ВЛИЯНИЕ ТРЕНИРОВОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ НА ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ИКРОНОЖНЫХ МЫШЦ У ЮНЫХ СПОРТСМЕНОК ЗАНИМАЮЩИХСЯ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ГИМНАСТИКОЙ

Актуальность. Достижение значимых результатов в спорте сопряжено с высокой конкурентоспособностью, что требует тщательного планирования тренировочного процесса и глубоких знаний механизмов адаптации к спортивной деятельности [12]. В этих условиях уделяется особое внимание совершенствованию функциональных возможностей организма, организации контроля физических нагрузок и методикам исследования спортсменов, особенно на начальных этапах тренировочного процесса.

Электрические явления в скелетных мышцах рассматриваются как неотъемлемая часть физиологических процессов, лежащих в основе регуляции произвольных движений человека [11]. Широкий спектр электрофизиологических методов направлен на изучение объективного состояния нервно-мышечного аппарата и функциональных кондиций спортсмена с учетом специфики вида спорта, делает их перспективными для применения в области физиологии мышечной деятельности [6]. Исследование двигательной активности с помощью электромиографии позволяет оценить уровень специфических адаптационных изменений моторной системы, определяет роль конкретных мышечных групп, участвующих в моторном акте, развитие нейро-моторного аппарата при выполнении физических нагрузок различного характера и объема в тренировочном процессе и на всех этапах медико-биологического сопровождения спортсменов [1, 3, 4, 8, 14]. Метод поверхностной электромиограммы выявляет особенности проявления биопотенциалов скелетной мускулатуры, определяет структуру изучаемого произвольного движения, величину усилий, развиваемую рабочими мышцами однонаправленного и разнонаправленного действия при реализации спортивных двигательных действий различной координационной сложности [9].

Несмотря на многочисленные работы, в которых изучались биоэлектрические особенности двигательного аппарата у представителей различных видов спорта, малоизученными остаются электромиографи- ческие исследования механизмов управления движениями и нервно-мышечной адаптации при реализации модельного действия в художественной гимнастике, особенно у юных спортсменок [2, 7]. Количественная оценка эффективности выполнения элементов упражнений, степени участия мышечных групп, стабильности их работы может способствовать решению проблемы подготовки юных гимнасток, совершенствования тренировочного процесса с целью достижения высоких спортивных результатов. Наиболее интенсивное развитие функциональных механизмов и систем энергообеспечения сократительной способности скелетной мускулатуры происходит, начиная с периода второго детства [13]. Учитывая то, что данные изменения отражаются на суммарном биоэлектрическом потенциале мышечных структур, исследование электромиографи-ческой активности у юных гимнасток позволяет определить закономерности произвольного управления двигательной деятельностью.

Цель исследования: выявить электромиографиче-ские характеристики икроножных мышц у юных спортсменок занимающихся художественной гимнастикой при реализации модельных упражнений в условиях включения в тренировочный процесс статической и динамической нагрузки.

Методы и организация исследования. Для проведения исследования были отобраны 14 девочек 7-8 лет, занимающихся художественной гимнасткой и имеющих первый юношеский спортивный разряд.

В стандартную программу подготовки юных спортсменок был включен комплекс упражнений, направленный на развитие силовых способностей мышц нижних конечностей, реализуемый в основной части занятия. Ряд статических и динамических упражнений, выполняемых в положениях сидя и стоя, с использованием резинки, мячей различной твердости и тренажера Flex Ваг предполагали поочередную круговую и разностороннюю работу стоп ног и пальцев стоп, ходьбу на носочках, на внешней и внутренней стороне стопы и перекаты на стопе в разных направлениях. Каждое упражнение выполняли по 20 раз.

Телеметрическое электромиографическое исследование проводили до (I этап) и после 5 недель комплекса упражнений (II этап). Биоэлектрическую активность икроножных мышц левой и правой конечности регистрировали при выполнении модельных упражнений «Перекаты» и «Прыжки». В первом случае спортсменки в вертикальной позе пятикратно реализовали переход с носков на пятки и в конце упражнения задерживались на носках до 5 с. Во втором случае выполнялось три прыжка вверх с взмахом рук с интервалом 2 с.

Мониторинг мышечной активности в процессе выполнения двигательных упражнений осуществляли с помощью системы «Callibri Muscle Tracker» (ООО «НейроМД», Россия). Данный телеметрический метод исследования позволил с минимальными двигательными артефактами детально анализировать электрические потенциалы мышц в процессе их сокращения.

Местом наложения модуля регистрации явилась латеральная головка икроножной мышцы (caput laterale m. gastrocnemius). Передача информации с датчика на персональный компьютер осуществлялась Bluetooth-связью. Полученные записи электромиограммы были обработаны с помощью интерфейса и функционала программного обеспечения «НейроМД Спортивная ЭМГ». Анализировали максимальную амплитуду повторения (мкВ), среднюю амплитуду повторения (мкВ), среднее значение площади повторения (мВ*мс), среднюю длительность повторения (с), частоту повторений (пвт/с) и процент средней амплитуды повторений (%).

Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ Statistica 10.0 (StatSoft Inc., США). Центральные тенденции и вариации количественных характеристик были описаны с помощью медианы (Me) и межквартильного интервала с 25-м и 75-м процентилями (Q1; Q3). Для согласованного внутригруппового сравнения использовался непараметрический знаковый ранговый критерий Уилкоксона. Корреляционный анализ проводился с использованием непараметрического критерия Спирмена. Статистическая значимость была установлена на уровне Р<0,05.

Результаты исследования. Полученные результаты электромиографической активности икроножных мышц не выявили статистически значимых различий между правой и левой конечностями при реализации модельных упражнений «Перекаты» и «Прыжки» на обоих этапах исследования. Такая симметричная биоэлектрическая активность мышечного аппарата может свидетельствовать о равномерном распределении нагрузки и сбалансированном развитии мышц.

Исследования, проведенные после пятинедельной специальной тренировки на укрепление мышц стоп

(II этап), в целом, выявили однонаправленный характер изменений параметров электромиограммы икроножных мышц обеих конечностей при реализации модельных упражнений с тенденцией к усилению биоэлектрической активности мышц. При этом наблюдались некоторые различия в степени электромиографической активности мышц разных конечностей, во многом зависящие от вида модельного упражнения.

Так, при выполнении модельного упражнения «Перекаты» на II этапе исследования отмечался значительный рост показателей средней амплитуды повторения в левой икроножной мышце на 39% по сравнению с аналогичными показателями на I этапе (Р<0,05). С правой стороны данный показатель также увеличился на 36%, кроме этого, справа возросло среднее значение площади повторения на 29% (Р<0,05) (Таблица 1). Можно предположить, что увеличение амплитудных значений электромиограммы связано с повышением активности двигательного аппарата на фоне взаимодействия стопы с опорой и степени устойчивости тела юных гимнасток. Такое проявление параметра электромиограммы, характеризующее суммацию биоэлектрической активности, отражает усиление реализуемого двигательного акта за счет синхронизации двигательных единиц. В литературе отмечается, что распространение возбуждения происходит в условиях синаптической передачи импульсов с одного интернейрона на несколько активных мотонейронов, приводящее к уменьшению расстояния между ними и облегчению электрического взаимодействия [5]. Более высокий сократительный потенциал достигается суммированием вовлекаемых в работу больших моторных единиц [6].

Повышение площади электромиограммы с правой стороны в условиях отсутствия динамики частоты импульсации может отражать снижение экономиза-

Таблица I - Электромиографические показатели икроножных мышц у гимнасток (п=14) при выполнении упражнений «Перекаты» на этапах исследования, Me [Q1; Q3]

Показатели		1 этап	II этап	Р
Я со ф с и	А , мкВ ср'	441,50 [366,00;616,00]	718,50 [632,00; 793,00]	<0,05
	А , мкВ макс	1100,50 [807,00; 1538,00]	1524,50[1287,00; 1922,00]	>0,05
	S, мВ*мс	367,50 [260,00; 585,00]	516,00 [411,00; 636,00]	>0,05
	т ,с ср'	0,75 [0,60; 1,00]	0,70 [0,60; 0,80]	>0,05
	F, пвт/с	0,51 [0,46; 0,72]	0,54 [0,47; 0,58]	>0,05
	А % ср	55,5 [47,0; 59,0]	52,0 [46,0; 62,0]	>0,05
« со ш о. с W	А , мкВ ср'	423,50 [348,00;512,00]	659,50 [413,00; 771,00]	<0,05
	А , мкВ макс'	1000,50 [778,00; 1717,00]	1249,50[786,00; 1656,00]	>0,05
	S, мВ*мс	377,50 [301,00;414,00]	529,00 [267,00; 609,00]	<0,05
	т ,с ср'	0,75 [0,60; 0,80]	0,80 [0,70; 0,80]	>0,05
	F, пвт/с	0,51 [0,36;0,64]	0,62 [0,47; 0,73]	>0,05
	А % ср	44,5 [41,0; 53,0]	48,0 [38,0; 54,0]	>0,05

Примечание: Арр - средняя амплитуда повторения; А^ - максимальная амплитуда повторения; S - среднее значение площади повторения; Тср - средняя длительность повторения; F-частота повторений, Аср% - процент средней амплитуды повторений; P-при сравнении показателей на разных этапах.

Таблица 2 - Электромиографические показатели икроножных мышц у гимнасток (п=14) при выполнении упражнений «Прыжки» на этапах исследования, Me [Q1; Q3]

Показатели		Исходные	Итоговые	Р
ш со ф с и	А , мкВ ср'	664,50 [469,00:616,00]	865,50 [703,00:1111,00]	<0,05
	А ; мкВ макс	1981,50 [1448,00; 1538,00]	2329,00[1939,00; 3429,00]	>0,05
	S, мВ*мс	468,50 [249,00; 585,00]	538,50 [475,00; 562,00]	>0,05
	т ,с ср'	0,60 [0,40; 1,00]	0,65 [0,50; 0,80]	>0,05
	F, пвт/с	0,21 [0,14; 0,72]	0,27 [0,22; 0,33]	>0,05
	А % ср	50,0 [40,0; 62,0]	53,5 [48,0; 69,0]	>0,05
ш со ш о. с и	А ,мкВ ср'	697,50 [595,00;512,00]	753,50 [703,00; 889,00]	>0,05
	А , мкВ макс	1643,50 [1155,00; 1717,00]	1856,50 [1576,00; 2464,00]	>0,05
	S, мВ*мс	458,00 [191,00; 414,00]	434,50 [367,00; 747,00]	>0,05
	т ,с ср'	0,55 [0,30; 0,80]	0,55 [0,30; 0,80]	>0,05
	F, пвт/с	0,21 [0,16; 0,64]	0,25 [0,19; 0,35]	>0,05
	А %	50,0 [38,0; 60,0]	46,5 [31,0; 52,0]	>0,05

Примечание: Аср - средняя амплитуда повторения; А^ - максимальная амплитуда повторения; S - среднее значение площади повторения; Тср - средняя длительность повторения; F-частота повторений, А %> - процент средней амплитуды повторений.

ции функций мышц и развитие компенсированного мышечного утомления [1]. Считается также, что такие колебания паттернов определяются функциональными особенностями аксона и мышечных волокон, асинхронным возбуждением структур нервно-мышечного аппарата, при котором вклад рекрутирования двигательных единиц преобладает над частотой импульса-ции мотонейронов [10].

В отличие от результатов, полученных при выполнении модельного упражнения «Перекаты» после 5-недельной тренировки, электромиографическая активность икроножных мышц, регистрируемая в упражнении «Прыжки», практически не изменилась: на II этапе исследования наблюдалось только увеличение средней амплитуды колебаний импульсов в единицу времени в левой икроножной мышце на 23% (Р<0,05) (Таблица 2).

Отсутствие выраженных изменений частотных параметров электромиограммы, отражающих скоростные свойства нервно-мышечного аппарата, при выполнении обоих модельных упражнений, вместе с незначительным приростом максимальной амплитуды на II этапе исследования в упражнении «Прыжки» может быть обусловлено особенностями функционального развития нервно-мышечной системы в данный возрастной период, недостаточным периодом специальной тренировки (5 недель), а также характером используемых упражнений, направленных, в основном, на развитие силовых, а не скоростно-силовых способностей мышц нижних конечностей.

Для получения более полной информации о механизмах регуляции мышечной активности нами был проведен внутрисистемный корреляционный анализ показателей электромиограммы, который позволил выявить некоторые различия между левой и правой икроножными мышцами до и после тренировки.

Исходные результаты электромиограммы, полученные при реализации упражнения «Перекаты», демонстрировали значительное количество сильных положительных связей между амплитудными параметрами, также положительно коррелирующими с площадью электромиограммы в левой икроножной мышце (Рисунок 1).

В то же время с правой стороны межамплитудные связи были слабо выражены (наблюдалась только сильная положительная связь процента средней амплитуды повторений с максимальной амплитудой), а с площадью электромиограммы коррелировала только средняя амплитуда, и эта зависимость была отрицательной. Такая корреляционная зависимость биоэлектрических параметров электромиограммы может косвенно свидетельствовать об асимметричной степени вовлеченности мышц разных конечностей в процесс реализации данного модельного упражнения. Наличие отрицательных корреляционных связей площади электромиограммы с частотными характеристиками (средней длительности и частоты повторений) в обеих икроножных мышцах предполагает низкую синхронизацию внутримышечных структур, что может служить подтверждением недостаточного уровня силовой подготовки у юных гимнасток, чьи силовые способности реализуются в основном только за счет амплитудных изменений биоэлектрической активности мышц.

Анализ корреляционных связей между параметрами электромиограмы на II этапе исследования (после проведения комплекса упражнений) выявил появление статистически значимых сильных положительных связей между амплитудными параметрами и площадью электромиограммы в правой икроножной мышце при незначительных изменениях в левой.

Рисунок 1. Статистически значимая внутрисистемная корреляция электромиографических показателей при выполнении упражнений «Перекаты» у гимнасток на этапах исследовании

Примечание:

А^ “ максимальная амплитуда повторения (мкВ);

Аср - средняя амплитуда повторения (мкВ);

S - среднее значение площади повторения (мВ*мс);

Тср - средняя длительность повторения (с);

F - частота повторений (пвт/с); Аср% - процент средней амплитуды повторений (%);

г - коэффициент ранговой корреляции Спирмена, Р<0,05.

Рисунок 2. Статистически значимая внутрисистемная корреляция электромиографических показателей при выполнении упражнений «Прыжки» у гимнасток на этапах исследовании

Примечание:

Аткс “ максимальная амплитуда повторения (мкВ);

Аср - средняя амплитуда повторения (мкВ);

S - среднее значение площади повторения (мВ*мс);

Тср - средняя длительность повторения (с);

F - частота повторений (пвт/с); Аср% - процент средней амплитуды повторений (%);

г - коэффициент ранговой корреляции Спирмена, Р<0,05.

В то же время при выполнении упражнения «Прыжки» на I этапе исследования обнаруживалось значительное количество положительных взаимосвязей амплитудных параметров, преимущественно с правой стороны, и их корреляций с площадью электромиограммы в обеих мышцах (Рисунок 2).

После пятинедельной тренировки (II этап) сохранялись описанные тенденции корреляционных связей между амплитудными характеристиками справа. В тоже время были выявлены отрицательные взаимоотношения максимальной амплитуды с длительностью повторений слева и площадью электромиограммы с частотными характеристиками справа.

Формирование моторных программ в процессе адаптации к тренировочным нагрузкам может сопровождаться расширением возможностей центральной нервной системы к созданию алгоритмов моторных актов, направленных на успешное решение двигательных задач [12]. Статическая активность при выполнении упражнения «Перекаты» вызывала более значительные перестройки параметров электромиограммы в левой икроножной мышце, тогда как проявление взрывной силы в упражнении «Прыжки» способствовало вовлечению большего количества и синхронизации мышечных волокон с правой стороны. Это может свидетельствовать о влиянии комплекса упражнений в большей степени на ту конечность, в которой исходно внутримышечная синхронизация была менее выражена.

Заключение. Проведенное электромиографи-ческое исследование икроножных мышц в условиях применения специального комплекса упражнений, направленных на укрепление мышц нижних конечностей и включенных в учебно-тренировочный процесс художественных гимнасток 7-8 лет, позволило получить новые данные о качестве работы нейромышечных структур, участвующих в движении.

Электромиографическая активность левой и правой икроножных мышц имела сходные характеристики по большинству параметров. Адаптационные процессы центральных и периферических механизмов, контролирующих и воспроизводящих произвольную сократительную активность, при реализации упражнений «Перекаты» сопровождались увеличением амплитудного потенциала обеих икроножных мышц и повышением площади электромиограммы справа. При выполнении упражнения «Прыжок» отмечался рост средних амплитудных значений слева.

Внутрисистемные корреляционные связи между показателями электромиограммы имели разнонаправленный характер вовлеченности двигательного аппарата левой и правой конечностей на этапах исследования, что может свидетельствовать о формировании оптимальной внутримышечной координации и регуляции активности двигательных единиц. После проведения специального комплекса упражнений возросло количество сильных положительных связей между амплитудными показателями и площадью электромиограммы справа на фоне уменьшения количества отрицательных связей при выполнении упражнений «Перекаты». В упражнении «Прыжки» в обеих икроножных мышцах сохранялась взаимозависимость амплитудных параметров биоэлектрической активности на фоне снижения числа корреляционных связей с площадью электромиограммы и усиление обратной зависимости от продолжительности и частоты повторений.

Таким образом, проведенное электромиографиче-ское исследование позволило выявить степень активности икроножных мышц при реализации модельных упражнений разной направленности у юных гимна сток, а также оценить эффективность используемого комплекса специфических упражнений. Выявленные особенности могут быть обусловлены особенностями функционального развития нервно-мышечной системы в данный возрастной период, недостаточным периодом специальной тренировки (5 недель), а также характером используемых упражнений, направленных, в основном, на развитие силовых, а не скоростно-силовых способностей мышц нижних конечностей.