Физиологические исследования

106
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2014. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Физиологические исследования
УДК 37.013(045)
Р.Ю. Николаев, А.А. Мельников
ЭФФЕКТ ВЛИЯНИЯ СУБМАКСИМАЛЬНОЙ АНАЭРОБНОЙ НАГРУЗКИ НОГ И РУК
НА СИСТЕМУ ПОСТУРАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ И АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ
ЕЁ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Исследовано влияние двух одинаковых по интенсивности субмаксимальных анаэробных нагрузок на плечевой
пояс и нижние конечности на устойчивость вертикальной позы у молодых людей (n=28). Регуляцию вертикальной позы исследовали с помощью стабилометрии. Показано, что физическая нагрузка на мышцы рук и ног в
одинаковой мере увеличивала линейную скорость колебаний центра давления. Период восстановления устойчивости вертикальной позы был меньше после работы «руками» (1 мин) по сравнению с работой «ногами» (3
мин). Таким образом, устойчивость вертикальной позы человека ухудшается под влиянием физического утомления в одинаковой мере, как после работы мышцами верхних, так и нижних конечностей. Однако период восстановления устойчивости вертикальной позы после нагрузки на мышцы «рук» короче, чем после нагрузки на
мышцы «ног».
Ключевые слова: функция равновесия, стабилография, анаэробная работа, постуральные мышцы, велоэргометрия, задержка дыхания, восстановление.
Система постурального контроля представляет собой динамический процесс восстановления баланса, который связан с реципрокцией тонуса мышц ног, шеи и спины. В спортивной и профессиональной деятельности возникает проблема поддержания вертикальной позы на фоне физического утомления. Система постурального контроля может существенно нарушаться под влиянием общей [1] и локальной [2] физической нагрузки на постурально значимые мышцы. Одна из главных причин снижения
равновесия после физической нагрузки – физическое утомление. Утомление способно изменять как периферическую проприоцептивную чувствительность, так и центральную интеграцию сенсорной информации, а также генерацию мышечного напряжения [3; 4]. Таким образом, физическое утомление
имеет большое значение в регуляции функции равновесия, однако величины сдвигов и скорость восстановления изменений показателей равновесия после одинаковой физической нагрузки на мышцы,
участвующие и не участвующие в поддержании равновесия, остаются мало изученными.
Целью нашей работы было исследование степени нарушения равновесия под влиянием субмаксимальной анаэробной нагрузки на постурально значимые мышцы – мышцы нижних конечностей и
постурально малозначимые мышцы – мышцы плечевого пояса. Кроме того, мы решили выяснить
влияние задержки дыхания на величину ЛСС колебаний ЦД и скорость восстановления постуральной
устойчивости после анаэробной нагрузки.
Объект и методы исследования
Обследовано 28 добровольцев, мужчин в возрасте от 18 до 22 лет. Антропометрические показатели: рост стоя (см) и рост сидя (см) определяли с помощью медицинского ростомера. Обхват грудной
клетки (см), клиническую базу (см), как расстояние между передневерхними остями таза во фронтальной плоскости, длину ноги (см), как среднее между показателями для правой и левой ноги, от передней
верхней ости подвздошной кости до внутренней лодыжки в положении стоя определяли измерительной
лентой. Массу тела – на электронных весах «TANITA BF-541» (Япония). Регуляцию вертикальной позы
исследовали на стабилографическом АПК «Стабилан-1-02» (Россия) с помощью анализа колебаний
центра давления (ЦД) в статодинамическом тесте. Испытуемых просили неподвижно стоять в основной
стойке на пресс-папье (радиус 600 мм) в течение 6 мин в режиме: 10 с – «тест» закрытые глаза (ЗГ) и
10 с – «отдых» открытые глаза (ОГ). Для анализа использовали показатель линейная средняя скорость
(ЛСС) колебания центра давления в стойке с ЗГ. Предварительно испытуемые тренировались стоять в
таком режиме в течение 6 мин для эффекта обучения, уменьшения влияния новизны и для определения
условной индивидуальной нормы стабилометрических показателей. За индивидуальную норму брали
результаты последних 10 с в режиме «тест» 6-минутного испытания.
Эффект влияния субмаксимальной анаэробной нагрузки ног и рук…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
107
2014. Вып. 1
Физическая нагрузка. Испытуемые выполняли короткую субмаксимальную анаэробную работу
на «постуральные» мышцы (велоэргометрия ногами) и условно «непостуральные» мышцы (велоэргометрия руками). Эксперименты с нагрузкой на мышцы ног и рук проводились в разные дни с недельным отдыхом. Испытуемые в обоих случаях выполняли нагрузку на велоэргометре «Kettler FX1». ЧСС
во время работы фиксировали с помощью пульсометра «POLAR S180» (Финляндия). Величина нагрузки корелировала с весом испытуемых и составляла ВЕС X 5 Вт (для мышц ног) и ВЕС X 3 Вт (для
мышц рук) соответственно. Время нагрузки – 30 с, за которое нужно было выполнить максимальное
число оборотов. По окончании нагрузки испытуемые сразу же вставали на стабилоплатформу, тестировали равновесие в течение 6 мин в аналогичном режиме, 10 с – «тест»: закрытые глаза, 10 с – «отдых»:
открытые глаза. После полного восстановления эксперимент проводился с усложнением протокола: во
время «теста» необходимо было закрыть глаза и задержать дыхание на вдохе. Это делалось с целью
уменьшения влияния распираторной мускулатуры на колебания центра давления.
Статистика. Результаты на рисунках представлены как средняя арифметическая и доверительный интервал (М±Д.И.) при р<0,05. Для анализа эффекта влияния нагрузки на мышцы рук и ног
отдельно при обычном дыхании и задержке дыхания использовался двухфакторный анализ для повторных измерений, где первым фактором была нагрузка на руки и на ноги (межгрупповой эффект), а
вторым фактором были этапы измерения: до нагрузки и после нагрузки (внутригрупповой эффект с
повторным измерением). Для анализа скорости восстановления после нагрузки на руки и на ноги использовался двухфакторный анализ для повторных измерений, где первым фактором была нагрузка
на руки и на ноги (межгрупповой эффект), а вторым фактором были этапы измерения: до нагрузки и
19 этапов измерения с 10 с по 6 мин после нагрузки (внутригрупповой эффект с повторным измерением). Для анализа отличий относительно исходного уровня до нагрузки использовался апостериорный критерий наименьшей значимой разности. Анализ ЛСС при свободном дыхании и задержке дыхания проводился раздельно. Использован лицензионный пакет статпрограмм «Statistica v6.1. Stat
Soft Russia».
Результаты и их обсуждение
Линейная средняя скорость (ЛСС) колебания центра давления – надёжный параметр для оценки
устойчивости в вертикальной позе и показатель степени напряжения функции равновесия. Повышенные значения ЛСС сразу после субмаксимальной анаэробной нагрузки как ног, так и рук указывают
на снижение устойчивости равновесия под влиянием физического утомления, вызванного этой нагрузкой. Сравнивая прирост параметра ЛСС, мы не выявили достоверных различий после нагрузки
ног и рук как при свободном дыхании (рис. 1), так и при задержке дыхания (рис. 2). Факт прироста
ЛСС после нагрузки условно «непостуральных» мышц (руки) можно объяснить, с одной стороны,
развитием центрального утомления, вследствие которого нарушается интеграция сенсорной информации, а с другой – тем, что велоэргометрия руками не позволяет исключить из работы трапециевидные, широчайшие и ромбовидные мышц спины, участвующих в поддержании вертикальной позы.
Однако после нагрузки на мышцы рук прирост ЛСС несколько ниже, чем после работы ног. Этот
факт можно объяснить тем, что колебания, вызванные усиленным дыханием, компенсировались незначительными угловыми смещениями нижних конечностей, которые не были нагружены [5; 6]. А
после нагрузки на мышцы ног компенсаторный эффект затруднялся.
Из графиков (рис. 3) видно, что период восстановления постуральной устойчивости после субмаксимальной анаэробной нагрузки на мышцы рук короче, чем после такой же нагрузки на мышцы
ног при свободном дыхании и составляет 50 с и 2 мин 10 с соответственно. Эффект задержки дыхания в экспериментах давал такой же период восстановления после нагрузки рук – 50 с, а после нагрузки ног – 1 мин 10 с.
В обоих экспериментах мышечная нагрузка стала причиной ухудшения функции прямостояния,
поскольку увеличение расхода энергии усиливает движение жидкостей и повышает работу кардиораспираторной системы [7; 8].
108
Р.Ю. Николаев, А.А. Мельников
2014. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Рис. 1. График прироста ЛСС после нагрузки испытуемых при свободном дыхании.
Достоверных различий после работы ногами и руками нет (р=0,145)
Рис. 2. График прироста ЛСС после нагрузки испытуемых при задержке дыхания.
Достоверных различий после работы ногами и руками нет (р=0,368)
Анализируя кривые ЧСС (рис. 4) в обоих экспериментах, можно достоверно говорить, что эффект утомления кардиораспираторной системы после субмаксимальной анаэробной нагрузки сохранялся на протяжении всего стабилографического теста. Однако в тестах с задержкой дыхания восстановление к донагрузочному уровню протекало быстрее (2 мин 30 с после нагрузки ног и 3 мин 30 с
после нагрузки рук).
Это связано с тем, что уровень ЧСС до нагрузки в тестах с задержкой дыхания был выше, чем в
тестах со свободным дыханием. Это естественно: задержка дыхания усиливает работу кардиораспираторной системы.
Эффект влияния субмаксимальной анаэробной нагрузки ног и рук…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
109
2014. Вып. 1
Рис. 3. График ЛСС колебаний ЦД группы испытуемых (n=28) после субмаксимальной анаэробной
велоэргометрической нагрузки на мышцы ног и рук.
По оси абсцисс – время после нагрузки (ср. ар. ± 95 % дов. инт.)
Рис. 4. График ЧСС испытуемых (n=28) после субмаксимальной анаэробной велоэргометрической
нагрузки на мышцы ног и рук. По оси абсцисс – время после нагрузки (ср. ар. ± 95 % дов. инт.)
Установлено, что максимальная анаэробная нагрузка как на мышцы ног, так и рук повышает
ЛСС смещения центра давления. В тестах с задержкой дыхания этот показатель ниже, чем при свободном дыхании (рис. 5). Это вызвано увеличением внутреннего напряжения, повышением внимательности и сосредоточенности.
110
Р.Ю. Николаев, А.А. Мельников
2014. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Рис. 5. Показатели прироста ЛСС в общем эксперименте после нагрузки на мышцы ног и рук
при свободном дыхании и задержке дыхания
Заключение
Таким образом, субмаксимальная анаэробная нагрузка на мышцы ног и рук в равной степени
снижает устойчивость человека в вертикальной позе. Однако период восстановления вертикальной
позы после нагрузки рук короче, нежели после нагрузки ног, как в тестах со свободным дыханием,
так и в тестах с задержкой дыхания. В общем эксперименте эффект задержки дыхания давал более
низкий прирост параметра ЛСС вследствие увеличения внутреннего напряжения. Период восстановления постуральной системы менее продолжителен, чем период восстановления сердечно-сосудистой
системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Demura S., Uchiyama M. Influence of anaerobic and aerobic exercises on the center of pressure during an upright
posture // J. Exerc. Sci. Fit. 2009. Vol. 17. P. 39-47.
2. Gribble P.A., Hertel J. Effect of lower-extremity muscle fatigue on postural control // Arch. Phys. Med. Rehabil.
2004. Vol. 85. P. 589-592.
3. Hagbarth K.E., Macefield V.G. The fusimotor system. Its role in fatigue // Adv. Exp. Med. Biol. 1995. Vol. 384.
P. 259-270.
4. Vuillerme N., Forestier N., Nougier V. Attentional demands and postural sway: the effect of the calf muscles fatigue
// Med. Sci. Sports Exerc. 2002. Vol. 34. Р. 1907-1912.
5. Harkins K.M., Mattacola C.G., Uhl T.L., Malone T.R.,. McCrory J.L. Effects of 2 ankle fatigue models on the duration of postural stability dysfunction // J. Athl. Train. 2005. Vol. 40. Р. 191-196.
6. Taylor J.L., Butler J.E., Gandevia S.C. Changes in muscle afferents, motoneurons and motor drive during muscle
fatigue // Eur. J. Appl. Physiol. 2000. Vol. 83. P. 106-115.
7. Bizid R., Margnes E., Francois Y., Gonzalez G.,. Jully J.L, Dupui P., Paillard T. Effects of knee and ankle muscle
fatigue on postural control in the unipedal stance // Eur. J. Appl. Physiol. 2009. Vol. 106. Р. 375-380.
8. Bove M., Faelli E., Tacchino A., Lofrano F., Cogo C.E., Ruggeri P. Postural control after a strenuous treadmill
exercise // Neurosci. Lett. 2007. Vol. 418. Р. 276-281.
Поступила в редакцию 21.01.14
Эффект влияния субмаксимальной анаэробной нагрузки ног и рук…
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
111
2014. Вып. 1
R.Yu. Nikolaev, А.А. Melnikov
IMPACT EFFECT OF SUBMAXIMAL ANAEROBIC LOAD OF LEGS AND HANDS ON POSTURAL
CONTROL SYSTEM AND ITS RESTORATION MECHANISM ANALYSIS
The influence of two identical submaximal anaerobic exercises on leg and hand muscles on the postural stability of
young people (n = 28) was studied. Regulation of the vertical posture was investigated by stabilometry. It is shown that
the arm and leg exercises similarly increased linear velocity oscillations of the center of pressure. The recovery period
of postural stability was less after the hand manipulations (1 min) compared with the leg manipilations (3 min). Thus,
the stability of human vertical posture deteriorates equally under the influence of physical fatigue either after hand muscles or after leg muscles work. However, the recovery period of postural stability after exercise on the hand muscles
was shorter than after exercise on the leg muscles.
Keywords: equilibrium function, stabilography, anaerobic load, postural muscles, veloergometry, rehabilitation, breath
holding.
Николаев Роман Юрьевич, доцент
ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный
технический университет им. П.А. Соловьёва»
152934, Россия, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53
E-mail: Nikolaev.R.U@yandex.ru
Nikolaev R.Yu., Associate Professor
Rybinsk State Aviation Technical University
Pushkina St., 53, Rybinsk, Russia, 152934
E-mail: Nikolaev.R.U@yandex.ru
Мельников Андрей Александрович,
доктор биологических наук, профессор,
зав. кафедрой физического воспитания
ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный
педагогический университет им. К.Д. Ушинского»
150000, Россия, г. Ярославль, ул. Республиканская, 108
Е-mail: a.melnikov@yspu.yar.ru
Melnikov A.A.,
Doctor of Physiology, Professor,
the head of Department of physical education
Yaroslavl State Pedagogical University,
Respublikanskaya St., 108, Yaroslavl, Russia, 150000
Е-mail: a.melnikov@yspu.yar.ru