Содержание к диссертации
Введение
Глава I Обзор литературы
1.1. Частота сердечных сокращений при физической нагрузке 8
1.2. Изменение скорости распространения пульсовой волны при физической нагрузке 13
1.3. Потребление кислорода при физических упражнениях 17
1.4. Изменение электрической активности и меха нических свойств мышц при сокращении 22
1.5. Взаимосвязь между вегетативными и соматическими функциями при циклических движениях 28
1.6. Методы обучения плаванию 33
1.7. Обсуждение литературных данных и задачи исследования 43
Глава 2 Методика и организация исследований
2.1. Характеристика обследованных лиц 46
2.2. Регистрация электрокардиограмм 49
2.3. Запись сфигмограмм при физической нагрузке 49
2.4. Регистрация кровотока в верхней конечности методом венозной окклюзионной плетизмографии 50
2.5. Определение величины потребления кислорода 52
2.6. Регистрация электромиограмм во время бега на тредбане 52
2.7. Регистрация сокращений мышц с помощью миотонографа 53
2.8. Звуковая сигнализация по частоте сердечных сокращений для настройки бега по ритму сердца 57
2.9. Устройство для обучения дыханию и согласованию движений рук с дыханием при плавании и методика обучения 58
2.10. Устройство для обучения плаванию целостным методом и методика обучения 64
Глава 3 Результаты исследований
3.1. Изменения функций сердечно-сосудистой системы при беге и плавании 72
3.2. Длительность фазы сокращения и расслабления мышц при беге на тредбане 82
3.3. Взаимосвязь между вегетативными и соматическими функциями организма при беге в ритме сердца и становлении навыка дыхания при плавании 88
3.4. Обучение плаванию целостным методом с применением тренажерного устройства 99
Глава 4 Обсуждение результатов исследования 105
Выводы 118
Литература 120
- Изменение скорости распространения пульсовой волны при физической нагрузке
- Изменение электрической активности и меха нических свойств мышц при сокращении
- Регистрация кровотока в верхней конечности методом венозной окклюзионной плетизмографии
- Длительность фазы сокращения и расслабления мышц при беге на тредбане
Введение к работе
Актуальность темы. В СССР большое внимание уделяется широкому внедрению массовой физической культуры в быт советских людей, о чем свидетельствует также Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О дальнейшем подъеме массовости физической культуры и спорта" от 10 сентября 1981 года,
В числе самых широко доступных и общеразвивающих видов физической культуры следует назвать прежде всего бег и плавание. Эти циклические виды физической культуры способствуют гармоничному развитию как соматической, так и вегетативной систем организма. И в беге, и в плавании деятельность соматической и вегетативной систем организма тесно взаимосвязана, и оптимальные варианты их взаимосвязей помогают как в более быстром овладении навыками плавания, так и в достижении высоких результатов.
При беге и плавании на средние и длинные дистанции одним из важнейших компонентов деятельности вегетативной системы организма является работа сердечно-сосудистой системы. Чем быстрее достигается оптимальное согласование функций кровообращения с работой мышц, тем быстрее будут достигнуты спортивные результаты.
Поэтому исследование этих взаимосвязей, особенно на начальном этапе подготовки спортсменов, может дать ценные сведения для определения степени тренированности молодежи, а
также для отбора наиболее талантливой ее части. Комплексные исследования взаимосвязей вегетативных и соматических функций организма при физических упражнениях позволяют выделить наиболее важные факторы, влияющие на спортивные результаты.
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования явилось изучение взаимоотношений между изменениями вегетативных (кровообращение и дыхание) и двигательных функций при нагрузке (беге и плавании) с учетом роли этих взаимоотношений в образовании двигательных навыков.
В этой связи были поставлены следующие задачи:
исследовать изменения функций сердечно-сосудистой системы при беге и плавании;
определить длительность фаз сокращения и расслабления мышц нижних конечностей при беге на тредбане;
исследовать взаимосвязи между вегетативными и соматическими функциями организма при беге на тредбане и при становлении навыка дыхания в плавании;
исходя из данных о взаимосвязи между вегетативными и двигательными функциями организма при циклических движениях, разработать целостный метод обучения плаванию.
Научная новизна результатов исследования. В процессе данной работы впервые разработано устройство для регистрации сокращения и расслабления мышц непосредственно во время бега, что позволяет определить время, в течение которого мышцы лишены притока крови. Установлено, что икроножная мышца во время бега на тредбане со скоростью 3,5 м/с около 45$ времени лишена притока крови. Исследована также динамика изменений
вегетативных и двигательных функций при становлении навыков бега у юных спортсменов по следующим показателям - длительность сокращения и расслабления мышц нижних конечностей, частота сердечных сокращений (ЧСС), скорость распространения пульсовой волны (СРПВ), потребление кислорода. Все эти показатели регистрировались одновременно. Установлено, что на начальном этапе тренировки у юных легкоатлетов быстро повышается СИІВ в состоянии покоя и одновременно развивается реакция снижения СРПВ во время бега, что характерно и для взрослых спортсменов.
Исследованы изменения гемодинамики (ЧСС и СРПВ) у юных пловцов непосредственно во время плавания и установлено, что СРПВ значительно повышается. Выявлены специфические реакции сердечно-сосудистой системы на погружение лица в воду у пловцов и у не умеющих плавать.
Практическая значимость работы. В процессе исследования разработаны способ регистрации сокращения мышц (миотонография) непосредственно во время бега, а также методика регистрации сфигмограмм непосредственно во время плавания в бассейне. Эти методики могут быть использованы в физиологии спорта для изучения взаимосвязей между вегетативными и соматическими функциями организма.
На основе полученных данных разработана методика обучения плаванию целостным методом с применением тренажерного устройства, позволяющая обучать плаванию в кратчайшие сроки. Особую важность в данной методике представляет то, что определенным навыкам плавания начинающих можно обучить на тренажерном устройстве, причем обучение на этом устройстве может
производиться в любом спортивном зале или на открытой местности.
Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 13 работ, получены два авторских свидетельства на изобретения и четыре удостоверения на рационализаторские предложения.
Объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах машинописи, включая таблицы и рисунки, и состоит из введения, обзора литературы, глав, посвященных описанию методов исследования и обследованных лиц, результатов собственных исследований и обсуждению этих результатов, и выводов. Список использованной литературы, которым снабжена диссертация, включает 210 работ отечественных и 72 - зарубежных авторов. Работа иллюстрируется семью таблицами и 23 рисунками.
Изменение скорости распространения пульсовой волны при физической нагрузке
Магистральные артерии - это промежуточное звено в сердечно-сосудистой системе, соединяющее центральный насос -сердце - с резистивными и нутритивными периферическими сосудами, расположенными в разных органах и тканях. Функциональное состояние стенки артерии оказывает значительное влияние на режим работы сердца, особенно во время физической нагрузки, когда минутный объем крови увеличивается в 4-5 и более раз да сравнению с состоянием покоя.
Показано, что повышение растяжимости артерий облегчает движение крови по артериям, снижая необходимую для этого энергию сердца (Н.Н.Савицкий, 1974).
Основным неинвазивным методом оценки изменений растяжимости (ригидности) артериальной стенки является определение СРПВ (А.Д.Валтнерис, 1966).
Адаптивные изменения функций магистральных артерий в состоянии покоя выражаются в некотором снижении СРПВ у лщ, занимающихся физической культурой и спортом. Об этом свидетельствуют данные А.Д.Валтнериса (1976), полученные при обследовании 1288 лщ. Им установлено, что во всех возрастных группах старше 16 лет СРПВ как в аорте, так и в артериях верхних и нижних конечностей у занимающихся физической культурой и спортом выше, чем у лщ нетренированных. Разница между этими показателями у спортсменов и у не занимающихся физической культурой с возрастом увеличивается.
С возрастом СРПВ значительно повышается. В целях предотвращения этих нежелательных изменений необходимо, чтобы физическая нагрузка была регулярной (H;Meilerowicz , 1956). Особенно полезны физические занятия в детском и юношеском возрасте. По данным А.Д.Валтнериса (1976), у незанимавшихся спортом людей в возрасте 31-60 лет, но живших на селе в среднем до 20 лет и работавших физически, а затем регулярно проводящих там отпуск, во время которого они имеют физическую нагрузку, наблюдается относительно низкая СРЕВ, близкая к этому показателю у спортсменов. Исследования В.Н.Артамонова (1969), проведенные на пожилых людях, занимающихся физической культурой в группах здоровья, показывают, что регулярные физические нагрузки могут временно остановить рост СРІШ и в пожилом возрасте.
Однако интенсивные занятия спортом, большие тренировочные нагрузки вызывают противоположный эффект - повышение СРПВ. К такому выводу на основании многочисленных исследований пришла В.В.Васильева (1971). Такие же данные в своих исследованиях получил П.П.Озолинь (1976). Им установлено, что у активных спортсменов СРПВ выше, чем у людей малотренированных. При обследовании одних и тех же спортсменов (велосипедистов) в течение годичного тренировочного цикла высший уровень СРПВ у них наблюдался во время соревновательного периода, а самый низкий - во время переходного периода, когда тренировочные нагрузки наименее интенсивны. Данные изменения отчетливо прослеживаются в артериях, снабжающих кровью более нагруженные конечности (у велосипедистов - нижние), менее сильно они выражены в артериях, снабжающих кровью малонагруженные верхние конечности (В.В.Васильева и др., 1975; П.П.Озолинь, 1976).
Во время физической нагрузки СРПВ, как правило, повышается. Следует подчеркнуть, что только редким авторам удавалось зарегистрировать СРПВ непосредственно во время дина мической нагрузки из-за технических затруднений в регистрации неискаженных сфигмограмм при двигательной активности.
Э.Крокер и Э.Вуд (E.I.Kroeker Е.H.Wood , 1955) регистрировали пульсовые колебания в дуге аорты, брахиаль-ной и феморальной артериях при помощи внутриартериальных катетеров. Во время велоэргометрической нагрузки в положении лежа на спине CPDB в феморальной артерии повышалась на 1,5 м/с, в радиальной и брахиальной артериях - только на 0,1 и 0,5 м/с соответственно.
В.М.Столбун и В.М.Форштадт (1964) радиотелеметрическим методом регистрировали одновременно электрокардиограмму и фотоплетизмограмму пальца руки во время бега на стадионе и выявили значительное повышение CPDB. Ф.Гоббат с сотрудниками ( P.Gobbato е.a, t 1964) записывали сфигмограммы сонной и лучевой артерий во время велоэргометрической нагрузки. Ими отмечено повышение СРПВ в среднем с 7,45 до 8,89 м/с.
Г. Юнгман с сотрудниками (H Jungman е.а., 1971) наблюдали повышение СРПВ в артериях нижней конечности на 10$ во время работы руками.
Изменение электрической активности и меха нических свойств мышц при сокращении
Электрические потенциалы, связанные с мышечной активностью, формируют электромиограммы (ЭМГ). Их можно измерить на поверхности тела над представляющей интерес мышцей или непосредственно в мышце при помощи прокалывающих кожу игольчатых электродов. В процессе исследования активности мышц при физических упражнениях применяется главным образом над-кожное отведение биоэлектрических потенциалов. Сигналы ЭМГ очень похожи на случайный шумовой сигнал, энергия которого зависит от степени мышечной активности и расположения электродов.
Уже в первых исследованиях было установлено, что электрическая активность мышц не соответствует полностью их ме ханическому сокращению. Используя капиллярный электрометр, Я.Бернштейн и А.Чермак ( J.Bernstein , A.Tschermak , 1902), установили, что электрический потенциал мышцы возникает на 0,02 с раньше, чем начинается ее сокращение. Это явление наблюдали и другие исследователи (Я.Буреш и др., 1962; S.R.Eat-r haway , 1935; V.T.Inman е.а. , 1952; C.H.Hakansson , 1957). Имеются также данные о том, что при утомлении мышцы снижаются ее сократительные свойства, а электрическая активность изменяется мало или даже увеличивается (Е.К.Жуков, Ю.З.За-харьян, 1959; Я.М.Коц, 1973; Н.В.Зимкин и др., 1973; Ю.К.Данько, 1974).
Одним из важнейших параметров ЭМГ при фазных движениях является распределение электроактивности во времени. Оно определяется структурой двигательного акта и является выражением центральных процессов двигательной деятельности в центральной нервной системе (Р.СПерсон, 1965). Так, в исследовании М.А.Киселева и М.Е.Маршака (1935), изучавших активность мышцы при циклическом движении - подъем и опускание груза, было показано, что в результате тренировки активность мышцы становится значительно более экономной: периоды пачек биотоков четко отделяются друг от друга изоэлектрическими участками ЭМГ. В дальнейшем эти данные об изменении электрической активности работающей мышцы при упражнении были подтверждены рядом исследований (СА.Косилов, 1938; Д.Г.Квасов, 1952; Ю.З.Захарьянц, 1954; В.Л.Федоров, 1958.; А.С.Степанов, 1959; Е.К.Жуков,Ю.З.Захарьянц, 1959; Р.СПерсон, I960; 1965; М.А.Алексеев, 1966; И.С.Соколова, 1967; С.В.Петров, 1973).
К.С.Точилов (1950) показал, что по мере упражнения происходит увеличение максимумов скоростей и ускорении ЭМГ, увеличивается также крутизна нарастания и падения этих максимумов, что приводит к уменьшению продолжительности активного компонента двигательного никла. Данный процесс С.А.Ко-силовым (1938) назван "концентрацией мышечной силы" и был положен в основу совершенствования координации движений при упражнении. По мнению К.С.Точилова (1950), получившего сходные результаты, описанный процесс является доказательством перестройки первичной стимуляции двигательного аппарата в результате упражнения.
Более высокий вольтаж электромиограмм у тренированных спортсменов связан с тем, что у них синхронизируется процесс настройки отдельных мотонейронов на общий ритм деятельности, вследствие чего на интерференционной кривой, каковой является ЭМГ, при поверхностном способе отведения потенциалов происходит взаимное накладывание импульсов, направленных Е одну сторону (Е.К.Жуков, Ю.З.Захарьянц, I960; Р.С.Персон, I960).
Однако другие авторы обнаружили высокую вариативность параметров ЭМГ при выполнении одного и того же движения (С.П.Сарычев и др., 1964; И.Н.Сальченко, 1968).
По мере развития утомления значительно увеличивается продолжительность периода активности работающей мышцы (Ю.З.Захарьянц, 1954,1963,1964; К.С.Точилов, I960; В.С.Аверья нов, І962;к.її.Кпеве , 1954; I.S.bundervold , 1957).
Данные анализа электромиограмм, регистрированных во время плавания, позволяют проследить за степенью автоматизации двигательного акта, что проявляется в определенном стереотипе картины ЭМГ. Это выражается в примерно одинаковых величинах вольтажа, частоты оеіщлляции и продолжительности гребко-вых движений, что согласуется с данными ряда исследователей (В.В.Васильева, Ю.З.Захарьянц, Н.И.Максимова, I960; В.Г.Па-хомов, 1967). Напротив, у спортсменов, имеющих явные погрешности в технике, наблюдаются наибольшие колебания величин различных параметров ЭМГ.
Электромиографические исследования в физиологии спорта, сочетаемые с различными методами регистрации внешней картины движений (часто применяется киносъемка с последующей цикло-граммометрической обработкой кадров), используется для выявления координационной структуры движений у начинающих спортсменов и рекордсменов, прослеживания выработки навыка и утомления. Одна из главных практических целей таких исследований - помощь тренерам в построении оптимальной методики обучения и системы тренировок (Р.С.Персон, 1969).
Регистрация кровотока в верхней конечности методом венозной окклюзионной плетизмографии
Во время погружения лица в воду с помощью созданного нами устройства (описание устройства приведено на с.бо ) регистрировался кровоток. Принцип венозно-окклюзионной плетизмографии - регистрация изменений объема сегмента конечности или органа при кратковременном (10-20 с) прекращении венозного оттока, но при одновременном сохранении артериального притока крови.
Нами применялась методика венозно-окклюзионной плетизмографии, разработанная в лаборатории, возглавляемой Я.В.Скард-сом (Я.В.Скардс, А.В.Витолс, 1974; Я.В.Скардс, В.Я.Дзерве, 1976). Манжеты надевались на предплечье на уровне наибольшего диаметра этой части конечности. В качестве преобразователя изменений давления в манжете в электрические сигналы применялся сфигмограф SP-2 (приставка к электрокардиографу "Орион"). В качестве усилителя и самописца использовался электрокардиограф "Элкар". В дистальной и проксимальной ок-клюзионных манжетах создавалось давление величиной 80 мм рт. ст. Устройство, создающее давление в манжетах, состояло из насоса и резервуара воздуха (60 л), в котором автоматически поддерживалось постоянное давление. Воздух из резервуара в манжеты подавался и выпускался из них через электромагнитные клапаны. Автоматическое устройство при помощи датчика давления и релейного устройства включало насос, если давление становилось менее 80 мм рт.ст., и выключало его, если давление превышало заданный уровень.
Величина потребления кислорода у юных легкоатлетов при беге на тредбане во 2-й серии наблюдений и у студентов при беге на тредбане в ритме сердца определялась с помощью газоанализатора "spirolyt ". В 3-й серии наблюдений у юных легкоатлетов при беге на тредбане выдыхаемый воздух на третьей минуте нагрузки собирался в мешок Дугласа и потом анализировался на газоанализаторах МН5І30У4 (для С ) и ТП2220У4 (для С02) - производство завода газоанализаторов города Виру. Количество выдыхаемого воздуха в мешке Дугласа определялось с помощью газовых часов.
Электромиограммы (ЗМГ) в данном исследовании при беге на тредбане регистрировалось от камбаловидной, икроножной и прямой мышц бедра обследуемых. Нами применялись свинцовые дисковидные электроды диаметром 10 мм и с межэлектродным расстоянием 20 мм. Электроды размещались на резиновой пластинке, которая приклеивалась к коже клеем БФ-88 над двигательной точкой мышцы. Двигательная точка мышцы определялась по атласу ( H.-Altenburger , 1937).
Кожа в местах крепления электродов обрабатывалась таким же способом, как и при регистрации ЭКГ. И паста использова лась та же. Пластинка с электродами закреплялась на бедре или голени эластичным бинтом (см.рис.14).
ЭМГ регистрировались на 8-канальном электроэнцефалографе фирмы "Alvar " типа "Alvar -Reega " при скорости движения бумаги 60 мм/с или на векторэлектрокардиографе ВЭКС-4 на фотобумаге при скорости ее движения 50 мм/с.
В целях исследования механического воздействия сокращения икроножной мышцы на внутримышечные сосуды при беге на тредбане нами разработан специальный миотонограф (рис.1 и 2). Миотонограф состоит из двух чашечек (рис.2А, Б, В- ), которые прижимаются к коже над исследуемой мышцей. Из них по тонкому шлангу (рис. 2А, Б ) отсасывается воздух, чем чашечки фиксируются на коже. Отрицательное давление в чашечках автоматически поддерживается на постоянном уровне. Автоматическое устройство, поддерживающее отрицательное давление в чашечках, состоит из вакуумного насоса, резервуара и релейного устройства, включающего насос при повышении давления в резервуаре, соединенном как с вакуумным насосом, так и с чашечками. Насос включается, когда давление становится выше 400 мм рт. ст., и выключается, когда оно достигает величины 500 мм рт.ст.
Длительность фазы сокращения и расслабления мышц при беге на тредбане
Сокращение мышц сильно влияет на кровообращение. Анализ влияния нагрузки на организм возможен лишь в том случае, если известно время, на которое в данном упражнении прекращено кровообращение в мышцах. Возможно, что более короткое время сокращения мышц нижних конечностей во время бега может способствовать лучшему кровообращению в мышцах и тем самым улучшению спортивных результатов.
В данной работе нами определялось время сокращения и расслабления мышц нижних конечностей при беге на тредбане по электромиограмме (ЭМГ) и миотонограмме.
На данном этапе исследования, кроме юных легкоатлетов и школьников, нами обследовались также 14 взрослых спортсменов I и П разрядов - бегунов на средние и длинные дистанции. Стандартной нагрузкой был трехминутный бег на тредбане со скоростью 3,5 м/с, а взрослые спортсмены после трехминутного бега продолжали бег еще в течение 3 мин при скорости движения ленты тредбана 5 м/с.
Наибольшее время сокращения мышц во время бега на тредбане, по данным электромиограммы, отмечено у представителей контрольной группы (прямая мышца бедра - 178 8 мс, икроножная - 236 8 мс, камбаловидная - 170-5 мс), зато время расслабления мышц у них оказалось наименьшим (показатели тех же мышц составили - соответственно 468 24 мс, 400-14 мс, 460 10 мс). Различия между этими показателями контрольной группы и юных легкоатлетов статистически достоверны (р 0,05).
В первой серии обследования у юных легкоатлетов время сокращения камбаловидной мышцы составило 136 7 мс, а прямой мышцы бедра - 128 6 мс. К третьей серии время сокращения этих мышц увеличилось соответственно до 161 6 и 152 6 мс. Различия статистически достоверны (р 0,05). Время сокращения икроножной мышцы во второй серии обследования по сравнению с первой, уменьшилось, а в третьей - увеличилось. Различия статистически недостоверны (см. табл.4, рис.18).
Время сокращения камбаловидной и прямой мышц бедра у юных легкоатлетов постепенно статистически достоверно увеличивается. Сходные данные получены и по икроножной глышце, при сравнении результатов первой и третьей серии обследования. Время расслабления всех мышц во второй серии обследования увеличилось, а в третьей - несколько уменьшилось. Различия статистически недостоверны. При анализе индивидуальных показателей выявляются различные отклонения от средних данных.
Сравнение относительных данных времени сокращения мышц, полученных в первой и третьей сериях обследований, показывает, что у всех мышц они повышаются: у прямой мяшцы бедра на 20,0 0,7$ в первой серии и на 22,5 0,7$ в третьей, у икроножной мышцы - на 28,5 1,3$ и 29,8 1,5$, у камбаловидной мышцы на 21,7 0,7$ и 24,1 0,7$. Различил, кроме показателей икроножной мышцы, статистически достоверны (р 0,05).
У представителей контрольной группы относительные данные сокращения мышц были намного больше: у прямой мышцы бедра - 27,6 1,3$, икроножной мышцы - 37,1 1,8$ и камбаловидной мышцы - 27,0 1,4$. Различия между относительными данными сокращения мышц в контрольной группе и у юных легкоатлетов статистически достоверны (р 0,01).
Сравнение показывает, что и по абсолютной, и по относительной величинам время сокращения икроножной мышцы у взрослых спортсменов было ближе к аналогичным показателям представителей контрольной группы.
Применение метода миотонографии (МТГ) позволило установить, что время сокращения икроножной мышцы длится дольше, чем это было выявлено с помощью электромиографии. Различия статистически достоверны (р 0,01). Здесь самое меньшее время показывают представители контрольной группы - 273 11 мс, что связано с более коротким шагом у них. При сравнении относительного соотношения времени сокращения мышц, определенного по миотонограмме, выявляются данные, очень близкие во всех группах и всех сериях обследований (около 45$).
Анализ показал, что имеются два вида формы миотонограм-мы - с одной вершиной (рис.19) и двумя вершинами (рис.20). Установлено, что форма миотонограммы определяется техникой бега: при беге с упором главным.образом на носок на миотонограмме обнаруживается одна вершина, а при беге с упором на полную стопу на миотонограмме образуются две вершины.
