CC BY
44
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ МЫШЦ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЛОКАЛЬНЫХ РИТМИЧЕСКИХ СОКРАЩЕНИЙ У ЛИЦ МОЛОДОГО ВОЗРАСТА
В.П. ПЛОТНИКОВ, Б.А. ПОЛЯЕВ, М. ПАНЮКОВ, ФГБУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова»
Аннотация
Исследовалась работоспособность ритмических сокращений мышц предплечья с нагрузками 10; 20; 30 и 40% от максимальной произвольной силы (МПС) с периодами напряжения и расслабления мышц, равными 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 2,0; 3,0 и 6,0 с. Длительность работы мышц предплечья «до отказа» возрастала при всех исследованных нагрузках с удлинением периода сокращения, если фаза расслабления не превышала 0,4 с. Оптимальными фазами расслабления мышц с указанными периодами напряжения для усилия 10; 20; 30 и 40% от МПС соответственно являются 0,4; 2,0; 3,0 и 6,0 с.
Ключевые слова: максимальная произвольная сила, ритмическая работа мышц, длительность периодов напряжения и фаз расслабления.
Abstract
The study focuses on the work capacity of forearm muscles during rhythmic contractions. The muscles contracted with workloads at 10; 20; 30 and 40% of maximum strength capacity (MSC). The periods of contraction and relaxation alternated at 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 2,0; 3,0 and 6,0 seconds. The duration of the rhythmic muscle work until muscle failure increased at all muscle workloads with increasing of contraction time if the relaxation phase did not exceed 0,4 second. Optimal muscle relaxation phases with these periods of tension to the efforts of 10; 20; 30 and 40% of MPS are respectively 0,4; 2,0; 3,0 and 6,0 seconds.
Key words: maximum strength capacity, rhythmic muscle activity, duration of the periods of contractions and relaxation phases.
Введение
В трудовой и спортивной деятельности человека наиболее часто встречающейся формой мышечной активности является активность динамическая. Характеристики последней отличаются чрезвычайным разнообразием. Это выражается в величинах используемых нагрузок, частоте и ритме вовлечения различных мышц в работу. В спортивной практике единоборства, в циклических видах спорта у легкоатлетов, гребцов, юных пловцов, лыжных гонках [2, 4, 7] внимание тренеров и спортсменов обращается на значимость развития локальной мышечной силы, выносливости для сохранения техники выполнения приема, движения, улучшения спортивных результатов, выявления главного функционального звена и лимитирующих его факторов [6].
Кроме того, длительное участие в работе локальных мышечных групп, даже с небольшими нагрузками, по мнению ряда авторов, является причиной развития функциональных и органических нарушений со стороны сердечно-сосудистой, нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппарата [1, 3, 5].
Важным условием профилактики мышечного утомления и обоснования рациональных режимов труда человека, тренировок спортсменов является определение оптимальных вариантов мышечной активности [7]. Выяснение этого вопроса невозможно без знания физиологических механизмов, лежащих в основе повышения или понижения мышечной работоспособности, а также объективных критериев оценки степени развития утомления.
Анализ литературных материалов показывает, что имеющиеся исследования, посвященные выяснению
особенностей мышечной работоспособности в условиях ритмических сокращений, были выполнены в ограниченном диапазоне режимов фазной активности [9] без должного технического сопровождения.
Цель настоящей работы - изучение работоспособности мышц предплечья в условиях широкого диапазона их ритмической активности.
Методика
1) Максимальная произвольная сила (МПС) определялась оригинальным кистевым динамометром, рассчитанным на измерение усилия в диапазоне 0-30; 0-60 и 0-120 кг.
2) Ритмическая работа выполнялась на кистевом пружинном эргометре с механизмом изменения степени натяжения пружин.
3) Использовалась электронная система для независимого формирования длительности периодов сокращения и расслабления с выходом на световое табло.
4) Визуальный осциллометрический контроль времени подъема кривой сокращения ограничивался 0,1-0,2 с.
5) Электромиограмма и механограмма мышечных сокращений для выяснения степени участия мышц предплечья в работе и их объективной оценки в периодах напряжения и расслабления.
В процессе мышечной активности обследуемые отмечали степень появления субъективного ощущения тяжести, усталости (боли) выполняемой работы: слабой - пороговой и непереносимой, совпадающей с отказом от работы. Число сокращений до первого ощущения слабой - пороговой тяжести выполняемой работы, отнесенное к их общему количеству, выраженное в про-
центах, мы назвали «показателем утомления» («ПУ»). В исследовании после предварительной 2-3-недельной тренировки участвовали 24 чел. в возрасте 24±0,73 года. Морфофункциональная характеристика и максимальная произвольная сила исследуемых лиц составляла:
длина - 174±1,25 см и масса тела - 71,4±1,57 кг; МПС -70,2±2,01 кг; МПС* - 76,3±2,16.
Режимы работы с нагрузками в 10, 20, 30 и 40% от МПС и количество ритмических сокращений мышц предплечья в минуту показаны в табл. 1.
Таблица 1
Режимы исследованных ритмических сокращений
Фазы расслабления
Периоды сокращения, с 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 3,0 6,0
0,2 150 100 75 50 27,3 18,8 9,7
0,4 100 75 60 42,9 25 17,6 9,4
0,6 75 60 50 37,5 23,1 16,7 9,91
1,0 50 42,9 37,5 30 20 15 8,6
2,0 27,3 25 23,1 20 15 12 7,5
3,0 18,8 17,6 16,7 15 12 10 6,7
6,0 9,7 9,4 9,1 8,6 7,5 6,7 5
Частота сокращения, мин
Результаты исследования
В тексте первой цифрой обозначены периоды сокращения, второй - фазы расслабления мышц. Ритмическая активность мышц выполнялась до отказа при условии, что она не могла продолжаться более 20 мин. После 20 мин работа прекращалась.
Длительность фазы расслабления 0,2 и 0,4 с. Работоспособность мышц предплечья при равных периодах сокращения и расслабления с увеличением нагрузки
(от 10 до 40% от МПС) снижается, при этом «ПУ» возрастал. Однако при мышечной активности со стабильной фазой расслабления и величиной нагрузки по мере удлинения периода напряжения время работы возрастало, что подтверждается высокой достоверностью линиями тренда (рис. 1 а, б).
Особенно отчетливо эта зависимость проявляется при нагрузке 10% от МПС. Начиная с режима работы (2,0-0,2) ритмическая активность мышц выполнялась
Рис. 1, а. Продолжительность ритмических сокращений мышц предплечья (мин) в зависимости от величины усилия и длительности периода сокращения при постоянной фазе расслабления 0,2 с
* Максимальная произвольная сила после 6 месяцев исследований и достоверность изменения показателя по сравнению с исходным результатом, р < 0,05.
более 20 мин. Показатель утомления, в этих случаях, со значимой величиной аппроксимации линии тренда снижался (рис. 1, б).
Отмеченная зависимость между работоспособностью мышц и «ПУ» имеет четкую отрицательную коррелятивную связь от (г = -0,95) до (г = -0,76).
Другой отличительной особенностью являлось то, что при увеличении микропаузы с 0,2 до 0,4 с ритмическая работа с усилием в 10% от МПС возрастала до
«ПУ» (усл. ед.)
80
более 20 мин со всеми периодами сокращения мышц. На следующих рисунках не будут представлены режимы ритмических сокращений, если их время превышало 20 мин.
Длительность фазы расслабления 0,6 с. Определить какую-либо закономерность изменения времени работы и «ПУ» при стабильной нагрузки и фазе расслабления с увеличением продолжительности периода напряжения не представлялось возможным (рис. 2).
70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20
Я2 = 0,788
N -= 0,57 3--
№ = 0,958
% от МПС
\ -х- 10% 30% 20% 40%
0,2 0,4 0,6 1 2 6
Н2 = 0,78 ¡Г^
Длительность периода сокращения (с)
Рис. 1, б. Показатель утомления (усл. ед.) при ритмических сокращениях мышц предплечья в зависимости от величины усилия и длительности периода сокращения при постоянной фазе расслабления 0,2 с
£ о со £ о
0,4 0,6 1 2 3 6 0,2 0,4 0,6 1 2 3 6 0,2 0,4 0,6 1 2 3 6
Длительность периода сокращения (с)
Рис. 2. Продолжительность ритмических сокращений и показатель утомления мышц предплечья в зависимости от величины усилия и длительности периода сокращения при постоянной фазе расслабления 0,6 с
С*)
Исключение составила ритмическая работа в режиме 0,2-0,6 с усилием 20% от МПС, которая выполнялась 20 мин. Этот вид динамической работы являлся тестирующим в оценке работоспособности скелетных мышц; для ее осуществления требовалась соответствующая мобилизация сил и тренированность мышц. Повышение периода напряжения на 0,2 с резко снижало работоспособность мышц предплечья. С периодом напряжения 0,4 с с фазой расслабления 0,6 с (0,4-0,60) время работы не превышало 4,03±0,35 мин.
Длительность работы и «ПУ» при сравнении одинаковых режимов фазной активности с повышением нагрузки в % от МПС имеют разнонаправленный тренд. Продолжительность работы снижается, а «ПУ» повышается (рис. 2).
Длительность фазы расслабления 1,0; 2,0 и 3,0 с. С длительностью фазы расслабления 1,0 с и величиной нагрузки 20% от МПС работа мышц предплечья с периодами напряжения 0,4; 0,6; 1,0; 2,0; и 3,0 с продолжалась более 20 мин. С длительностью напряжения
6,0 с с усилием 20% от МПС она могла осуществляться как минимум 20 мин с фазой расслабления, равной 2,0 с. С нагрузкой в 30% от МПС активность мышц с фазой расслабления 1,0 с могла совершаться более 20 мин с периодами сокращения 0,2; 0,4; 0,6 и 1,0 с. С длительность напряжения мышц в 2,0; 3,0 с ритмическая работа выполнялась 20 мин с фазой расслабления, равной 2,0 с. С нагрузкой 30% от МПС фазная активность с периодом напряжения 6,0 с могла осуществляться более 20 мин с фазой расслабления 3,0 с.
Ритмическая активность мышц предплечья с нагрузкой 40% от МПС и периодами сокращения 0,2; 0,4; 0,6 и 1,0 с продолжалась 20 мин с фазой расслабления 2,0 с. С периодами напряжения 2,0; 3,0 с фаза расслабления увеличивалась до 3,0 с. Самый продолжительный период напряжения мышц в наших исследованиях равнялся 6,0 с. Для выполнения ритмической работы более 20 мин с нагрузкой 40% от МПС с таким периодом напряжения мышц требовалась фаза расслабления не менее 6,0 с (табл. 2).
Таблица 2
Продолжительность (мин) ритмической работы и показатель утомления («ПУ», усл. ед.) при исследованных режимах
Периоды сокращения мышц (с)
0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 3,0 6,0
г ПУ Фаза расслабления 1,0 5,95±0,48 32,0±2,63 МПС 20%
г ПУ 5,86±0,38 25,0±2,72 4,09±0,1 32,0±2,60 3,08±0,14 37,0±1,62 30%
г ПУ 3,85±0,36 35,0±3,79 4,51±0,31 34,0±2,41 4,16±0,21* 35,0±3,97 3,64±0,17 34,0±2,36 2,10±0,05 44,0±0,88 2,19±0,17 41,0±1,72 1,88±0,05** 42,0±2,30 40%
г ПУ Фаза расслабления 2,0 6,65±0,32 35,0±3,35 30%
г ПУ 8,21±0,41 26,0±1,69 4,20±0,23 33,0±2,60 2,90±0,1 36,0±2,2 40%
г ПУ Фаза расслабления 3,0 13,54±1,04 29,0±3,37 5,16±0,48 34,0±1,89*** 40%
* - вероятность ошибки показателя при оценке достоверности изменения времени ритмической работы в режимах 0,2; 0,4 и 0,6 с и 2,0; 3,0 с.
** - с фазой расслабления 1,0 с с нагрузкой 40% от МПС, р > 0,05.
*** - вероятность ошибки показателя при оценке достоверности изменения «ПУ» при ритмической работе с периодом напряжения 6,0 с и фазой расслабления 2,0 и 3,0 с с усилиями 30 и 40% от МПС, р > 0,05.
При указанных фазах расслабления в целом просматривается классическая закономерность. Отмечается обратная связь времени работы мышц от величины нагрузки и периодов напряжения мышц: чем больше эти параметры фазной активности, тем меньше физическая работоспособность мышц, табл. 2. Показатель утомления при стабильной фазе расслабления повышался с увеличением длительности пе-
риода напряжения. Четкой зависимости «ПУ» от величины усилия при равных показателях сокращения и расслабления мышц зафиксировано не было, что особенно проявилось при периоде напряжения 6,0 с. Например, при фазной активности в режиме 6,0-1,0 с нагрузкой 30% от МПС «ПУ» не отличался от подобной работы мышц с усилием 40% от МПС. Аналогичный характер изменения «ПУ» отмечалась и при фазе расслабления, равной 2,0 с.
Медико-биологические проблемы спорта
Обсуждение
Исследование ритмической активности мышц предплечья при стабильной скорости их укорочения в широком диапазоне нагрузок и временных параметров периодов напряжения и расслабления позволило получить ряд новых данных.
Ритмичная работа со стабильной фазой расслабления 0,2 с с нагрузкой 10% от МПС увеличивалась с повышением длительности периода напряжения мышц. Начиная с периода сокращения мышц 2,0 с она могла совершаться более 20 мин. Последний факт имеет особую значимость, поскольку и при мышечной активности с нагрузками в 20, 30 и 40% от МПС отмечается аналогичная закономерность. Время работы повышается по мере нарастания периода напряжения.
Другой важный факт. Например, длительность ритмических сокращений с нагрузкой 10% от МПС в режиме 0,2-0,2 составляла всего 1,20±0,03 мин. Увеличение микропаузы на 0,2 с способствовало повышению длительности работы более чем на 20 мин не только при этой фазной активности, но и при всех других исследованных периодах напряжения мышц. Сущность этого феномена можно объяснить особенностью биоэлектрической активности мышц, участвующих в ритмической работе с короткими фазами расслабления (отдыха), не превышающих 0,4 с. Оказалось, зарегистрированные показатели ЭМГ мышц в микропаузах были на 30-40% больше, чем при периодах сокращения, равных 1,0; 2,0; 3,0 и 6,0 с. Что значит 0,2; 0,4 с расслабления, отдыха? За этот отрезок времени нужно послать импульс
к мышцам для расслабления и тут же - к сокращению. Всё это требует большой концентрации усилий, энергии на локальном уровне. При мышечной работе в режиме 0,2-0,2 с с нагрузкой 10% от МПС биоэлектрическая активность мышц при стартовых действиях расслабления и сокращения превышала на 6-24% биоэлектрическую активность мышц во время развития максимальной произвольной силы, рис. 3.
В данной ситуации напрашивается парадоксальный вывод. Чем длительнее будет напряжение мышц, при микропаузах не превышающих 0,4 с, тем меньше будет энерготрат в фазу расслабления, тем продолжительнее будет выполняться мышечная активность. Во время фазной активности в режиме 1,0-0,2 общая длительность фазы расслабления (10 с) более чем в 2 раза превышала фазу расслабления (4,8 с) при ритмической работе 2,0-0,2 с с нагрузкой 10% от МПС (рис. 4).
Причину возникновения ощущения тяжести выполнения работы (боли) связывают с образованием метаболических продуктов в процессе мышечного сокращения, когда их концентрация достигает порога болевого действия [8, 10]. В процессе сокращения мышц происходит стимуляция рецепторов, импульсы которых возбуждают центральные мозговые структуры, деятельность которых вызывает сдвиги вегетативной, сердечно-сосудистой и др. систем. При достижении афферентным потоком некоторой критической плотности он проявляет себя симптомом ноцицептивного характера и вызывает соответствующие реакции (чувство усталости, тяжести, боли, повышение АД и т.д.).
'аду*-' •,;■'.
а б
Рис. 3. Ритмическая работа в режиме 0,2-0,2 с (а)
и 0,2-0,4 с (б) с нагрузкой 10% от МПС. Сверху вниз: лучевой сгибатель кисти, поверхностный сгибатель пальцев, локтевой сгибатель кисти и разгибатели пальцев
Рис. 4. Ритмическая работа в режиме 1,0-0,2 с с нагрузкой 10% от МПС. Сверху вниз: лучевой сгибатель кисти, поверхностный сгибатель пальцев, локтевой сгибатель кисти и разгибатели пальцев
Выводы
1. При определенных режимах фазной активности оптимальная длительность ее выполнения зависит от микропаузы как напряжения, так и расслабления.
2. Выявлено особенное состояние мышц в микропаузах расслабления, не превышающих 0,4 с. Стартовая биоэлектрической активность их в фазах расслабления 0,2 с оказалась выше, чем в периодах сокращения мышц 1,0; 2,0; 30 и 6,0 с.
3. Продолжительность ритмической работы с нагрузками 10, 20, 30 и 40% от МПС увеличивается с длительностью периода напряжения мышц, если длительность фаз расслабления не превышает 0,4 с.
4. Отношение числа сокращений до появления слабой боли к их общему количеству в момент «отказа» от работы (показатель утомления «ПУ») может служить критерием оценки мышечной работоспособности.
Литература
1. Власова Е.М., Алексеев В.Б., Малютина Н.Н., Шляпников Д.М. Функциональное нарушение опорно-двигательного аппарата у женщин. Возможности коррекции с сохранением профессиональной трудоспособности // Политравма. - 2013. - № 1. - С. 67.
2. Германов Г.Н., Никитушкин В.Г., Цуканова Е.Г. Экспертная оценка выбора комплексов упражнений для развития локальной мышечной выносливости у бегунов на средние дистанции // Культура физическая и здоровье. - 2012. - № 5. - C. 23.
3. Коурова О.Г. Коррекция функционального напряжения при локальной мышечной деятельности // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 9 (ч. 2). - С. 38.
4. Мякинченко Е.Б., Селуянов В.Н. Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта. -СпортАкадемПресс, 2009. - 360 с.
5. Попова Т.В., Кокорева Е.Г., Коурова О.Г. Реакция сердца на локальную работу мышц у взрослых с нарушением зрительной функции // Фундаментальные исследования. - 2013. - 10. - № 2. - С. 362.
6. Ростовцев Е.Д. Применение вспомогательных средств в подготовке спортсменов высокой квалификации // Вестник спортивной науки. - 2014. - № 1. -С. 15-21.
7. Тупиев И.Д., Латухов C.B., Дороднов А.Г., Мусин З.Х. Повышение физической работоспособности квалифицированных биатлонистов // Теория и практика физической культуры. - 2011. - № 2. - С. 76.
8. Хаютин B.M., Бараз Л.А., Лукошкова E.B. и др. К построению теории боли - афферентный код и операции нейронных систем, реализующих ноцицептивные реакции: материалы симпозиума «Нейтральные механизмы боли». - Л., 1973. - С. 26-29.
9. Clarke H.H. Ergagraphic Isotonic Muscular Endurance / In: Muscular Strength and Endurance in Man. - 1966. -Р. 52-58.
10. Rodbard S. Pain Associated with muscle contraction // J. Appl. Phys. - 1970. - V. 10. - № 3. - Р. 105-115.
References
1. Vlasova E.M., Alekseev V.B., Malyutina N.N. and others. Functional disorders of the musculoskeletal system in women. Possible correction with preservation of disability // Polytrauma. - 2013. - N 1. - P. 67.
2. Germanov G.N., Nikitushkin V.G., Tsukanova E.G. Expert assessment of the selection of exercises for the development of local muscular endurance runners on the middle distance // Kul'tura fizicheskaya i zdorov'e. - 2012. -N 5. - P. 23.
3. Kourova O.G. Functional correction voltage when the local muscle activity // Fundamental'nye issledovaniya. -2012. - N 9 (2). - P. 38.
4. Myakinhenko E.B., Seluyanov V.N. The development of local muscular endurance in cyclic sports. - 2009. - 360 p.
5. Popova T.V., Kokoreva E.G., Kourova O.G. Reaction of the heart to the local muscles in adults with impaired visual function // Fundamental'nye issledovaniya. - 2013. -V. 10. - N 2. - P. 362.
6. Rostovtsev E.D. The auxiliaries in the preparation of sportsmen of high qualification // Vestnik sportivnoj nauki. - 2014. - N 1. - P. 15-21.
7. Tupiev I.D., Latukhov S.V., Dorodnov A.G., Musin Z.H. Improving physical health skilled athletes // Teoriya i praktika fizicheskoj kultury. - 2011. - N 2. - P. 76.
8. Hayutin V.M., Baras L.A., Lukoshcova E.V. et al. To build a theory of pain-related code and the operation of neural systems that implement nociceptive reactions: the symposium materials "Neutral mechanisms of pain". -L., 1973. - P. 26-29.
9. Clarke H.H. Ergagraphie Isotonic Muscular Endurance / In: Muscular Strength and Endurance in Man. - 1966. -P. 52-58.
10. Rodbard S. Pain Associated with muscle contraction // J. Appl. Phys. - 1970. - V. 10. - N 3. - P. 105-115.
