CC BY
30
ПРОГРАММИРУЕМАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОМИОСТИМУЛЯЦИЯ -ПРЯМОЕ СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
(на примере спортивных достижений)
В.Л. РОСТОВЦЕВ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК
Аннотация
В статье представлены данные сравнительного педагогического эксперимента по определению влияния программируемой электромиостимуляции (рЕМБ) на биомеханические, физиологические показатели и спортивный результат (на примере лыжных гонок). Приводятся определение и краткая классификация видов накожной электростимуляции. При сравнении спортивного результата контрольных испытаний в экспериментальной и контрольной группах обнаружено существенное повышение спортивного результата после 10-дневного курса с применением рЕМБ. Уменьшение времени преодоления дистанции 10 км в экспериментальных группах в серии педагогических исследований в лыжных гонках и биатлоне составило от 18 до 38 с по сравнению с контрольными. Пульсовая стоимость 1 м пути у спортсменов экспериментальной группы существенно снизилась (на каждые 100 м дистанции участники экспериментальной группы стали производить в среднем на 25 ударов сердца меньше). Это указывает на повышение экономичности передвижения на соревновательной скорости. Сделан вывод о целесообразности применения рЕМБ
в практике подготовки спортсменов.
Ключевые слова: физическая работоспособность, реабилитация, экономичность, биомеханические, физиологические показатели, программируемая электромиостимуляция, лыжные гонки.
PROGRAMMABLE DYNAMIC ELECTROMYOSTIMULATION -A DIRECT MEANS OF INCREASING PHYSICAL WORKING ABILITY (on the example of sports achievements)
V.L. ROSTOVTSEV, FSBIFSC VNIIFK
Abstract
The article presents the data of a comparative pedagogical experiment to determine the effect of programmed electromyostimulation (pEMS) on biomechanical, physiological indicators and sports results (for example, cross-country skiing). The definition and brief classification of types of cutaneous electrical stimulation are given. When comparing the sports result of control tests in the experimental and control groups, a significant increase in sports results was found after a 10-day course using pEMS. The decrease in the time of overcoming a distance of 10 km in the experimental groups in a series of pedagogical studies in cross-country skiing and biathlon ranged from 18 to 38 seconds in comparison with the control. The pulse cost of 1 meter of path among the athletes of the experimental group decreased significantly (for every 100 meters of distance, the participants in the experimental group began to produce, on average, 25 fewer heart beats). This indicates an increase in the efficiency of movement at a competitive speed. The conclusion is made about the expediency of using pEMS in the practice of training athletes.
Keywords: physical performance, rehabilitation, efficiency, biomechanical, physiological indicators, programmable
electromyostimulation, cross-country skiing.
Введение
Электромиостимуляция (EMS) - это искусственная активизация мышц посредством подачи электрических импульсов. Различают статическую и динамическую электромиостимуляцию. При статической EMS спортсмен (пациент) находится в неподвижной статической позе, при динамической - в условиях выполнения физических упражнений. Упражнения могут носить любой
характер: от скоростно-силового до длительного, направленного на развитие выносливости. Другими словами, они могут варьировать от однократного усилия до многократной циклической работы. Эффект от применения курса EMS будет проявляться в том виде физических упражнений и в том режиме, в котором EMS была использована при проведении курса.
С*)
Динамическая EMS также может быть двух видов: с непрерывной подачей электрических импульсов и с программируемой, точечно направленной по месту доставки к определенным группам мышц в момент их наибольшего естественного напряжения, например на четырехглавую мышцу бедра (разгибатель коленного сустава) в момент отталкивания при передвижении на лыжах. При непрерывной EMS спортсмен не имеет возможности расслабиться в соответствующей фазе, это может навредить технике выполнения упражнения и привести к повышенной интенсивности тренировки. Такой вид EMS применяется в настоящее время в фитнесе под названием «EMS-тренировка» для интенсификации и сокращения времени занятия. При EMS-тренировке, так же, как и при статической EMS, электрические импульсы подаются непрерывно на выбранную группу мышц во всем цикле упражнений, независимо от того, в какой фазе движения эта группа мышц находится -активной работы или расслабления.
Многочисленные исследования показали, что электро-миостимуляция производит развивающее и реабилитационное физиотерапевтическое влияние на многие процессы в самих мышцах, системах и органах человека [2, 3, 4, 9, 10].
Программируемая динамическая EMS (pEMS) в отличие от статической и EMS-тренировки применяется только при передвижении спортсмена в его специальных спортивных локомоциях. Программируемой она называется потому, что момент подачи электрического импульса строго регламентирован специальным программным обеспечением.
Импульс подается только:
- в тренировках с использованием специальных средств, т.е. в специальных локомоциях данного вида спорта;
- на те группы мышц, которые в данной фазе активно решают главную задачу специального физического упражнения.
В теле человека при выполнении любой физической работы все группы мышц можно разделить на мышцы-синергисты и мышцы-антагонисты, причем одни и те же могут быть и теми и другими в разных фазах движения. Например, при разгибании коленного сустава при беге, лыжных гонках, коньках, прыжках и т.п., т.е. при активном отталкивании ногами от опоры четырехглавая мышца бедра является группой мышц-синергистов, двуглавая мышца бедра в момент активного разгибания в колене играет пассивную роль и представляет собой группу мышц-антагонистов. В этой фазе активность четырехглавой мышцы бедра для осуществления мощного (сильного и быстрого) отталкивания должна быть наибольшей, а активность двуглавой мышцы бедра - наименьшей. Последняя в этот момент должна расслабляться и восстанавливаться.
Стратегией повышения физической работоспособности и спортивного результата в любом виде спорта является повышение мощности движений в фазах, которые обеспечивают наибольший прирост интеграль-
ного показателя данного вида спорта - скорости передвижения в циклических видах спорта, длины, высоты в прыжках, силы и быстроты в тяжелой атлетике и т.п. Эти фазы всегда характеризуются активным участием главных мышечных групп, на развитие которых направлен весь тренировочный процесс. И чем больше мощность, которая характеризуется формой и амплитудой электроактивности этих групп мышц-синергистов во время их активизации, тем выше спортивный результат.
В соответствии с теорией функциональных систем академика П.К. Анохина [1], достаточно повысить активность главного функционального звена, функции которого выполняют наиболее крупные мышцы-синер-гисты, чтобы все организменные процессы, участвующие в достижении поставленной задачи - повышении скорости передвижения, высоты, длины прыжка, веса штанги и т.п., солидаризовались и так же, как и стимулируемые группы мышц, достигли своих рекордных показателей как в повышении активности мышц-синергистов, так и в снижении активности мышц-антагонистов.
Целью исследования явилось определение возможности и степени влияния pEMS на физическую работоспособность и спортивный результат в циклических видах спорта (на примере лыжных гонок).
Гипотеза исследования состояла в предположении возможности существенного повышения мощности отталкивания мышц-синергистов в активных фазах отталкиваний ногами и руками и существенного снижения напряжения мышц-антагонистов в фазах расслабления (восстановления) за счет влияния искусственно создаваемой дополнительной энергетической добавки в виде электрических импульсов, направленных на главные мышцы-синергисты - четырехглавую мышцу бедра - во время отталкивания в момент наибольшего напряжения в цикле передвижения, что повысит их естественную электроактивность и приведет к повышению спортивного результата.
Организация, методы, контингент эксперимента
В классическом педагогическом эксперименте участвовали 12 квалифицированных лыжников (2 чел. -I разряд, 8 чел. - кмс, 2 чел. - мс) в возрасте 18-22 лет (20,8 ± 0,4). Масса тела испытуемых составляла 65,5-75,0 (б8,9 ± 1,7) кг при росте 174,0-183,3 (178,4 ± 2,8) см; МПК: 64,0-75,1 (70,1 ± 4,7) (мл/кг)/мин. По результатам контрольной тренировки на лыжах на дистанции 10 км спортсмены были попарно разбиты на две равноценные группы: контрольную (КГ) и экспериментальную (ЭГ). Все спортсмены жили, питались и тренировались по одному плану, но спортсмены ЭГ получили по 10 сеансов pEMS. По окончании курса было проведено второе тестирование на той же дистанции. Результаты представлены в табл. 1.
Программируемая динамическая EMS осуществлялась с помощью умных шорт, в которые были вмонтированы портативный электростимулятор с силиконовыми электродами, программным обеспечением управления
Теория и методика спорта высших достижений
ние рБЫБ осуществлялось с помощью разработанного мобильного приложения.
Результаты сравнительных испытаний по определению влияния рЕЫБ на спортивный результат, биомеханические и физиологические параметры специальной подготовленности лыжников-гонщиков представлены в табл. 1.
Таблица 1
Различия показателей специальной подготовленности -ЧСС и пульсовой стоимости метра пути до и после курса рЕМБ в экспериментальной и контрольной группах (X ± с)
электрическими импульсами (частота - 100 Гц, амплитуда - 80 В, длительность электрических импульсов -150 мс) синхронно с фазами движения, разработанные на основе патента Российской Федерации на изобретение [8] и описанные в работе В.Л. Ростовцева, А.А. Грушина [6]. Для расчета достоверности различий использовался t-критерий Стьюдента для парных случаев. Управле-
Параметр Экспериментальная группа Контрольная группа Разница между изменениями по группам Достоверность отличий (i-критерий Стьюдента)
До курса После курса Изменение До курса После курса Изменение
Скорость (м/с) 6,42 ± 0,72 6,99 ± 0,48 0,57 6,52 ± 0,45 6,81 ± 0,39 0,29 0,28 t = 3,4 Достоверно P < 0,002
Длина шага (м) 5,2 ± 0,45 5,12 ± 0,38 -0,08 5,25 ± 0,32 4,9 ± 0,21 -0,35 0,27 Недостоверно
Частота шагов (кол-во шагов в 1 мин) 73,97 82,3 8,33 74,7 83,23 8,53 -0,2 -
ЧСС (уд./мин) 173,5 ± 5,2 175,5 ± 5,4 2,0 172,3 ± 3,8 175,1 ± 4,8 2,8 -0,8 Недостоверно
ПС (уд./м)* 0,450 ± 0,04 0,418 ± 0,03 -0,32 0,431 ± 0,02 0,428 ± 0,02 -0,07 0,25 Достоверно P < 0,01
Пульсовая стоимость метра пути. ПС = ЧСС : (Fx 60) уд./м.
ПС характеризует экономичность расходования энергетических ресурсов спортсменом. Меньшая пульсовая стоимость метра дистанции обусловлена меньшим количеством произведенных ударов сердца, более мощным кровяным выбросом и большей насыщенностью крови кислородом. Это выразилось в существенном различии изменений пульсовой стоимости одного метра пути в ЭГ по сравнению с КГ. На каждый метр пути у спортсменов ЭГ после проведенного курса стало производиться на 0,25 удара сердца меньше (на каждые 100 м на 25 уд./мин меньше). Уменьшение пульсовой стоимости метра дистанции связано также с увеличением скорости ее прохождения спортсменами ЭГ по сравнению с КГ. Оказалось, что у спортсменов экспериментальной группы скорость возрастала с опережением по отношению к уровню пульса в сравнении с контрольной группой. Средний пульс вырос в обеих группах, но в КГ этот рост оказался выше. Соревновательная скорость в ЭГ существенно выросла, на преодоление дистанции 10 км спортсмены этой группы затратили в среднем на 38 с меньше.
Изменения показателей носили комплексный характер - биомеханические параметры, так же, как и физиологические, в ЭГ улучшились по сравнению с контрольной. Отмечены существенный прирост скорости передвижения, в том числе градиента скорости выпрыгивания в прыжковом тесте, повышение электроактивности стимулируемых и активно работающих мышц и снижение электроактивности этих же групп мышц в фазах
расслабления, а также уменьшение электроактивности в пассивных группах мышц, активно не участвующих в цикле передвижения [5, 6]. Обнаружена тенденция повышения длины шага при той же частоте шагов в ЭГ по сравнению с КГ. Все изменения указывают на прирост специальной подготовленности спортсменов экспериментальной группы, эффективное преобразование двигательного стереотипа, повышение экономичности специальной структуры движений и спортивного результата.
Обсуждение эксперимента и выводы
Результаты исследования, без сомнения, указывают на существенное влияние рБЫБ на биомеханические и физиологические показатели физической работоспособности и специальной подготовленности спортсменов. После десятидневного курса с применением указанной методики произошла реципрокная (сочетанная) оптимизация миографической активности всех основных групп мышц тела спортсменов: у групп мышц, активно участвующих в поддержании и наращивании скорости в фазах отталкивания, электроактивность увеличилась, а в пассивных фазах и нейтральных группах мышц -уменьшилась. Эти изменения привели к существенному и быстрому улучшению спортивного результата, а это в свою очередь означает, что произошедшая межмышечная координация сопровождалась солидарными изменениями и в других системах и аппаратах организма, обязательно включенных в процесс, обеспечивающий достиже-
е*)
ние поставленной перед спортсменом задачи - повысить соревновательную скорость передвижения по дистанции.
Изменились скоростно-силовые показатели: у спортсменов экспериментальной группы существенно приросла взрывная сила, увеличилась длина шага при прохождении одних и тех же отрезков в контрольных тренировках с соревновательной скоростью по сравнению со спортсменами контрольной группы.
Улучшился показатель экономичности - пульсовая стоимость метра дистанции. В работе [7] было показано, что динамика потребления кислорода, которой принято оценивать энергозатраты организма при физической работе, тесно связана с динамикой ЧСС. Существенное уменьшение ПС в экспериментальной группе по сравнению с контрольной группой указывает на совершенствование специализированного двигательного стереотипа. Программируемая динамическая EMS только одной, но главной мышечной группы при выполнении лыжных ходов привела к сопряженному улучшению функциональной, физической и технической подготовленности
спортсменов, т.е. всех основных сторон спортивного мастерства.
Таким образом, показано, что pEMS обладает комплексным воздействием на организм, повышая качество главного функционального звена, обеспечивает улучшение всех сопутствующих индивидуальных организ-менных процессов при решении поставленной задачи -повышения физической работоспособности и спортивного результата в лыжных гонках. Рекомендуется для применения в тренировочном процессе в циклических и других видах спорта как универсальное индивидуальное вспомогательное средство повышения специальной подготовленности спортсменов.
Можно с определенной долей уверенности предположить, что перенос представленной методики, ее коррекция и дальнейшее применение в практике реабилитационной медицины при работе с больными ДЦП, пациентами, перенесшими инфаркт, инсульт, травмы нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата целесообразен и может оказать существенную поддержку указанному контингенту.
Литература
1. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, 1975.
2. Всё про миостимуляцию. Что такое миостимуля-ция? [Электронный ресурс]. - 2008. - URL: http://www. allmio.ru/
3. Колесников, Г.Ф. Электростимуляция нервно-мышечного аппарата. - Киев: Здоровье, 1977.
4. Коц, Я.М. Электростимуляция. Тренировка и восстановление мышечного аппарата, лечение травм у спортсменов. - М.: Союзспортобеспечение, 1980.
5. Ростовцев, В.Л. Биологическое обоснование технологии применения внетренировочных средств для повышения работоспособности спортсменов высокой квалификации: автореф. дис. ... д.б.н. - М., 2009.
6. Ростовцев, В.Л., Грушин, А.А. Динамическая электростимуляция для конкурентного повышения производительности: технология применения и преимущества //
Теория и практика физической культуры. - 2017. -№ 3. - С. 69-72.
7. Ростовцев, В.Л., Кряжев, В.Д. Экономичность лыжника-гонщика в условиях применения программируемой динамической электромиостимуляции // Теория и практика физической культуры. - 2020. - № 8. - С. 17-19.
8. Ростовцев, В.Л. Способ управления параметрами двигательного стереотипа физического упражнения и устройство для его осуществления: патент № 2546421. -М., 2015.
9. Dolhem, R. The history of electrostimulation in rehabilitation medicine / R. Dolhem // Ann. Readapt. Med. Phys. - 2008. - No. 51 (6). - Pp. 31-42.
10. Jubeau, M. Effect of electrostimulation training-detraining on neuromuscular fatigue mechanisms / M. Jubeau, R. Zory // Neurosci. Let. - 2007. - Vol. 424. - No. 1. -Pp. 4-46.
References
1. Anokhin, P.K. (1975), Essays on the physiology of functional systems, Moscow: Medicine.
2. All about myostimulation (2008), What is myostimulation? [Online], URL: http://www.allmio.ru/ (access 29/06/2012).
3. Kolesnikov, G.F. (1977), Electrical stimulation of the neuromuscular apparatus, Kiev: Zdorov'ya.
4. Kots, Ya.M. (1980), Electrical stimulation. Training and restoration of the muscular apparatus, treatment of injuries in athletes, Moscow: Soyuzsportobespechenie.
5. Rostovtsev, V.L. (2009), Biological substantiation of the technology for the use of extra-training means to improve the performance of elite athletes: author. Dis. ... D.B.S., Moscow.
6. Rostovtsev, V.L. and Grushin, A.A. (2017), Dynamic Electrostimulation for Competitive Performance: Applica-
tion Technology and Benefits, Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury, no. 3, pp. 69-72.
7. Rostovtsev, V.L. and Kryazhev, V.D. (2020), The efficiency of the skier-racer in the conditions of the use of programmable dynamic electromyostimulation, Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury, no. 8, pp. 17-19.
8. Rostovtsev, V.L. (2015), A method for controlling the parameters of a motor stereotype of physical exercise and a device for its implementation: patent No. 2546421, Moscow.
9. Dolhem, R. (2008), The history of electrostimulation in rehabilitation medicine, Ann. Readapt. Med. Phys, no. 51 (6), pp. 31-42.
10. Jubeau, M. and Zory, R. (2007), Effect of electro-stimulation training-detraining on neuromuscular fatigue mechanisms, Neurosci. Let, vol. 424, no. 1, pp. 41-46.
C*)
