Гц gastrocnemius 285,9±39,6 431,7±47,6* 516,4±30,9* 513±20,4*

soleus 251,5±31,7 330,9±20,4* 381,7±14,2* 373,4±10,2*

tibialis anterior 78,5±31,3 97,8±20,8 130,2±17,3 106,2±12,5

№ 6 • 2015 Июнь | June

http://www.teoriya.ru

нировок. В КГ прирост к 3-му дню восстановления составил 7,5 %о, а к 6-му - 9 0% по сравнению с 15-м днем тренировки, в ЭГ - на 1,4 и 8 % соответственно.

Повышенный уровень мышечной силы сохранялся в течение 13 дней после прекращения тренировок. К 35-му дню после силовых тренировок величина МВМ в КГ и ЭГ возвращалась к исходным значениям.

Известно, что основными факторами, обеспечивающими повышение силы произвольного сокращения скелетных мышц, являются рекрутирование высокопороговых двигательных единиц и увеличение частоты их импульсации [2, 4]. Двигательные единицы этого типа вносят больший вклад в напряжение мышцы, чем низкопороговые. Активация высокопороговых двигательных единиц происходит лишь при значительных по величине мышечных усилиях. Вместе с тем имеются сведения, что при электрической стимуляции мышцы высокопороговые двигательные единицы активируются уже при незначительном раздражении, т. е. в этом случае проявляют себя как низкопороговые [5]. Можно полагать, что и при воздействии магнитной стимуляции, наносимой на мышцу в момент ее сокращения, будут активироваться высокопороговые двигательные единицы, которые в обычных условиях не вступают в работу. Их активность обеспечивает дополнительный прирост мышечной силы и вследствие следовых процессов приобретенная сила сохраняется определенное время.

Вывод. Предлагается новый метод развития мышечной силы с помощью магнитной стимуляции мышц-агонистов во время их произвольного сокращения. Технические параметры магнитного стимулятора позволяют безболезненно стимулировать скелетные мышцы и активировать высокопороговые двигательные единицы, которые в обычных условиях не рекрутируются. Предлагаемый метод может быть использован как средство тренировочного воздействия в тех видах спорта, в которых результат зависит от силовых способностей, а также в реабилитационном восстановлении двигательных функций после повреждений и заболеваний спинного мозга и скелетных мышц.

Литература

1. Городничев Р.М. Применение магнитной стимуляции в спорт: учеб. пособие / Р.М. Городничев, Д.А. Петров, Р.Н. Фомин, Д.К. Фомина. - Великие Луки, 2007. - 95 с.

2. Гурфинкель В.С. Скелетная мышца: структура и функция / В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик. - М.: Наука, 1985. - 143 с.

3. Зациорский В.М. Физические качества спортсмена: основы теории и методики воспитания / В.М. Зациорский. - 3-е изд. - М.: Советский спорт, 2009. - 200 с.

4. Команцев В.Н. Методические основы клинической электроней-ромиографии / В.Н. Команцев, В.А. Заболотных. - СПб., 2001. -350 с.

5. Коц Я.М. Тренировка мышечной силы методом электростимуляции. Сообщение I / Я.М. Коц // Теория и практика физю культуры. - 1971. - № 3. - С. 64-67.

6. Нетреба, А.И. Оценка эффективности тренировки, направленной на увеличение максимальной произвольной силы без развития гипертрофии мышц / А.И. Нетреба, Я.Р. Бравый, В.А. Макаров, Д. В. Устюжанин, О. Л. Виноградова // Физиология человека. -2011. - Т. 37. - № 6. - С. 89-97.

References

1. Gorodnichev, R.M. Primenenie magnitnoy stimulyatsii v sport: ucheb. posobie (The use of magnetic stimulation in sport: study guide) / R.M. Gorodnichev, D.A. Petrov, R.N. Fomin, D.K. Fomina. Velikie Luki. -2007. - 95 P.

2. Gurfinkel', V.S. Skeletnaya myshtsa: struktura i funktsiya (Skeletal muscle: structure and function) / V.S. Gurfinkel', Yu.S. Levik. -Moscow: Nauka, 1985. - 143 P.

3. Zatsiorskiy, V.M. Fizicheskie kachestva sportsmena: osnovy teorii i metodiki vospitaniya (Athlete's physical qualities: theoretical and methodological foundations of training) / V.M. Zatsiorskiy. - 3rd ed. -Moscow: Sovetskiy sport, 2009. - 200 P.

4. Komantsev, V.N. Metodicheskie osnovy klinicheskoy elektroneyromiografii (Methodological foundations of clinical electromyography) / V.N. Komantsev, V.A. Zabolotnykh. - St. Petersburg, 2001. - 350 P.

5. Kotz, Ya.M. Trenirovka myshechnoy sily metodom elektrostimulyatsii. Soobshchenie I (Muscle strength training by means of electrical stimulation. Message 1) / Ya.M. Kotz // Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. - 1971. - № 3. - P. 64-67.

6. Netreba, A.I. Otsenka effektivnosti trenirovki, napravlennoy na uvelichenie maksimal'noy proizvol'noy sily bez razvitiya gipertrofii myshts (Evaluation of effectiveness of training, aimed at increasing maximum voluntary strength without developing of muscle hypertrophy) / A.I. Netreba, Ya.R. Bravy, V.A. Makarov, D.V. Ustyuzhanin, O.L. Vinogradova // Fiziologiya cheloveka. - 2011. - V. 37. - № 6. - P. 89-97.

ВЕСТИ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА

25 сентября 2014 года на базе Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма

успешно прошла защита докторской диссертации заведующим кафедрой естественно-научных дисциплин ВЛГАФК Челноковым А.А. на тему «Закономерности формирования спинального торможения у человека» по специальности 03.03.01 - «Физиология».

Научный консультант - Городничев Р.М., докт. биол. наук, профессор. Официальные оппоненты:

Фомина Е.В. - докт. биол. наук, доцент, завлабораторией профилактики гипогравитационных нарушений Института медико-биологических проблем РАН. 75 Мейгал А.Ю. - докт. мед. наук, профессор, главный научный сотрудник, завлабораторией новых методов физиологиче-

u

ш

ских исследований Института высоких биомедицинских технологий Петрозаводского государственного университета; Солопов И.Н. - докт. биол. наук, профессор кафедры анатомии и физиологии Волгоградской государственной академии

0 физической культуры.

Челноковым А.А. разработана и экспериментально подтверждена идея о гетерохронном формировании и совершенствовании различных видов спинального торможения на разных этапах онтогенеза - от 9 до 27 лет. Выявлено, что двигательная

1 активность оказывает существенное специфическое влияние на развитие пресинаптического торможения афферентов Ia, с нереципрокного и реципрокного торможения а-мотонейронов спинального уровня в разные возрастные периоды онтогенеза. Автором доказана зависимость влияния уровня двигательной активности у юношей 17-18 лет на выраженность нереци-

S прокного и возвратного торможения а-мотонейронов спинного мозга. н