6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Багатоканальна_електростимуляція_Давиденко_В_Ю_

кроликов. Левая конечность служила контролем. Первый сеанс длился 7 минут, остальные по 10 минут. Раздражения были сверхпорпоговыми, но не вызывали оборонительной реакции животных. Применяли следующие режимы стимуляции: 18 сеансов, 5 сеансов, 2 раза по 5 сеансов с двухдневным перерывом после 5-и сеансов и четырех-дневным отдыхом после второго курса стимуляции.

Фрагменты саркоплазматического ретикулума (ФСР) выделяли из мышц кролика по [22,23,24 ] .

Количество белка, АТФ-азную активность и интенсивность накопления Са2+ – по [25,26]. Содержание АТФ и креатинфосфата определяли по [27,28]. Интенсивность накопления Са2+ выражали в микромолях Са2+ на 1 миллиграмм белка за одну минуту, содержание АТФ и креатинфосфата – в миллиграммпроцентах на 1 г свежей ткани. Все данные обработаны статистически.

Для изучения возбудимости мышц определяли реобазу и хронаксию с помощью хронаксиметра ИС-1.

Для гистологических исследований материал фиксировали в 10%-ом формалине и системе спирт-формалин (2:1). Срезы обрабатывали гематокси- лин-эозином, пикрофусином и импрегнировали азотнокислым серебром по Бильшовскому или Бильшовскому-Гросс [29].

Прежде всего мы исследовали накопление Са2+, АТФ-азную активность саркоплазматического ретикулума, содержание АТФ и КФ тканей мышц. Как видно из таблицы 4.1, все исследованные показатели скелетных мышц правой и левойконечности нормальныхкроликов неотличаются одинот другого(ρ>0.5) .

Таблица 4.1. Накопление Са2+ и АТФ-азная активность в фрагментах саркоплазмати-

ческого ретикулума, содержание АТФ и креатинфосфата в симметричных мышцах нормальных кроликов /M±m/.

В следующей серии были исследованы мышцы кроликов, у которых стимулировали мышцы правого бедра в течение 18-и дней.

Данные этой серии исследований указывают на то, что накопление Са2+, АТФ-азная активность ФСР, содержание АТФ и КФ стимулируемых мышц существенно не изменяется при сравнении с симметричными мышцами

(ρ>0.5).

Однако, если учитывать, что тренировки вызывают изменения не только в стимулируемых мышцах, но и в других органах и тканях [30], то полученные

80

данные следует сравнивать с одноименными мышцами контрольных животных.

Такое сопоставление (табл. 4.2) показывает, что содержание Са2+ ФСР понижено по сравнению с нормой как в стимулируемых мышцах (ρ<0.01), так и в симметричных мышцах другой конечности (ρ=0,01). Кроме того, в мышцах обеих конечностей подопытных животных значительно снижено количество АТФ (ρ=0,001).

Для оценки возбудимости электростимулируемых мышц измерялись реобаза и хронаксия (рис. 4.1). В фоновых исследованиях реобаза была в пределах 6 - 133 вольт, хронаксия – 0,22 - 0,33 мс.

Одноразовая стимуляция вызывала снижение реобазы и хронаксии. Это отчетливо проявлялось и дальше в течение 4-5 сеансов. Уровень возбудимости мышц превышал фоновые показатели до 30 %. Таким образом, на протяжении 5-и сеансов наблюдалось повышение возбудимости мышц. Начиная с 6-го сеанса, величина реобазы повышается и возвращается к исходному уровню, повышение же хронаксии даже его превышает.

Таблица 4.2. Накопление Са2+ и АТФ - азная активность в фрагментах саркоплазматического ретикулума, содержание АТФ и креатинфосфата в скелетных мыш-

цах кроликов после 18-и дневной электростимуляции /М±m/.

4.4Морфологические изменения нервно-мышечных образований при различных режимах ЭС

Приведенные данные говорят о том, что длительная ЭС может отрицательно влиять на работоспособность организма. Подтверждается это таже данными морфологических исследований, которые показали, что длительная ЭС вызывает реактивные изменения со стороны мышечных волокон, двигательных аксонов, моторных нервных окончаний и стволов седалищных нервов как стимулированной, так и симметричной конечностей (рис. 4.2.).

Уже на пятый день эксперимента отмечается, увеличение агирофилии в большинстве моторных аксонов, появление во многих из них выраженных варикозностей, одно и двусторонних выпячиваний в претерминальных участках. Эти изменения являются еще обратимыми и свидетельствуют о высокой функциональной напряженности структур.

81

Рис. 4.1. Динамика показателей хронаксии (1,3) и реобазы (2,4) мышц при электростимуляции без введения (1,3) и с введением (3,4) АТФ.

Рис 4.2. Двуглавая мышца бедра кролика после 10(а) и 18 (б) сеансов электростимуляции:

82

а - повышена аргирофилия и наплывы нейроплазмы притерминаль-ных отделов деятельных отделов двигательных аксомов. В одной двигательной бляшке резко повышена аргирофилия яер, которые плотно размещены одно к одному.

б - фрагментация и комочкообразный распад осевоцилиндрических отростков двигательных аксонов.

Импрегнация по Бильшовскому. .МБ 16. ок.15. об 40.

Через десять суток эксперимента реактивные изменения моторных аксонов становятся более резкими: появляются массивные натеки нейроплазмы, чередующиеся с резким ее сужением. Кроме того, отдельные нервные волокна подвергаются фрагментации. Моторные нервные окончания характеризуются различным состоянием: часть не проявляет никакой реакции на раздражение, большинство находится в раздраженном состоянии, во многих двигательных бляшках происходят патологические изменения – их терминали огрубевают, резко сокращаются, многие из них фрагментируются по типу автономии.

Последний феномен трактуется, как защитная реакция со стороны периферической нервной системы, которая путем ослабления контакта между нервными и мышечными волокнами обеспечивает предохранение передачи импульсации, не отвечающей функциональному состоянию иннервируемого объекта. Об этом же свидетельствует уменьшение размеров многих двигательных бляшек, ядра которых собираются в комочки (рис. 4.2. а).

Через 18 суток эксперимента эти реакции становятся еще более отчетливыми. Наблюдается распад отдельных двигательных бляшек, а также моторных аксонов не только внутримышечных нервных стволах, но и в стволе седалищного нерва. Это свидетельствует о восходящем характере дегенеративного процесса (рис. 4.2. б). Через 10, а особенно 18 дней эксперимента на многих мышечных волокнах возникают узлы локальных сокращений (контрактуры). Плотность поперечной исчерченности в участках контрактур резко увеличивается за счет уменьшения толщины изотропных дисков, что происходит в результате глубокого вхождения ниток актина между нитками миозина. Между контрактурами мышечные волокна имеют другой вид. Здесь изотропные диски слишком широкие и сцепление ниток миозина с нитями актина незначительное. Если рассматривать такие мышечные волокна по длине, то можно заметить, что различные их участки характеризуются различным функциональным состоянием – резким сокращением, расслаблением и растяжением (рис. 4.3.).

Это может происходить вследствие локальных нарушений метаболических процессов в мышечных волокнах в связи с изменениями эндоплазматической сетки. Как правило, такие изменения являются обратимыми. Однако, очень часто в участках значительных контрактур разрушается молекулярная организация ниток актина и миозина (рис. 4.3.).

83

Рис. 4.3. Двуглавая мышца бедра кролика после 10 сеансов электростимуляции. Локальные контрактуры на мышечных волокнах. В участке крупных контрактур исчезла поперечная исчерченность и резко проявилась фибриллярность. Гематоксилин - эозин. МБ 16, ок.20, об.20.

Поперечная исчерченность полностью исчезает, наступает так называемая гомогенизация мышечного волокна. Эти изменения не обратимы. Они ведут к нарушению мышечных волокон, которые в дальнейшем фрагментируются и подвергаются восковидной дегенерации. Фрагменты таких волокон были выявлены в двуглавой и четырехглавой мышцах конечностей, после 18-и сеансовЭС (рис. 4.4.). Вполезрения на 100 волокон 2-3 нарушения.

После прекращения ЭС в течение 5-10 дней контрактуры мышечных волокон постепенно исчезают, происходит внутриклеточная регенерация мышечных волокон, они приобретают нормальную структуру. Фрагменты мышечных волокон, что распадались, рассасываются и на их месте развивается соединительнаяткань.

84

Рис. 4.4. Двуглавая мышца бедра после 18 сеансов электростиму-ляции. Дегенерация отдельных мышечных волокон. Импрегнация по Бильшовскому (вверху), гематоксилин - эозин (внизу), МБ16, ок. 20, об. 20.

Явление раздражения периферических отделов двигательных аксонов сохраняется до 15-и суток. Наблюдается прямая или коллатеральная регенерация периферических отделов моторных аксонов, которые подверглись дегенеративным изменениям.

Все сказанное дает основание считать нецелесообразным применение длительного режима ЭС (в частности 18 сеансов для животых).

Поэтому в следующей серии исследований мы уменьшили количество сеансов до 5-и.

Как видно из таблицы 4.3, содержание АТФ, креатинфосфата и активность АТЗ-азы фрагментов саркоплазматического ретикулума мышц, стимулированных на протяжении 5-и дней, достоверно не изменяется по сравнению с контрольными (ρ>0,5) и нормальными (ρ>0,5) мышцами, достоверно уменьшается только интенсивность накопления Са2+ в фрагментах саркоплазматического ретикулума (ρ>0,05).

85

Таблица 4.3 Накопление Са2+ и АТФ-азная активность в фрагментах саркопазматического ретикулума, содержание АТФ и креатинфосфата в скелетных мышцах

кроликов после пятидневной ЭС (М ±m).

Пятидневная ЭС (по 10 минут в день) не вызывает заметных под световым микроскопом изменений мышечной ткани.

Таблица 4.4 НакоплениеСа2+ и АТФ-азнаяактивностьвфрагментахсаркопазматиче- скогоретикулума, содержаниеАТФикреатинфосфата вскелетныхмышцах кроликовприэлектростимуляции дваразапопять дней спериодами отдыха/М±m/.

Поскольку в этой серии исследований наблюдается уменьшение АТФзависимого накопления Са2+, что характерно при наследственной мышечной дистрофии [31,32], решено было испытать режим стимуляции с включением периода отдыха, чтобы создать возможность для восстановления нарушенных после нагрузки процессов.

После 5-и сеансов ЭС животные два дня отдыхали, потом еще 5 дней стимулировались и 4 дня отдыхали. В таблице 4.4 приведены данные этих исследований.

Содержание АТФ, креатинфосфата и АТФ - азная активность фрагментов саркоплазматического ретикулума заметно не меняются (ρ>0,2), а интенсивность накопления Са2+ в них как и при стимуляции на протяжении 18-и и 5-и суток достоверно снижается (ρ<0,05). Мышцы контрольных конечностей по этим показателям не отличаются от нормы (ρ>0,5).

86

Таким образом, включение отдыха при десятидневной электростимуляции не способствует полной нормализации этого важного для сократительного акта процесса.

Исходя из данных, полученных в отделе биохимии мышц института биохимии НАНУ о нормализующем влиянии АТФ на протекание обменных процессов в мышцах [33-35], было решено провести исследования с введением АТФ на протяжении всего периода ЭС. Одновременно стимулировали 2 кролика, одному из которых вводили ежедневно по 1 мл 1%-го раствора натриевой соли АТФ. Применяли последние два режима стимуляции, а именно: 5 дней и 2 раза по 5 дней с периодами отдыха. Выяснилось (таблицы 4.3 и 4.4), что введение кроликам АТФ предохраняет снижение интенсивности накопления Са2+ фрагментами саркоплазматического ретикулума. Содержание АТФ и креатинфосфата остается без изменений. Величина физиологических показателей при этом уменьшается, что свидетельствует о повышени возбудимости. По данным морфологических исследований контрактуры мышечных волокон у животных, которымнапротяжениивсегопериода ЭСвводилиАТФ, возникали оченьредко.

4.5Функциональные изменения нервно-мышечной системы при различных режимах электростиму-ляции

Электростимуляция не только успешно внедряется в клиническую, спортивную и космическую медицину и реабилитацию, но и успешно применяется в косметологии. Однако ряд важных вопросов, касающихся оптимизации режимов миостимуляции, остаётся нерешенным. На наш взгляд, наиболее остро стоит вопрос подбора наиболее адекватных характеристик стимулирующих сигналов и методик стимуляции. В этой связи В.Б.Ласков [36] выполнил работу, в которой стояла задача сравнить эффективность использования приборов Тонус-'1", "Тонус-2", "Саноматик" (типов SХ-3 и SХ-4) и аппарата "Миоритм". Приборы "Тонус-1", " Тонус-2" и "Саноматик" предназначенны для стимуляции мышц диадинамическими токами, аппарат "Миоритм" генерирует размыкательные фарадические импульсы с амплитудно-частотной модуляцией, причём девиация частот составляет от 20 до 110 Гц.

В качестве экспериментального материала использовались кролики в связи с имеющимися данными о схожести течения посттравматических процессов при повреждении нервно-мышечного аппарата человека и кролика. Исследование проведено на 30 кроликах.

Все животные подверглись операции, при которой каждому из них в правый седалищный нерв вживлялись биполярные раздражающие электроды специальной конструкции и подшивались контакты биполярного отводящего электрода к икроножным и перонеальным группам мышц; провода от электродов фиксировались к фасциям и выводились в область шеи у затылочной кости животного. Раны зашивались и животное в течение недели находилось на восстановлении [36].

87

Контроль за состоянием животных осуществляли с помощью стимуляционной электронейромиографии (ЭНМ). При этом на миографической системе МГ-42 ("Медикор", Венгрия) регистрировали латентные периоды вызванных супермаксимальной стимуляцией потенциалов действия мышц (М-ответов), амплитуды максимального (Амакс) и минимального (Амин) М-ответов и число функционирующих единиц (ДЕ) в изучаемых мышцах при раздражении седалищных нервов. Кроме того, определяли пороги генерации М-ответов при стимуляции седалищных нервов.

Фоновые параметры после операции определяли до 5 раз, и при получении идентичных результатов при последних трёх измерениях приступали к электростимуляции животного, Проведено 2 серии опытов.

В 1-ой серии опытов преследовалась цель установить оптимальную длительность сеанса электростимуляции. Для этого у 5 кроликов с помощью аппарата "Миоритм" стимулировали мышцы голени в течение 10 минут, и также у 5 кроликов раздражали аналогичные мышцы в течение 15 минут. Режим стимуляции : 1с – посылка раздражающих импульсов, 1с – пауза. Интенсивность стимуляции устанавливали таким образом, чтобы амплитуда возникающего мышечного сокращения составляла 90% от максимальной. Число сеансов ЭС – 5, по 1 сеансу в день. После окончания курса миостимуляции на 6-ой день контролировали показатели электронейромиограммы, проводили сопоставления с фоновыми величинами соответствующих параметров.

Опыты 2-ой серии имели своей целью установить, применение каких приборов дает наибольший физиологический эффект. Эксперимент проведён на 20 кроликах. После регистрации достоверных фоновых параметров у 10 из них проводили стимуляцию мышц голени с помощью одного канала прибора "Миоритм-07" (длительность пачки импульсов – 1с, длительность паузы – 1с). Сила раздражения обеспечивала получение мышечного сокращения до 90% от максимального.

У других 10 животных стимулировали аналогичные мышцы прибором "Саноматик" (контрольная группа). Ритм – 1с сокращение – 1с расслабление. Амплитуда вызванных мышечных сокращений достигала 90% от максимально возможной.

Длительность сеанса ЭС в опытах второй серии установлена на основании результатов эксперементов 1-ой серии и составляла 10 минут, число сеан-

сов – 10,

Таким образом, обе группы животных во 2-ой серии опытов имели одинаковый режим ЭС, что позволяло получить сопоставимые результаты, До начала курса ЭС и после её окончания проводили ЭНМГ контроль.

Через 3 недели после окончания курса ЭС у животных экспериментальной группы повторили курс миостимуляции с помощью 2-х каналов прибора "Миоритм", раздражая попеременно икроножные мышцы и мышцы перинеальной группы. До начала курса стимуляции и после её окончания также определены ЭНМГ показатели.

88

По результатам ЭНМГ исследований для всех групп животных определяли изменения (в %) показателей функционального состояния нервномышечной системы.

1. Результаты опытов 1-ой серии.

Результаты ЭНМГ контроля эффективности ЭС в экспериментах 1-ой серии приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 Изменение электронейромиографических показателей при различ-ной

длительности сеанса электростимуляции.

Рассмотрение представленных данных показывает, что электростимуляция при силе вызываемого ею сокращения мышц до 90% от максимальной в течение 10 минут обладает более высоким физиологическим эффектом, чем аналогичная процедура длительностью 15 минут. Так, при продолжительности сеанса 10 минут величина прироста амплитуды максимального М-ответа (по сравнению с исходной) составила 31,71%, в то время как при 15-минутном воздействии этот показатель уменьшился на 0,44%. Число двигательных единиц при длительности сеанса10 минутувеличилосьна23,33%, 15 минут – на0,52%.

Низкие и негативные результаты миостимуляции при 15-минутном воздействии можно объяснить чрезмерной длительностью процедуры, приводящей к переутомлению и истощению нервно-мышечных механизмов (при избранном режиме и интенсивности стимуляции).

Таким образом, наиболее адекватной продолжительностью сеанса миостимуляции у кроликов является 10 минут.

2. Результаты опытов 2-ой серии.

Результаты ЭС мышц подопытных животных контрольной группы диадинамическими токами (приборы типа "Саноматик"), а также результаты миостимуляции подопытных животных экспериментальной группы прибором "Миоритм" (одним каналом) приведены в таблице 4.6. Как показывает сопоставление приведенных данных, ЭС приборами типа "Миоритм" оказывается более эффективной, чем аппаратами, генерирующими диадинамические токи. Под влиянием миостимуляции прибором "Миоритм" на 11% улучшается проводимость по периферическому нерву за счёт укорочения латентного периода М-ответа (отражающего проводимость по двигательным нервным волокнам), увеличивается число функционирующих двигательных единиц (на 27% против 3% при использовании источников диадинамического тока), возрастает ампли-

89

туда максимального М-ответа, то есть максимального мышечного сокращения

(на 33,1% против 13,2%).

После курса электростимуляции мышц-анатагонистов с помощью прибора "Миоритм" величины прироста показателей функционального состояния нервно-мышечных структур составили: для максимальной амплитуды мышечного ответа – 37,2%, для числа функционирующих двигательных единиц – 29,1%, то есть, прирост ещё более увеличился. Следует отметить, что использование приборов "Тонус", "Саноматик" не позволяет провести попеременную стимуляцию мышц-анатагонистов в физиологическом режиме, что также отрицательно сказывается на эффективности применения этих аппаратов

Как показывают полученные в результате проведенной работы данные, применение приборов типа "Миоритм" позволяет достичь более высокого эффекта, чем использование источников диадинамического тока (аппараты "То- нус-1я, " Тонус-21', "Саноматик"). Так, при миостимуляции с помощью прибора "Миоритм" амплитуда максимального М-ответа увеличивается после курса процедур на 33-37%, число функционирующих двигательных единиц возрастает на 27-29% по сравнению с исходным их количеством. При использовании же аппарата "Саноматик" эти показатели увеличиваются соответственно лишь на 13% и 3%.

. Таблица 4.6 Изменение электронейромиографических показателей при электро-

стимуляции приборами «Саноматик» и «Миоритм»

Средние величины регистрируемых показателей

Как известно, показатели электронейромиограммы отражают функциональное состояние нервномышечной системы и свидетельствуют о максимальных функциональных возможностях её. В этой связи существенное увеличение числа функционирующих двигательных единиц в стимулируемых мышцах и амплитуды максимального мышечного ответа является показателем значительного улучшения функционального состояния нервномышечных структур под воздействием миостимуляции с помощью прибора «Миоритм».

Более высокую эффективность, констатированную в этой серии исследований при использовании прибора "Миоритм", следует объяснить тем, что приборы типа "Миоритм" генерируют импульсы, которые ближе по своим па-

90

раметрам к физиологическим, чем диадинамические токи. Они обладают меньшим раздражающим действием, возникающие под их влиянием мышечные сокращения и импульсация в нервах, а также изменения кровоснабжения, более физиологичны. Кроме того, при этом возможно достигать, не превышая болевого порога, более мощных мышечных сокращений, чем при применении диадинамических токов.

Так как приборы "Тонус-1"," Тонус-2", "Саноматик" SX-3 и SX-4 генерируют диадинамические токи, на основании проведенных экспериментов можно утверждать, что выводы, сделанные при сопоставлении физиологического эффекта применения аппарата "Саноматик" и стимулятора "Миоритм", справедливы для всей группы приборов - источников диадинамических токов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что стимуляция нервно-мышечных структур приборами типа "Миоритм" значительно эффективнее, чем раздражение их с помощью аппаратов "Тонуо-1"," Тонус-2" и "Саноматик".

Выводы

1.ЭС мышц в зависимости от режима стимуляции может приводить как к положительным, так и к предпатологическим и патологическим функциональным изменениям.

2.Введение АТФ на протяжении всего срока ЭС оказывает нормализующее влияние на функциональные изменения.

3.Для ЭС мышц человека должны быть отработаны строго определённые режимы и проводиться она должна опытными специалистами и соответствующей цели стимуляции аппаратурой.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ МЫШЦ НА ДВИГАТЕЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА

В предыдущей главе проанализированы работы, выполненные на животных, результаты которых показывают возможности метода электрической стимуляции вызывать глубокие морфо-функциональные и биохимические изменения стимулируемых органов и тканей.

Подчеркнём, что данные, полученные биохимическими школами А.В.Палладина и Н.Н.Яковлева, сыграли положительную роль в создании современных биохимических и физиологических основ физической тренировки.

5.1.Адаптационно-приспособительные реакции при физической тренировке

Изучению влияния тренировки на скелетную мускулатуру в настоящее время посвящено большое число работ. Можно считать твёрдо установленным, что повышенная функциональная нагрузка мускулатуры под влиянием трени-

91

ровки ведёт к физиологическому, морфологическому и биохимическому приспособлению, благодаря чему растут резервные силы организма, повышается работоспособность и, вместе с тем, мускулатура защищается от перенапряжения. Структурные изменения выражаются в гипертрофии мышечных волокон, поперечный разрез тренированной мышцы увеличивается и, вследствие этого, увеличивается максимальная сила мышц. Улучшается также капилляризация и обеспечение тренированной мышцы кислородом. Увеличение числа капилляров улучшает кровоснабжение и замедляет кровоток, улучшая использование кислорода. Это выражается у тренированных в увеличении артерио-венозной кислородной разницы. Эти изменения являются существенными предпосылками для повышения работоспособности тренированной мускулатуры. Биохимические изменения, которые возникают под влиянием тренировки, основываются на увеличении мышечного гликогена, АТФ, фосфорной кислоты, содержания миоглобина и др. Ярко выраженные биохимические изменения можно проследить также в минеральном содержании мышц. Кроме того, тренированная мышца имеет не только высший исходный потенциал, но она может глубже исчерпывать свои резервы.

Доказано также, что уровень двигательной активности определяет особенности функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем, уровень обменных процессов, оказывает влияние на нервные процессы.

Значение двигательных процессов для организма, как одного из важнейших факторов среды, наглядно проявляется при гипокинезии.

Высокий уровень спортивных результатов приводит к повышению интенсивности и объёма тренировочных занятий, приближая их к предельным. Однако жизнь выдвигает всё новые требования к дальнейшему повышению рекордов, а значит, и уровню тренированности. Последний вызывает необходимость ещё больше увеличить эффективность тренировки.

Повышение работоспособности спортсмена является основной проблемой комплекса наук, разрабатывающих теоретические основы и практические рекомендации в области спортивной тренировки. В настоящее время основной акцент в этом направлении делается на большие физические нагрузки и режим их чередования. По степени своего воздействия большие нагрузки уже подошли к границам физиологических возможностей и в связи с этим центр тяжести проблемы переместился в сторону чередования работы с отдыхом, т.е. оптимального планирования тренировочных нагрузок с учётом состояния организма в восстановительном периоде.

Используя различные средства и методы восстановления (активный отдых, фармакология, психотерапия и т.п.) количество тренировочных занятий доведено до такой степени, что социальная ценность спортсмена понижается. Кроме того по мере повышения тренированности адаптационные изменения становятся фактором, тормозящим дальнейшее её повышение [1]. В связи с этим возникает необходимость поиска других путей и средств воздействия на организм спортсмена, которые в определённой мере могли бы исправить указанные выше положения при сохранении и дальнейшем повышении уровня подготовленности спортсменов.

92

Одним из возможных путей решения указанной проблемы может явиться использование метода многоканальной электростимуляции мышц.

5.2Теоретические предпосылки применения метода МЭСМ для повышения двигательных качеств

Вработе известных специалистов в области физиологии двигательной активности Дж. Уилмора и Д. Кастилла [2] наиболее полно, ясно и понятно, без излишней детализации изложены современные знания по разнообразным аспектам физиологии двигательной активности в целом. Наиболее важным, на наш взгляд, является то, что авторы сумели объединить вокруг физиологии достижения и других дисциплин – морфологии, биомеханики, биохимии, спортивной медицины, общей теории физического воспитания и спортивной тренировки. Относительно использования электростимуляции в тренировочном процессе авторы говорят: «Мышцы можно стимулировать, пропустив через них или двигательный нерв электрический ток. Этот метод (электростимуляция) весьма эффективен для предотвращения значительного снижения силовых качеств и размеров мышц при иммобилизации конечностей, а также восстановления силовых способностей в период реабилитации. Он также используется в процессе подготовки физически здоровых испытуемых (включая спортсменов), поскольку способствует развитию мышечной силы. Однако прирост силы, который даёт метод электростимуляции, не намного превышает тот, который имеет место при использовании традиционных методов. Спортсмены используют этот метод в качестве дополнения к обычным программам силовой подготовки, однако, как показывают результаты исследований, такая практика не даёт ощутимых результатов с точки зрения дополнительного увеличения уровнейсилы, мощности илиповышенияспортивныхрезультатов» ([2], стр. 77).

Предпосылкой для использования ЭС для активизации нервно-мышечных структур здорового человека с целью повышения их функциональных возможностей является тот факт, чтоприрода искусственно сформированных сигналови нервного импульса одна и та же – электрическая. Кроме того, имеется огромный опытчеловечества поприменениюЭСвомногихзаболеваниях.

Вспортивной практике мы не сталкиваемся с патологией, но перспектива повышения функциональных возможностей нервно-мышечной системы здорового человека представляется весьма интересной, если ещё и учитывать, что ЭС имеет ряд важных преимуществ по сравнению с другими методами неспецифического воздействия на организм. Это – избирательное воздействие на отдельные группы мышц, отсутствие токсических агентов, отрицательного воздействия (после более двухсотлетнего применения в клинике), нарушений целостности организма. Кроме этого, сила и длительность воздействия легко поддаётся дозировке и весьма просты в управлении. Появившиеся сообщения о методических поисках и первых результатах ЭС здоровых мышц свидетельствовали о возросшем интересе к этой проблеме [3...13].

93

Несмотря на то, что прямое воздействие электрическими импульсами на нервно-мышечные структуры с целью управления определёнными сдвигами применяется в учебной практике около 200 лет, этот вопрос менее изучен и более трудный, чем использование электронных средств для оценки функционального состояния организма. В его решении чисто технические аспекты исследований переплетаются с физиологическими, медико-биологическими.

Важно подчеркнуть, что исследование возможностей использования ЭС для повышения двигательных качеств здорового человека ни в коем случае не означает отказа от физических упражнений или их замены. ЭС должна рассматриваться как вспомогательный метод управления физическим состоянием человека, в частности повышения его работоспособности. Этот результат может быть достигнут под влиянием одного сеанса воздействия – срочный эффект, достигаемый путём повышения возбудимости нервно-мышечного аппарата, или же в итоге суммирования следов многократного воздействия – кумулятивным эффектом воздействия.

Сложность управления физическим состоянием заключается в том, что мы не можем в настоящее время с математической чёткостью описать те биохимические, физиологические и биофизические процессы, которые протекают в организме, в различных органах и тканях под воздействием различных агентов окружающей среды. Подобное управление возможно только опосредованно. Фактически мы управляем лишь действиями. В зависимости от вида действия вызывается тот или иной срочный эффект последействия, и лишь сочетания большого числа срочных эффектов приводит к желаемому результату.

Тренировочный эффект гораздо эффективней при дифференцированном воздействии на каждую из функциональных систем. Это сохраняет время подготовки спортсмена и позволяет достичь более высоких показателей, чем при обычной форме проведения тренировочных занятий.

Общеизвестно, что при максимальных мышечных усилиях человек не может проявить свой «физиологический предел», так как существует «психологический предел». Благодаря охранительному торможению в организме никогдане используется «запас прочности».

Зимкин Н. В. [14] говорит, что при максимальных мышечных усилиях центральная нервная система посылает к мышцам импульсы, вызывающие в них развитие не максимального, а лишь частичного напряжения. Это объясняется тем, что по механизму работы мышца не представляет собой единого целого [15]. Она состоит из нейромоторных единиц неодинаковых размеров. Нейромоторная единица, состоящая из одного мотонейрона и от 1-3 до нескольких сот и даже тысяч мышечных волокон, работает как единое целое: импульсы, посылаемые мотонейроном, приводят в действие все мышечные волокна, входящие в её состав. Чем больше нейромоторная единица, т.е. чем больше мышечных волокон иннервирует мотонейрон, тем больше её вклад в общее напряжение мышц. Физиологические факторы, оказывающие влияние на мышечную силу, весьма многообразны. Наиболее существенным, обуславливающим проявление значительной мышечной силы, является степень моби-

94

лизации моторных функциональных единиц, осуществляющих данный двигательный акт [16,2,4]. В связи с этим для эффективной тренировки необходимо одновременное включение в деятельность возможно большего количества нейромоторных единиц, т.е. их синхронизация. Но нейромоторные единицы, входящие в состав мышцы, включаются в активность по-разному, в зависимости от их размеров: малые единицы активны при малых напряжениях, а большие – только при больших напряжениях. Следовательно, тренировка больших нейромоторных единиц может обеспечиваться только при очень больших напряжениях мышц.

Вспомогательные упражнения, используемые в системе тренировки, увеличивают силу мышц и их массу. Но, с другой стороны, они не укрепляют сложный координационный навык основного движения, а скорее расшатывают его (увеличение массы тела, снаряда, плавание на одних руках, ногах и т.д.). Кроме того, общеизвестно, что максимальная мышечная сила и скорость её проявления находятся в обратной зависимости: чем выше скорость, тем меньше проявленная сила и наоборот. Поэтому при использовании вспомогательных упражнений для развития силы не исключается возможность замедления скорости сокращения.

Salmons, Vrbova [17,18] 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 [19,20], 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 [21, 22].

Вестественных 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.

Висследованиях на животных доказано [23], 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

95

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 [24], 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.

5.3Динамика силы при многоканальной электростимуляции и направленность обмена веществ

Мышечная сила, как физическое качество, имеет важное значение в разносторонней деятельности современного человека. Говоря о силе обычно подразумевают способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных напряжений.

Рис 5.1. Принципиальная схема введения в тренировочный процесс средств с более высоким тренирующим эффектом

Рассмотрев теоретические основы и проанализировав методические положения силовой подготовки спортсменов Ю.В.Верхошанский [25] 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.

96

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 a, b ,c) в развитие ведущей двигательной способности).

Проанализировав имевшийся в то время опыт использования электростимуляционной тренировки (по методике В.А.Хвилона и Я.М.Коца) в условиях подготовки спортсменов высокой квалификации (главным образом в скоро- стно-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 [3] и Я.М.Коцом [4] проявляется (наблюдается) только в тех условиях, где логические рассуждения и практика спортивной тренировки не вступает в противоречия:

V = (F*t)/ M

ЭтоподтвердилвсвоихэкспериментальныхисследованияхВ.Б. Ясюнас[7]. 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 здо-

рового человека.

На первом этапе исследования были проведены на 18 спортсменах II и I спортивных разрядов различных 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» сокра-

97

щающуюся 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. [26] 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.

Таблица 5.1 Изменениепериметраи силымышцподвоздействием 16 сеансов ЭСМ(в%)

P>0,0

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

98

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 напряжениерасслабление был различным и также учитывал специфику спортивных дви-

жений; 1;5; 2; 3 и 4 с

Силу мышц определяли по методике А В. Коробкова и соавт., [26] (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, играющиеважнуюроль притрудовойи спортивнойдеятельности.

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 [27] 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

99