МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЗЫ НА ФОНЕ УТОМЛЕНИЯ МЫШЦ ВЕРХНИХ И НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ У СПОРТСМЕНОВ-БОРЦОВ

Р.Ю. Николаев*, А.Д. Викулов, А.А. Мельников

Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского. Ярославль.

* - Рыбинский Государственный Технический Университет имП.А. Соловьёва. Рыбинск

МЕДИЦИНСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫМИС-2012. ТТИ ЮФУ. Тагарог

Актуальность равновесия в спорте:во многих видах спорта спортивный результат зависит от способности сохранять равновесие

Функция равновесия может существенно нарушаться под влиянием физического утомления, вызванного нагрузками на:1) мышцы ног -разгибатели в коленных суставах ноги Demura, S., Uchiyama M. Influence of anaerobic and aerobic exercises on the center of pressure during an upright posture // J. Exerc. Sci. Fit. 2009. V. 17. P. 39–47

-подошвенные сгибатели стопыHarkins KM; Mattacola CG; Uhl T L. Effects of 2 Ankle Fatigue Models on the Duration of Postural Stability Dysfunction //Journal of Athletic Training 2005;40(3):191–196

2) мышцы спиныDavidson B.S., Madigan M.L., Nussbaum M.A. Effects of lumbar extensor fatigue and fatigue rate on postural sway. // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. – 2004. – V. 93. – P. 183–189.

3) мышцы шеи VUILLERME N, PINSAULT N and VAILLANT J POSTURAL CONTROL DURING QUIET STANDING FOLLOWING CERVICAL MUSCULAR FATIGUE: EFFECTS OF CHANGES IN SENSORY INPUTS // Neuroscience Letters 378 (2005) 135–139

Функция равновесия и физическое утомление

Эффект аэробной и анаэробной нагрузки на мышцы ног (велоэргометрия) на устойчивость позы

Demura, S., Uchiyama M. Influence of anaerobic and aerobic exercises on the center of pressure during an upright posture // J. Exerc. Sci. Fit. 2009. V. 17. P. 39–47

Эффекты утомления мышц спины на колебания ОЦД

Увеличение ЛСС обусловлено ростом амплитуды колебаний, но не частотыDavidson B.S., Madigan M.L., Nussbaum M.A. Effects of lumbar extensor fatigue and fatigue rate on postural sway. // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. – 2004. – V. 93. – P. 183–189.

Эффект утомления мышц шеи на площадь статокинезиграммы

VUILLERME N, PINSAULT N and VAILLANT J POSTURAL CONTROL DURING QUIET STANDING FOLLOWING CERVICAL MUSCULAR FATIGUE: EFFECTS OF CHANGES IN SENSORY INPUTS // Neuroscience Letters 378 (2005) 135–139

Утомление мышц голеностопного и коленного сустава, вызванное концентрическими и эксцентрическими нагрузками на тренажере:одинаковое увеличение амплитуды колебаний

Dickin, D.C., Doan, J.B., 2008. Postural stability in altered and unilateral sensory environments following fatiguing exercise of lower extremity joints. Scand. J. Med. Sci.

Sports 18, 765–772

Постурально-значимые Постурально-незначимые мышцы

мышцы

Хорошо изучен эффект утомления мышц, прямо участвующих в поддержании вертикальной позы

человека.

Однако величина нарушения равновесия после физической нагрузки на мышцы не участвующие в поддержании равновесия остается мало изученной.

Гипотеза: степень снижения устойчивости вертикальной позы будет меньше (или отсутствовать) при утомлении не постуральных мышц, а устойчивость к утомлению и/или скорость восстановления постуральной устойчивости будет выше у спортсменов.

Организация исследованияМетод Стабилографический АПК «Стабилан-1-02» («ОКБ «Ритм»)Пресс-папье движение по сагиттали: Радиус – 60 см, Высота –

10 см ЛСС (мм/сек)– линейная средняя скорость колебания ЦД Площади доверительного эллипса статокинезиграммы (мм)

Группы испытуемыхСпортсмены – борцы-самбисты n=21Контроль – молодые практические здоровые лица n=23

Группы не отличались по антропометрии

Спортсмены Контроль p

n 21 23Рост, см 177,5±4,7 180,5±5,3 0,055Вес, кг 70,3±7,3 74,4±14,1 0,226Клиническая база, см 24,2±1,7 24,6±2,0 0,448Длина стопы, см 26,7±1,0 27,3±1,4 0,074Длина ноги, см 93,6±3,8 95,8±4,0 0,062Рост сидя, см 93,6±2,3 94,2±2,7 0,418Спортивный стаж, лет 95,3±5,0Недельная нагрузка, час 10,5±4,8

Стабилометрический тест на равновесие на неустойчивой опоре 6 мин

Основная стойка на пресс-папье с минимальными колебаниями :

10 сек - «тест»: стойка с закрытыми глазами 10 сек - «отдых» стойка с открытыми глазами Длительность: 6 минут

Физическое утомлениеПостуральные мышцы – (ноги):

1) Ступенчато-восходящая нагрузка на велоэргометре до ЧСС>170 уд/мин

Вращение ногами

1 тестирование

Не постуральные мышцы - (руки):

2) Ступенчато-восходящая нагрузка на велоэргометре до ЧСС>170 уд/мин

Вращение руками

2 тестирование

Индивидуальная ЧСС во время ступенчато-восходящего велоэргометрического теста во время восстановления и стабилографического теста

Статистика

ANOVA (однофакторный анализ) – для выявления различий в динамике показателей между группами под влиянием нагрузок. LSD (критерия наименьшей существенной разницы) для анализа различий в различные временные промежутки Программа Statistica v6.0.

Результаты исследования:

1.Различия эффекта при работе руками и ногами

Нагрузка ногами и руками: ЧСС после работы ногами была выше и оставалась повышенной в течение всего стабилографического теста, но величина различий небольшая

ANOVA p= 0,0000 1, ноги vs руки

До НагрЧСС max

0-00-20

0-401-0

1-201-40

2-03-0

4-05-0

6-060

80

100

120

140

160

180

200Ч

СС

, уд

/мин

НОГИ РУКИ

р<0,01 ноги vs руки

Реакция площади эллипса на утомление мышц рук и ног в общей группе испытуемых: различий нет

Реакция ПЭ на работу руками и ногами (все испытуемые)ANO VA, p= 0 ,436 ноги vs руки

Д о нагрузки После нагрузки1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Пл

ощад

ь эл

лип

са,

мм

*мм НОГИ

РУ КИ

**

*

Восстановление ПЭ не отличалось после работы ногами и руками: за 20 сек (ноги) - 40 сек (руки)

Восстановление ПЭ в общей группе обследвоанных лицANOVA , p= 0,831 ноги vs руки

До нагр0-20

1-01-40

2-203-0

3-404-20

5-05-40

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Пл

ощад

ь эл

ли

пса,

мм

*мм

НОГИ РУКИ

** vs до нагрузки ноги

* *vs до нагрузки руки

Реакция ЛСС на утомление мышц рук и ног: прирост ЛСС одинковый

ANOVA , p= 0,723 : ноги vs руки

До нагрузки Сразу после35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90Л

СС

, м

м/с

ек

НОГИ РУКИ

р< 0, 001 vs до нагрузки

Амплитуда колебаний пиков до и после нагрузкиA2(S),мм

p=,363

До нагрузки После нагрузки3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

A2

(S),

мм

НОГИ РУКИ

*

*

Амплитуда 1 пика, мм

ANOVA , p=,56

До нагрузки После нагрузки7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

Ам

пли

туд

а 1

пи

ка,

мм

НОГИ РУКИ *

A3(S),мм p=,620

До нагрузки После нагрузки1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

A3

(S),

мм

НОГИ РУКИ *

*

Спектральные характеристики колебаний ОЦД после нагрузки на руки и на ноги

Pw1(S),%ANOVA p=,592

До нагруки После нагрузки16

18

20

22

24

26

28

30

32

PW

ОН

Ч %

НОГИ РУКИ

60% PW(S), ГцANOVA p=,271 РУКИ VS НОГИ

До нагрузки После нагрузки0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

Гц

НОГИ РУКИ

Pw3(S),% ANO VA, p= ,089

Д о нагрузки После нагрузки1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

1 8

1 9

2 0

PW

ВЧ

, %

НО Г И РУ КИ

р=0,043

р= 0.036

Pw2(S),% ANOVA , p=,224

До нагрузки После нагрузки52

54

56

58

60

62

64

66

68

PW

НЧ

, %

НОГИ РУКИ

р=0.013

Восстановление ЛСС после физической нагрузки на ноги и на руки в общей группе обследованных лиц:восстановление было быстрее на фоне утомления рук

Эффект работы ногами и руками

1. Равная степень утомления после аэробной работы руками и ногами вызывает схожие изменения устойчивости вертикальной позы. Реакция стабилографических показателей (ЛСС и ПЭ) была одинакова на нагрузку руками и ногами.

2. Площадь эллипса статокинезиграммы и ЛСС увеличивалась в равной мере сразу после работы руками и ногами за счет амплитуды колебаний

3. Различия выявлены только по скорости восстановления ЛСС: она была выше после работы руками

Механизм роста ЛСС при работе руками Активность сердца и дыхания Центральное утомление (в двигательных центрах ЦНС) Нарушение центральной интеграции сенсорной

информации под влиянием информации из утомленных мышц *

Утомление постуральных мышц при работе руками

* Pline KM, Madigan ML, Nussbaum MA, Grange RW (2005) Lumber extensor fatigue and circumferential ankle pressure impair ankle joint motion sense. Neurosci Lett 390:9–14.)

2Различия между спортсменами и нетренированными лицами

Утомление постуральных мышц нижних конечностей (работа ногами)

Величина максимальной нагрузки при работе ногами и скорость восстановления ЧСС были выше у спортсменов

ANOVA , p= 0,0001 спортсмены vs контроль

ДО нагрЧСС max

0-00-20

0-401-0

1-201-40

2-03-0

4-05-0

6-060

80

100

120

140

160

180

200

ЧС

С у

д/м

ин

Спортсмены Контроль

***

**

**

********

**

Реакция площади доверительного эллипса статокинезиграммы на работу ногами была одинаковой в обеих группах

Реакция ПЭ на нагрузку ногами в группахANOVA p= 0,840 спортсмены VS контроль

До нагрузки После нагрузки500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Пл

ощад

ь эл

ли

пса,

мм

*мм

Спортсмены Контроль

* *

Восстановление площади эллипса после работы ногами в группах спортсменов и контроля было одинаково: 20 сек. ПЭ была одинакова в группах в течение всего периода восстановления

Динамика восстановления ПЭ после работы ногамиANOVA , p= 0,935 спортсмены vs контроль

До нагр0-20

1-01-40

2-203-0

3-404-20

5-05-40

Период восстановления, мин-сек

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Пл

ощ

ад

ь эл

ли

пса

, м

м*м

м

Спортсмены Контроль* *

Сравнение средних в течение всего периоды восстановления

ANOVA , p=0,423 спортсмены vs контроль

Спортсмены Контроль1 2 0 0

1 4 0 0

1 6 0 0

1 8 0 0

2 0 0 0

2 2 0 0

2 4 0 0

2 6 0 0

2 8 0 0

3 0 0 0

Пл

ощад

ь эл

лип

са,

мм

*мм

Реакция ЛСС на нагрузку ногами в группах спортсменов и контроля была одинаковой и коррелировала с мощностью нагрузки

ANOVA p= 0 ,317 спортсмены vs контроль

До нагрузки После нагрузки30

40

50

60

70

80

90

100

110

ЛС

С,

мм

/сек

Спортсмены Контроль

r = 0,43, p<0,01

110 140 170 200 230 260

Нагрузка ногами максимальная , Ватт

37,7645,7954,7663,27

72,4880,91

90,27

99,73

109,11

126,08

ЛС

С п

осл

е на

груз

ки, м

м/с

ек

Восстановление ЛСС после нагрузки на ноги: скорость восстановления ЛСС была выше у спортсменов: (1 мин у борцов и 3 мин в контроле)

ДН 0-20 1-00 1-40 2-20 3-00 3-40 4-20 5-00 5-4020

30

40

50

60

70

80

90

100

110

ЛС

С, м

м/с

ек

Спорт Контроль

р<0,05 vs до нагрузки

р<0,05 vs до нагрузки

В течение всего стабилометрического теста после работы ногами ЛСС в

среднем в группах не различалась

Сравение средней в течение всего теста ЛСС p=0,113

Спортсмены Контроль40

45

50

55

60

65

70

75

ЛС

С,

мм

/се

к

Восстановление ЛСС связано со степенью напряжения организма – приростом ЧСС

r = 0,40, p < 0,05 n=44

20 40 60 80 100 120 140 160

Прирост ЧСС после нагрузки, %

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

При

рост

ЛС

С п

сол

е на

груз

ки, %

ВЫВОД. Регуляция вертикальной позы после околомаксимальной аэробной нагрузки ногами

• После стандартной околомаксимальной нагрузки ногами устойчивость вертикальной позы снижается в одинаковой степени у спортсменов и не спортсменов.

• Скорость восстановления ЛСС у спортсменов существенно выше (60 сек), что в 3 раза быстрее, чем в контроле (3мин)

• Высокая скорость восстановления постуральной системы отражает повышенные, в целом, восстановительные способности спортсменов, по данным ЧСС.

Утомление не постуральных мышц верхних конечностей

Реакция ПЭ на работу руками:снижение одинаково в группах спортсменов и контроля

Реакция на работу рукамиANOVA , p= 0,597 спортсмены vs контроль

До нагрузки После нагрузки500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Пл

ощад

ь эл

ли

пса,

мм

*мм

Спортсмены Контроль

p= 0,05 3

p=0,009

Восстановление ПЭ после работы руками: различий в восстановлении между группами нет(ПЭ в течение всего периода у борцов был ниже р<0,05)

Сравнение средних за весь тестANOVA p=,048 спортсмены vs контроль

(работа руками)

Спортсмены Контроль800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

Пл

ощад

ь эл

лип

са,

мм

*мм

Динамика восстановления площади эллипса (работа руками)ANOVA p= 0,758 , c портсмены vs контроль

До нагр0-20

1-01-40

2-203-0

3-404-20

5-05-40

Период восстановления, мин-сек

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Пл

ощад

ь эл

лип

са,

мм

*мм

Группа спорт Группа контрольн

*

* *

*Контроль

Спортсмены

Реакция ЛСС на работу руками:увеличение ЛСС одинаково в группах спортсменов и контроля

ANOVA , p= 0,53 спортсмены vs контроль

До нагрузки После нагрузки35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

ЛС

С, м

м/с

ек

Спортсмены Контроль

** - vs до нагрузки

Восстановление ЛСС после работы руками: скорость восстановления ЛСС была выше у спортсменов: (20 сек у борцов и 1 мин 40 сек в контроле)ЛСС в среднем в течение всего теста была ниже у борцов (р=0,036)

Восстановление ЛСС после работы руками

ДН 0-20 1-00 1-40 2-20 3-00 3-40 4-20 5-00 5-4025

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

ЛС

С,

мм

/се

к

Спорт Контрольр <0,05 vs до нагрузки

р <0,05 vs до нагрузки

ВЫВОД. Регуляция вертикальной позы после работы руками

• После стандартной околомаксимальной нагрузки руками устойчивость вертикальной позы снижается в одинаковой степени у спортсменов и не спортсменов.

• Устойчивость позы у борцов после работы руками в целом выше как по данным площади эллипса, так и по ЛСС.

• Скорость восстановления ЛСС у спортсменов существенно выше (20 сек), чем в контроле (1 мин 40 сек).

• Постуральная система спортсменов-борцов оказалась более устойчива к утомлению мышц рук, чем не спортсмены. Различия между группами во время утомления мышц ног были менее существенными

Благодарю за внимание,

Мельников Андрей АлександровичДокт. биол. наук, доцентЗаведующий кафедрой физического воспитания Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского. 150000. Ярославль. Республиканская -108.Тел 8961 025 48 36Email: a.melnikov@yspu.yar.ru