Влияние многоканальной электростимуляции мышц на двигательные качества. Избирательное воздействие

Salmons, Vrbova показали, что с помощью электрических импульсов можно избирательно влиять на нервно-мышечные структуры: фазные мышцы по скорости сокращения можно приблизить к тоническим и наоборот.

Доказано, что если мышцу стимулировать электрическим током, то она развивает усилия на 20-35% больше, чем при максимальном волевом сокращении.

Эти усилия можно удерживать значительно дольше и повторять большее количество раз, так как утомление наступает в несколько раз медленнее, чем при волевых сокращениях.

Причём те нейромоторные единицы, которые при волевых сокращениях труднее всего удерживать в активном состоянии, под воздействием ЭС возбуждаются и включаются в работу в первую очередь. Это объясняется тем, что длинные, параллельно расположенные и способные к динамическим действиям мышечные пучки с магистральным типом ветвления нервов, расположены у человека поверхностно.

В естественных условиях сигналом к сокращению является импульс, который по своей природе электрический. Искусственно сформированные электрические импульсы, подводимые к мышце через поверхностные электроды, позволяют активизировать весь сократительный аппарат и, в первую очередь, высокопороговые двигательные единицы, расположенные у поверхности мышц. Систематические сокращения с большим механическим ответом, чем волевые, могут удерживаться дольше и повторяться большее количество раз, так как они происходят без каких-либо усилий со стороны спортсмена, дают рост мышечной силы значительно больше и быстрее.

В исследованиях на животных доказано, что под влиянием ЭС задних корешков спинного мозга увеличивается количество и размер синапсов на мотонейронах, а это, как известно, повышает возбудимость нервно-мышечного аппарата.

Это даёт право полагать, что ЭС вовлекает в действие ряд систем организма и, в частности, увеличивает поприоцептивную афферентацию, что обеспечивает более чёткое взаимодействие между анализаторами, тем самым способствуя увеличению объёма информации и более точной координации. Это положение подтверждается Scully, Basmajian, применявших ЭС для ускорения обучения управления отдельными двигательными единицами. Можно предположить, что раздражение кожных рецепторов и мышечных поприорецепторов «прокладывает» новые пути или «расчищает» старые к нейронам двигательной зоны коры. Не исключено, что здесь имеет место конвергенция афферентов различной модальности.

Достигнутый сейчас уровень науки и техники позволяет разработать аппаратуру и методику стимуляции, которые были бы лишены недостатков их предшественников. Это и создало предпосылки для решения вопроса о принципиальной возможности использования ЭС для повышения функциональных способностей здорового человека.

Рассмотрев теоретические основы и проанализировав методические положения силовой подготовки спортсменов Ю.В.Верхошанский утверждает, что для разработки методики специальной силовой подготовки требуется решение на строго научной основе главных проблем:

1. Изучить тренирующий эффект средств, применяющихся в том или ином виде спорта, с учетом уровня подготовленности атлета.

2. Определить рациональную последовательность, взаимосвязь и приемственность тренировочных средств как в годичном, так и в многолетнем периодах тренировки.

Автор приводит принципиальную схему организации специальной силовой подготовки. На рис. 5.1 показан вклад тех или иных тренировочных средств (условно обозначенных на рисунке а, b ,с) в развитие ведущей двигательной способности).


Проанализировав имевшийся в то время опыт использования электро-стимуляционной тренировки (по методике В.А.Хвилона и Я.М.Коца) в условиях подготовки спортсменов высокой квалификации (главным образом в скоростно-силовых видах спорта) Ю.В.Верхошанский сделал вывод :

"Метод электростимуляционной тренировки имеет высокую эффективность и ряд преимуществ в развитии силы, хотя он и не может считаться абсолютным, методические основы еще не разработаны, применение метода возможно только при наличии соответствующих условий и требует квалифицированного обслуживания, должен иметь определенное место в рамках годичного тренировочного цикла, применяться в сочетании с другими методами развития силы мышц и главным образом в подготовке высококвалифицированных спортсменов."

Отметим, что эффективность применения методики стимуляции, разработанной В.А. Хвилоном и Я.М.Коцом проявляется (наблюдается) только в тех условиях, где логические рассуждения и практика спортивной тренировки не вступает в противоречия:

Это подтвердил в своих экспериментальных исследованиях В.Б. Ясюнас.

Силовая подготовка имеет важное значение для успешной спортивной и профессиональной деятельности, для реабилитации больных при длительной гипокинезии и поддержании двигательных способностей у людей пожилого возраста. Однако такое утверждение остается лишь декларацией, если за ним не следуют совершенно конкретные методические положения, определяющие роль и место конкретной методики силовой подготовки. Поэтому одной из задач нашего исследования было изучение влияния электростимуляции на изменения максимальной произвольной силы отдельных мышечных групп здорового человека.



На первом этапе исследования были проведены на 18 спортсменах II и I спортивных разрядов различный специализаций. Объектом исследования была трехглавая мышца плеча. Спортсмены были разделены на три группы по 6 человек: I - контрольная, II и III, кроме обычной спортивной тренировки, как в 1-ой группе, дополнительно проводилась ежедневно «пассивная» (II группа) и «активная» стимуляция по 20 минут в течение 3 -х недель.

Понятие «пассивная» означает, что напряжение и расслабление мышц происходило без волевых усилий испытуемых. При «активной» стимуляции во время напряжения трехглавой мышцы, вызванного раздражением импульсами, испытуемый волевым усилием напрягал двухглавую мышцу плеча и пытался «растянуть» сокращающуюся трехглавую. В обеих экспериментальных группах напряжение мышц было максимально возможным (по субъективным ощущениям каждого испытуемого).

В экспериментальных группах проведено по 16 сеансов ЭС. Одновременно стимулировались мышцы правой и левой руки. Сокращения вызывались асинхронно - левая напряжена, правая расслаблена и наоборот. Период напряжения-расслабления составлял 4 секунды (1,8 с - напряжение, 2,2 с -расслабление). За каждый сеанс стимуляции испытуемый исполнял по 300 напряжений каждой рукой. Неприятных ощущений при прохождении электрических импульсов испытуемые не отмечали.

До и после опыта у всех испытуемых определяли максимальную силу трехглавых мышц по А.В.Коробкову и соавт. и периметр плеча при расслабленном и максимально напряженном состоянии исследуемой мышцы. Результаты исследований по этим показателям приведены в таблице 5.1.


Как видно из приведенной таблицы, в контрольной группе за 3-х недельный период статистически достоверных изменений мышечной силы и периметра плеча не наблюдалось. Во II и III группах в течение этого периода под воздействием 16 сеансов ЭС наблюдается статистически достоверное увеличение этих показателей по сравнению с контрольной группой. Различия между II и III группами статистически не достоверны. Минимальный прирост силы в экспериментальных группах составил 13,6%, максимальный - 36%, что в абсолютных величинах соответствует 3 и 9 кг.

Таким образом, эти исследования показали, что ЭС нервно-мышечных образований человека существенно увеличивает изометрическую силу и периметр мышц здоровых людей.

Как известно из практики спортивной тренировки, для увеличения максимальной силы на 1/5 от исходной величины: и периметра мышц на 1,5 - 2,5 см с помощью физических упражнений требуется интенсивная работа в изометрическом и динамическом режимах с большими затратами времени. ЭС отдельных групп мышц позволила получить эти изменения в течение 3-х недель и без интенсификации работы других мышечных групп.



На втором этапе исследований стимулировали не отдельные группы мышц (как в предварительных экспериментах - только трицепс), а одновременно 8-10 групп мышц.

Программу стимуляции для каждого испытуемого составляли с учетом его спортивной специализации: одним стимулировали мышцы туловища и нижних конечностей, другим туловища и верхних конечностей, отдельным испытуемым - мышцы нижних и верхних конечностей. Период напряжение-расслабление был различным и также учитывал специфику спортивных движений- 1-5- 2- 3 и 4 с.

Силу мышц определяли по методике А В. Коробкова и соавт., (рис. 5.2) в следующих положениях: сгибание и разгибание голени, бедра, туловища, разгибание предплечья, приведение бедер, тяговое усилие руки из-за головы. Последнее положение было избрано в связи с тем, что мы стимулировали грудные, дельтовидные, широчайшую мышцу спины, трапециевидную и трехглавую плеча, играющие важную роль при трудовой и спортивной деятельности.


Кроме максимальной силы, оценивали ещё технические результаты в соревнованиях, а также результаты контрольных упражнений до и после курса электростимуляции.

Кроме испытуемых, которым стимулировали мышцы нижней половины тела и определяли взрывную силу, в этой серии исследований принимали участие еще 21 человек, которым стимулировали мышцы верхней части тела. Анализ результатов показывает, что достоверное увеличение силы под воздействием ЭС произошло во всех стимулируемых мышечных группах.

Полученные данные (рис.5.3) свидетельствует, что при одинаковой силе сокращения и продолжительности ЭС мышц - антагонистов, прирост силы был не одинаковым. Так, сила сгибателей голени увеличилась на 20.2±2.1%, а разгибателей -на 31.7±2.8%, сгибателей бедра - на 17.3±2.2%, разгибателей - на 13.0±1.1%. Неодинаково изменилась и сила сгибания и разгибания туловища.


Из полученных нами результатов изменения максимальной силы отдельных мышц при ЭС и по литературным данным об изменении силы мышц при гипокинезии можно сделать вывод, что при оценке изменений двигательных функций человека необходимо учитывать функциональную топографию различных нервно-мышечных компонентов, сложившихся в онто- и филогенезе человека под влиянием сил гравитации. А.В.Коробков показал, что сила антигравитационной мускулатуры развивается значительнее и сохраняется более длительное время в течении жизни, чем фазической.

Эти особенности мышц дают возможность более рационально использовать направленное воздействие МЭСМ в комплексе с другими средствами в практике спортивной тренировки, а также для предупреждения расстройств которые развиваются при вынужденном постельном режиме и при нолевой гравитации.

Сравнение окружности мышц плеча и бедра до и после ЭС показало, что окружность расслабленного плеча увеличилась на 2,4 ± 0,2%, напряженного -на 3,7±0,3%, Окружность расслабленного бедра статистически достоверно не изменилась, а напряженного увеличилась на 2,4 ± 0,2%, Разница окружности напряженного бедра после ЭС и расслабленного до ЭС составляет 3,7±0,2%.

Таким образом, можно сказать, что максимальная произвольная сила различных групп мышц под воздействием ЭС увеличивается от 7 до 54%. Необходимо заметить, что величина прироста зависит от исходных показателей. Чем он выше, тем прирост меньше и наоборот.

Увеличивается и физиологический поперечник мышц. Недостоверное увеличение окружности бедра (лишь тенденция) можно, по-видимому, объяснить уменьшением жировой прослойки, происходящей под влиянием МЭСМ.

Электростимуляция отдельной мышцы приводит к более значительному уменьшению жировой прослойки, чем одновременная стимуляция 8-10 групп мышц. Так в предварительных исследованиях, где объектом стимуляции была только трёхглавая мышца, сила её увеличилась на 23±3.7% окружность плеча на 4.4±0.7%. В последнем случае, когда стимулировали основные мышцы верхней половины тела, и в том числе трёхглавые, увеличение силы произошло на 22.0 ± 3.6%, а окружность плеча увеличилась на 2% меньше, чем в первом случае.

Необходимо отметить, что при МЭСМ, вызывающей мощные мышечные сокращения, превышающие максимальные волевые, испытуемые в первые 7-10 дней теряют массу тела (до 1-2 кг), потом она нормализуется, а на третьей -четвёртой неделях стимуляции -увеличивается. Для проверки предположения об уменьшении жировой прослойки были проведены исследования по определению общей направленности обмена веществ при МЭСМ.

Определение общей направленности обмена веществ изучали по изменению основных составных частей тела: тощей массы, резервного жира и воды по методике К. П. Хаииной и Р. В. Чаговца. В связи с тем, что жировая, мышечная и костная ткани имеют различную плотность в зависимости от их процентного содержания меняется плотность всего организма в целом. Для определения плотности (Р) проводили взвешивание по методике В.Г.Ткачука и И.С.Кучерова.

Расчет производится по формуле:

где: Р1 - масса тела в воздухе;
Р2 - масса вытесненной телом воды;
V - объём остаточного воздуха.

По эмпирически разработанным формулам (Вепке и соавт.,  определяется процентное содержание воды (С), жира (Z), и тощей ткани (W):

Результаты этих исследований показали, что проведение курса МЭСМ привело к незначительным изменениям плотности, но к ощутимому перераспределению общего содержания в организме тощей массы, воды, жира. У испытуемых экспериментальной группы плотность увеличилась на 0.001-0.002 кг, что привело к увеличению процентного содержания тощей массы и воды и уменьшению процентного содержания жира.

Эти исследования по определению направленности обмена веществ дали основание полагать, что многоканальная электростимуляция значительной мышечной массы человека способствует интенсификации процессов синтеза.

Результат наших исследований показывает, что наблюдавшееся заметное увеличение максимальной силы, а также улучшение спортивных результатов уже после 3 -5 сеансов ЭС скорее всего могло произойти в результате синхронизации активных двигательных единиц, "проторения" нервных путей и понижения порога возбудимости нервно-мышечных образований. Вряд ли за такой короткий промежуток времени могли наступить глубокие структурные изменения.

Можно полагать, что более продолжительный курс ЭС (2-4 недели) приводит уже к более глубоким функциональным, биохимическим и морфологическим сдвигам. Об этом можно судить по более высокому приросту максимальной силы мышечных групп, изменениям пластического обмена и улучшению спортивных результатов.

В. Ю. Давиденко