Abstract

REHABILITATION OF MUSCULAR SERVICEABILITY AS FACTOR OF ACHIEVEMENT OF HIGH SPORTS RESULTS

V.N. Loshchilov, Ph.D., associate professor

The Perm state technical university, Perm

The Perm medical academy, Perm

Key words: serviceability, exhaustion, magnetic field, rehabilitation.

The author has studied the influence of induction of the variable (50 hertzmagnetic field on the activity of neuromuscular apparatus of a human being in conditions of local and general(commonexhaustion. He has come to the following conclusions:

- the variable of the magnetic field of industrial frequency influences muscular serviceability, authentically increasing it in conditions of local and general deep exhaustion.

- the parameters of electromyogram at optimum loadings can serve as independent criteria of the stimation of serviceability or exhaustion.

- the quantitative changes of parameters of the electromyogram and pulse at influence of the magnetic field at the given level allow to draw a conclusion, that this influence does not cause appreciable deviations in neurohumoral control.

- the constant of the magnetic field with induction of 75 and 400 gausses does not render influence on the rehabilitation of the muscular serviceability of a person.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАК ФАКТОР ДОСТИЖЕНИЯ ВЫСОКИХ СПОРТИВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Ключевые слова: работоспособность, утомление, магнитное поле, восстановление.

В настоящее время, когда практически достигнут предел человеческих возможностей в спорте, широкое распространение получили различные запрещенные стимуляторы. Мировое сообщество не санкционировало их свободного использования в практике спорта. По-прежнему существует проблема работоспособности [4, 5, 9, 21], озвученная еще в 70-е гг. прошлого столетия, - поиск путей ее восстановления после больших физических нагрузок, поскольку традиционно известные средства и способы в силу адаптационных механизмов организма утрачивают эффективность, а новые не получили развития и остались невостребованными. Автор предлагает обратить внимание на имеющиеся материалы, которые пополнили бы известные средства восстановления.

Изучению влияния магнитного поля (МП) на биологические объекты посвящено большое количество работ [2, 22, 24 и др.]. Установлено, что МП оказывает влияние на различные системы организма человека и животных, в частности, известно о влиянии переменного (50 герц) магнитного поля (ПеМП) на динамику мышц лягушки [11]. В исследованиях влияния МП на деятельность человека отмечается, что оно восстанавливает мышечную силу [8] и работоспособность [15].

МП широко используются в медицине - выпускаются серийные аппараты, однако использование физического фактора в практике спорта ограниченно. Известны факты применения постоянного магнитного поля (ПМП), создаваемого эластичными магнитами. Характеристики ПМП и количественные показатели физиологических изменений, произошедших в результате этих исследований, автору достоверно неизвестны. На период проведения работ влияние ПеМП на мышечную работоспособность человека количественно не изучалось, лишь констатировался факт изменения (больше - меньше). Вероятно, это происходило из-за отсутствия методики, позволяющей оценивать изменения с высокой точностью и повторяемостью.

Развитие исследований с практической направленностью сдерживалось отсутствием технических возможностей, опасностью влияния индукции поля на человека. В целях безопасности использования фактора отметим биологически допустимые параметры индукции поля и времени воздействия на человека, по данным Института гигиены им. Эрисмана. Установлены параметры индукции: на уровне рук - 700 эрстед, на уровне головы - 200 эрстед в течение рабочего дня [6]. Используемые характеристики поля в приведенных исследованиях (в частности, для рук или ног) в 14 раз ниже предельно допустимых по напряженности и в 96 раз ниже по времени воздействия.

В связи с вышеизложенным автор предлагает рассмотреть полученные материалы с позиций использования в труде и спорте. Изучалось влияние индукции ПеМП на деятельность нервно-мышечного аппарата (НМА) человека в условиях локального и общего утомления.

Привлекательным в смысле технической реализации и удобства использования оставалось постоянное магнитное поле. В связи с этим по аналогичной методике было изучено влияние ПМП и на восстановление работоспособности НМА человека [16].

После получения данных о факте влияния ПеМП на процессы восстановления работоспособности невольно возникает вопрос о его количестве, от которого во многом (если не целиком) зависит дальнейшая работа в этом направлении. В связи со сказанным проведено исследование эффективности МП в зависимости от величины индукции и времени воздействия [17].

И, наконец, целесообразно рассмотреть некоторые моменты механизма действия МП на изменение мышечной работоспособности.

Материалы и методы исследования. Влияние ПеМП на деятельность НМА человека в условиях локального и общего (мышечного и функционального) утомления изучалось при 7 различных характеристиках магнитной индукции поля и 4 различных параметрах времени воздействия. Исследование влияния МП на динамику изменения работоспособности и восстановительные процессы НМА проведено на 305 практически здоровых лицах в возрасте от 17 до 34 лет, занимающихся физической культурой по программе вузов, и спортсменах различной квалификации (от III разряда до МС).

Всего изучено 20 различных характеристик. Проведено 474 опыта, в которых зарегистрировано 2167 количественных показателей: выполняемая работа -  2167 раз; время, затраченное на работу, - 2167; показатель электрической активности миограммы - 371; количество осцилляций ЭМГ - 371; показатель пульса - 149 раз; с воздействием МП проведено 300 опытов.

Для создания нагрузки использован разработанный автором эргометр [12], конструкция которого позволяет создавать циклическую нагрузку. Работа производилась сгибанием руки в локтевом суставе, движение ограничивалось и синхронизировалось метрономом, величина нагрузки задавалась индивидуально. Всю систему регистрации выключали в момент, когда в результате развития утомления рука при очередном движении уже не достигает ограничителя. После этого испытуемый пассивно отдыхает в течение 3 мин, не снимая руки с подлокотника. В данных условиях механическая работа с помощью тахогенератора преобразовывалась в электрический сигнал с последующим частотным преобразованием. В итоге получали интегрированную оценку выполняемой работы с учетом силы и скорости движения [13, 14] на протяжении всего рабочего цикла. Информацию о работе за любой промежуток времени получали без учета количества совершаемых циклов.

МП воздействовали на двуглавую мышцу плеча между полюсами невключенного электромагнита (ЭМ).

В исследованиях влияния переменного МП применяли ЭМ с С-образным сердечником, магнитная индукция поля равнялась 50 мТл, а в центре зазора -  33 мТл. Продолжительность воздействия - 3 мин.

В исследованиях влияния ПМП использовали вышеуказанный электромагнит, но МП создавалось питанием не от сети переменного тока, как в первом случае, а от аккумуляторных батарей, величина индукции составила 75 и 400 гауссов.

Влияние МП изучали при общем мышечном и функциональном утомлении на спортсменах-велосипедистах I разряда, КC и МС. Всего проведено 120 пытов (120 наблюдений).

Испытуемые несколько раз работали на спортивном велосипеде до определенной стадии утомления.

Нагрузку подбирали индивидуально для каждого с помощью метода [13], позволяющего регулировать ее от нуля до предельной величины, при которой субъект не мог уже вращать педали. Всем испытуемым задавали одинаковую интенсивность работы, которая контролировалась работающим и экспериментатором. При снижении заданной интенсивности на 10% работу прекращали. Для получения количественной информации о выполняемой работе использовали электронный модуль вышеописанной системы, регистрировали интегрированную оценку работы и время. В каждый период отдыха испытуемый лежал в течение 5 мин, в это время передняя поверхность обеих бедер находилась под полюсами невключенного ЭМ. В исследовании применяли 2 ЭМ с Шобразным сердечником. Магнитная индукция поля у центра полюса - 50 мТл, а на расстоянии 50 мм - 21 мТл. Индукция 2-го магнита у полюса - 50 мТл, на расстоянии 50 мм - 6 мТл. Продолжительность воздействия МП - 5 мин. Предполагалось регистрировать ЭМГ, поскольку старые методы не обеспечивали уверенности в том, что их точности достаточно для оценки возможных минимальных изменений под влиянием физического фактора.

Для большей достоверности результатов с двуглавой мышцы плеча предполагали регистрировать электромиограмму (ЭМГ), для чего использовали сухие электроды [23] в монополярном отведении.

Позже была разработана вышеуказанная методика.

Влияние артефактов, электрических и магнитных помех исключалось. Опыты проводились в экранированной двойным экраном камере.

Определенный интерес могли представлять и результаты влияния МП на количественные изменения электрических параметров НМА. Обработка информации ЭМГ осуществлялась автоматически с помощью электронного устройства [3]. Погрешность при обработке механической работы составляла 1% , а измерение интеграла от сигнала ЭМГ осуществлялось с ошибкой не более 1,5% . Ошибка измерения количества осцилляций ЭМГ не превышала погрешности счетчика. Для контроля за преобразованием, калибровкой и управлением процессом исследования использовались серийно выпускаемые приборы.

Для наблюдения за функциональным состоянием у 10 испытуемых в опытах с локальным утомлением с помощью пульсотахометра регистрировали пульс до работы, в процессе нее и в период пассивного отдыха. В опытах с общим утомлением пульс регистрировали на 1-й и 5-й минутах отдыха.

В начальной стадии некоторых опытов на 2 - 5-м циклах деятельности наблюдались значительные колебания работоспособности. Воздействие МП на испытуемого применялось в одном из периодов отдыха, когда в результате утомления увеличения работоспособности уже не могло произойти. Это позволило отделить влияние МП от изменений, связанных с отдыхом без воздействия полем.

Испытуемые не посвящались в задачи опыта.

Шум от ЭМ устраняли, а включение производилось бесшумно. Расположение испытуемого по отношению к экспериментатору не позволяло наблюдать за действиями последнего. Опыт и контроль на одних и тех же испытуемых осуществляли в разные дни. Порядок применения МП определялся жребием. В этих и остальных исследованиях влияния МП оценивали по разности в показателях работы в однозначные циклы нагружения. Динамику утомления всех испытуемых рассматривали по отношению к соответствующему показателю при первом нагружении, принятом за единицу. При воздействии МП увеличение или уменьшение работоспособности и остальных параметров рассматривали по отношению к предыдущему циклу нагружения, т.е. по отношению к предыдущей работе.

Аналогично рассматривали и контрольные опыты без применения воздействия.

Статистическая достоверность влияния МП на работоспособность определялась по t-критерию Стъюдента [19], по критерию Т (Парный критерий Вилкоксона) [7] и по "методу непрямых разностей" [20].

Корреляцию работы и ЭМГ в каждом отдельном опыте рассчитывали по методу [10], а оценку коэффициента корреляции в общей совокупности - по методу, описанному [19].

На "Способ восстановления мышечной работоспособности" получено авторское свидетельство [18].

Результаты исследования и их обсуждение. В ходе исследования установлено, что в условиях локальной работы, когда МП не применялось, наблюдалось снижение всех регистрируемых параметров.

Иная картина наблюдалась в опытах, где в один из периодов отдыха применяли воздействие МП. В этом случае работоспособность и другие параметры достоверно увеличивались. Аналогично изменялось и время, затраченное на выполнение работы.

Без воздействия МП испытуемый в связи с отсутствием фактора, ускоряющего процессы восстановления работоспособности, прекращал работу раньше, чем после воздействия МП.

Существенно, что показатели интегрированной работы и интегрированной электрической активности миограммы с наступлением утомления изменялись однонаправленно. Более того, удалось исключить камеральную обработку ЭМГ и этим приблизить ее использование в оперативной оценке, например в управлении человеком машинами и аппаратами, там, где эргометр использовать невозможно, а иметь оперативную оценку необходимо. Векторы в штатных случаях совпадали по направлению. Корреляционный анализ 246 пар наблюдений показал, что степень надежности связи и коэффициент корреляции для каждого опыта достаточно высоки, а коэффициент в общей совокупности всех опытов составлял +0,860.

Таким образом, анализ результатов интегрированной электрической активности миограммы достоверно подтверждает снижение работоспособности в опытах без МП и ее увеличение в опытах с применением воздействия.

Подобному анализу подвергнуты результаты работы и частоты исследования осцилляций миограммы. Математический анализ 277 пар наблюдений показал высокую связь в каждом отдельном опыте, а коэффициент корреляции общей совокупности составил +0,881. Количественные изменения частоты осцилляций миограммы достоверно подтверждают снижение работоспособности в опытах без МП и увеличение в опытах с воздействием МП. Уместно отметить,что задача визуального изучения ЭМГ не ставилась. Так, создавая систему количественной оценки ЭМГ, автор пришел к необходимости создания системы оценки работы, а оставленная в исследованиях регистрация ЭМГ подтвердила полученные результаты и дала возможность получить некоторую информацию, связанную с воздействием МП. Совместить регистрацию ЭМГ и одновременное воздействие поля физически невозможно.

В проведенных исследованиях зарегистрировано 3 случая, в которых воздействие МП проявилось в виде увеличения работоспособности не в следующем цикле работы, а через цикл, они не включены в число опытов, давших прирост работоспособности, но несмотря на это обнаружена высокая степень достоверности влияния (р=0,001).

Исследование пульса показало, что его частота связана с величиной выполняемой работы и временем ее выполнения (коэффициент корреляции +0,850). В период отдыха частота пульса возвращалась к исходному уровню.

Для подтверждения влияния МП на увеличение работоспособности было проведено 3 парных опыта (12 регистраций) с воздействием МП после каждой остановки, вызванной утомлением, т.е. в каждый период 3-минутного отдыха.

В контрольных опытах, где МП не применялось, наблюдалось снижение всех регистрируемых параметров. В опытах же с применением воздействия отмечен достоверный подъем работоспособности и других показателей, который удерживался на протяжении 2 - 3 циклов нагружения, и только после этого  - их снижение.

Для изучения влияния МП на неутомленные мышцы, т.е. до начала работы, проведено исследование с воздействием МП непосредственно перед работой. В 10 парных опытах при увеличении работоспособности на 9% по отношению к опытам без применения воздействия МП не выявлено статистически достоверного влияния поля (p>0,56). Увеличение других регистрируемых параметров также не было достоверным (p>0,43 - 0,56).

Необходимо отметить, что при исследовании влияния МП на неутомленные мышцы наблюдалось увеличение электрической активности, незначительно превышающее увеличение других параметров. Этого не отмечалось в опытах с утомленными мышцами.

После получения положительных результатов в опытах на локальном уровне изучено влияние МП при более значительных нагрузках, связанных не только с мышечным, но и с функциональным утомлением. Опыты на велосипедистах еще больше приблизили результаты исследования к практической деятельности человека, показав, что там, где МП не применялось, наблюдалось снижение работоспособности и времени, затраченного на выполнение работы. В опытах с применением воздействия МП работоспособность и продолжительность работы достоверно увеличивались.

В целом в исследованиях с общим (мышечным и функциональным) утомлением в 71,4% опытов наблюдалось увеличение работоспособности, в остальных 28,6% наблюдалось снижение, которое составило 51,3% по отношению к опытам без применения МП, т.е. проявлялось положительное влияние МП. Пульс в конце 1-й мин отдыха в среднем составил 149,4 уд/ мин, а в конце 5-й - 97,7 уд/мин, что на 23,7 удара выше исходного уровня. Таким образом, 5-минутного отдыха недостаточно для полного функционального восстановления. Вместе с тем в опытах с применением воздействия МП наблюдались положительные сдвиги в работоспособности. По-видимому, это происходит в результате воздействия МП на восстановительные процессы.

При исследовании физиологического механизма действия МП на деятельность НМА установлено, что в опытах, когда ПеМП не использовалось, наблюдается снижение работоспособности по отношению к предыдущему циклу нагружения в среднем на 12,6%, испытуемые работали меньше в среднем на 14,5%.

В опытах на тех же испытуемых, но с воздействием ПеМП на работавшую (правую) руку отмечено, что по отношению к предыдущему нагружению работоспособность увеличивались в среднем на 5,5% , а время работы - на 3,9%. Выявлено достоверное влияние МП на динамику работоспособности (р<0,001). Ее общий прирост по отношению к контрольным опытам составил 29%.

Следующий этап исследования, проведенный на тех же испытуемых с воздействием ПеМП на левую, неработавшую (неутомленную), руку в паузе между нагрузками показал, что в этом случае даже при некотором увеличении продолжительности работы ее достоверного увеличения не отмечено (р>0,12), поскольку работа в этом случае была меньше по мощности.

Характерно и то, что при сопоставлении результатов, полученных в опытах воздействием МП на левую и правую руки, установлено достоверное влияние поля на правую, утомленную, руку (р<0,001). Аналогичное исследование выполнено с использованием оптимальных параметров индукции и времени воздействия поля не после 5-6-го нагружений, а сразу после 1-го, т.е. в период первого отдыха. В результате исследования установлено отсутствие достоверного влияния МП при воздействии на левую, неутомленную, руку (р>0,37).

Продолжая исследования механизма действия МП на работоспособность, изучали воздействие поля на область двигательного центра. По результатам исследования можно заключить, что и в этом случае существенного влияния поля на процессы работоспособности не обнаружено (р>0,69).

При воздействии на НМА постоянного поля с индукцией 75 гауссов, в опытах с локальным утомлением, увеличения работоспособности по отношению к контролю не установлено (p=0,56). Не установлено достоверного увеличения работоспособности и при воздействии постоянным полем с индукцией 400 гауссов. В этом случае наблюдалось ее снижение в среднем по отношению к контролю на 5,4% .

Логическое завершение этапа работ, изучающих влияние физического фактора на биологические объекты с целью ускорения восстановительных процессов, выдвигает практическую необходимость в определении наиболее эффективных параметров величины индукции поля и времени воздействия. Ниже приводятся результаты этого исследования.

Изучение 7 параметров индукции поля показало, что наиболее активный диапазон находится в интервале от 100 до 500 гауссов; в этих пределах полученные результаты статистически значимо не различаются (р >0,36). Минимальная величина исследуемой индукции - 50 гауссов и максимальная - 600 гауссов не являются настолько биологически активными, чтобы вызвать изменения в состоянии НМА, выражающиеся в изменении параметров работы после воздействия, т.е. указанная величина поля статистически достоверно (cоответственно р>0,55; р>0,2) не оказывают влияния на процессы изменения работоспособности НМА [17].

При изучении эффективности влияния МП на динамку работоспособности утомленных мышц в зависимости от времени воздействия установлено, что наибольший прирост работоспособности наблюдается при воздействии МП в течение 3-минутного отдыха или с воздействием в течение 1 мин при 3-минутном отдыхе между нагружениями. Статистически значимой разницы между этими временными характеристиками при одинаковой величине индукции (400 гауссов) не отмечено (р >0,36).

При воздействии поля в течение 5- и 10-минутного отдыха между нагружениями не установлено статистически значимого влияния поля в сравнении с контролем (р>0,11; >0,75) в отличие от воздействия в аналогичных условиях при 1- и 3-минутном отдыхе и при воздействии в течение всего 3-минутного отдыха.

Полученные при изучении влияния ПМП результаты позволяют заключить, что постоянное магнитное поле с индукцией 75 и 400 гауссов не оказывает положительного влияния на работоспособность НМА человека [16].

Относительно механизма влияния МП на увеличение работоспособности можно утверждать, что начальная стадия воздействия лежит на периферии, в области воздействия, а далее процесс протекает по классической схеме с непременным участием центральной нервной системы.

Можно также с определенной долей уверенности говорить об известной "схеме распространения рефлексов, возникающих при возбуждении каротидных химиорецепторов" [1]. Исследованием установлено, что МП влияет на утомленные мышцы, следовательно, воздействию подвергаются и известные продукты, полученные (скопившиеся) в процессе работы, далее следует биохимическая реакция каротидных клубочков и ускорение восстановительных процессов, выражающееся в увеличении работоспособности. Это подтверждается опытами с воздействием МП на неутомленные мышцы, т.е. при воздействии полем до работы, с воздействием на левую, не участвовавшую в работе руку и при воздействии на голову.

Выводы

1. Переменное МП промышленной частоты влияет на мышечную работоспособность, достоверно увеличивая ее в условиях локального и общего глубокого утомления.

2. Параметры ЭМГ при оптимальных нагрузках могут служить самостоятельными критериями оценки работоспособности или утомления.

3. Количественные изменения показателей ЭМГ и пульса при воздействии МП на данном уровне позволяют сделать вывод, что это влияние не вызывает заметных отклонений в нервно-гуморальной регуляции.

4. Постоянное МП с индукцией 75 и 400 гауссов не оказывает влияния на восстановление мышечной работоспособности человека.