Мгновенные и остаточные воздействия вибростимуляции на взрывную силу у атлетов-профессионалов и любителей

Журнал спортивных наук, 1999, 17, 177- 182

Мгновенные и остаточные воздействия вибростимуляции на взрывную силу у атлетов-профессионалов и любителей.

V.B. ISSURIN* и G. TENENBAUM

Рибштейнский центр исследований и спортивных медицинских наук, Уйнгейтский институт физического воспитания и спорта, Нетания 42902,Израиль

* Ваша корреспонденция должна быть адресована данному автору.

Принято 20 января 1998

Четырнадцать атлетов-профессионалов и 14 атлетов любителей подверглись вибростимуляции при выполнении упражнений с нагрузкой взрывной силы на обе двуглавые мышцы плеча (бицепсы). Атлеты выполняли 2 отдельные серии по 3 набора упражнений в произвольном порядке. Второй набор одной серии упражнений назначался с применением вибрации 44 Гц, и ускорение около 30 m· s-2 передавалось через двуручный рычаг в мышцы плеча. Механическая мощность каждого повтора измерялась прибором `Power Teach’. Максимальные и средние величины мощности для каждого набора упражнений автоматически фиксировались и отображались на дисплее. Мгновенное воздействие оценивалось как разница между средней и пиковой мощностью во 2-ом (с вибростимуляцией) и первом (без вибростимуляции) наборе упражнений. Аналогично высчитывалось остаточное воздействие, являющееся разницей между величинами мощности в третьем (после вибростимуляции) и первом (перед вибростимуляцией) наборами упражнений. Полученные величины подвергались повторно-измерительному анализу вариативности в группе как межучастниковый фактор [межперсональный фактор среди участников-спортсменов]. Результаты показали, что тип упражнения (с вибростимуляцией или без неё) вызывало значительное мгновенное воздействие на показатели средней и максимальной мощности. Фактор группы (профессионалы или любители) вызывал значительное воздействие только на показатель максимальной мощности. Повышение нагрузки взрывной силы, предписываемое вибростимуляции, составляло 30.1 и 29.8 Вт (10.4% и 10.2%) соответственно в отношении показателей максимальной и средней мощности в группе спортсменов- профессионалов и 20.0 и 25.9 Вт (7.9% и 10.7%) соответственно в группе атлетов-любителей. Вибростимуляция вызвала значительное остаточное воздействие.

Ключевые слова: мгновенное воздействие; атлеты-любители; атлеты-профессионалы; взрывная сила; упражнения, выполняемые с вибростимуляцией.

Введение

Вибрация, применяемая на мышцу или сухожилие, вызывает непроизвольное мышечное сокращение, именуемое «тонический вибрационный рефлекс» (Eklund и Hagbarth, 1966). Произвольный импульс увеличивает также мышечное сокращение, и таким образом можно достичь максимально произвольного сокращения (Matyas и др., 1986). Кроме того, вибростимуляция, применяемая вместе с существенным произвольным усилием, как было показано, вызывает движение у больных с нейро-мышечной патологией, которые не могли сокращать полупарализованные мышцы (Hagbarth и Eklund, 1966). Эта методика широко используется в нейрофизиологии и психотерапии (Granit, 1970; Bishop, 1974). Попытки применить вибростимуляцию при тренировке атлетов были предприняты только недавно (Назаров и Спивак, 1987). Ощутимое повышение мышечной силы наблюдалось через 3 недели после силовой тренировки вибростимуляцией, по сравнению с регулярной силовой тренировкой (Issurin и др., 1994)

Взрывная сила, или способность развивать силу в пределах очень короткого времени, принципиально важна во многих видах спорта. Типичные упражнения для тренировки взрывной мощности характеризуются быстрыми мышечными сокращениями при использовании внешней нагрузки около 50 - 70% максимальной мощности (Vrijens, 1990). Мгновенный эффект таких упражнений оценивается мощностью, которую атлет может вырабатывать при движении. Несколько дополнительных тренировочных методик использовались для тренировки повышенной мощности: методика быстрого высвобождения (релаксации), предварительное вытяжение активных мышц перед сокращением, электростимуляция и биологическая обратная связь. Целями этих методик является улучшение предыдущих достижений, продуцирование эффектов обучения движениям, и увеличение мышечных возможностей (Torrey, 1985). Учитывая результаты предыдущего исследования (Issurin и др., 1994), вполне вероятно, что подобных результатов можно также достичь при использовании вибростимуляции.

Вибростимуляция мышечного сухожилия вызывает возбуждение мышечных органов чувств (Brown и др., 1967). Также предполагалось, что вибростимуляция активизирует центральную нервную систему, которая отвечает за нейродвигательную регуляцию (Granit, 1970).
Другое предположение, сделанное недавно, касается трудности в достижении полной мышечной активации за счёт произвольного усилия во время выполнения упражнений в динамике, когда в работу вовлекаются большие мышечные группы (James et al., 1995). Возможно, что благодаря вибрации мышцы будут частично активизированы, а их мобилизация в начале усилия будет быстрее. Следовательно, можно выдвинуть гипотезу, что это дополнительное возбуждение при вибростимуляции будет стимулировать активацию соответствующей группы мышц и силовую нагрузку при выполнении упражнения на увеличение взрывной силы. Кроме того, увеличиваемое возбуждение периферических органов чувств и центральной нервной системы может иметь положительный эффект на последующие сокращения. С эстетической точки зрения, упражнения с вибростимуляцией следует рассматривать как принадлежащие к группе так называемых «нетрадиционных» методов тренировки, таких как мышечная электростимуляция, упражнения с помощью применения скорости (Maglischo, 1982) и компьютеризированные методы тренировки с помощью технических установок (Torrey, 1985). Таким образом, применение вибрации на мышцах может увеличить их сокращения (мгновенный эффект) или вызвать послестимуляционное облегчение (остаточный эффект). Целью данного исследования было установить мгновенный и остаточный эффекты вибростимуляции при выполнении упражнений на увеличение взрывной силы.

Методы
Участники

Всего в данном исследовании участвовало добровольно 28 атлетов мужского пола в возрасте от 18 до 42 лет. Они были разделены на две группы (см. табл. 1). Первая группа состояла из атлетов израильских национальных команд по дзюдо, реслингу, поднятию тяжестей, гимнастике и гонкам по треку и пересечённой местности. Эти атлеты регулярно занимались высокоинтенсивными силовыми тренировками. Вторая группа состояла из атлетов-любителей, участвующих в клубных или коллежских видах спорта, таких как баскетбол, волейбол, дзюдо, поднятие тяжестей, бодибилдинг, бокс, гонки по треку и пересечённой местности. Атлеты-любители также занимались силовыми упражнениями, но не в таком объёме, как атлеты-профессионалы из первой группы (2-4 раза в неделю). Поскольку, все атлеты были знакомы с силовыми упражнениями, они могли выполнить несколько повторов с максимальными усилием и высокой повторной продуктивностью (см. табл.2). Это было одной из причин, почему атлеты-профессионалы и высококвалифицированные атлеты были зачислены участниками исследования. Исследование было одобрено местным комитетом по этике, и согласие всех участников было получено до начала исследования.

Оборудование и тестирование

Атлеты выполняли упражнения для обоих бицепсов в сидячем положении на аппарате `Schnell’ для развития бицепсов обеих рук в динамике (Schnell, Germany, D.B. Пат. 2213440). Они пристёгивались к аппарату подушечками, помещёнными на область локтя, груди и спины (рис.1). Тянущее действие начиналось с положения максимального растяжения предплечья и заканчивалось в положении локтя под углом 90° (1.57 рад.). Атлетам были даны инструкции, чтобы они выполняли каждый повтор как можно быстрее.
Дополнительная стимуляция во время упражнений передавалась к мышцам при помощи специально созданного вибростимулирующего устройства (Issurin и др., 1994). Оно состоит из электромотора со скоростной редукцией и эксцентрикового руля. Груз удерживается при помощи троса, который проходит внутри руля через шкивы (рис.1). Эксцентриковая ротация даёт вибрации Пик-К-Пику в 3мм. с частотой 44 Гц. После заглушения вибрации, благодаря её передаче по тросу, ускорение на рычаге было около 30 m • s -2­ (среднеквадр.). Вибрация от двуручного рычага передавалась через сокращающиеся мышцы, вовлечённые в тянущее действие.
Мощность активной фазы упражнения измерялась при помощи аппарата `Power Teach’ (GE Sport S.A.S., Рим, Италия). Два зонда были встроены на рамке для противовеса. Места расположения зондов устанавливались во время разминки; нижний зонд помещался на 2 см. выше начального положения противовеса, а верхний зонд помещался с противоположного положения последнего противовеса. Следовательно, зонды покрывали весь масштаб движения. Расстояние между зондами и противовесом было перенесено в микрокомпьютер до первоначального задания.

Вибростимуляции

Магнетический элемент был зафиксирован на противовесе. Когда противовес и магнит продвигались через зонды, генерерировались электрические сигналы и записывалось время между сигналами от нижнего до верхнего зондов. Средняя мощность вычислялась как результат мощности и скорости. Мощность каждого повтора показывалась на индивидуальном показателе каждого участника. После каждой группы упражнений максимальные и средние величины автоматически записывались и выводились на дисплее с точностью до 1 Вт.
Антропометрические измерения включали определения роста, массы тела, обхват бицепса (т.е. окружность средней части и плеча) в соответствии с Tittel and Wutscherk (1972).

Методика исследования
Две отдельные серии упражнений по развитию бицепсов выполнялись в произвольном порядке каждым атлетом. Каждая серия состояла из трёх групп упражнений с тремя повторениями в каждой группе упражнений. В первой серии упражнение выполнялось с вибростимуляцией во второй группе упражнений; во второй серии упражнение выполнялось без вибростимуляции. Максимальная и средняя величины мощности трёх повторов упражнений фиксировались после каждой группы упражнений.
Атлеты выполняли общую разминку 5 - 7 минут, включающую бег в спортзале (2-3 мин.), ритмическую гимнастику (1-2 мин.), и упражнения для верхних конечностей (2 мин.). Затем они выполняли 8-10 повторов упражнений для бицепсов с нагрузкой от нижнего до среднего уровня (20 – 40% от веса тела) с целью адаптации к упражнениям и устройству.
Затем были сделаны3-5 попыток с возрастающей нагрузкой с целью определить максимальную величину одного повтора. Атлетам затем было разрешено отдохнуть 15 мин.; во время отдыха были выполнены антропометрические измерения и получено согласие участников.
Был выбран вес, равный 65 - 70% максимальной величины одного повтора. Выполнялось 2 серии упражнений с интервалом между упражнениями, позволяющими полное восстановление (8-15 мин.); продолжительность периода отдыха определялась самими атлетами. Скорость выполнения упражнений в пределах одной группы была примерно равна одному повтору каждые 2 сек.; период отдыха между группами упражнений составлял 2-3 мин. Атлетов просили выполнять каждый повтор упражнений с максимальным усилием.

Анализ результатов
Мгновенный эффект вибростимуляции оценивался как разница между величинами мощности во второй группе упражнений с вибростимуляцией и в первой группе упражнений без вибростимуляции. Аналогично, резидуальный (остаточный) мгновенный эффект оценивался как разница между величинами мощности в 3-ей (после вибростимуляции) и первой (до вибростимуляции) группах упражнений. Эти величины разницы в первой и второй сериях подвергались повторно-измерительному вариативному анализу в группе спортсменов (атлетов-профессионалов и атлетов-любителей) как фактор различия между участниками. Статистическая значимость была принята как Р < 0.5. Парные ­t-тесты и корреляции «результат-момент» Pearson (Парсона) высчитывались с целью установления разницы и отношений между двумя сериями упражнений для максимальной и средней мощности.

Таблица 2. Максимальная и средняя мощность во время упражнения на обоих бицепсах в первой группе упражнений каждых двух серий упражнений (продуктивность упражнений) (среднее ± s).

Прим: VS = вибростимуляция

Результаты

Средние величины и стандартные девиации (отклонения) максимальной и средней мощности в первой группе упражнений каждой серии сравнивались при помощи парных t-тестов (табл. 2). Никакой значительной разницы в обеих сериях не было обнаружено между группами атлетов-профессионалов и атлетов-любителей. Коэффициент соотношения «тест-повторный тест» между двумя сериями упражнений был 0,97 для средней максимальной мощности и 0,97 для средней мощности в упражнениях на увеличение окружности бицепсов.

Вариантный анализ повторных измерений показал, что тип упражнений (с вибростимуляцией и без вибростимуляции) имел значительный эффект для средней мощности (F1,26 = 59.2, P < 0.001) и для максимальной мощности (F 1,26 = 56.3, P < 0.001). Кроме того фактор групповой принадлежности (профессионалы или любители) приводил к значительному эффекту для максимальной мощности (F 1,26 = 4.41, Р< 0.04). Эти эффекты показаны на рис. 2 и 3.

У атлетов-профессионалов вибростимуляция вызывала среднее накопление максимальной мощности 30.1 ± 15.3 Вт и среднее накопление средней мощности 29.8 ± 16.6 Вт; эти показания соответствуют увеличениям на 10.4% и 10.2% соответственно. Серии упражнений без вибростимуляции выявили незначительное понижение этих показателей 1.1 and 2.6 Вт, соответственно. У атлетов-любителей накопления максимальной мощности благодаря вибростимуляции были 20.0 ± 16.9 и 25.9 ± 18.9 Вт соответственно, эти величины соответствуют увеличением на 7.9% и 10.7% соответственно. Максимальная и средняя мощность понизились на 7.4 Вт без вибростимуляции. Мы также наблюдали, что мгновенный эффект при максимальной мощности был значительно выше у атлетов-любителей (F1,26 = 7.32, P < 0.01).

Аналогичные вариантные анализы применялись для разниц мощности между третьей и первой группами упражнений в обоих типах упражнений (с VS и без вибростимуляции). Фактор принадлежности к группе (профессионалы или любители), Вибростимуляции тип упражнений и взаимодействующие эффекты были незначительными (P > 0.05) (см. рис. 4). Следовательно, вибростимуляция во второй группе упражнений приводила к незначительному остаточному эффекту в третьей группе упражнений.

Обсуждение

Увеличение силы сокращения, вызванное тоническим вибрационным рефлексом, было широко описано. Hagbarth and Eklund (1966), Johnston и др. (1970) и Arcangel и др. (1971) – все сообщали, что мышечная мощность, регистрируемая во время изометрических сокращений, увеличивалась потому, что местная вибростимуляция, применялась на мышцы и сухожилия. Аналогичный результат был отмечен Armstrong и др. (1987), который назначал 40 Гц дополнительную вибрацию и регистрировал увеличение силы захвата на 52%. Эти исследования применяли вибростимуляцию на мышцы, которые сокращались с уровнем усилий от низкого до среднего. Matyas и др. (1986) сообщал о получении максимально произвольного сокращения, вызванного 50 Гц- вибрацией на сухожилие у больных с параличом половины тела. Samuelson и др.(1989) сообщал о понижении продолжительности максимального изометрического сокращения и о понижении максимальной мощности при помощи дополнительно применяемой 20 Гц-вибрации, в отличие от результатов данного исследования.
Три фактора могут содействовать острому эффекту вибростимуляции: 1. активация двигательного «бассейна» (двигательных мышц), 2. частота вибростимуляции и 3. первоначальная длина стимулированных мышц. Matthews (1966) and Brown и др. (1967) обнаружили, что вибростимуляция возбуждает первичные афферентные окончания мышечных веретенообразных волокон, которые активизируют α – мотонейроны (двигательные нейроны). В отличие от местной вибростимуляции, волна низкочастотной дополнительной вибрации распространяется от дистальных областей до мышц, распространённых вблизи и активизирует большее количество мышечных веретенообразных волокон. Их высвобождение активизирует большее количество (фракцию) двигательных мышц и вовлекает много ранее неактивных двигательных единиц (структур, участвующих в движении) в сокращение.
Имеется свидетельство того, что увеличение частоты вибрации вызывает прямопропорциональное увеличение мышечного натяжения (Matthews, 1966). Однако, высоко-частотный компонент вибрации поглощается мягкими тканями, тогда как низкочастотный компонент распространяется по всем тканям тела (Pyykko et al., 1976). Следовательно, с одной стороны, эффект вибростимуляции зависит от частоты; с другой стороны, низкочастотные волны вибрации могут распространяться только по кинетической цепи до близлежащих групп мышц и активизировать их. Вполне вероятно, что вибростимуляция при частоте 40-50 Гц может быть оптимальной для совмещения в себе двух различных задач: 1. передача вибрации и 2. активация мышц до и во время произвольного сокращения (Issurin and Temnov, 1990).
Известно, что вытянутые мышцы более чувствительны к вибростимуляции и сокращаются более сильно (Eklund and Hagbarth, 1966; Johnston и др., 1970; Rohmert и др., 1989). В работе Samuelson и соавторов (1989) отмечалось, что дополнительная вибрация назначалась во время растяжения коленного сустава в положении сидя при угле колена 90° (1.57 рад.). Следовательно, четырёхглавая мышца плеча не была в вытянутом положении. Это может быть одной из причин, почему Samuelson и др. не обнаружили никакого дополнительного эффекта вибрации на максимальное изометрическое сокращение. Другой причиной может быть более низкая частота вибростимуляции 20 Гц , использованная ими. В отличие от этого, данное исследование проводилось при сильном мышечном растяжении до начала каждого повтора упражнений. Возможно, этот факт объясняет, почему мы наблюдали увеличение мощности во время вибростимуляции.
В литературе также широко описывались после-вибрационные остаточные эффекты. Arcangel и др (1971) сообщал о существенном и значительном увеличении рефлекса ахиллова сухожилия через 10 и 20 сек. После воздействия на сухожилие вибрацией. Cafarelli and Layton­Wood (1986) сообщали об улучшении ощущений силы в отдохнувших мышцах после кратковременной вибрации. Причины таких эффектов, возможно, связаны с увеличением чувствительности мышечных рецепторов к возбуждению. Повышение мышечных температур в результате трения вибрируемых тканей (Oliveri и др., 1989) и вызванное вибрацией увеличение кровотока (Wakim, 1985), могут также способствовать пост-вибрационному эффекту. В действительности, остаточное скопление мощности, наблюдаемое в данном исследовании, было относительно небольшим и не являлось статистически значимым. Относительно кратковременная вибростимуляция, применяемая в данном исследовании (6-7 сек), возможно, не является достаточной для того, чтобы воздействовать на последующую (дальнейшую) мышечную силу.
Различие в мышечной реакции между атлетами-профессионалами и атлетами-любителями было статистически значимым. В среднем накопление максимальной мощности благодаря вибростимуляции было выше среди атлетов-профессионалов. Причина этого выраженного различия, возможно, связана с более высокой чувствительностью мышечных рецепторов и центральной нервной системы атлетов-профессионалов к дополнительной стимуляции.
Таким образом, дополнительно применяемая вибростимуляция позволяла значительно облегчить тренировки на увеличение взрывной мощности с нагрузкой. Этот подход может быть полезен при определении скрытых резервов атлета и повышении острого эффекта силовых тренировок.

Выражение благодарности

Мы благодарим Claudio Schermi за предоставленную нам возможность измерения мощности с помощью прибора разработанного GE Sport S.A.S., Рим. Мы также благодарим Jay Hoffman за его комментарии к данному документу.

Список литературы

Arcangel, C.S., Johnston, R. and Bishop, B. (1971). The Achilles tendon reflex and the H-­response during and after tendon vibration. Physical Therapy, 51, 889-902.

Armstrong, T.J., Fine, L.J., Radwin, R.G. and Silverstein, B.S. (1987). Ergonomics and the effects of vibration in hand intensive work. Scandinavian Journal of Work, Environment and Health, 13, 286-289.

Bishop, B. (1974). Neurophysiology of motor responses evoked by vibratory stimulation. Physical Therapy, 54, 1273-1282.

Brown, M.C., Engberg, I. and Matthews, P.B.C. (1967). The relative sensitivity to vibration of muscle receptors of the cat. Journal of Physiology, 192, 773-800.

Cafarelli, E. and Layton­Wood, J. (1986). Effect of vibration on force sensation in fatigued muscles. Medicine and Science in Sports and Exercise, 18, 516-521.

Eklund, G. and Hagbarth, K.E. (1966). Normal variability of tonic vibration reflexes in man. Experimental Neurology, 16, 80-92.

Granit, R. (1970). The Basis of Motor Control. London: Academic Press.

Hagbarth, K.E. and Eklund, G. (1966). Tonic vibration reflex (TVR) in spasticity. Brain Research, 2, 201-203.

Issurin, V. and Temnov, P. (1990). Biomechanische effecten van vibro-­stimulatie op de maximale Kracht en de Krach­tuithouding. Werktekst Algemene Clinic, Sportfysiologie­trainingsleer. R.U. Gent, 1-8.

Issurin, V.B., Liebermann, D.G. and Tenenbaum, G. (1994). Effect of vibratory stimulation training on maximal force and flexibility. Journal of Sports Sciences, 12, 562-566.

James, C., Sacco, P. and Jones, D.A. (1995). Loss of power during fatigue of human leg muscles. Journal of Physiology, 484, 237-246.

Johnston, R., Bishop, B. and Coffey, G.H. (1970). Mechanical vibration of skeletal muscle. Physical Therapy, 50, 499-505.

Maglischo, E. (1982). Swim Faster. Palo Alto, CA: Mayfield Publishing.

Matthews, P.B.C. (1966). The reflex excitation of the soleus muscle of the decerebrate cat caused by vibration applied to its tendon. Jour nal of Physiology, 184, 450-472.

Matyas, T.A., Golea, M.P. and Spicer, S.D. (1986). Facilitation of the maximum voluntary contraction in hemiplegia by concomitant cutaneous stimulation. American Journal of Physical Medicine, 65, 125-138.

Назаров В., Спивак Г. (1987). Развитие атлетических способностей посредством метода биомеханической стимуляции. Теория и практика физической культуры (Москва), 12, 37-39.

Oliveri, D.J., Kenneth, L. and Chang­-Zern, H. (1989). Increased skin temperature after vibratory stimulation. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation, 68, 81-85.

Pyykko, I., Farkkila, M., Toivanen, J., Korhonen, O. and Hyvarinen, T. (1976). Transmission of vibration in the hand-arm system with special reference to changes in compression force and acceleration. Scandinavian Journal of Work, Environment and Health, 2, 87-95.

Rohmert, W., Wos, H., Norlander, S. and Helbig, R. (1989). Effects of vibration on arm and shoulder muscles in three body postures. European Journal of Applied Physiology, 59, 243-248.

Samuelson, B., Jorfeldt, L. and Ahlborg, B. (1989). Influence of vibration on endurance of maximal isometric con­traction. Clinical Physiology, 9, 21-25.

Tittel, K. and Wutscherk, H. (1972). Sportanthrometrie. Leipzig: Johan Ambrosiuis Barth.

Torrey, L. (1985). Stretching the Limits. New York: Dodd, Mead & Co.

Vrijens, J. (1990). Basic principles in strength training. In International Seminar on Kayak­-Canoe Coaching and Sciences (edited by J. Vrijens, J. Verstuyft and D. de Clercq), pp. 25-42. Budapest: ICF.

Wakim, K.G. (1985). Physiologic effects of massage. In Manipulation, Traction and Massage (edited by

J.V. Basmajian), pp. 132-158. Baltimore, MD: Williams & Wilkins.