Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние магнитной стимуляции на силовые возможности скелетных мышц

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние магнитной стимуляции на силовые возможности скелетных мышц"

На правах рукописи

БЕЛЯЕВ Андрей Геннадьевич

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ НА СИЛОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 В НАР 2015

005561220

Смоленск-2015

005561220

Работа выполнена на кафедре физиологии и спортивной медицины в ФГБОУ ВПО «Великолукская государственная академия физической культуры и спорта»

Научный руководитель:

Городничев Руслан Михайлович

доктор биологических наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Сонькин Валентин Дмитриевич,

доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории физиологии мышечной деятельности и физического воспитания Федерального государственного научного учреждения «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования;

Гришин Сергей Николаевич,

доктор биологических наук, заведующий лабораторией «Механизмы передачи информации в живых системах» НИИ Прикладной электродинамики, фотоники и живых систем Казанского национального исследовательского технического

университета им. А.Н. Туполева.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры»

Защита диссертации состоится «23» апреля 2015 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 311.008.01 в Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма по адресу: 214018, г. Смоленск, проспект Гагарина, 23, зал ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма и на сайте: www.sgafkst.ru

Автореферат разослан « П » марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат педагогических наук, доцент

А. И. Павлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Силовые возможности имеют принципиально важное значение в адаптации организма человека к различным условиям его жизнедеятельности на всех этапах постнатального онтогенеза (Foss M.L. Physiological basic for exercise and sport (sixth edition). Singapore, 2008. 620 p.). Особо важное значение силовые возможности имеют в спортивной деятельности, так как результаты в ряде видов спорта во многом определяются силовыми способностями спортсменов (Зациорский В.М. Физические качества спортсмена: основы теории и методики воспитания. 3-е изд. М.: Советский спорт, 2009. 200 е.; Нетреба А.И. Оценка эффективности тренировки, направленной на увеличение максимальной произвольной силы без развития гипертрофии // Физиология человека. 2011. Т. 37, № 6. С. 89-97).

К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал об эффективности различных методов и подходов к развитию силовых способностей человека (Чурсинов В.Е. Методы тренировки // Теория и практика физической культуры. 2011. № 10. С. 38-42). Имеются сведения о физиологических механизмах, лежащих в основе развития силы скелетных мышц (Gondin J. Wide-pulse, high-frequency neuromuscular electrical stimulation induces lower metabolic demand than conventionally used parameters // 19th annual congress of the ECSS. Amsterdam, 2014. P. 334-335).

Целый ряд исследований специалистов посвящен разработке нетрадиционных методов повышения силовых возможностей человека. Наиболее всесторонне описан метод развития силы скелетных мышц посредством их электростимуляции в состоянии покоя и при выполнении мышечной деятельности (Николаев A.A. Электростимуляция в спорте: учеб.пособие для студентов МФК. Смоленск: СГИФК, 1999. 74 е.).

Электростимуляционная тренировка мышечной силы имеет ограничения, связанные с появлением болевых ощущений и дискомфорта, которые отсутствуют при высокоинтенсивной магнитной стимуляции. В связи с этим были проведены исследования по изучению влияния систематической магнитной стимуляции скелетных мышц в состоянии покоя на проявление силовых способностей у здоровых молодых людей (Городничев P.M. Применение магнитной стимуляции в спорте: учеб.пособие. Великие Луки, 2007. 95 е.), которые показали эффективность данного метода. При такой тренировке необходимо воздействовать на мышцу очень мощными стимулами, но технические возможности даже новейших магнитных стимуляторов способны генерировать только определенное число интенсивных стимулов. С учетом этого обстоятельства и анализа сведений литературы представлялось

оправданным изучить возможности изменения силовых способностей мышц посредством слабого по интенсивности магнитного воздействия на мышцы-агонисты движения в процессе его непосредственного выполнения.

Объект исследования - механизмы влияния магнитной стимуляции мышц на их функциональные свойства.

Предмет исследования - динамика силовых возможностей мышц при воздействии магнитной стимуляции.

Гипотеза - предполагалось, что ритмическая магнитная стимуляция мышц, вызывающая активацию дополнительных двигательных единиц, будет способствовать развитию мышечной силы.

Цель работы заключалась в изучении возможностей повышения мышечной силы посредством ритмической магнитной стимуляции мышц на фоне их произвольного сокращения.

Задачи исследования:

1. Выявить особенности рефлекторных мышечных ответов, вызываемых наносимой на периферический нерв однократной магнитной стимуляцией различной интенсивности.

2. Изучить влияние ритмической магнитной стимуляции мышц, различающейся по частоте и интенсивности стимулов, на силовые мышечные способности.

3. Определить особенности изменений мышечной силы при воздействии магнитной и электрической стимуляции с целью разработки оптимального режима магнитностимуляционной тренировки для развития силовых способностей мышц голени.

4. Исследовать изменение силовых способностей человека под влиянием курса ритмической магнитной стимуляции, наносимой на мышцы непосредственно в ходе их сокращения.

Научная новизна. В работе получены новые сведения об изменении рефлекторной возбудимости мотонейронов спинного мозга при увеличении интенсивности однократной магнитной стимуляции периферического нерва. Показано, что максимальные рефлекторные мышечные ответы, вызываемые высокоинтенсивным магнитным воздействием, достигаются при меньшем превышении порога, чем в случае использования электрической стимуляции периферического нерва. Выявлено отсутствие болевых и дискомфортных ощущений в условиях нанесения магнитных стимулов. Впервые установлено, что пятнадцатидневный курс магнитной стимуляции скелетных мышц, осуществляемой на фоне их произвольного сокращения, повышает силовые способности мышц, отражающиеся в приросте максимального силового

вращательного момента и увеличении мощности нисходящего драйва на мотонейроны спинного мозга. Определены закономерные изменения параметров электрической активности мышц, лежащие в основе повышения силы их сокращения в результате магнитностимуляционной тренировки.

Теоретическая значимость. Полученные в работе данные расширяют современные представления о механизмах влияния высокоинтенсивного магнитного воздействия на организм человека. Сведения о повышении силовых способностей посредством магнитностимуляционной тренировки мышц имеют значение для развития теоретических представлений о факторах, определяющих эффективность различных по природе внешних стимуляционных воздействий на нервно-мышечный аппарат человека.

Практическая значимость. Разработанный методический подход повышения мышечной силы посредством магнитностимуляционной тренировки мышц дополняет спектр нетрадиционных методик для развития двигательных способностей человека. Магнитная стимуляция мышц может быть использована в клинической практике при реабилитационном восстановлении двигательных функций пациентов после повреждения и заболеваний спинного мозга и скелетных мышц. Полученные данные об изменении рефлекторных мышечных ответов и силового вращательного момента при увеличении силы и частоты магнитной и электрической стимуляции периферического нерва и самих мышц можно применять при моделировании направленного воздействия силовых тренировочных программ на функциональное состояние мышечного аппарата спортсменов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Постактивационный эффект, вызываемый пятнадцатидневной магнитностимуляционной тренировкой, сохраняется до тринадцати суток, что отражается в повышенном уровне как мышечной силы, так и параметров электрической активности мышц-агонистов в процессе реализации максимального усилия.

2. Увеличение мышечной силы под влиянием магнитностимуляционной тренировки мышц сопровождается изменением рефлекторной возбудимости мотонейронных пулов, обеспечивающих выполнение двигательного действия.

3. Максимальная амплитуда рефлекторных мышечных ответов, вызываемых высокоинтенсивной магнитной стимуляцией и электрическим раздражением периферического нерва, достоверно не различается, что свидетельствует о примерно одинаковом количестве активируемых

афферентных и эфферентных нервных волокон при обоих видах стимуляционного воздействия.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Результаты исследования доложены и обсуждены на: VII и VIII Всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Новые подходы к изучению классических проблем» (Москва, 2013, 2015); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии повышения спортивной работоспособности» (Великие Луки, 2013); XXII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013); V Российской с международным участием конференции «Управление движением» (Петрозаводск, 2014).

Личный вклад диссертанта.

Представленные на защиту результаты исследования получены лично автором. Диссертант определил цель и задачи диссертационной работы, самостоятельно провел запланированные исследования, обработку и интерпретацию полученных результатов.

Структура и объе,м диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций и двух актов внедрения; изложена на 115 страницах печатного текста, содержит 13 рисунков и 12 таблиц, 196 источников литературы, в том числе - 89 иностранных.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проведено на базе «Научно-исследовательского института проблем спорта и оздоровительной физической культуры» ФГБОУ ВПО «Великолукская государственная академия физической культуры и спорта» в период с 2011 по 2014 гг.

В исследовании приняло участие 55 здоровых испытуемых мужского пола в возрасте 19-28 лет, занимающихся спортивными играми, квалификация - II - I разряд. Условия проведения эксперимента были согласованы с комитетом по биоэтике ВЛГАФК, все испытуемые получили детальную информацию о проводимом исследовании и дали письменное согласие на участие в нем в соответствии с Хельсинской декларацией.

С учетом задач исследования были использованы следующие методы:

1) анализ и обобщение научной литературы;

2) динамография;

3) поверхностная и вызванная электромиография;

4) магнитная симуляция мышц;

5) электрическая стимуляция мышц;

6) методы математической статистики.

В первой части исследования изучалось изменение параметров Н-рефлекса и М-ответа при увеличении силы одиночного магнитного (стимулятор «Magstim 200», 2007) и электрического воздействия (стимулятор «Нейрософт», 2006) на периферический нерв п. tibialis. У испытуемых индивидуально определялся порог Н-рефлекса и М-ответа m. gastrocnemius (GM) и т. soleus (SOL), затем интенсивность каждого следующего стимула последовательно увеличивалась на 10 % до момента регистрации максимального Н-рефлекса и М-ответа. На рисунке 1 приведены оригинальные записи Н-рефлекса и М-ответа m. gastrocnemius, вызываемые магнитной стимуляцией п. tibialis.

Рисунок 1 - Типичный образец записи М-ответа и Н-рефлекса m. gastrocnemius при магнитной стимуляции п. tibialis.

Во второй части исследования все испытуемые подвергались воздействию ритмической магнитной стимуляции, однофазной и двухфазной электростимуляции в состоянии покоя. Исследование проводилось в двух экспериментальных условиях: а) при постоянной силе стимула с прогрессивно нарастающей частотой шагом 5 Гц - 5 Гц, 10 Гц, 15 Гц, 20 Гц, 25 Гц; б) при постоянной частоте стимуляции с увеличением силы стимула на 10 % при

g

каждой последующей стимуляции. Сила стимуляционного воздействия на скелетные мышцы подбиралась и рассчитывалась индивидуально для каждого испытуемого. Стимуляция наносилась в следующем порядке: однофазная электрическая стимуляция, двухфазная электростимуляция, магнитная. Длительность пачки стимулов во всех экспериментальных условиях составляло 5 с. В специальной серии исследования регистрировалась электрическая активность отдельных двигательных единиц (ДЕ) ш. gastrocnemius после магнитной стимуляции данной мышцы.

В третьей части исследования испытуемые были разделены на контрольную (КГ) и экспериментальную (ЭГ) группы по 9 человек в каждой, равные по силовым показателям. Испытуемым обеих групп предлагалось выполнять плантарную флексию стопы (концентрическое сокращение) в течение пятнадцати тренировочных дней с усилием 80 % от максимального вращательного момента на мультисуставном лечебно-диагностическом комплексе («Biodex», 2006). В каждом тренировочном занятии выполнялось 10 мышечных сокращений. Время отдыха между движениями составляло 50 с. Длительность одиночного цикла плантарной флексии стопы составляла 5 с, амплитуда движения равнялась 40°. Программа тренировочных занятий была одинаковой в обеих группах. Отличие заключалось лишь в том, что испытуемым ЭГ во время выполнения плантарной флексии наносились магнитные стимулы с помощью магнитного стимулятора «Magstim 200», Магнитная стимуляция наносилась на m. gastrocnemius с частотой в 5 Гц, мощность стимуляции составляла - 50 % от максимального выхода магнитного стимулятора (1,8 Тесла), время стимуляции - 5 с. Использовалась плоская катушка диаметром 50 мм.

У испытуемых обеих групп в дни контрольных тестирований регистрировались: максимальный силовой момент на комплексе «Biodex»; Н-рефлекс и М-ответ мышц голени. Во время выполнения произвольного максимального силового момента записывалась биоэлектрическая активность GM, SOL, tibialis anterior (ТА). Н-рефлексы и М-ответы GM и SOL вызывались по традиционной методике, путем стимуляции п. tibialis с помощью стимулятора 8-канального электронейромиографа («Нейро-МВП-8», 2006). При анализе данных учитывалась максимальная величина вращательного момента из трех попыток.

В процессе этого эксперимента было проведено 9 контрольных тестирований для наблюдения за динамикой исследуемых параметров. Первое тестирование выполнено до начала тренировок для определения исходных показателей, последующие три тестирования - после 5, 10, и 15 тренировочных

дней, а также 5 тестирований - 3, 6, 13, 24 и 35 день после прекращения тренировочных занятий.

Статистическая обработка результатов исследования проводилась при помощи стандартных компьютерных программ «Microsoft Office Excel 2010» и «Statistica 10».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты анализа параметров Н-рефлекса при увеличении интенсивности стимуляционного воздействия показали, что с возрастанием силы магнитной и электрической стимуляции наблюдаются закономерные изменения амплитуды и длительности Н-рефлекса. Для более удобного рассмотрения в кривой зависимости амплитуды Н-ответа GM от силы магнитного раздражения нерва можно выделить три диапазона (рисунок 2).

Рисунок 2 - Динамика амплитуды Н-рефлекса m. gastrocnemius при увеличении интенсивности стимуляционного воздействия. Примечание: по оси абсцисс - увеличение интенсивности стимула в % по отношению к

порогу.

В 1-м диапазоне постепенное увеличение интенсивности магнитного стимула на 10 % - 30 % по сравнению с пороговой сопровождалось значительным увеличением амплитуды Н-рефлекса GM. Во 2-м диапазоне увеличение силы воздействия на 40 % - 70 % не приводило к каким-либо значительным изменениям амплитуды Н-рефлекса, наблюдалось своеобразное «плато» - относительное постоянство величины мышечного ответа. В 3-м диапазоне при повышении силы стимуляции от 80 % до 100 % отмечалось первоначально быстрое, а потом медленное снижение амплитуды Н-рефлекса GM. Изменения амплитуды Н-рефлекса SOL при увеличении силы магнитного воздействия были аналогичны вышеописанным. Величина Н-рефлекса, вероятно, снижается за счет антидромного блока в эфферентных волокнах п.

tibialis и вследствие внутриспинальных процессов торможения альфа-мотонейронов исследуемых мышц.

Максимальные по величине мышечные ответы при использовании магнитной стимуляции регистрировались при значительно меньшем превышении порога, чем в условиях электрического раздражения периферического нерва (таблица 1).

Максимальная амплитуда Н-рефлекса и М-ответа, вызываемых магнитной и электрической стимуляцией, достоверно не различалась (таблица 1)-

Таблица 1 - Параметры мышечных ответов, вызванных магнитной и

электрической стимуляцией (М ± m, п = 12)

Параметры Мышцы Виды стимуляции

Магнитная Электрическая

Порог Н-рефлекса GM 0,75±0,01 T 13,22±2,91 мА

SOL 0,58±0,01 T 13,21±0,12 мА

Порог М-ответа GM 0,52±0,01 T 12,84±2,36 мА

SOL 0,61 ±0,01 T 13,11±2,41 мА

Амплитуда максимального Н-рефлекса (мВ) GM 1,13±0,37 1.36±0.32

SOL 4,27±1,31 4,66±1,33

Амплитуда максимального М-ответа (мВ) GM 5,87±1,01 4,77±0,42

SOL 8,87±1,83 9,15±1,82

Прирост интенсивности стимула по отношению к порогу для достижения максимального Н-рефлекса (%) GM 42,80±6,81* 72,81±10,81

SOL 48,52±8,04* 90,02± 11,31

Прирост интенсивности стимула по отношению к порогу для достижения максимального М-ответа (%) GM 151,43±17,24* 304,31±14.61

SOL 147,11 ±20,21* 300,02± 10.91

Примечание: * - р< 0,05 - достоверность различий между значениями параметров ответов, вызываемых различными видами стимуляции.

Можно предположить, что меньшее превышение порога при достижении максимального Н-рефлекса и М-ответа в случае использования магнитного раздражения п. tibialis определяется более срочным и более действенным эффектом этого вида стимуляции на активацию двигательных единиц, ответственных за генерирование максимальных мышечных ответов, в сравнении с эффектом электрической стимуляции.

Выявлено также, что повышение силы однократного магнитного воздействия на п. tibialis приводит к увеличению продолжительности рефлекторных мышечных ответов - Н-рефлекса и М-ответа. Например, длительность Н-рефлекса SOL при использовании магнитной стимуляции,

превышающей на 10 % пороговую, составляла в среднем по группе 9,11 ± 0,73 мс, а продолжительность максимального Н-рефлекса - 12,65 ± 0,34 мс, при использовании электростимуляции - 8,74 ± 0,53 мс и 12,13 ± 0,75 мс соответственно. Прирост длительности Н-рефлекса и М-ответа мышц голени был статистически значим при обоих видах стимуляции (р=0,01). Увеличение длительности мышечных ответов при повышении силы магнитного воздействия на п. tibialis свидетельствует об активации медленных двигательных единиц мышц голени.

Во второй части исследования изучались особенности изменения мышечной силы в состоянии покоя при нанесении на m. gastrocnemius ритмических магнитных и электрических стимулов различной интенсивности и частоты.

Выявлено, что при повышении частоты и интенсивности магнитной и электрической стимуляции увеличение вращательного момента происходит абсолютно у всех испытуемых. На рисунке 3 представлены данные изменения вращательного момента при нанесении различных видов стимуляционного воздействия на GM в покое с увеличением интенсивности каждого следующего стимула на 10 % по сравнению с порогом.

фон 10 20 30 40 50 60 %

Магнитная — — Электрическая однофазная — • Электрическая двухфазная

Рисунок 3 - Прирост величины вращательного момента при увеличении интенсивности различных видов стимуляции, %.

Примечание: по оси абсцисс - увеличение интенсивности стимула в % по отношению к

порогу.

Сопоставительный анализ динамики величины вращательного момента под влиянием различных стимуляционных воздействий показал, что повышение частоты и интенсивности ритмической магнитной стимуляции приводит к менее выраженному повышению вращательного момента в сравнении с однофазной и двухфазной электрической стимуляцией, но

испытуемые в процессе магнитного раздражения не испытывали болевых и дискомфортных ощущений. Наибольший прирост вращательного момента наблюдался при использовании однофазной электрической стимуляции, исходный уровень в этом случае был превышен на 374,4 % (р<0,05).

В результате исследования электрической активности отдельных ДЕ т. gastrocnemius выявлено достоверное повышение частоты их разрядов под влиянием магнитной стимуляции. Частота импульсной активности ДЕ исследуемой мышцы в среднем по группе возросла на 21,0 % (р<0,05).

Данные о параметрах Н-рефлекса и М-ответа исследуемых мышц полученные при однократной стимуляции периферического нерва, а также сведения об изменении величины вращательного момента при различных видах ритмической стимуляции мышц голени в состоянии мышечного покоя, позволили подобрать характеристики и режим магнитностимуляционной тренировки мышц на фоне их произвольного сокращения.

В результате анализа эффектов пятнадцатидневной тренировки установлено, что величина прироста максимального вращательного момента (МВМ) зависела от количества тренировочных занятий, проведенных испытуемыми контрольной и экспериментальной групп (рисунок 4). После пяти дней тренировки максимальный вращательный момент в контрольной группе увеличился в среднем на 9,5 %, после десяти - на 28,2 %, после пятнадцати - на 32,5 % в сравнении с исходными значениями (р<0,05). В экспериментальной группе прирост силовых возможностей был более значительным.

5-й день тренировок 10-й день тренировок 15-й день тренировок

! а КГ ВЭГ

!________________________

Рисунок 4 - Среднегрупповые показатели прироста (%) силового вращательного момента в голеностопном суставе. Примечание: * - достоверность различий при р < 0,05.

По истечении пяти тренировочных дней с применением магнитной стимуляции мышц максимальный вращательный момент у испытуемых экспериментальной группы увеличился на 24,9 %, после десяти - на 52,3 %, а после пятнадцати - на 51,9 % по сравнению с фоновыми величинами. Таким образом, прирост силовых возможностей в экспериментальной группе был больше в среднем на 15,4 %, 24,1 % и на 19,4 %, соответственно, чем в контрольной группе (во всех случаях р<0,05).

Наибольшее увеличение МВМ в экспериментальной группе сопровождалось изменениями электрической активности мышц (ЭМГ), зарегистрированной в процессе максимального вращательного момента (таблица 2). Амплитуда и частота электроактивности GM и SOL в экспериментальной группе возрастала в большей степени по сравнению с динамикой этих параметров у испытуемых контрольной группы.

Таблица 2 - Параметры электромиограммы скелетных мышц голени при _развитии максимального усилия (М ± ш, п=18)

Группа Параметры ЭМГ Мышцы Исходные величины Дни тренировок

5 10 15

КГ Амплитуда, мкВ gastrocnemius 412,44± 43,34 606,34± 45,91* 645,26± 57,95* 615,41± 54,97*

soleus 543,48± 76,19 796,11± 52,64* 734,31± 55,05* 766.74± 46,66*

Частота, Гц gastrocnemius 364,58± 51,31 498,15± 24,05* 493,04± 21,57* 513,74± 24,51*

soleus 252,11± 28,36 367,15± 9,19* 377,11± 15,94* 386,15± 10.83*

ЭГ Амплитуда, мкВ gastrocnemius 319,41± 35,59 546,52± 65,49* 618,41± 43,06* 686,96± 56,91*

soleus 343,52± 34,47 504,19± 30,53* 547,04± 34,82* 507,19± 48.75*

Частота, Гц gastrocnemius 285,92± 39,57 431,74± 47,59* 516,41± 30,92* 513,19± 20,43*

soleus 251,51± 31,69 330,85± 20,42* 381,67± 14,16* 373,37± 10,24*

Примечание: * - р < 0,05 - достоверность различий между соответствующим параметром и

его исходной величиной.

Прирост амплитуды ЭМГ вМ у испытуемых экспериментальной группы после пяти тренировочных занятий был больше на 24,1 %, после десяти - на 37,0 %, а после пятнадцати - на 65,8 %, чем в контрольной группе (во всех случаях р<0,05). Частота ЭМГ названной мышцы достоверно увеличилась на 14,3 %, 45,4 % и 74,2 %, соответственно, по сравнению с приростом этого параметра в контрольной группе. Амплитуда и частота электроактивности ТА

статистически значимо не изменялась у испытуемых обеих групп на протяжении всех пятнадцати тренировочных занятий.

По характеристикам электроактивности мышц голени, представленным в таблице 2, можно заключить, что амплитуда и частота ЭМГ GM и SOL у испытуемых экспериментальной группы в подавляющем большинстве тестовых испытаний была ниже показателей контрольной группы. Заметим, что МВМ у обследуемых экспериментальной группы был выше по сравнению с испытуемыми контрольной группы, следовательно, им требовались более низкие величины частоты и амплитуды ЭМГ мышц голени для развития более значительного по величине мышечного усилия.

Амплитуда максимального Н-рефлекса является одной из наиболее важных характеристик функционального состояния спинальных мотонейронов, поскольку отражает их рефлекторную возбудимость. На рисунке 5 приведены данные о динамике амплитуды максимальных Н-рефлексов, зарегистрированных в состоянии мышечного покоя после пяти и десяти тренировочных занятий в экспериментальной группе.

Рисунок 5 - Прирост амплитуды Н-рефлекса ш. gastrocnemius в экспериментальной группе. Примечание: * - р< 0,05 - достоверность различий между соответствующим параметром и

его исходной величиной.

после 5 дней тренировок

после 10 дней тренировок

Проведенный анализ полученных результатов позволил установить, что достоверное изменение амплитуды Н-рефлекса наблюдалось только у испытуемых экспериментальной группы. В этом случае по сравнению с исходными величинами амплитуда Н-рефлекса m. gastrocnemius выросла на 39,0 % после пяти тренировочных дней, на 30,1 % - после десяти

тренировочных дней (рисунок 5). Статистически значимых различий в амплитуде максимального М-ответа скелетных мышц голени у испытуемых обеих групп не наблюдалось.

Обнаруженный нами факт увеличения амплитуды и частоты ЭМГ мышц-агонистов при выполнении максимальных произвольных сокращений у испытуемых контрольной и экспериментальной групп на фоне недостоверных изменений амплитуды М-ответа, дает определенные основания предположить, что прирост силовых возможностей в обеих группах связан преимущественно с модуляцией нисходящего нервного драйва к спинальным мотонейронам под влиянием тренировочных занятий. Существенное значение в этом случае имеет и формирование оптимальной координационной структуры выполняемого произвольного движения, поскольку хорошо известно, что при реализации силовых тренировочных программ первоначальный прирост силы скелетных мышц достигается прежде всего за счет совершенствования соответствующего двигательного навыка. Очевидным свидетельством совершенствования координационной структуры выполняемого в нашем исследовании двигательного действия является повышение электроактивности мышц-агонистов и отсутствие каких-либо изменений активности антагониста, т.е. улучшение координации в системе мышц агонист-антагонист.

При анализе возможных механизмов более значительного прироста силовых возможностей у испытуемых экспериментальной группы целесообразно рассмотреть две возможные причины такого явления. Причины эти могут быть следующими: 1) улучшение микроциркуляции в тканях мышцы под влиянием магнитной стимуляции; 2) активация высокопороговых (быстрых) двигательных единиц мышц.

Имеются данные литературы об улучшении микроциркуляции в тканевых структурах мышцы при воздействии на нее высокоамплитудными магнитными стимулами (Сысоева И.В. Изучение влияния магнитных полей высокой интенсивности на скелетные мышцы методом электронейромиографии // Вестник Рос. гос. мед. универ. 2006, № 2. С. 424-425). Улучшенная микроциркуляция может способствовать процессу деполяризации клеточных мембран и, следовательно, возникновению потенциала действия.

Известно, что основными факторами, обеспечивающими повышение силы произвольного сокращения скелетных мышц, является рекрутирование высокопороговых ДЕ и увеличение частоты их импульсации. ДЕ этого типа содержат более значительное количество мышечных волокон и вносят больший вклад в напряжение мышцы, чем низкопороговые единицы. Активация высокопороговых ДЕ происходит лишь при больших по величине мышечных

усилиях. Вместе с тем, имеются сведения, что при электрической стимуляции мышцы эти ДЕ активируются уже при незначительном раздражении, т.е. в этом случае проявляют себя как низкопороговые (Коц Я.М. Тренировка мышечной силы методом электростимуляции // Теория и практика физической культуры. 1971, № 4. С. 64-67). Следовательно, и под влиянием магнитной стимуляции, наносимой на мышцу в момент ее сокращения, будут активироваться высокопороговые ДЕ, которые в обычных условиях не вступают в работу. Их активность обеспечивает дополнительный прирост силовых возможностей мышцы и вследствие следовых процессов эта приобретенная сила будет сохраняться определенное время.

С научной и практической точек зрения было важно выяснить, насколько долго сохраняется эффект силовых тренировок после их прекращения в контрольной группе и у испытуемых, которым во время выполнения произвольного сокращения мышц наносилась магнитная стимуляция.

После окончания тренировок силовой направленности в экспериментальной и контрольной группах зарегистрировано последовательное изменение величины максимального вращательного момента (рисунок 6).

Рисунок 6 - Среднегрупповые показатели силового вращательного момента в голеностопном суставе после прекращения тренировок (%). Примечание: по оси абсцисс - дни после прекращения силовых тренировок, по оси ординат -величина МВМ дана в сравнении с исходными значениями.

Выявлено, что на третий и шестой день после прекращения силовых тренировок величина максимального вращательного момента увеличилась в обеих группах по сравнению с пятнадцатым днем тренировок и с исходным уровнем. Так, в контрольной группе прирост по сравнению с фоновыми значениями составил к третьему дню окончания тренировок - 40,0 %, а к

3-й день 6-й день 13-й день 0КГ 0ЭГ

24-й день 35-й день

шестому дню - 41,6 %, в экспериментальной группе - 53,3 % и 59,9 %, соответственно. Среднегрупповой прирост вращательного момента после прекращения тренировок с применением магнитной стимуляции в экспериментальной группе на шестой день окончания тренировок был выше на

18.3 % по сравнению с контрольной группой (р<0,05). Этот факт, указывает на более значительный эффект тренировок с применением магнитной стимуляции мышц.

Повышенные под влиянием тренировки величины амплитуды и частоты электроактивности GM, SOL и ТА, регистрируемой в процессе максимального усилия, сохранялись до шестого дня после прекращения тренировок по развитию силы мышц голени. Так, амплитуда электроактивности GM у испытуемых контрольной группы на шестой день после прекращения силовых тренировок была больше на 50,0 % по сравнению с фоновыми значениями, а амплитуда ЭМГ SOL - на 32,6 %. У испытуемых экспериментальной группы амплитуда ЭМГ GM и SOL на шестой день после прекращения тренировок по развитию силы с нанесением магнитной стимуляции превышала на 90,8 % и 50,9 % соответственно исходные величины. Следует отметить, что в обеих группах прирост амплитуды ЭМГ SOL на тринадцатый день после прекращения силовых тренировок был выше по сравнению с шестым днем, в контрольной группе на - 12,0 % (р=0,01), а в экспериментальной группе на -21,2 %. Амплитуда электроактивности GM и SOL в обеих группах снижалась при тестировании через двадцать четыре дня после прекращения силовых тренировок и в еще большей степени - при тестировании на тридцать пятый день после окончания тренировочных занятий. Так, в контрольной группе амплитуда ЭМГ GM уменьшилась на двадцать четвертый день - на 20,2 % (р=0,03), на тридцать пятый - на 28,7 % (р=0,03), а в SOL на - 15,6 % (р=0,04) и

22.4 % (р=0,007), по сравнению с шестым днем окончания силовых тренировок. У обследуемых экспериментальной группы значения амплитуды ЭМГ мышц голени уменьшились на двадцать четвертый день без силовых тренировок в GM на 22,9 % (р=0,01), на тридцать пятый - 26,8 %, а в SOL на - 10,7 % и 12,2 %. Сопоставляя описанные выше результаты и данные рисунка 6 можно отметить, что такой спад логичен, поскольку величина максимального вращательного момента к двадцать четвертому дню после прекращения силовых тренировок значительно снизилась в обеих группах.

Проведенный анализ не выявил достоверных изменений амплитуды Н-рефлекса и М-ответа после прекращения силовых тренировок как в экспериментальной, так и контрольной группах.

Таким образом, увеличение силовых возможностей, достигнутое при магнитностимуляционной тренировке, сохранялось достаточно долгое время. Возвращение исследуемых параметров электроактивности мышц голени при реализации максимального вращательного момента к исходному уровню происходило на тридцать пятый день после окончания тренировочных занятий.

В результате проведенных исследовании предложен новый методический подход развития мышечной силы посредством 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 дополнительное средство тренировочного воздействия в тех видах спорта, в которых результат зависит от силовых способностей, а также в реабилитационном восстановлении двигательных функций после повреждения и заболеваний спинного мозга и скелетных мышц.

ВЫВОДЫ

1. При прогрессивно нарастающем повышении силы магнитной стимуляции п. tibialis происходит быстрое первоначальное увеличение амплитуды Н-рефлекса мышц голени, сменяющееся последующей ее стабилизацией, а затем резким снижением. Величина Н-рефлекса, вероятно, снижается за счет антидромного блока в эфферентных волокнах п. tibialis и вследствие внутриспинальных процессов торможения альфа-мотонейронов исследуемых мышц.

2. Максимальный Н-рефлекс и М-ответ скелетных мышц голени при использовании магнитной стимуляции достигаются при существенно меньшем превышении порога, чем в условиях электрического воздействия на периферический нерв. Так, прирост силы магнитного воздействия на нерв для достижения максимального Н-рефлекса m. soleus составляет 48,5 ± 8,0 %, а при электрической стимуляции - 90,0 ± 11,3 % (р<0,05).

3. Повышение силы однократного магнитного воздействия на п. tibialis приводит к увеличению продолжительности рефлекторных мышечных ответов, что свидетельствует о последовательной активации все более тонких афферентных и эфферентных нервных волокон, связанных с медленными мышечными волокнами (тип S), по мере возрастания интенсивности магнитной стимуляции.

4. Увеличение силы и частоты ритмической магнитной стимуляции мышц вызывает менее выраженное повышение силового вращательного момента в сравнении с электрической стимуляцией, но испытуемые в процессе магнитного стимуляционного воздействия не испытывают болевых и дискомфортных ощущений.

5. Магнитностимуляционная тренировка мышц в течение пятнадцати дней приводит к значительному увеличению силовых возможностей испытуемых экспериментальной группы, что проявляется в увеличении максимального силового вращательного момента на 51,9 % по сравнению с исходным уровнем и на 19,4 % - по сравнению с контрольной группой (в обоих случаях р<0,05).

6. Повышение силовых возможностей скелетных мышц, вызываемое магнитностимуляционной тренировкой, сопровождается увеличением амплитуды и частоты электрической активности мышц-агонистов при реализации максимального усилия, что свидетельствует о формировании моторной команды, обеспечивающей активацию дополнительного количества двигательных единиц мышц голени.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Магнитностимуляционная тренировка мышечной силы может быть использована как дополнительное средство повышения силовых возможностей спортсменов.

2. Курс магнитного воздействия может быть рекомендован к применению в качестве миостимулирующего метода в постиммобилизационном периоде реабилитации.

3. Полученные в работе сведения об особенностях изменений мышечной силы под воздействием магнитностимуляционной тренировки целесообразно использовать при дальнейшем изучении механизмов влияния магнитного воздействия на состояние ЦНС и мышечного аппарата человека.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Беляев А.Г. Повышение силы мышц голени спортсмена с помощью электромагнитной стимуляции / А.Г. Беляев, P.M. Городничев, В.Н. Шляхтов // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - № 6 (100). - 2013. - С. 20-25 (авт. 80 %).

2. Беляев А.Г. Влияние электромагнитной стимуляции на показатели мышечной силы / А.Г. Беляев, P.M. Городничев, Е.А. Пивоварова, В.Н. Шляхтов // Физиология человека. - 2014. - Т.40, №1. - С. 76-81 (авт. 70 %).

3. Беляев А.Г. Магнитная стимуляция скелетных мышц как новый способ повышения силовых возможностей спортсменов / А.Г. Беляев, P.M. Городничев // Новые подходы к изучению классических проблем: матер. VII Всерос. с междунар. участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности; под общ.ред. И.Б. Козловской, O.JI. Виноградовой, Б.С. Шенкмана. -М.: Графика-Сервис, 2013. - С. 87 (авт. 90 %).

4. Беляев А.Г. Магнитная стимуляция мышц на фоне их произвольного сокращения как новый метод повышения силы / А.Г. Беляев // Инновационные технологии повышения спортивной работоспособности: сб. тез. Всерос. науч.-практ. конф.; под общ.ред. P.M. Городничева, Е.А. Пивоваровой. - Великие Луки: ВЛГАФК, 2013. - С. 11-12.

5. Беляев А.Г. Развитие мышечной работоспособности с помощью электромагнитной стимуляции / А.Г. Беляев, В.Н. Шляхтов, P.M. Городничев // XXII съезд физиологического общества им. И.П. Павлова: сб. тез. Всерос. науч.-практ. конф,- М.: Волгоград, 2013. - С. 56 (авт. 80 %).

6. Беляев А.Г. Электромагнитная стимуляция моторной системы как метод исследования некоторых проблем спорта / А.Г. Беляев, P.M. Городничев, Е.А. Михайлова, В.Ю. Ершов, В.Н. Шляхтов // Наука и спорт: современные тенденции. - 2013. - Т. 1, № 1. - С. 89-95 (авт. 40 %).

7. Беляев А.Г. Особенности восстановления силовых возможностей после электромагнитных стимуляционных воздействий / А.Г. Беляев // Сборник тезисов V Российской конференции с междунар. участием по управлению движением; под ред. И.Б. Козловской, О.Л. Виноградовой, АЛО. Мейгала. -Петрозаводск: ПетрГУ, 2014. - С. 9.

8. Беляев А.Г. Магнитная стимуляция как новый дополнительный метод повышения силы спортсмена / А.Г. Беляев // Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных спортсменов в условиях училищ

олимпийского резерва: сб. науч. тр. V Междунар. науч.-практ. конф.; под общ. ред. Г.Н. Греца, Ю.А. Глебова. - Смоленск: СГУОР, 2015. - С. 30-34.

9. Беляев А.Г. Особенности изменения вращательного момента при магнитной и электрической стимуляции периферического нерва и мышц голени / А.Г. Беляев // Новые подходы к изучению классических проблем: мат. VIII Всерос. с междунар. участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности. -М: ООО «Альфа-Принт», 2015. - С. 45.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ДЕ - двигательные единицы; МВМ - максимальный вращательный момент; Т - теслы; ЭМГ - электромиограмма; МС - магнитная стимуляция; ЭС - электрическая стимуляция; GM - икроножная мышца; SOL - камбаловидная мышца; ТА - передняя большеберцовая мышца.

Сдано а набор 20.02 2015. Подписано а печать 24.02.2015. Печать офсетная. Формат 60*90 1/16. Объем 1.1 л.л. Тираж 100 экз. Заказ I378

ГП Псковской области «Великолукская городская типография» Комитета по средствам массовой информации Псковской области, 182100, г. Великие Луки, ул. Полиграфистов, 78/12 Тел./факс: (81153) 3-62-95 E-mail: 2akaz@veltip.ru