CC BY
24повышение эффективности маховых движении при беге посредством чрескожной
электрической стимуляции спинного мозга
УДК/UDC 796.01:612
Поступила в редакцию19.02.2015 г.
Информация для связи с автором: gorodnichev@vlgafc.ru
Кандидат биологических наук Е.А. Михайлова1 Аспирант В.А. Козлов1 В.Ю. Ершов1
Доктор биологических наук, профессор Р.М. Городничев1
1 Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, Великие Луки
ENHANCEMENT OF RUNNING SWINGING EFFICIENCY VIA TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL STIMULATION OF SPINAL CORD
Ph.D. E.A. Mikhaylova1
Postgraduate student V.A Kozlov1 V.Yu. Ershov1
Dr. Biol., Professor R.M. Gorodnichev1
1 Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki
Аннотация
Электрическая стимуляция спинного мозга является распространенным методом в медицинской практике и научных исследованиях. Однако работы по использованию электростимуляции спинального отдела ЦНС спортсменов до сих пор единичны. Цель исследования состояла в изучении влияния чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (ЧЭССМ) на электромиографические и кинематические параметры бега. Спортсменам во время бега по дорожке, находящейся в пассивном режиме, наносилась ЧЭССМ в области сегментов Т11-Т12 и Т12-1_1. Показано, что при стимуляции, наносимой непосредственно во время бега, увеличивается амплитуда ЭМГ напрягателя широкой фасции и прямой мышцы бедра, а амплитуда биопотенциалов передней большеберцовой мышцы, наоборот, снижается. Повышение активности мышц - сгибателей бедра в фазе маха способствует увеличению угловой скорости его движения. Пониженная активность мышц голени позволяет уменьшить угол в коленном суставе во время переноса маховой ноги. Под влиением ЧЭССМ изменяется координация перемещения коленного и голеностопного суставов. При стимуляционном воздействии биомеханические параметры, характризующие эффективность маховых действий, сохраняются в конце упражнения при развивающемся утомлении. ЧЭССМ может использоваться как дополнительный метод повышения функциональных возможностей спортсменов.
Ключевые слова: электрическая стимуляция, спинной мозг, моторная система.
Annotation
Electrical stimulation of the spinal cord is a common method in the clinical practice and research. However, there are only a few works on the use of electrical stimulation of the spinal part of the central nervous system of athletes. The purpose of this study was to study the effect of transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord (TESSC) on the electromyographic and kinematic characteristics of running.
Athletes running on a track set in the passive mode were subject to transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in the segments T11-T12 and T12-L1. It was shown that the stimulation applied directly while running promotes an increase of the amplitude of EMG of the tensor of fasciae lata and rectus femoris, and a decrease of the amplitude of biopotentials of tibialis anterior muscle, on the contrary. Increased activity of hip flexors in the flapping phase results in the increase of the angular velocity of its thigh motion. Decreased activity of leg muscles makes it possible to reduce the angle in the knee when changing the swing-up leg. Movement coordination in the knee and ankle joints varies under the influence of transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord. When stimulated the biomechanical characteristics of the performance of swinging actions remain unchanged at the end of the exercise on the background of developing fatigue. Transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord can be used as one more way to increase functional capacities of athletes.
Keywords: electrical stimulation of spinal cord, motor system.
Введение. Стимуляция спинного мозга широко применяется в целях реабилитации пациентов со спинальными патологиями. Накожная сегментарная электрическая стимуляция используется также для оценки функционального состояния спинального отдела ЦНС [1]. В исследованиях на здоровых испытуемых показано, что чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ) вызывает шагательные движения нижних конечностей с вовлечением в движение тазобедренного, коленного и голеностопного суставов. В 2014 г впервые были проведены эксперименты, направленные на изучение влияния ЧЭССМ на скоростно-силовые качества спортсменов. Показано, что выполнение тренировочной на-
грузки на фоне ЧЭССМ в течение десяти дней способствует повышению скоростно-силовых способностей мышц голени [2]. Принимая во внимание данный факт, представляется перспективным использование данного способа электростимуляции в практике спорта.
Цель исследования - изучение влияния электрической стимуляции спинного мозга, наносимой непосредственно во время выполнения беговой нагрузки, на биомеханические и электромиографические параметры движения.
Методика и организация исследования. В эксперименте приняли участие 7 бегунов на короткие дистанции в возрасте от 20 до 23 лет. Все испытуемые были предупре-
□
и
га у
г.
ч—
. О 0J
■ -О
с
га
^
О (U ■С
I-
ждены об условиях исследования и дали письменное согласие на участие в нем в соответствии с Хельсинкской Декларацией и нормами российского и международного права.
Испытуемые выполняли бег с максимальной скоростью в течение 10 с на беговой дорожке (HP Cosmos Saturn), которая находилась в пассивном режиме. Испытуемые во время бега получали непрерывную электрическую стимуляцию. Для стимуляции использовали двухканальный стимулятор КУЛОН (ГУАП. СПб). Стимулирующие электроды располагали на уровне позвонков T11-T12 и T12-L1, между остистыми отростками. Сила и частота следования электрического стимула подбирались индивидуально для каждого обследуемого. Каждый испытуемый выполнял бег в течение 10 с без стимуляции и бег в течение 10 с со стимуляцией.
Во время выполнения упражнения регистрировалась электрическая активность билатеральных мышц: медиальной головки икроножной мышцы, передней большеберцовой, прямой мышцы бедра, двуглавой мышцы бедра, ягодичной и напря-гателя широкой фасции. Электромиограмму регистрировали биполярными поверхностными электродами с помощью 16-канального электронейромиографа МЕ-6000 (Финляндия). Для регистрации кинематических характеристик движений, использовали видеосистему Qualisys (Швеция). Для анализа была выбрана фаза маха - с момента начала движения бедра вперед до момента достижения коленным суставом наивысшей точки. За 10 с испытуемые выполняли в среднем 18 беговых циклов. 10-секундное упражнение было разделено на 3 части по 5 циклов в каждой: 4-8-й циклы (начало упражнения), 9-13-й циклы (середина упражнения) и 14-18-й циклы (конец упражнения). Для сравнения брали средние значения за 5 циклов.
Результаты исследования и их обсуждение. При анализе изменения угла в коленном суставе во время разгона маховой ноги было выявлено, что данный показатель под воздействием электрической стимуляции был меньше, чем при беге без ЧЭССМ. Среднее значение угла в коленном суставе в 4-8-м циклах при беге без стимуляции составляло 61,70, в беге со стимуляционным воздействием - 58,00, что меньше на 6 % (p<0.05). В 9-13-м и 14-18-м циклах в беге со стимуляцией угол между бедром и голенью составлял 58,4 и 61,20 соответственно. Угол в тазобедренном суставе в момент максимального подъема бедра также был меньше при беге со стимуляцией. Так, в 4-8-м циклах бега без стимуляции он составлял 83,650, со стимуляцией - 82,690. В 9-14-м циклах угол равнялся 82,57 и 80,970 при беге без стимуляции и со стимуляцией соответственно. После отрыва стопы от опоры нога некоторое время продолжает своё вращательное движение вокруг оси, проходящей через тазобедренный сустав. Но эластичные связующие тормозят это вращение, и всё количество вращательного движения бедра переходит в угловое ускорение голени вокруг оси, проходящей через коленный сустав. Это ускорение позволяет бегуну достигнуть минимального угла между голенью и бедром. Если рассматривать движение маховой ноги как движение маятника, то максимальное сгибание голени сокращает длину маятника, что позволяет в дальнейшем перемещать его с большей скоростью. При сравнительном анализе угловой скорости движения бедра выявлено увеличение данного показателя при воздействии стимуляции. Значения угловой скорости на протяжении всего упражнения со стимуляцией оставались повышенными относительно бега без стимуляции. Наибольшие различия были зарегистрированы в пяти последних беговых циклах и составили от 13,4 % до 27,4 %о (см. рисунок, А). Таким образом, можно констатировать, что спортсмены в каждом беговом цикле разгон бедра выполняли эффективнее.
Если проследить за динамикой параметров бега в сравниваемых условиях, то можно констатировать прогрессив-
ное снижение угловой скорости и повышение значений угла в коленном суставе в последних пяти циклах бега без стимуляции. При использовании электрической стимуляции в последних циклах бега угловая скорость движения бедра оставалась высокой. Таким образом, в конце упражнения, при развивающемся утомлении, электрическая стимуляция способствует сохранению параметров, определяющих эффективность маховых действий.
При реконструкции бегового цикла движений в двух суставах левой ноги во время бега без стимуляции и на фоне ЧЭССМ получены траектории движений коленного и голеностопного суставов. Как видно из рисунка, Б, траектория движения голеностопного сустава становится более круглой (нижний рисунок), а перемещения коленного сустава более вертикальными.
Данные сравнения амплитуды биопотенциалов мышц левой ноги, зарегистрированных при выполении маховых действий, приведены в таблице. Активность напрягателя широкой фасции при беге на фоне стимуляции во всех частях упражнения превышала показатели бега без воздействия. Амплитуда биопотенциалов была выше на 32,9 % в начале бега, на 36,3 % в середине и на 39,8 % в конце (р<0,05). Активность прямой мышцы бедра также была повышена относительно бега без стимуляции. Эти мышцы являются сгибателями бедра и выполняют основную роль при маховых действиях. Повышенная активность в фазе маха при беге со стимуляцией способствует увеличению угловой скорости движения бедра. При анализе активности мышц голени не выявлено значительного увеличения амплитуды биопотенциалов икроножной мышцы: показатели были повышены лишь на 5,1; 6,8 и 3,3 % в начале, середине и в конце упражнения соответственно (р>0.05). Амплитуда биопотенциалов передней большеберцовой мышцы при беге со стимуляцией в начале упражнения была ниже на 14,1 % (р<0,05). В середине и в конце упражнения значения амплитуды оставались пониженными относительно бега без воздействия на 9 и 9,2 % соответственно. Одним из показателей эффективности маховых действий являются расслабленные мышцы голени во время переноса маховой ноги. Таким образом, под влиянием ЧЭССМ изменяются важнейшие параметры махового действия - угол в коленном суставе и угловая скорость движения бедра. Данные изменения при беге в обычных условиях будут способствовать увеличению ускорения ОЦТ.
Увеличение амплитуды ЭМГ работающих мышц свидетельствует о повышении нейрональной активности мотонейронного пула данной мышцы под влиянием ЧЭССМ. Можно предположить, что электростимуляция спинного мозга, активируя афференты дорсальных корешков, входящих в спинной мозг, воздействует на шагательный генератор и повышает возбудимость локомоторной нейрональной сети. Двигательная деятельность человека отличается способностью к функциональной перестройке. Следовые процессы, связанные с многократной активацией дополнительного числа мотонейронов, вероятно, могут обеспечить установление новых взаимодействий и формирование новой, более эффективной, структуры целостной системы движений.
Вывод. Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга во время бега увеличивает амплитуду биопотенциалов
гр/с
760,0
—Без стимуляции ■ Со стимуляцией
Динамика угловой скорости движения бедра (А), координация движений в коленном и голеностопном суставах (Б)
30
http://www.teoriya.ru
№ 6 • 2015 Июнь | June
Динамика амплитуды биопотенциалов мышц левой ноги при выполнении маховых действий, М±т
Мышцы 4-8-й циклы 9-13-й циклы 14-18-й циклы
Без стимула Со стимулом Без стимула Со стимулом Без стимула Со стимулом
Напрягатель широкой фасции 348,5±37,78 463,4±26,85* 379,1±61,42 517,0±41,47* 379,6±57,76 530,8±48,25*
Прямая бедра 241,0±23,35 247,6±38,39 248,7±26,59 256,9±42,79 248,4±39,33 255,2±41,02
Икроножная 92,1 ±12,67 96,8±23,36 91,0±9,85 97,2±20,73 86,3±10,85 89,2±17,63
Передняя большеберцовая 395,7±38,84 340,2±37,03* 386,0±45,19 351,4±45,86 369,5±34,23 335,7±47,56
Примечание.* - достоверность отличий относительно бега без стимуляции при уровне значимости р<0,05.
мышц - сгибателей бедра в фазе маха и угловую скорость перемещения бедра. Стимуляция спинного мозга позволяет сохранить структуру движений в конце выполнения упражнения даже на фоне утомления.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 1-04-00720. Литература
1. Андриянова Е. Ю. Механизмы двигательной пластичности
спинномозговых нервных цепей на фоне долговременной адаптации к спортивной деятельности/Е. Ю. Андриянова, О. В. Ланская//Физиология человека. - 2014. - Т. 40. -№ 3. - С. 73-85.
2. Городничев Р.М. Влияние чрезкожной электрической стиму-
ляции спинного мозга на функциональные свойства мотор-
ной системы спортсменов/Р. М. Городничев и др.//Теория и практика физ. культуры.- 2013.- № 12. - С. 35-38.
References
1. Andriyanova, E.Yu. Mekhanizmy dvigatel'noy plastichnosti
spinnomozgovykh nervnykh tsepey na fone dolgovremennoy adaptatsii k sportivnoy deyatel'nosti (Mechanisms of motor plasticity of spinal nerve circuits on the background of long-term adaptation to sports activity)/E.Yu. Andriyanova, O. V. Lanskaya//Fiziologiya cheloveka. - 2014. - V. 40. - № 3. - P. 73-85.
2. Gorodnichev, R. M. Vliyanie chrezkozhnoy elektricheskoy stimulyatsii
spinnogo mozga na funktsional'nye svoystva motornoy sistemy sportsmenov (The influence of Transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord on functional properties of athletes' motor system)/R. M. Gorodnichev et al.//Teoriya i praktika fiz. kul'tury. -2013. - № 12. - P. 35-38.
ИЗ ПОРТФЕЛЯ РЕДАКЦИИ
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЮНЫХ СПОРТСМЕНОВ ДЛЯ ЗАНЯТИЙ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ЕДИНОБОРСТВ
УДК/UDC 796.01:612 Поступила в редакцию 24.03.2015 г.
Соискатель А.А. Хорунжий1
Кандидат педагогических наук, доцент Д.В. Губа2 Кандидат медицинских наук, доцент В.В. Маринич3
1 Московский государственный областной университет, Москва
2 Смоленский гуманитарный университет, Смоленск
3 Полесский государственный университет, Пинск, Республика Беларусь
Ключевые слова: единоборства, функциональное состояние, интегральная оценка, высшая нервная деятельность дыхательная система.
Цель исследования - оценить функциональное состояние юных единоборцев и предложить программу коррекции учебно-тренировочного процесса на начальном этапе многолетней подготовки.
Методика и организация исследования. В исследовании приняли участие свыше 40 юношей, занимающихся спортивными единоборствами. В процессе исследования применялся полифункциональный диагностический комплекс компании «НЕЙРОСОФТ» («Спиро-спектр», «Поли-Спектр 8ЕХ», «Психотест»). Оценивались показатели функционального состояния сердечно-сосудистой системы по вариабельности ритма сердца, параметры функции внешнего дыхания в покое и после выполнения субмаксимальных тренировочных нагрузок, показатели зрительно-моторной реакции.
Результаты исследования и их обсуждение. При исследовании простой зрительно-моторной реакции отмечено следующее распределение: доминирование средних и низких скоростей, высокая скорость простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР) не превысила 8 % обследованных. Однако при оценке устойчивости внимания и итоговой работоспособности у 75% респондентов отмечено снижение данных параметров к нижней границе нормы. Установлено достоверное различие в скоростях ПЗМР (р<0,05), времени принятия решения, функциональном уровне ЦНС. Особый
интерес представляют достоверные различия по показателю времени принятия решения (ВПР) (р<0,05).
В результате проведенного мониторинга дыхательной системы отмечено появление тенденции к снижению ОФВ1 и МОС75 у части юных спортсменов (25%) ниже 73% от возрастной нормы в режиме сумбаксимальной нагрузки.
Выводы. В результате оценки функционального состояния вегетативной нервной системы и эмоционального реагирования у юных единоборцев наблюдаются колебания скоростей зрительно-моторной реакции, нарастание количества технического брака в выполнении основных двигательных действий по мере появления переутомления, а также взаимозависимость типов высшей нервной деятельности с итоговой работоспособностью и вегетативным балансом. Выявленные функциональные изменения определяют необходимость оптимизации и индивидуализации тренировочного процесса юных спортсменов-единоборцев с акцентом на преобладании оздоровительного эффекта.
Использованная литература
1. Губа В.П. Основы спортивной подготовки: монография / В.П. Губа. - М.: Советский спорт, 2012. - 360 с.
2. Губа В.П. Индивидуализация подготовки юных спортсменов / В.П. Губа, П.В. Квашук, В.Г. Никитушкин. - М.: Физкультура и спорт, 2009. - 276 с.
3. Солодков А.С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная: учебник / А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб. - М.: Терра-Спорт, Олимпия пресс, 2001. - 520 с.
Информация для связи с автором:smolguba67@mail.ru
