Электромиография в спорте реферат

Обновлено: 02.07.2024

СПОРТИВНАЯ ЭЛЕКТРОНЕЙРОМИОГРАФИЯ
Кандидат биологических наук О.А. Прянишникова
Заслуженный работник физической культуры РФ,
доктор биологических наук, профессор Р.М. Городничев
Аспиранты Л.Р. Городничева , А.В. Ткаченко

Ключевые слова: скелетные мышцы, электронейромиография, самбо, рефлекторная возбудимость, технические приемы.

Введение. Разработка новых и совершенствование традиционных спортивных и оздоровительных технологий неразрывно связаны с уровнем знаний о структуре и физиологических процессах нервно-мышечного аппарата, а также о механизмах управления движениями различной координационной сложности. На наш взгляд, эти знания могут быть существенно углублены и расширены с помощью использования метода спортивной электронейромиографии - регистрации электрической активности скелетных мышц и периферических нервов у спортсменов в состоянии покоя и при выполнении произвольных двигательных действий.

Появление современных электромиографов, предусматривающих компьютерную обработку результатов, обеспечивает принципиально новые возможности исследования закономерностей функционирования скелетных мышц и управления их сегментарными и супраспинальными структурами, а также решения прикладных спортивных задач. Эти возможности будут раскрыты в других статьях, публикуемых в этом номере журнала. В нашей работе основное внимание уделяется классификации поверхностной электромиограммы (ЭМГ), выявлению особенностей электроактивности скелетных мышц при выполнении сложных по координации движений и использованию полученных при этом данных для оптимизации технической и силовой подготовки борцов.

Результаты и их обсуждение. Результаты исследования показали, что рефлекторная возбудимость спинальных a-мотонейронов, оцениваемая по амплитуде максимального Н-рефлекса, зависит от спортивной специализации обследуемых. Наиболее высокий уровень рефлекторной возбудимости характерен для лыжников-гонщиков и самбистов, низкий - для бегунов на короткие дистанции. Амплитуда Н-рефлекса составила в среднем по группам 9,89; 9,31; 6,44 мВ соответственно. У спринтеров отмечена и наименьшая доля рефлекторно возбудимых a-мотонейронов. Эти факты свидетельствуют, что специфика тренировки оказывает существенное влияние на функциональные свойства a-мотонейронов спинного мозга.

Впоследствии Ю.С. Юсевич (1972) была создана классификация глобально отведенных электромиограмм, в которой выделялось четыре типа электроактивности. При этом выделение типов базировалось на трех признаках: наличии активности, частоте потенциалов, форме рисунка (паттерна). Классификация, предложенная Ю.С. Юсевич, нашла довольно широкое применение в клинической электромиографии. В.Н. Команцев и В.А. Заболотных (2001) предложили классификацию, предусматривающую десять видов ЭМГ.

Рассмотренные выше классификации поверхностной ЭМГ разработаны для клинических исследований, успешно используются в теоретической и практической медицине. Эти классификации базируются на проявлениях и симптомах той или иной патологии, поэтому они малоприемлемы для электромиографического анализа при оценке состояний здорового человека, возникающих при спортивной деятельности (предстартовые реакции, врабатывание, утомление, восстановление и т.д.), а также анализа самих спортивных движений. Для решения задач, стоящих перед спортивной электронейромиографией, необходима другая классификация, построенная на отличительных признаках, характерных именно для спортивной деятельности. Анализ литературы по электромиографии [1, 7, 11, 13, 14] и опыт собственной научной и практической работы в спорте дают основание использовать в качестве основных классификационных признаков: 1) наличие и характер двигательной активности; 2) возможность идентификации потенциалов отдельных двигательных единиц (ДЕ) исследуемой мышцы. В связи с этим нами предлагается следующая классификация рисунка (паттерна) ЭМГ:

суммарная ЭМГ при полном расслаблении мышц;
биоэлектрическая активность для обеспечения поз (лежание, сидение, стояние);
рефлекторная суммарная активность (рефлексы:
"нагрузки", "разгрузки", сухожильный, вибрационный);
интерференционная ЭМГ при статических усилиях;
залповидная ЭМГ при циклической (ритмической) деятельности;
гиперсинхронизированная ЭМГ (при утомлении и треморе);
селективная (избирательная) ЭМГ отдельных ДЕ (1-3) мышцы.

А - суммарная ЭМГ при полном расслаблении мышц;
Б - биоэлектрическая активность для обеспечения поз (стояние);
В - рефлекторная суммарная активность (при вибрационном рефлексе);
Г - при статическом усилии;
Д - залповидная ЭМГ;
Е - гиперсинхронизированная ЭМГ;
Ж - селективная (избирательная) ЭМГ

Рассмотрим более подробно типы ЭМГ в предлагаемой нами классификации.

1. Суммарная ЭМГ при полном расслаблении мышц - регистрируется обычно в положении лежа при выполнении обследуемым инструкции "максимально расслабить определенную мышцу". Амплитуда такой ЭМГ не превышает 4 - 8 мкВ и в основном отражает активность концевых пластинок мышц.
2. Биоэлектрическая активность для обеспечения поддержания поз (лежание, сидение,стояние) - характеризуется относительно небольшими по амплитуде потенциалами действия и умеренной частотой их импульсации. Величина амплитуды и частоты разрядов зависит от степени напряжения мышцы, участвующей в поддержании той или иной позы. Наибольшая амплитуда обычно наблюдается в мышцах нижних конечностей, несущих основную нагрузку при сохранении вертикальной позы. В этом случае амплитуда в среднем составляет 20 - 110 мкВ.
3. Рефлекторная суммарная активность - электроактивность, регистрируемая в мышцах при сухожильном и вибрационном рефлексах, а также при рефлексах "нагрузки" и "разгрузки". Амплитуда основных колебаний при этом варьируется в диапазоне 15 - 140 мкВ, а их частота равна 30 - 85 колебаниям в секунду. Конкретные величины определяются параметрами внешнего воздействия.
4. Интерференционная ЭМГ при статических усилиях - вид суммарной поверхностной ЭМГ, регистрируемой при развитии изометрического мышечного напряжения и поддержании его на достигнутом уровне. Значения амплитуды и частоты ЭМГ зависят от величины статического усилия. Наиболее высокие значения отмечаются при максимальном мышечном напряжении. Амплитуда может достигать 1,5 мВ, а частота - 160 колебаний в секунду.
5.высокоамплитудными и высокочастотными потенциалами, генерируемыми в момент активных фаз многократно повторяемых двигательных действий. Залповидные вспышки активности особенно отчетливо проявляются при выполнении локомоторных движений (бег, спортивная ходьба). Амплитуда и частота потенциалов действия определяются величиной мышечного напряжения, развиваемого в активных фазах движения. Так, у бегунов-спринтеров в момент фазы отталкивания амплитуда потенциалов достигает 1-2 мВ, а частота - 140-190 колебаний в секунду. В неактивные фазы движения отмечается незначительная фоновая биоэлектрическая активность.
6. Гиперсинхронизированная ЭМГ - вид поверхностной ЭМГ, регистрируемой в стадии явного утомления, а также при отчетливо выраженном треморе, наступающем в период резкого снижения работоспособности скелетных мышц. Этот тип ЭМГ характеризуется наличием высокоамплитудных гиперсинхронных потенциалов, наслаивающихся на фоновую насыщенную ЭМГ и превышающих ее по амплитуде. Амплитуда таких потенциалов колеблется в диапазоне 1 - 3 мВ, а частота составляет 6 - 18 колебаний в секунду.
7. Селективная (избирательная) ЭМГ - отражает электроактивность нескольких (1-3) различающихся по амплитуде и форме отдельных ДЕ мышц. Такая ЭМГ регистрируется с помощью электродов, имеющих малую отводящую поверхность, а также при введении искусственно созданной биологической обратной связи об активности ДЕ в виде звуковых или зрительных сигналов. В этом случае амплитуда потенциалов отдельных ДЕ составляет 130 - 600 мкВ, а частота - 6 - 50 импульсов в секунду. Величины амплитуды и частоты потенциалов зависят от степени мышечного напряжения.

Параметры ЭМГ скелетных мышц при выполнении различных видов удержаний в борьбе самбо.

В данной серии экспериментов изучалось 4 вида удержаний: сбоку, со стороны головы, верхом и поперек слева. Обследуемые были разделены на пары с учетом весовой категории и спортивной квалификации. Один из самбистов выполнял удержание без права смены захвата, другой - уход от удержания. Накожные электроды для отведения ЭМГ накладывались на мышцы атакующего спортсмена. Результаты электромиографических исследований показали, что выполнение всех видов удержаний обеспечивается активностью следующих мышц: передних пучков дельтовидной правой руки, задних пучков дельтовидной левой руки, двуглавой плеча, трехглавой плеча правой руки, поверхностного сгибателя пальцев левой руки, трапециевидной спины (правой стороны), широчайшей спины (левой стороны), длиннейшей спины, большой грудной (правой стороны).

Как можно видеть на рис. 2, паттерны интерференционной ЭМГ содержат эпизодически появляющиеся высокоамплитудные вспышки активности. Этот факт косвенно указывает на коррекционный механизм регуляции активности мышц в данном двигательном действии [2, 8].

В специальной серии исследований изучались электромиографические характеристики мышц, обеспечивающих выполнение сложного технического приема "удержание сбоку" при использовании противодействующим соперником различных видов уходов. Оказалось, что параметры биоэлектрической активности мышц при реализации того или иного вида ухода существенно отличаются (рис. 3).

Так, передние пучки дельтовидной мышцы правой руки атакующего наиболее активны при выполнении соперником ухода способом "отжимание головы ногой". Средняя амплитуда ЭМГ этой мышцы при использовании данного вида ухода на 21,2% больше, чем при уходе через "мост", и на 18,4% больше по сравнению с уходом сбоку внутрь. Различия статистически значимы (р

Задние пучки дельтовидной мышцы левой руки атакующего самбиста более всего активны при выполнении атакуемым ухода через "мост". В этом случае средняя амплитуда ЭМГ задних пучков дельтовидной мышцы левой руки на 65% больше, чем при использовании ухода отжиманием головы ногой и на 36,5% больше, чем при выполнении ухода сбоку внутрь. В двуглавой мышца плеча правой руки наибольшая активность также регистрировалась при реализации соперником ухода через "мост".

Таким образом, характеристики биоэлектрической активности мышц, обеспечивающих выполнение сложных по координации технических приемов, зависят, с одной стороны, от вида применяемого технического приема, а с другой - от защитных и контратакующих действий соперника.

Параметры биоэлектрической активности скелетных мышц при выполнении болевых приемов.

Таблица 1. Характеристики биоэлектрической активности мышц при выполнении болевого прие ма, М±т

Дано определение электромиографии (ЭМГ), описана история развития электромиографии, параметры электромиограммы: длительность электрической активности мышц, частота и амплитуда биопотенциалов мышц, суммарная электрическая активность мышц. Дана характеристика аппаратуры для регистрации электромиограмм. Описаны достоинства и недостатки электромиографии. Показаны направления применения электромиографии в области физической культуры и спорта.

Электромиография

Определение электромиографии

Электромиография – способ регистрации и анализа биоэлектрической активности мышц. Слово электромиография греческого происхождения.

Суть явления заключается в регистрации электрических потенциалов, которые появляются при возбуждении мышцы, а точнее – мышечных волокон, когда по ним распространяется волна возбуждения (потенциал действия). В связи с этим считается, что электромиография является надежным методом регистрации активности мышц. То есть, посредством электромиографии можно судить о том, является ли мышца активной (возбужденной) или пассивной (расслабленной).

История развития электромиографии

Метод миографии был предложен Мареем. Он предложил регистрировать сокращением мышц человека при помощи укрепленных на них пневматических капсул. Отрицательной чертой этого метода являлась громозкость аппаратуры и немозможность количественной оценки миограмм.

В 1907 году Пипер впервые записал, пользуясь струнным гальванометром, электромиограмму у человека. Однако использование струнного гальванометра было связано с большими трудностями. Его недостатком была большая инерционность, что вело к большим погрешностям.

Браун, Форбс, Тахер в 1920 году первыми зарегистрировали потенциалы действия мышц при помощи катодного осциллографа.

Параметры ЭМГ (электромиограммы)

Чаще всего при проведении исследований регистрируются следующие параметры:

длительность электрической активности мышц,
частота потенциалов мышечных волокон,
амплитуда потенциалов мышечных волокон,
суммарная (интегрированная) электрическая активность мышц.

Длительность электрической активности мышц характеризует период возбуждения. Этот период может быть коротким, например, 20 мс, а может быть достаточно длинным – 200 мс и более (рис.1).

Рис.1. Определение длительности электрической активности мышцы по электромиограмме

Частота биопотенциалов (турнов) мышцы – сложный показатель. Она определяется по ЭМГ следующим образом. Подсчитывается количество пересечений нулевой линии за определенный отрезок времени. Потом это значение пересчитывается как количество импульсов в одну секунду. Это и есть частота биопотенциалов. Интерпретация частоты потенциалов мышечных волокон достаточно сложна. С одной стороны, чем выше частота биопотенциалов мышцы, регистрируемых на электромиограмме, тем с большей частотой импульсируют ДЕ. С другой стороны, частота биопотенциалов мышцы характеризуют количество ДЕ, активных в настоящее время. Таким образом между частотой биопотенциалов мышцы и степенью ее напряжения существует определенная зависимость: чем выше частота биопотенциалов мышцы, тем больше ее напряжение и сила.

Амплитуда биопотенциалов мышцы характеризует степень активности различных ДЕ. Рекрутирование более крупных ДЕ приводит к возрастанию амплитуды ЭМГ.

Суммарная электрическая активность мышц дает представление об общем уровне возбуждения мышцы. При невысоком уровне возбуждения мышцы существует линейная зависимость между интегрированной активностью и силой, которую мышца развивает (рис.2).

Рис.2. Зависимость усилия, развиваемого мышцей от частоты и амплитуды биопотенциалов

Аппаратура для регистрации электрической активности мышц

Для регистрации электрической активности мышцы чаще всего используются серебряные электроды, выполненные в виде небольших кружков (чашечек). Они являются датчиками. Диаметр электродов составляет около 10 мм. Для улучшения электропроводности внутри электродов помещается специальная паста. Электроды наклеиваются на исследуемую мышцу (рис.3). Эти электроды называются поверхностными, потому что наклеиваются на кожу. Имеются еще игольчатые электроды. Они вводятся в глубь мышцы. Благодаря игольчатым электродам имеется возможность зарегистрировать активность одной ДЕ.

Рис.3. Расположение электродов на мышцах спортсмена, который выполняет жим штанги лежа

Рис.4. Электромиографическое оборудование

Применение электромиографии в области физической культуры и спорта

В настоящее время электромиография широко используется в физической культуре и спорте. Ее активное применение в этой области началось с 60-х годов 20 века.

Можно выделить несколько направлений ее применения: изучение координации работы мышц при выполнении двигательных действий, сравнительный анализ степени активности одной и той же мышцы при выполнении двигательных действий, изучение утомления мышц под влиянием физической нагрузки.

Координация работы мышц при выполнении двигательных действий

Так как посредством электромиографии можно регистрировать электрическую активность большого количества мышц (до восьми, а иногда и более), то чаще всего эта методика применяется для контроля за освоением техники двигательных действий спортсменом, а также при сравнительном анализе активности различных мышц в основном (соревновательном) и вспомогательных специальных упражнениях. Например, изучаются спринтерский бег (основное упражнение) и ряд вспомогательных упражнений: бег с высоким подниманием бедра, прыжки с ноги на ногу и др.

Степень активности мышц при выполнении различных двигательных действий

Так как существует взаимосвязь между различными параметрами электрической активности мышц и напряжением, которое мышца развивает, то во многих исследованиях ученые попытались изучить эту зависимость. Например, в пауэрлифтинге изучалась степень напряжения мышц при выполнения жима штанги лежа с использованием различных хватов, а также при различном положении тела (вверх головой или вниз).

Оценка степени утомления после физической нагрузки различной интенсивности

Посредством электромиографии было показано, что большая физическая нагрузка приводит к синхронизации работы ДЕ. Это выражается в повышении амплитуды ЭМГ и уменьшении частоты биопотенциалов мышцы.

Достоинства и недостатки электромиографии

Достоинства ЭМГ

Положительной особенностью электромиографии является то, что она позволяет оценить степень активности скелетных мышц при выполнении одним и тем же человеком различных физических упражнений. С этой целью чаще всего применяется изучение суммарной электрической активности мышцы. Кроме того, имеется возможность оценить последовательность активности мышц при выполнении двигательного действия.

Недостатки ЭМГ

Применение электромиографии совместно с другими методиками

Литература

Гидиков А.А. Теоретические основы электромиографии.– Л.: Наука, 1975.– 182 с.
Городничев Р. М. Спортивная электронейромиография: монография – Великие Луки: ВЛГАФК, 2005. – 227 с.
Козаров Д., Шапков Ю.Т. Двигательные единицы скелетных мышц человека.– Л.: Наука, 1983.– 252 с.
Персон Р.С. Спинальные механизмы управления мышечным сокращением.– М.: Наука, 1985.– 184 с.

Похожие записи:

Тест времени реакции на сигнал

Представлена программа расчета времени реакции на сигнал, предназначенная для использования в учебных целях, например на занятиях по…

Саркоплазматическая гипертрофия мышц

Дано определение и описаны механизмы саркоплазматической гипертрофии скелетных мышц. Показано, что этот вид гипертрофии мышц широко…

Классификация типов конституции человека М.В. Черноруцкого

Рассмотрена классификация типов конституции человека, разработанная выдающимся терапевтом М.В. Черноруцким в 1925 году. Классификация типов конституции человека М.В.

В статье обсуждается проблема использования электромиографии в исследованиях, предметом которых является двигательная деятельность людей с ограниченными возможностями здоровья. Электромиография – это метод изучения электрической активности мышц в покое и во время их сокращения. Появление современных электромиографов, предусматривающих компьютерную обработку результатов, обеспечивает принципиально новые возможности исследования закономерностей функционирования мышц, а также решения прикладных спортивных задач. Для обоснования необходимости использования электромиографии в современных исследованиях в области спорта в работе представлен обзор публикаций авторов зарубежных стран, где эти разработки активно ведутся уже более 20 лет. На основе проведенного анализа доказывается, что вопрос об особенностях изменений электромиографических показателей нервно-мышечного аппарата под влиянием статических и динамических нагрузок у спортсменов-инвалидов изучен еще недостаточно. Хотя очевидно, что учет этих параметров при организации тренировочного процесса может в значительной степени повысить не только его эффективность, но и результат соревновательной деятельности.

1. Габов A.B. Спортивная электромиография // СпортМед - 2009 : матер. междунар. науч. конф. по вопросам состояния и перспективам развития медицины в спорте высших достижений. - М., 2009. - С. 23-25.

2. Гурова М.Б., Капилевич Л.В. Физиологические основы обеспечения силовых способностей у тяжелоатлетов и единоборцев // Бюллетень сибирской медицины. - 2009. - № 8. - С. 165-167.

3. Зюбанова И.А., Усков В.А., Капилевич Л.В. Биомеханические модельные характеристики выполнения нападающего удара в волейболе // Вестник Томского государственного университета. - 2013. - № 367. - С. 151-153.

4. Калинин А.В., Захарова С.И. Электромиографические особенности перенапряжения опорно-двигательной системы легкоатлетов // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2012. - № 4 (86). - С. 43-48.

5. Кантор В.З., Митин А.Е., Филиппова С.О. Студенты-паралимпийцы в педагогическом университете: к проблеме формирования реабилитационно-образовательной среды // Universum: Вестник Герценовского университета. - 2013. - № 2. - С. 153-157.

6. Платонов В.Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. Общая теория и ее практические приложения. - Киев : Олимпийская литература, 2004. - 808 с.

7. Семенов Д.В., Шляхтов В.Н., Румянцев А.А. Исследование биомеханических параметров и биоэлектрической активности мышц при выполнении акробатических переворотов вперед и назад // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2009. - № 3. - С. 75-79.

8. Ткаченко А.В. Программирование специально-подготовительных упражнений в структуре тренировки с учетом двигательно-координационной специфики ведущих групп мышц у борцов-самбистов : дис. . канд. пед. наук. - Великие Луки, 2006. - 165 с.

9. Шевцов А.В., Красноперова Т.В., Буйлов П.З. Адаптивная восстановительная коррекция мышечной системы легкоатлетов-паралимпийцев с нарушением зрения паравертербральным тренажером и стретч-массажем // Адаптивная физическая культура. - 2013. - № 1. - С. 29-32.

10. Blumenstein B., Bar-eli M., Tenenbaum G. Brain and Body in Sport and Exercise: Biofeedback Applications in Performance Enhancement. - UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2002. - 150 рр.

12. Bolgla L.A., Uhl T.L. Reability of electromyographic normalization methods for evaluating hip musculature // Journal of Electromyography Kinesiology. - 2007. - № 17. - Р. 102-111.

13. Cerrah A.Oh, Ertan H. Soylu A.R. The use of electromyography in sports science // Journal of Physical Education and Sports Sciences. - 2010. - № 2. - Р. 43-49.

14. Clarys J.P. Electromyography in sports and occupational settings: an update of its limits and possibilities // Ergonomics. - 2000. - № 43. - Р. 1750-1762.

15. Clarys J.P., Cabri J. Electromyography and the study of sports movements: a review // Journal of Sports Sciences. - 1993. - № 11 (5). - Р. 379-448.

16. Comparison of critical force to EMG fatigue thresholds during isometric leg extension / C.R. Hendrix, T.J. Housh, G.O. Johnson, M. Mielke, C.L. Camic, J.M. Zuniga, R.J. Schmidt // Medicine and Science in Sports and Exercise. - 2009. - № 41. - Р. 956-964.

17. Critical appraisal and hazards of surface electromyography data acquisition in sport and exercise / J.P. Clarys, A. Scafoglieri, J. Tresignie, T. Reilly, P.V. Roy // Asian Journal of Sports Medicine. - 2010. - № 1(2). - Р. 69-80.

18. De Luca C.J. The use of surface electromyography in biomechanics // Journal or Applied Biomechanics. - 1997. - Р. 13-135.

19. Ekstrom R.A., Donatelli R.A., Carp K.C. Electromyographic analysis of core trunk, hip, and thigh muscles during 9 rehabilitation exercises // Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. - 2007. - № 37 (12). - Р. 754-762.

20. Electromyographic activity and applied load during shoulder rehabilitation exercises using elastic resistance / R.A. Hintermeister, G.W. Lange, J.M. Schultheis, M.J. Bey, R.J. Hawkins // American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. - 1998. - № 26. - Р. 210-220.

21. Electromyographic studies in abdominal exercises: a literature synthesis / M. Monfort-panego, F.J. Vera-garcia, D. Sanchez-zuriaga, M.A. Sarti-martinez // Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. - 2009. - № 32. - Р. 232-244.

22. Farina D. Interpretation of the surface electromyogram in dynamic contractions // Exercise and Sport Sciences Reviews. - 2006. - № 34. - Р. 121-127.

23. Illyes A., Kiss R.M. Shoulder muscle activity during pushing, pulling, elevation and overhead throw // Journal of Electromyography Kinesiology. - 2005. - № 15 (3). - Р. 282-289.

25. Maclsaac D., Parker P.A, Scott R.N. The short time Fourier transform and muscle fatigue assessment in dynamic contractions // Journal of Electromyography and Kinesiology. - 2001. - № 11. - 439-449.

26. Manual de electromiografia clinica / G.E. Rivas, M.D. Jimenez, J. Pardo, M. Romero - Barcelona : Ergon, 2007. - 467 рр.

27. Marshall P., Murphy B. The validity and reliability of surface EMG to assess the neuromuscular response of the abdominal muscle to rapid limb movement // Journal of Electromyography and Kinesiology. - 2003. - № 13. - Р. 477-489.

29. Potvin J.R., Bent L.R. A validation of techniques using surface EMG signals from dynamic contractions to quantify muscle fatigue during repetitive tasks // Journal of Electromyography and Kinesiology. - 1997. - № 7. - Р. 131-139.

30. Realiability of surface electromyography during maximal voluntary isometric contractions, jump landings, and cutting / M. Fauth, E.J. Petushek, C.R. Feldmann, B.E. Hsu, L.R. Garceau, B.N. Lutsch, W.P. Ebben // Journal of Strength and Conditioning Research. - 2010. - № 24 (4). - Р. 1131-1137.

31. Soderberg G.L., Cook T.M. Electromyography in biomechanics // Physical Therapy. - 1984. - № 64. - Р. 1813-1820.

32. Sozen H. Comparison of muscle activation during elliptical trainer, treadmill and bike exercise // Biology of Sport. - 2010. - № 27. - Р. 203-206.

33. Sutherland D.H. The evolution of clinical gait anysis part I: kinesiological EMG // Gait & Posture. - 2001. - № 14 (1). - Р. 61-70.

34. Time-frequency analysis of surface myoelectric signals during athletic movement / G. Balestra, S. Frassinelli, M. Knaflitz, F. Molinari // Engineering Medicine and Biology Magazine. - 2001. - № 20. - Р. 106-115.

35. Turker H., Sozen H. Surface Electromyography in Sports and Exercise // Electrodiagnosis in New Frontiers of Clinical Research. - Publisher: InTech, 2013. - Р. 175-194.

Введение. С каждым годом адаптивный спорт становится все более популярным. Все большее число спортсменов участвует в соревнованиях, следовательно, возрастает конкуренция. Известно, что успех спортсменов зависит от совершенствования их морфофункциональных свойств. Однако при неадекватных физических нагрузках и недостаточной организации врачебно-педагогического контроля возрастает число случаев спортивного травматизма [6]. Для получения объективных данных о состоянии организма спортсмена необходим комплексный подход к исследованию его морфофункциональных свойств, с применением новых методов и более совершенных методик исследования. В этой связи вызывает особенный интерес метод электромиографического (ЭМГ), или электронейромиографического (ЭНМГ) исследования адаптационных реакций нервно-мышечной системы при физических нагрузках [1].

Электромиография включает в себя несколько методик: интерференционная поверхностная ЭМГ, стимуляционная ЭМГ (исследование М-ответа и скорости распространения возбуждения по моторным волокнам, исследование потенциала действия нерва, исследование F-волны, H-рефлекса, А-волны), ритмическая стимуляция, игольчатая ЭМГ (исследование потенциалов двигательных единиц), а также магнитная стимуляция, позволяющая исследовать центральное время моторного проведения). Отдельные методики, положенные в основу клинической электромиографии, применялись в экспериментах еще в XIX веке.

Основное содержание исследования. Возможности использования электромиографии для решения различных задач, связанных с двигательной деятельностью, уже многие годы обсуждаются в исследованиях зарубежных авторов. В большинстве работ отмечается, что электромиографические исследования помогают определить место возникновения проблемы в системе движения. Проблема может быть локализована в периферической нервной системе или самой мышце. Таким образом, электромиография является ценным диагностическим инструментом в дифференциальной диагностике нервных и мышечных заболеваний [36].

Электромиография также используется в биомеханическом анализе движений [18; 31]. Это помогает понять роль мышц в конкретном движении [21; 27]. В последние годы электромиография получает все большее значение в спортивной медицине и эргономических исследованиях [29; 34]. Она способствует анализу движений, и поэтому так важен учет ее показателей в спорте [22; 25].

Использование электромиографии для изучения функций мышц в осуществлении движений носит название кинезиологическая электромиография [33]. Основными целями кинезиологической электромиографии является анализ координации мышц в различных движениях и позах у здоровых людей, а также у инвалидов, во время тренировки и соревнований, в лабораторных условиях и в условиях реальной деятельности [15].

Электромиография имеет большое значение для определения функций мышц человеческого тела [23]. Так как электромиография представляет собой запись электрической активности мышц, она позволяет диагностировать функциональные нарушения в системе движения [26].

Работа H. Turker, H. Sozen показала значительное повышение интереса ученых, проводящих исследования в области спорта, к использованию электромиографии. По мнению авторов, это способствует объединению усилий спортивных педагогов и медицинских работников для понимания особенностей движений человеческого тела [35].

При помощи электромиографического анализа возможно определение наиболее целесообразной техники выполнения упражнения [19]. Электромиография часто используется для измерения уровня напряжения мышц, что позволяет оценить интенсивность воздействия физического упражнения на конкретные мышцы, участвующие в движении [20; 28].

Использование электромиографии помогает осуществлять контроль техники выполнения движений и вносить необходимые коррективы в случае необходимости [14; 16]. Электромиография применяется в исследованиях разных видов упражнений. Значительный интерес для ученых представляет анализ при выполнении динамических упражнений, в частности баллистических движений [11; 12; 30].

Электромиография была предметом лабораторных исследований на протяжении десятилетий. Но прогресс технологических разработок в области электроники и компьютерной техники способствовал распространению электромиографии в различных областях, особенно в неврологии, травматологии, кинезиологии, реабилитации и спортивной медицине. Как отмечают G. Kamen, D.A. Gabriel, в начале 1950-х годов были опубликованы лишь несколько научных статей. В настоящее время наблюдается бурный рост числа публикаций и ежегодно появляется более 2500 научных работ, основанных на использовании метода электромиографии [24]. Наблюдается и рост публикаций по использованию электромиографии в исследованиях в области спорта. На сегодняшний день это более 700 исследований в год [35].

Следует отметить, что электромиография многие годы использовалась в исследовательской деятельности, но сегодня ее результаты ложатся в основу программ спортивной подготовки и используются тренерами и инструкторами по фитнесу [17]. Таким образом, электромиографические исследования вносят значительный вклад в современную концепцию управления движением человека [10].

Электромиография может использоваться и для оценки спортивного оборудования. Так, в работе H. Sozen рассматривается работа мышц при тренировке спортсменов на различных тренажерах, наиболее популярных в реабилитации и фитнесе [32]. Как отмечают в своей работе A.Oh. Cerrah, H. Ertan, A.R. Soylu, исследования в области спорта, которые используют электромиографию, в основном связаны с определением механизма сокращения и расслабления мышц а также с профилактикой травматизма [13].

На современном этапе в нашей стране также прослеживается повышение интереса ученых к использованию электромиографии как метода исследования научных проблем в области физической культуры и спорта. Авторы рассматривают электромиографию как средство оптимизации тренировочного и соревновательного процессов с целью повышения их эффективности в разных видах спорта.

Электромиографическое исследование тренировочного процесса борцов-самбистов проведено А.В. Ткаченко. По мнению автора, биоэлектрические характеристики работающих мышц являются основополагающими критериями для эффективного отбора и использования специально-подготовительных упражнений для конкретных технических приемов в структуре спортивной тренировки борцов-самбистов [8].

М.Б. Гуровой, Л.В. Капилевичем была проведена сравнительная оценка биоэлектрической активности мышц у тяжелоатлетов и единоборцев разной квалификации. Авторы предложили использовать выявленные физиологические особенности обеспечения силовых характеристик в качестве объективных индикаторов для оперативного управления процессом силовой подготовки спортсменов различных специализаций [2].

Электромиографические исследования спортсменов-легкоатлетов проводились А.В. Калининым, С.И. Захаровой. При обследовании мышц нижних конечностей спортсменов был выявлен рост биоэлектрической активности с ростом спортивной квалификации, а при выполнении дозированной физической нагрузки отмечено достоверное снижение длительности мышечной активности с ростом уровня спортивной квалификации. Проведенные функциональные обследования позволили авторам выделить четыре формы развития и течения патологического процесса, характерные для перенапряжений опорно-двигательной системы у спортсменов [4].

Д.В. Семеновым, В.Н. Шляхтовым, А.А. Румянцевым методом поверхностной электромиографии была установлена внутренняя структурная схожесть акробатических переворотов вперед и назад. Метод биомеханического анализа позволил выявить параметры кинематики данных упражнений в фазах отталкивания [7].

В исследовании И.А. Зюбановой, В.А. Ускова, Л.В. Капилевича при помощи электромиографии было выявлено, что при выполнении точных нападающих ударов в волейболе наиболее высокие коэффициенты вариаций показателей электрической активности наблюдаются в основной фазе движений. Следовательно, внутренние механизмы когнитивной программы игрового действия формируются в подготовительной фазе, а реализуются в основной фазе через моторную программу под контролем высших отделов центральной нервной системы [3].

Анализ показал, что практически во всех видах спорта проведены исследования различных аспектов использования электромиографии. В то же время в области адаптивного спорта работ, рассматривающих электронейромиографию как средство повышения эффективности тренировочного и восстановительного процессов, очень мало. В базе научной электронной библиотеки представлена лишь статья А.В. Шевцова, Т.В. Красноперовой, П.З. Буйлова. В своем исследовании авторы использовали данные электронейромиографии для анализа функционального состояния мышечной системы у легкоатлетов-параолимпийцев [9].

Такое положение дел можно объяснить тем, что, во-первых, история исследований в адаптивном спорте насчитывает значительно меньший период, чем история исследований в спорте; во-вторых, в адаптивном спорте интерес большинства исследователей связан с особенностями индивидуальной техники спортсменов-инвалидов и методикой спортивной тренировки, в то время как вопросы физической и социальной реабилитации зачастую уходят на второй план [5].

В заключение следует отметить, что проведенный научный поиск свидетельствует о возможности при помощи электромиографического исследования получать широкий спектр данных о движениях человека. В этой связи использование электромиографии в исследованиях в области спорта способствует повышению эффективности тренировочного, соревновательного и восстановительного процессов. Однако в работах, которые касаются спортивной деятельности людей с ограниченными возможностями здоровья, на сегодняшний день методика электромиографии практически не представлена, что актуализирует исследования в данном направлении.

Рецензенты:

Кантор В.З., д.п.н., профессор, проректор по учебной работе Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, г. Санкт-Петербург.

Чурганов О.А., д.п.н., профессор, заведующий отделом медико-биологических технологий спорта Санкт-Петербургского научно-исследовательского института физической культуры, г. Санкт-Петербург.

Ключевые слова: спортсмены, электронейромиография, нейро-мышечный аппарат, функциональное состояние.

Аннотация. Целью работы явился анализ возможностей применения метода элекронейромиографии в спорте и спортивной медицине.

Результаты исследования свидетельствуют, что в настоящее время электронейромиография активно используется в спорте и спортивной медицине. Характер показателей электронейромиографии позволяет определять уровень координационной, силовой и скоростно-скоростной подготовленности. В зависимости от необходимости решения задач по исследованию спортивных состояний выделяют различные типы электронейромиографии.

Проведенное исследование выявило у высококвалифицированных спортсменов высокие значения параметров амплитуды М-ответа и скорости моторного проведения по сравнению с нормативными значениями данных показателей у здоровых лиц, не занимающихся спортом.

THE USE OF ELECTRONEUROMYOGRAPHY IN SPORTS MEDICINE

Yu.V. Koryagina, L.G. Roguleva

Key words: athletes, electroneuromyography, neuromuscular apparatus, functional state.

Annotation. The purpose of the work was to analyze the possibilities of using the method of electron neuromyography in sports and sports medicine.

The results of the research show that at present electroneuromyography is actively used in sports and sports medicine. The nature of electroneuromyography makes it possible to determine the level of coordination, power and speed-velocity preparedness. Depending on the need to solve problems in the study of sports conditions, different types of electroneuromyography are distinguished.

The conducted study showed high values of the parameters of amplitude and speed of M-response in highly qualified athletes in comparison with the normative values of these parameters in healthy persons who do not engage in sports.

Введение. Развитие нового поколения электронейромиографической (ЭНМГ) техники предоставляет принципиально новые возможности для получения объективной и всесторонней информации о параметрах биоэлектрической активности мышц и периферических нервов, как в состоянии покоя, так и при выполнении двигательных действий различной координационной сложности [3, 4].

ЭНМГ является единственной технологией, с помощью которой возможно объективное исследование функциональных возможностей нервно-мышечной системы в норме и патологии. В спортивной физиологии ЭНМГ используется для контроля состояния развития нейромоторного аппарата в процессе тренировок.

Целью работы явился анализ возможностей применения метода элекронейромиографии в спорте и спортивной медицине.

Методы и организация исследования. Нами выполнялся поиск и анализ российских и зарубежных источников информации по применению ЭНМГ в спорте и спортивной медицине. Также проведено поисковое исследование по выявлению особенностей электрической активности мышц у 13 высококвалифицированных спортсменов.

Стимуляцию нерва проводили в трех точках:

Стимуляция выполнялась прямоугольными импульсами длительностью 0,2 мс, сила тока стимула подбиралась индивидуально и составила 15-30 мА.

Анализировали следующие параметры М-ответа: латентность - время от начала стимула до начала отклонения потенциала М-ответа (мс), амплитуда (мВ), длительность - время длительности негативной фазы М-ответа (мс), площадь (мВ×мс), а также скорость проведения импульса по моторным волокнам малоберцового нерва (м/с).

Нормативные значения (по данным С.Г. Николаева [6]): амплитуда М-ответа (дистальная стимуляция) – не менее 3 мВ, разность амплитуд правой и левой сторон – не более 30%, терминальная латентность М-ответа при расстоянии 8 см – (4,5±0,8) мс, резидуальная латентность – не более 3 мс, скорость моторного проведения (СРВм) – не менее 40 м/c, динамика амплитуды М-ответа при стимуляции на уровне лодыжек и головки малоберцовой кости – не более 25%, на уровне головки малоберцовой кости – не более 15%.

Результаты исследования и их обсуждение. На сегодняшний день в нашей стране прослеживается интерес ученых к использованию электромиографии как метода исследования научных проблем в области физической культуры и спорта. Авторы рассматривают электромиографию как средство оптимизации тренировочного и соревновательного процессов с целью повышения их эффективности в разных видах спорта [8, 12].

В исследовании М.Б. Гуровой c соавторами [4] с помощью метода ЭНМГ была проведена сравнительная оценка биоэлектрической активности мышц у тяжелоатлетов и единоборцев разной квалификации. При специальной нагрузке у высококвалифицированных единоборцев наблюдалась синхронизация электрической активности скелетных мышц, а у тяжелоатлетов увеличивалась эффективность и экономичность выполняемых двигательных действий. Выявленные физиологические особенности обеспечения силовых качеств могут служить объективными индикаторами для оперативного управления процессом силовой подготовки спортсменов различных специализаций.

Сравнение ЭНМГ характеристики движений танцоров в зависимости от спортивной квалификации проводила Ю.П. Бредихина [1]. В результате исследования выявлен сокращенный период электрической активности мышц в группе высококвалифицированных танцоров. Предполагается, что это связано с уменьшением времени, необходимого для выполнения движения, так как увеличивается синхронизация работы двигательных волокон (по средней частоте) и, как результат этого, уменьшается период электрической активности. Следовательно, именно характер биоэлектрических показателей прямых мышц бедра определяет уровень специально-двигательной подготовленности в спортивных танцах, чем выше уровень мастерства танцоров, тем более заметна разница в амплитудах и средней частоте секундной реализации.

В исследованиях Л.Л. Ципина [9, 10] рассматриваются вопросы применения ЭНМГ методики для анализа эффективности специальных упражнений в спорте. В работе сделан вывод о том, что выполнение скоростно-силовых упражнений сопровождается ростом показателей интегрированной ЭНМГ, и что зависимость средней амплитуды ЭНМГ от величины отягощения близка к линейной и носит индивидуальный характер. Это позволяет производить оценку динамических мышечных усилий при выполнении спортсменами различных упражнений, и таким образом определять эффективность их тренировочного воздействия.

В работе Ю.Г. Калинниковой с соавторами [11] с помощью метода электромиографии исследуется влияние ритмо-темповой структуры занятия по аэробике на электрофизиологические характеристики нервно-мышечной системы студенток. Статистически значимых различий в амплитуде и показателе латентности М-ответа не выявлено. Сделан вывод, что увеличение ритма не влияет на прирост количества мышечных волокон, участвующих в сокращении, а также не влияет на скорость передачи импульса в зоне нервно-мышечного контакта. Исследование электрической активности мышц до и после нагрузки выявило достоверные различия. Чем больше внешняя нагрузка и сила сокращения мышцы, тем выше амплитуда ее ЭНМГ.

Остается нерешенным вопрос об особенностях изменений ЭНМГ показателей нервно-мышечного аппарата под влиянием статических и динамических нагрузок у спортсменов-инвалидов [12].

Возможности использования ЭНМГ для решения различных задач, связанных с двигательной деятельностью, уже многие годы обсуждаются в исследованиях зарубежных авторов. ЭНМГ применяется в исследованиях разных видов упражнений. Значительный интерес для ученых представляет анализ при выполнении динамических упражнений, в частности баллистических движений [13,16]. В работе H. Turkerс c соавторами [18] отмечается значительное повышение интереса ученых, проводящих исследования в области спорта, к использованию электромиографии и объединение усилий спортивных педагогов и медицинских работников для понимания особенностей движений человеческого тела. На сегодняшний день результаты исследовательской деятельности на основе метода ЭНМГ ложатся в основу программ спортивной подготовки и используются тренерами и инструкторами по фитнесу [14].

В своей работе J. P. Clarys [15] отмечает, что исследования в области спорта с применением электромиографии, в основном связаны с определением механизма сокращения и расслабления мышц, а также с профилактикой травматизма. Использование метода ЭНМГ помогает осуществлять контроль техники выполнения движений и в случае необходимости вносить необходимые коррективы [15, 17, 18].

Для диагностики патологии нейромышечного аппарата в клинической практике применяется исключительно метод стимуляционной ЭНМГ, но во многих спортивных исследованиях, в частности ЭНМГ движений, он не применим. Поэтому в спортивной практике широко используется метод поверхностной ЭНМГ, для которой в некоторых АПК предусмотрено использование беспроводных датчиков.

Типы ЭНМГ в предлагаемой классификации [2]:

Проведенное нами ЭНМГ исследование показало (табл. 1), что у высококвалифицированных спортсменов отмечались высокие значения параметров амплитуды М-ответа с короткого разгибателя пальцев стопы, иннервируемого глубоким малоберцовым нервом и скорости моторного проведения по сравнению с нормативными значениями данных показателей [6].

Параметры М-ответа с короткого разгибателя пальцев стопы у высококвалифицированных спортсменов в период интенсивных тренировочных нагрузок

В практике гигиенических исследований для изучения работоспособности и утомления нервно-мышечного аппарата (НМА) наиболее часто используются динамометрия, треморометрия и электромиография. Динамометрия представляет собой определение основных показателей произвольной дееспособности отдельных мышечных групп. К ним относятся максимальная произвольная сила (МПС), выносливость к статическим напряжениям и интегральный показатель – максимальная мышечная работоспособность (ММР).

Методы исследования нервно-мышечного аппарата в практике
гигиены труда

ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМОМЕТРИИ

Динамометрия представляет собой определение основных показателей произвольной дееспособности отдельных мышечных групп. К ним относятся максимальная произвольная сила (МПС), выносливость к статическим напряжениям и интегральный показатель – максимальная мышечная работоспособность (ММР).

Сила мышцы определяется наибольшим напряжением, которое она может развить. Основными измерительными приборами при этом являются различные виды динамометров – кистевые гидравлический и механический динамометры, ножной динамометр для измерения силы мышц – разгибателей спины. При измерении силы обследуемый осуществляет максимальное воздействие (плавно, без рывков) на соответствующее устройство динамометра. Достигнутая максимальная сила должна быть зафиксирована на 1 – 2 с.

Выносливость к статическому напряжению определяется по длительности периода, в течение которого обследуемый удерживает усилие, равное 75% от МПС. При измерении выносливости исследователь просит поддерживать заданное усилие максимально долго до отказа. Как только обследуемый достигает необходимого уровня усилия, исследователь включает секундомер и останавливает его в момент отказа поддерживать усилие. Срок удержания усилия (в секундах) и есть показатель статической выносливости.

ММР определяется на основании двух измеренных динамометрических показателей как произведение силы на время удержания данной силы. При снижении работоспособности, развитии утомления динамометрические показатели, как правило, снижаются. Величина снижения статической выносливости является одним из показателей степени физического утомления при труде. Оптимальным в процессе обычного рабочего дня является снижение выносливости на 5 – 10%, предельно допустимым – на 20%. Превышение этого уровня указывает на развитие выраженного утомления НМА и служит основанием для проведения мероприятий по снижению трудовой нагрузки путем механизации и автоматизации трудовых операций, изменения норм труда (норм выработки, времени, численности рабочих и т. д.), рационализации режимов труда и отдыха.

ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕМОРОМЕТРИИ

Треморометрия представляет собой регистрацию постоянных, непроизвольных мелких колебаний кисти и осуществляется с помощью специального прибора. Анализ треморометрии проводится по амплитуде и частоте колебаний. В используемом в практике гигиенических исследований электротремометре амплитуда отражается числом касаний краев фигурных пазов. При проведении измерений исследователь записывает показание счетчика электротремометра и включает его. По команде исследователя (при этом он запускает секундомер) обследуемый металлической указкой проводит через все фигурные пазы. После выполнения задания секундомер останавливается и вновь регистрируется показание счетчика. Разность в показаниях счетчика указывает количество касаний указкой краев паза. Делением значения общего числа касаний на время выполнения теста определяется частота – количество касаний в 1 с.

При развитии утомления тремор усиливается, однако при трактовке результатов исследования необходимо учитывать влияние степени скоординированности напряжения мышц-антагонистов, а также степени скоординированности совместной деятельности зрительного и двигательного анализаторов.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМИОГРАФИИ

Электромиография (ЭМГ) – это регистрация биоэлектрической активности мышц, являющаяся одной из наиболее адекватных методик, позволяющих объективно оценить функциональное состояние НМА. В зависимости от характера отведения различают суммарную ЭМГ (отводится с помощью накожных электродов) и ЭМГ отдельных двигательных единиц (отведение осуществляется с помощью игольчатых электродов). В гигиенических исследованиях используется, как правило, суммарная ЭМГ. Она представляет собой результат сложения потенциалов действия ряда двигательных единиц, в состав которых входят мотонейрон, его аксон и несколько мышечных волокон. Задача исследователя сводится к отведению, усилению и регистрации этих потенциалов. Для этих целей используются электромиографы.

Количественный анализ ЭМГ включает определение величины амплитуды осцилляций и частоты их следования. В современных приборах этот процесс осуществляется с помощью микропроцессорной техники, и на экран дисплея поступает алфавитно-цифровая информация о частотном спектре и средней величине входного сигнала ЭМГ. Механизм обработки ЭМГ включает измерение в миллиметрах по восходящему колену высоты зубцов и определение средней амплитуды колебаний. Зная цену 1 мм в микровольтах (по калибровочному сигналу, который записывается до регистрации ЭМГ), вычисляют величину осцилляций.

Частоту следования осцилляций определяют путем подсчета количества зубцов в единицу времени (импульс в 1 с).

Возрастание амплитуды и уменьшение частоты следования осцилляций ЭМГ являются достаточно информативными показателями для диагностики утомления, но при одном непременном условии – постоянстве нагрузки. В производственных условиях из-за возможности снижения величины прикладываемых усилий, изменений рабочей позы, характера рабочих движений, включения в работу других мышечных групп и т. д. это условие может нарушаться, что затрудняет оценку утомления по ЭМГ-показателям.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ИСТОЧНИК:

Руководство к практическим занятиям по гигиене труда: Учебн. пособие /Под ред. В.Ф. Кириллова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 2001.

Читайте также: