В течение первых двух недель силовой тренировки прирост силы проявляется, в основном, в формировании более совершенной двигательной координации, которая может быть рассмотрена как эффект обучения. После 3–4 недель силовой тренировки улучшение мышечной силы объясняется, преимущественно, нейрональными адаптивными механизмами (D.G. Sale, 2003). По мнению К. Hakkinen (2003), вызываемый прирост силы в течение этой фазы тренировочного процесса определяется созданием более совершенных условий рекрутирования ДЕ, повышением частоты их разрядов, а также более синхронной активностью двигательных единиц. Изменения в работе ДЕ сопровождаются более оптимальной коактивацией мышц-агонистов и понижением коактивации мышц-антагонистов. Если адекватные прогрессивно нарастающие тренировочные нагрузки продолжаются 6 недель и более, то прирост силовых возможностей определяют мышечные факторы. С помощью метода компьютерной томографии показано увеличение площади поперечника мышцы на 5-17 % у пожилых людей под влиянием силовой тренировки, продолжавшейся 3 месяца (К. Hakkinen, А. Hakkinen, 1995; А. Ferri et al., 2003). Выявлена гипертрофия мышечных волокон типа I, 11а и IIb при силовых нагрузках (S. Trappe et al., 2000; J.J. Widrrick et al., 2002). Более того, 10-недельные прогрессирующие нагрузки для развития силы приводили к трансформации структуры мышечных волокон типа II: от подтипа 11а к IIb у пожилых мужчин (средний возраст 61 год) (К. Hakkinen et al., 1998). Эти результаты были подтверждены M.J. Sharman с соавторами (2001), которые наблюдали в наружной широкой мышце бедра преобразование изоформ миозиновых тяжелых цепочек из формы IIb в форму IIa у пожилых мужчин и женщин (средний возраст 65 лет) после 6 месяцев высокоинтенсивной силовой тренировки мышц нижних конечностей.
Определены некоторые механизмы, лежащие в основе гипертрофии мышц, вызываемой тренировкой в пожилом возрасте. В связи с тем, что мышечные волокна являются пост-митоти-ческими клетками, в них не происходит клеточного деления после эмбриональной дифференциации. Тем не менее вызываемое тренировкой увеличение поперечной площади мышцы первоначально наблюдается в период появления в мышечных волокнах новых дополнительных ядер. Такой миоядерный постнатальный рост мышечных волокон обеспечивается сателитными клетками. Предполагается, что эти резервные клетки остаются митотически неактивными, но они мобилизуются при увеличенной мышечной нагрузке или повреждении мышечного волокна и играют роль в адаптации и восстановлении мышцы (G. Goldspink, S. Harridge, 2003). Активация сателитных клеток обнаружена у молодых мужчин через 4 и 8 дней после одной максимальной тренировки (Crameri R.M. et al., 2004). Установлено, что количество сателитных клеток возрастало у молодых мужчин на 19 % в последующие 30 дней силовой тренировки и на 31 % – за 90 тренировочных дней. По сравнению с исходным уровнем число сателитных клеток оставалось значительно повышенным через 3, 10 и 60 дней после прекращения занятий (F. Kadi et al., 2004). В этой работе также исследовалась взаимосвязь между вызываемым тренировкой увеличением поперечного сечения (площади) мышечных волокон и приростом числа ядер в отдельном мышечном волокне. Выявлено, что пролиферация сателитных клеток способствует гипертрофии мышцы. В опытах на пожилых мужчинах и женщинах (средний возраст 76 лет) было показано, что пролиферация сателитных клеток (27 %) может быть вызвана 12-недельной силовой тренировкой мышц нижних конечностей (A.L. Mackey et al., 2007). Эти результаты свидетельствуют, что продолжительная силовая тренировка приводит к одинаковой степени пролиферации сателитных клеток у молодых и пожилых людей.
Глава 9
Проявление мышечной силы в некоторых видах спорта по данным ЭМГ
Среди методов регистрации мышечных усилий во время выполнения спортивных движений можно выделить механический и электрический, каждый из которых отражает различные стороны одного и того же сократительного процесса и может быть использован с некоторыми допущениями в качестве критерия для оценки развиваемых мышцами усилий. Анализ силы скелетных мышц на основе изучения внутренних процессов, обеспечивающих их сокращение, является большой теоретической проблемой, решаемой специалистами разного профиля. Из этой большой проблемы в нашем экспериментальном исследовании сделана попытка изучить возможность оценки проявления силовых способностей мышц по характеристикам их электрической активности, зарегистрированной в процессе выполнения различных физическх упражнений (двигательных действий).
Как указывалось в главе 6, измерение усилий "рабочих" мышц в естественных условиях тренировочной и соревновательной деятельности представляет сложную в методическом отношении задачу. В ряде публикаций приведены сведения о горизонтальной и вертикальной составляющих усилий, зарегистрированных при выполнении прыжков в тренировочных и соревновательных условиях (Ю.В. Верхошанский, 1988; Г.И. Попов, А.В. Самсонова, 2014; Г.И. Попов и др. 2015), а также данные об усилиях, прилагаемых верхними и нижними конечностями к опорной поверхности (А.Н. Воробьев, 1989; В.М. Зациорский, 2009). Такие результаты дают представление о суммарном усилии многих мышц, но не несут информации о характеристиках усилия конкретной мышцы, участвующей в реализации движения. Можно измерить ее силу с помощью тензодатчика, вживленного в сухожилие исследуемой мышцы. Такое измерение провел П. Коми (1986), вжививший себе датчик в ахиллово сухожилие. Широкого распространения эта методика не получила по причине своей сложности и болезненности. К тому же на ахиллово сухожилие передается усилие двух мышц – икроножной и камбаловидной. Следовательно, точно измерить усилие одной мышцы и в этом случае невозможно. Недостаток данной методики состоит также в том, что при спортивных движениях длина сухожилий мышц изменяется, а это приводит к искажению измерения силы.
Некоторые исследователи предпринимали попытки оценить силу мышц по изменению их твердости (И.П. Блохин, 1970; В.Т. Райков, 1972). С этой целью они использовали тензометрический датчик, который накладывался на исследуемую мышцу. Твердость мышцы повышалась при увеличении силы произвольного и вызванного сокращений. Поскольку в момент сокращения конфигурация мышцы изменяется, в этом случае тензодатчик регистрирует не только изменение твердости мышцы, но и изменение ее конфигурации, что вносит ошибку в процесс измерения мышечного усилия. К тому же описываемый метод не предусматривает возможность передачи получаемой информации телеметрически, а это существенно снижает возможность использования данного метода в спортивной практике.
Характеристики усилий, развиваемых мышцами, на наш взгляд, можно достаточно объективно оценить по их электрической активности. Во многих работах регистрировалось повышение электроактивности мышц при увеличении их усилия (Р.С. Персон, 1969; Р.М. Городничев, 2005; А.Г. Беляев, 2015). В изометрических мышечных сокращениях зависимость между электрической активностью мышцы и силой ее сокращения имеет линейный характер (Р.С. Персон, 1987). Следует отметить, что соотношение между электроактивностью и силой сокращения мышцы зависит от ряда факторов: функционального состояния мышцы, ее длины, типа сокращения. Так, при удержании статического усилия на постоянном уровне, по мере развития утомления, электрическая активность рабочих мышц существенно возрастает (И.Н. Бучацкая, 2005). Величина электроактивности связана с длиной мышцы: чем она больше, тем меньше электрическая активность при той же силе сокращения (Р.С. Персон, 1987). Тип мышечного сокращения также влияет на электроактивность мышцы. При концентрическом сокращении амплитуда ЭМГ существенно больше, чем при эксцентрическом (B. Pasquet et al., 2006). Представляется очевидным, что при учете перечисленных выше факторов регистрация ЭМГ рабочих мышц может рассматриваться как наиболее доступный и объективный способ оценки усилий, проявляемых конкретными мышцами при выполнении спортивных движений различной координационной сложности. Для проверки правомерности такого утверждения в ВЛГАФК были проведены специальные серии исследований.
Изложенное выше определило задачу и методические подходы описываемых в настоящем разделе исследований. В опытах предстояло выяснить возможность оценки мышечных усилий по характеристикам ЭМГ, регистрируемой при выполнении произвольных двигательных действий в некоторых видах спорта. Принципиально важным представлялось сопоставить величину проявляемых усилий по данным ЭМГ в естественной спортивной деятельности с усилиями, которые развиваются при выполнении максимальных произвольных сокращений в лабораторных условиях на динамометрическом комплексе, позволяющем точно оценить силовые возможности исследуемых. Первые исследования в этом направлении были проведены с участием спортсменов, занимающихся спортивной гимнастикой (В.Н. Шляхтов, 2013). Силовая подготовка в их тренировке играет важнейшую роль, так как качество выполнения гимнастических упражнений и, следовательно, спортивный результат во многом зависят от уровня развития мышечной силы. Силовые упражнения в спортивной гимнастике имеют различные формы и отличаются типом сокращения мышц. Большинство из них носит динамический характер, в основном скоростно-силовой. Оценить усилие, проявляемое конкретной мышцей, в таких упражнениях более проблематично, чем при выполнении статического или медленного силового упражнения.
В двух сериях исследований выяснялись особенности проявлений мышечных усилий рук и ног гимнастов по параметрам ЭМГ при выполнении акробатического переворота назад и отталкивания ногами в сальто назад с места. Полученные при выполнении названных выше гимнастических элементов ЭМГ-параметры сравнивались с электрической активностью, зарегистрированной при максимальных произвольных сокращениях мышц на динамометрическом устройстве.