Способ дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений
Владельцы патента RU 2780604:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА (ФГБУ ФНЦ ВНИИФК) (RU)
Изобретение относится к спорту и может быть использовано для дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений. Определяют тип тренировки и задействованные мышцы. Перед тренировкой на задействованных при тренировке мышцах размещают электроды посередине мышечного брюшка. В процессе тренировки регистрируют электромиограммы (ЭМГ) задействованных мышц и проводят анализ спектра ЭМГ мышц, рассчитывая медиану спектра и оценивая смещение медианы спектра сигнала в процессе изометрического упражнения в режиме реального времени. При тренировке максимальной силы при смещении медианы спектра сигнала ЭМГ мышц в сторону низких частот силовую тренировку прекращают. При тренировке силовой выносливости тренировку продолжают до отказа выполнения упражнения. Способ обеспечивает расширение арсенала технических средств дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений. 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к организации силовой тренировки в спорте высших достижений, связанной с развитием максимальной силы, с элементами обратной биологической связи в процессе силовой тренировки, в частности к способу дифференцирования силовых занятий на тренировку, направленную на развитие максимальной силы, а не на тренировку силовой выносливости мышц.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Основы силовой тренировки в спорте были изложены в книгах В.М. Зациорского «Физические качества спортсмена: основы теории и методики воспитания» (1963) и книге Ю.В. Верхощанского «Основы специальной силовой тренировки в спорте» (1970). Суть силовой тренировки сводится к повторному выполнению силовых упражнений, величина отягощения которых задается от максимального веса - ПМ (повторный максимум Е. Faulkner, 1950; A. Lindervold, 1952; A. Montgomery, 1954). В таблице 1 представлены основные методы развития силы и оказываемые воздействия на мышечную систему.
Приведенные в таблице 1 упражнения моту применяться в режиме круговой тренировки. Сочетание аэробных и силовых упражнений: перед основной частью тренировки выполняют кардиоразминку и упражнения на предварительную растяжку мышц, а после тренировки - заминку. В качестве основной части тренировки выполняют 2-4 круга аэробных упражнений, где каждый круг включает следующие станции: упражнение общего воздействия - задействующие в работу более 2/3 мышечных групп всего тела, затем два упражнения избирательного воздействия - задействующие в работу отдельные мышечные группы.
Также известен способ, предусматривающий повышение силы тренируемой конечности в реабилитационном механотренажере, выполненном с возможностью осуществления циклического сгибания и разгибания конечности пациента, для чего в ходе реабилитационного сеанса с помощью электродов, установленных на поверхности кожи восстанавливаемой мышцы, осуществляют регистрацию электромиографических сигналов с последующим формированием программным модулем сигналов управления, передаваемых двигателю механотренажера на принудительное движение, компенсирующее недостающую силу реабилитируемой конечности (RU 27038385 С1, публ. 22.10.2019 Бюл. №30).
Недостатками известных аналогов являются отсутствие постоянного мониторинга функционального состояния мышц и дифференциации по типу тренировок в зависимости от того требуется ли в процессе тренировок развить максимальную силу или максимальную выносливость мышц.
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, присущих существующим аналогам.
Технический результат от использования данного технического решения заключается в расширении арсенала технических средств дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений.
Данный технический результат достигается за счет проведения оценки функционального состояния мышц по результатам спектрального анализа электромиограммы мышц и своевременной корректировки тренировки, в зависимости от типа тренировки, ее оптимальной продолжительности и функционального состояния мышц.
В одном из предпочтительных вариантов реализации предложен способ дифференциальной тренировки максимальной силы мышц при выполнении изометрических упражнений, характеризующийся тем, что: определяют тип тренировки и задействованные мышцы; перед тренировкой, посередине мышечного брюшка, размещают электроды; определяют оптимальную продолжительность тренировки путем регистрации и анализа спектра электромиограммы мышц в режиме реального времени; проводят оценку функционального состояния мышц по результатам спектрального анализа электромиограммы; при тренировке максимальной силы при смещении медианы спектра сигнала электромиограммы мышц в сторону низких частот силовую тренировку прекращают, так как дальнейшее продолжение изометрической тренировки изменяет ее направленность - вместо развития максимальной силы тренировка превращается тренировку силовой выносливости мышц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - размещение электродов на исследуемой конечности (положение электродов на нижней конечности, для оценки ЭМГ m. vastus lateralis и т.rectus femoris);
Фиг. 2 - пример регистрации спектральных характеристик миограммы и медианы спектра в режиме реального времени. Тест по определению МПК, мощность 320 Вт;
Фиг. 3-медианна спектра миограммы мышц, разгибателей коленного сустава, при тесте по определению МПК на велоэргометре;
Фиг. 4 - удержание веса тела на тренажере «Finger board»;
Фиг. 5 - амплитуда смещения медианы спектра ЭМГ при выполнении упражнения «Удержание собственного веса полухватом».
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Ниже будут рассмотрены некоторые термины, которые в дальнейшем будут использоваться при описании технического решения.
Электромиография (ЭМГ) - это метод оценки и регистрации электрической активности скелетных мышц.
ЭМГ выполняется с помощью прибора, называемого электромиографом, для получения записи, называемой электромиограммой.
Электромиограф обнаруживает электрический потенциал, генерируемый мышечными клетками, когда эти клетки электрически или неврологически активированы. Сигналы могут быть проанализированы для обнаружения аномалий, уровня активации или порядка набора, или для анализа биомеханики движения человека или животного. Поверхностная ЭМГ - это немедицинская процедура, используемая для оценки мышечной активации несколькими специалистами, включая физиотерапевтов, кинезиологов и биомедицинских инженеров.
Данное техническое решение обеспечивает расширении арсенала технических средств дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений за счет проведения оценки функционального состояния мышц по результатам спектрального анализа электромиограммы мышц и своевременной корректировки тренировки, в зависимости от типа тренировки, ее оптимальной продолжительности и функционального состояния мышц.
Согласно предлагаемому техническому решению, способ дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений заключается в выполнении следующих этапов:
Определяют тип тренировки и задействованные мышцы.
Тренировка может быть направлена на развитие максимальной силы мышц или на силовую выносливость. Тренировка максимальной силы мышц. Тренировка осуществляется в изометрическом режиме (без изменения длины мышцы). Такой способ тренировки следует использовать в тех видах спорта, в которых присутствуют значительные статические усилия, например, спортивное скалолазание (дисциплина боулдеринг). Спортсмены удерживают веса тела на зацепках за счет статического усилии мышц предплечья и кисти.
Перед тренировкой на мышцах размещают электроды посередине мышечного брюшка.
Перед началом силовой изометрической тренировки на мышцах размещают биполярные электроды приблизительно посередине мышечного брюшка. Расстояние между центрами электродов 30 мм. Земляной электрод размещают произвольно на исследуемой конечности (желательно ближе к костным выступам) - см. пример на Фиг. 1 - положение электродов на нижней конечности, для оценки ЭМГ m. vastus lateralis и m. rectus femoris.
Определяют оптимальную продолжительность тренировки путем регистрации и последующей расшифровки электромиограммы мышц, задействованных в тренировочных упражнениях.
Оценивают различные спектральные характеристики миограммы. В качестве примера рассмотрим показатели спектра миограммы при выполнении теста по определению максимально потребления кислорода (МПК) на велоэргометре. На экране монитора (Фиг. 2 - пример регистрации спектральных характеристик миограммы и медианы спектра в режиме реального времени. Тест по определению МПК, мощность 320 Вт.) в режиме реального времени демонстрируются медианный спектр миограммы (МДСМ).
В процессе тренировки регистрируют электромиограммы мышц и рассчитывают спектр сигнала.
Значение медианы спектра (FМЕД) в указанном выше тесте рассчитывали по формуле (Al-Mulla, М. R.; Sepulveda, F. and Colley, М. (2011). A Review of Non-invasive Techniques to Detect and Predict localised Muscle Fatigue. Sensors, Vol. 11, No. 4, pp. 3545-3594, ISSN 1424-8220):
где
k - частота;
PK - амплитуда K-й частоты, рассчитывали методом быстрого преобразования Фурье;
M=N/2 где N - верхняя частота спектра (М - число измерений) Медиана спектра отражает силу, развиваемую мышцей. На рисунке 2 показано, как меняется значение медианы спектра сигнала при выполнении теста по определению МПК на велоэргометре. С увеличением внешней мощности с 170 до 480 Вт, а значит, и силы мышц-разгибателей коленного сустава, происходит почти линейное увеличение МДСМ. Коэффициенты корреляции составили r=0,91 и r=0,88 для m. vastus lateralis и m. rectus femoris соответственно (Фиг. 3 - медианна спектра миограммы мышц, разгибателей коленного сустава, при тесте по определению МПК на велоэргометре). Проводят оценку функционального состояния мышц по результатам спектрального анализа электромиограммы мышц.
МДСМ отражает не только силу мышц, но и процесс рекрутирования/дерекрутирования двигательных единиц (ДЕ). При тренировке максимальной силы мышц необходимо, чтобы были активны мышечные волокна, рекрутированные в начале сокращения. При длительном проявлении максимальной силы происходит утомление ДЕ и они выключаются (дерекрутируются). Для поддержания силы включаются (рекрутируются), новые ДЕ, что отражается на медиане спектра миограммы. МДСМ начинает смещаться в сторону низких частот.
Рассмотрим пример тренировки максимальной силы мышц кисти и предплечья при удержании веса тела скалолазами.
Тренировка скалолазов - «Удержание веса тела на одной руке». В книге по силовой тренировке скалолазов Эрика Хорста (Е Horst The rock climbers Exersize guide. FalconGuides, 2017) представлены рекомендации по времени выполнения изометрических упражнений для высококвалифицированных спортсменов от 10 до 30 секунд.
С целью определения оптимального времени выполнения изометрических упражнений, провели следующий эксперимент. Испытуемых просили выполнить упражнение «Удержание собственного веса полухватом» одной рукой на тренажере «Finger board" (на Фиг. 4). Испытуемые выполняли упражнение до отказа. Время удержания веса тела на одной руке было в пределах 15-20 секунд. Регистрировали ЭМГ следующих мышц: m. trapesius_R, m. biceps brahii_R, m. deltoidus_R, m. brahii radialis_R, m. flexor digitorun superficailis_R, m. extensor carpy radilias longus_R, m. extensor carpy radilias longus_R, m. triceps_R, m. extensor digit communis_R1 (1 Индекс R означает правую половину тела). Анализировали спектр ЭМГ мышц. Рассчитывали медиану спектра и оценивали смещение медианы спектра сигнала в процессе изометрического упражнения в режиме реального времени. Процесс дерекрутирования утомленных ДЕ и включение (рекрутирование) новых ДЕ влияет на появление низких частот в спектре миограммы. Смещение МДСМ к началу спектра свидетельствует об утомлении ДЕ и переключении на неутомленные ДЕ.
В каждой попытке рассчитывали спектр в первых и последних 5 секундах. Увеличение длительности выполнения упражнения до отказа (15-20 секунд) в зависимости от физической подготовленности испытуемого приводит к смещению медианны спектра к началу, так как это показано на Фиг. 5 (амплитуда смещения медианы спектра ЭМГ при выполнении упражнения «Удержание собственного веса полухватом»)., к началу спектра, При тренировке максимальной силы при смещении медианы спектра сигнала электромиограммы мышц в сторону низких частот силовую тренировку прекращают.
Чем сильнее утомление мышцы, тем больше величина смещения медианы к началу спектра. При выполнении упражнения «Удержание собственного веса полухватом» на одной руке наибольшее сильное утомление наступает в мышцах: m. trapesius_R, передних пучках дельтовидной мышцы (m. deltoidus_R), m. flexor digitorum superficailis_R и, m. extensor carpy radilias longus_R, представлено Фиг. 5.
В тех мышцах, в которых наблюдали утомление, воздействие упражнения на мышцы из силовой тренировки переходило в тренировку силовой выносливости.
Интервал времени от начала тренировки до смещения медианны спектра миограммы, соответствует оптимальной продолжительности тренировки, направленной на развитие максимальной силы мышц.
При тренировке силовой выносливости тренировку продолжают до выраженного утомления мышц.
Для скалолазов, согласно вышеописанному эксперименту, было определено оптимальное время 8-10 секунд выполнения изометрических упражнений, направленных на развитие максимальной силы мышц предплечья и кисти. Специалисту в данной области, очевидно, что конкретные варианты осуществления способа дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений описаны здесь в целях иллюстрации, допустимы различные модификации, не выходящие за рамки и сущности объема изобретения.
Способ дифференциальной тренировки максимальной силы и выносливости мышц при выполнении изометрических упражнений, характеризующийся тем, что:
определяют тип тренировки и задействованные мышцы; перед тренировкой на задействованных при тренировке мышцах размещают электроды посередине мышечного брюшка;
в процессе тренировки регистрируют электромиограммы (ЭМГ) задействованных мышц и проводят анализ спектра ЭМГ мышц, рассчитывая медиану спектра и оценивая смещение медианы спектра сигнала в процессе изометрического упражнения в режиме реального времени:
при тренировке максимальной силы при смещении медианы спектра сигнала ЭМГ мышц в сторону низких частот силовую тренировку прекращают;
при тренировке силовой выносливости тренировку продолжают до отказа выполнения упражнения.
