Одновременная и предварительная преактивация

Одновременная и предварительная преактивация, стимулирующая проявление максимальных физических возможностей

Эта статья представляет и обобщает результаты исследований, посвящённых оценке, объяснению и реализации оригинальных методов получения эффектов преактивации, которые могут быть успешно использованы в подготовительной и соревновательной деятельности спортсменов. Преактивацию можно охарактеризовать как улучшение результата путём выполнения какого-либо двигательного задания или определённого действия, которые повышают эффективность последующих усилий спортсмена. Существуют два метода преактивации: одновременная преактивация мышечной деятельности, когда специальное мышечное сокращение осуществляется в начальной фазе целевого действия (т.е. одновременно), и предварительная преактивация мышечной деятельности, при которой специально подобранная двигательная задача выполняется до начала целевого действия, давая стимулирующий эффект после её выполнения. Хотя в течение последних десятилетий ряд исследований показал положительные эффекты обоих методов преактивации, они остаются сравнительно малоизвестными и ещё могут обогатить набор доступных для тренеров-практиков средств. Настоящая статья представляет тренерам и исследователям названные методы, которые можно реализовать как составляющие процесса подготовки спортсменов.

Одновременная преактивация мышечной деятельности (ОПМД): научные и практические предпосылки

В течение долгого времени считалось, что достижение максимального усилия связано с сокращением мимической мускулатуры, стискиванием зубов или напряжением мышц, далёких от обеспечивающих основное движение, которые и не должны в нём участвовать (т.е. сторонних). Эти непроизвольные действия стали обычным явлением, а такие гримасы привлекали внимание зрителей и журналистов. На самом деле целенаправленное сокращение непосредственно не участвующих в целевом движении мышц может давать спортсмену некоторые преимущества. Эти возможные преимущества будут рассмотрены ниже.

История возникновения метода ОПМД

Стимулирующий эффект одновременного включения сторонних (т.е. не участвующих при выполнении целевого мышечного сокращения) мышц известен с конца 19-го века, когда венгерский врач Erno Jendrassik разработал оригинальную технику, названную манёвром Ендрассика (ME). Техника ME предполагает усиление сухожильного рефлекса на нижней конечности, когда пациент растягивает в стороны сцепленные пальцы рук, сжав зубы. Применение ME процедуры вызывает потенцирование сухожильного рефлекса у больных с неврологическими нарушениями (Zehr и Stein, 1999). Таким образом, ME можно считать классическим примером произвольного сокращения сторонних мышц (ПССМ), усиливающего двигательную реакцию и уровень нервного возбуждения других групп мышц.

Эти многообещающие результаты не были поддержаны другими исследованиями, в которых какие-либо эргогенные последствия использования таких техник не проявились (Allen et al., 1984; McArdle et al., 1984). Дальнейшие исследования, выполненные японскими учёными, показали, что сжатие зубов оказывает значительное потенцирующее влияние при приведении плеча (Ueno, 1995) и подошвенном сгибании стопы (Sasaki et al., 1998). В серии углублённых исследований учёные изучали изменения рефлекса Гофмана после ПССМ и сжатия зубов. Рефлекс Гофмана вызывается электрической стимуляцией сенсорных волокон возбуждаемого нерва и признаётся в качестве золотого стандарта при измерении уровня возбудимости спинальных мотонейронов; его показатели характеризуют острую и длительную нервно-мышечную адаптацию к максимальным усилиям и тренировочным нагрузкам с отягощениями. Было установлено, что сжатие зубов усиливает рефлекс Гофмана при возбуждении камбаловидной мышцы (I); чем сильнее сжаты зубы, тем больший эффект проявляется (И); усиление рефлекса Гофмана связано как со стимулирующим влиянием коры головного мозга, так и с афферентным импульсом из челюстнолицевой зоны (III) — (Miyahara, 1991; Miyahara et al., 1996). Подобное усиление рефлекса Гофмана, вызванное сжатием зубов, было выявлено и в мышцах предплечья (Takahashi et al., 2003). Наконец, Hiroshi (2003) показал, что стискивание зубов до и во время сжимания кисти вызывает существенное увеличение максимальной силы и скорости её нарастания по сравнению с тем же действием при расслабленных челюстно-лицевых мышцах.

Несмотря на то что стимулирующий эффект ME и различных вариантов произвольных сокращений сторонних мышц известен уже давно, его применение в спортивной практике имеет относительно короткую историю. Аналогично предварительной преактивации мышечной деятельности это явление было названо одновременной преактивацией мышечной деятельности — ОПМД (Ebben, 2006). В следующем разделе приведён обзор ОПМД-исследований, выполненных в течение двух последних десятилетий.

Исследования эргогенного эффекта ОПМД

Ряд исследований представил анализ эргогенных эффектов, произведённых различными вариантами ПССМ. Для определения эргогенных эффектов ОПМД изучались результаты выполнения разнообразных упражнений, таких как приведение плеча, подошвенное сгибание стопы, сжимание пальцев кисти, прыжок в высоту, прыжок в высоту из положения полуприседа, приседание со штангой на плечах, сгибание и разгибание голени (табл. 1).

Таблица 1. Краткое изложение результатов исследований по оценке эффекта ОПМД

¹ СНУ — скорость нарастания усилия
² Манёвр Вальсальвы — попытка сделать сильный выдох, когда голосовая щель закрыта, что повышает внутригрудное и внутрибрюшное давление

Исследовательские подходы во всех перечисленных выше публикациях были очень схожи. Субъектами, как правило, были молодые тренированные волонтёры, которые выполняли стандартную разминку, а затем целевое упражнение с использованием обычной схемы движения или ОПМД-модифицированного варианта. С учётом данных, обобщённых в табл. 1, можно сделать ряд заключающих замечаний.

1. Все исследования, проведённые в период 1995-2010 гг., выявили значительный эргогенный эффект применения ОПМД, реализованный с помощью сжимания зубов (челюстей), манёвра Вальсальвы и/или максимального сжимания пальцев рук. Представленный прирост результатов варьировал от 4,2 до 32,2% (в зависимости от характера показателей и условий эксперимента).
2. Больший эргогенный эффект был получен в скорости нарастания усилия, но не в величине пикового усилия. Эта особенность связана с тем, что ОПМД даёт более мощный эффект на начальной стадии концентрического или изометрического сокращения, в то время как пиковое усилие достигается на 2-3-й секунде после его начала.
3. Нужно признать, что техника ОПМД, применяемая в исследованиях на протяжении пятнадцати лет, эволюционировала. В более ранних исследованиях потенцирующий эффект достигался исключительно с помощью сжимания челюстей, тогда как в более поздних исследованиях сжимание челюстей сочеталось с манёвром Вальсальвы и дополнительным напряжением сторонних мышц. Сравнение результатов исследований, в которых эти два разных способа вмешательства были реализованы, показывает, что активация более крупные мышечных групп даёт больший эргогенный эффект (Ebben et al., 2008 и Ebben et al, 2010a). Это обстоятельство может быть важным при применении на практике.
4. Эргогенные эффекты ОПМД были выявлены при исследованиях на спортсменах-мужчинах, в то время как экспериментальные работы на группах женщин не дали подобных результатов (Ebben et al., 2010b.); был описан только один существенный эффект ОПМД у женщин — на пиковую силу при разгибании голени, но он был значительно ниже, чем у мужчин (4,2% против 10,6%). Авторы отмечали более низкий уровень подготовленности женщин, участвовавших в исследовании, по сравнению с мужчинами. Таким образом, возможное объяснение такой половой дифференциации может быть связано с нервно-мышечными механизмами движения, лежащими в основе эффекта ОПМД. Такие факторы, как более низкая мышечная масса и гормональный статус также могут объяснить такой гендерный эффект.

Физиологические механизмы, обуславливающие эргогенный эффект ОПМД

Для объяснения возникновения эргогенных эффектов, производимых ОПМД, были предложены две основные теории. Первая фокусировалась на внутрикорковых связях между различными моторными зонами мозга. Действительно, активация одной моторной зоны коры головного мозга, вызванная произвольным сокращением сторонних мышц (например при сжимании зубов), влияет на активацию нервных центров, расположенных в других зонах головного мозга. Эти центры передают команду основным двигательным единицам, которые и инициируют усилия для целенаправленного осуществления движения. Примечательно, что в двигательной зоне коры головного мозга, которая отвечает за произвольные сокращения мышц, есть функциональные единицы, отвечающие за движения мышц рук, ног и лица. Функциональные взаимосвязи между этими единицами образуют основу для ОПМД эффектов (Ebben, 2006). Это предположение подтверждается результатами исследований на животных, где была показана интеграция корковых зон, ответственных за соматосенсорный двигательный контроль, и поведенчески важных движений (Rioult-Pedotti et al., 1998).

Другая теория подчёркивает роль произвольных сокращений сторонних мышц в повышении возбудимости спинальных мотонейронов. Факт повышения возбудимости поддерживается многочисленными результатами исследования рефлекса Гофмана при различных ПСУМ, таких как стискивание челюстей, манёвр Ендрассика, сжимание кисти в кулак и т.д. Эффект потенцирования развивается во времени следующим образом: 1-я фаза обеспечивает облегчение начального усилия и появление предшествующей ЭМГ активности основных двигательных единиц; 2-я фаза даёт максимальные стимулирующие афферентные импульсы от основных задействованных в движении мышц; 3-я фаза характеризуется средней интенсивностью вплоть до окончания выполняемого сокращения (Delwade и Toulouse, 1981). Такой трёхфазный характер потенцирования может соответствующим образом определить время применения ОПМД: 1-я фаза может выполняться до начала целевого упражнения, которое должно совпадать со 2-й фазой и длиться в течение 3-ей.

Апробация метода ОПМД в разных видах спорта: старт в спортивном плавании

Как показано в таблице 1, целый ряд скоростно-силовых упражнений был изучен в плане применимости ОПМД. На сегодняшний день нет данных, касающихся применения протокола ОПМД при развитии спортивных навыков, которые составляют основу соревновательных действий, строго регулируемых официальными правилами. Однако такая попытка была реализована в спортивном плавании: действия пловца на страте подвергались воздействию ОПМД (Issurin, Verbitsky, 2013).

Экспериментальная модель ОПМД-модифицированного старта была разработана на основе результатов предыдущих исследований (Ebben et al., 2008; 2010а; 2010b) и с учётом опыта изучения техники старта пловцов-олимпийцев (Issurin, Verbitsky, 2003). Протокол эксперимента предусматривал, что спортсмен сжимает зубы и произвольно сокращает мышцы брюшной стенки после предварительной команды судьи («на старт»). Временной интервал между предварительной командой «на старт» и стартовым сигналом, как правило, колеблется в пределах 0,9-1,2 с. Это время полностью вписывается в фазовый характер процесса потенцирования: начальное сжимание зубов и сокращение мышц брюшного пресса охватывает 1-ю фазу, в то время как отталкивание соответствует 2-й фазе, когда влияние потенцирования достигает максимума (Delwade и Toulouse, 1981). Требовалось прекратить сжимание зубов сразу после отталкивания, а напряжение мышц живота поддерживать в соответствии с привычной координационной схемой движения. В исследовании приняли участие восемь элитных и субэлитных пловцов-мужчин. Все они были достаточно хорошо знакомы с ОПМД-модифицированным стартом, так как использовали эту технику на тренировках и соревнованиях, по крайней мере в течение двух месяцев.

Пример исследования. Данные были собраны в ходе соревновательного периода. Две VHS-видеокамеры, работающие с номинальной частотой кадров 50 Гц, располагались перпендикулярно к оси движения пловцов: одна напротив стартового блока в 5 м от места нахождения пловцов; вторая — на боковой стороне бассейна для измерения временного результата на отрезке в 15 м от начала дистанции. Стартовая команда давалась в соответствии с правилами соревнований, и светодиодный сигнал передавался на видеосистему. Видеозаписи анализировались с помощью Ariel Performance Analysis System (Ariel Dynamics Inc., Калифорния, США); стартовая реакция (СР) определялась как время от подачи стартового сигнала до отталкивания; эффективность стартовых действий (ЭСД) оценивалась по времени завершения 15-метрового отрезка. Испытуемые в случайном порядке выполняли четыре попытки кролем, две обычные и две с использованием ОПМД-модифицированной техники старта, с интервалом отдыха около 8 мин. Статистическая обработка включала двухфакторный дисперсионный анализ и соответствующую описательную статистику; уровень значимости устанавливался равным 0,05 (Issurin, Verbitsky, 2013).

Результаты исследования представлены на рисунке 1.

Представлен лучший индивидуальный результат из двух попыток (Issurin, Verbitsky, 2013).

Время реакции было меньше при выполнении ОПМД-модифицированных экспериментальных попыток по сравнению с контрольными в среднем на 0,05 с (мера эффекта d=2,90). Эффективность старта была выше при использовании экспериментальной схемы старта по сравнению с контрольными попытками в среднем на 0,08 с (мера эффекта d=2,01). Мера эффекта оценивалась d-тестом Коэна, который характеризует величины эффекта, превышающие 1,30, как большие. Поэтому, несмотря на то что ОПМД обеспечила относительно небольшое преимущество (меньшее, чем рост результатов, представленных в табл. 1), рассчитанная величина эффекта оценивалась как статистически достаточно большая (Issurin, Verbitsky, 2003).

Результаты исследования дают убедительные доказательства значительного эргогенного эффекта применения ОПМД как на время стартовой реакции, так и на эффективность старта, оцениваемого по времени проплывания 15-метрового отрезка дистанции. Можно ожидать, что применение ОПМД увеличивает скорость нарастания усилия при отталкивании с последующим увеличением горизонтальной скорости и дальности полёта, которые могут внести основной вклад в увеличение эффективности старта. Исследование выявило ещё один эргогенный эффект — сокращение времени реакции. По нашим сведениям, это первое свидетельство того, что ОПМД может уменьшить время реакции. Стоит отметить, что краткость стартового действия в спортивном плавании даёт очень мало шансов для совершенствования двигательной реакции, хотя эта возможность была реализована однажды, когда техника старта с захватом края тумбочки была заменена на старт из легкоатлетической стойки (Issurin, Verbitsky, 2003).

Наблюдения во время соревнований дают дополнительную поддержку фактам возникновения эргогенного эффекта при применении ОПМД-модифицированной схемы старта в спортивном плавании. Мониторинг стартовой реакции является обычной практикой на официальных соревнованиях, где система электронного хронометража «Омега» представляет оперативные данные и протокол. Таким образом, несколько пловцов, применявших ОПМД-старт, сократили время реакции на 0,12-0,16 с по сравнению со своими обычными показателями. Конечно, такой необыкновенный рост превысил диапазон, который можно было бы ожидать, принимая во внимание нейрофизиологические и биомеханические предпосылки. Тем не менее такие факторы, как когнитивный вклад, соответствующая психологическая концентрация и более благоприятное эмоциональное состояние, также могут быть приняты во внимание в качестве составляющих таких двигательных эффектов. Надо особо отметить, что пловцы, которые использовали ОПМД-модифицированный старт при плавании на спине на дистанции 50 м, завоевали бронзовую медаль на чемпионате Европы 2011 г. и золотую медаль на чемпионате Европы 2012 г.

Сравнивая представленные показатели с результатами предыдущих публикаций, следует отметить, что в отличие от данных, приведённых в табл. 1, целевой технический компонент в данном исследовании был не отдельным упражнением, а относительно короткой составляющей цельного спортивного действа. То есть это исследование представляет собой одну из первых попыток применения ОПМД в соревновательном упражнении, которое регулируется официальным соревновательным протоколом. Результаты исследования служат доказательством того, что такой подход имеет особое значение и обеспечивает перспективы для совершенствования соревновательной практики и дальнейших научно-исследовательских проектов в других видах спорта.

Предварительная преактивация мышечной деятельности (ППМД)

Предварительная преактивация мышечной деятельности (ППМД) известна в физиологии упражнений и теории спортивной тренировки как феномен стимуляции спортивной деятельности, вызванный предварительно выполненными мышечными усилиями максимальной или субмаксимальной интенсивности.

Научные предпосылки

Общая схема программы ППМД содержит ряд этапов: выполнение соответствующей разминки (1); отработку стимулирующего двигательного задания, называемого предваряющим нагрузку воздействием, которое должно активировать соответствующие группы мышц, используя упражнения оптимальной интенсивности и продолжительности (2); период восстановления после выполнения упражнения, который должен быть достаточным для восстановления, но не чрезмерно долгим, так как стимулирующий эффект ослабевает во время отдыха (3); выполнение основной двигательной задачи или целевого упражнения (4), в процессе которого должен быть использован полученный стимулирующий эффект (Sale, 2002; Hodgson et al, 2005).

Существуют две основные теории, объясняющие возникновение ППМД, которые связаны либо с биохимическими, либо с нейрофизиологическими механизмами мышечной стимуляции после выполнения упражнений. В соответствии с первой теорией интенсивная стимулирующая нагрузка вызывает повышение фосфорилирования (добавления фосфата для синтеза новой молекулы АТФ) лёгких регуляторных цепочек миозина (ЛРЦМ), которые усиливают взаимодействие миозина с актином и его чувствительность к ионам кальция. Более интенсивное фосфорилирование ЛРЦМ вызывает более быстрое мышечное сокращение и более быстрое развитие мышечного напряжения. Это подтверждается результатами исследований на животных (Vandenboom et al., 1993; Szczesna et al., 2002) и экспериментов на спортсменах с использованием биопсии мышц (Stuart et al., 1988; Smith и Frey, 2007).

Суть второй теории заключается в том, что увеличение количества включаемых двигательных единиц после стимулирующей нагрузки вызывается более интенсивной передачей потенциалов возбуждения в структуре спинного мозга (Gossard et al.,1995; Tillin и Bishop, 2009). Кроме того, присутствует повышенный уровень возбуждения спинального рефлекса, который был изучен с помощью электромиографии. Gullich и Schmidtblei-cher (1998) зарегистрировали сниженную возбудимость спинального рефлекса (снижение Н-волны на электромиограмме) сразу после максимального изометрического сокращения и его значительное повышение через 5-13 мин после него. Подобные фазные отклонения были отмечены и после максимального динамического мышечного сокращения (Trimble et al., 1998). Соответственно, достижение этой фазы повышенной нервно-мышечной реакции спортсменов и обеспечивает большую отдачу при выполнении соответствующего упражнения.

Заключая этот параграф, стоит отметить, что научные аспекты возникновения ППМД активно обсуждаются в специальной литературе, а любознательным читателям можно рекомендовать также ряд обширных обзоров (Sale, 2002 и 2004: Hodgson et al., 2005; Robbins, 2005; Docherty, Hodgson, 2007; Tillin и Bishop, 2009).

Характеристика метода ППМД: условия и особенности реализации

Реализация ППМД и её эффекта зависит от запрограммированных условий стимулирующей процедуры, т.е. предваряющего нагрузку воздействия, которое характеризуется содержанием, интенсивностью и объёмом (а); периодом восстановления различной продолжительности и характера (б); видом целевого упражнения, при выполнении которого ожидается получение возможных преимуществ от преактивации мышечной деятельности (с). Кроме того, на эффект ППМД существенно влияют индивидуальные характеристики спортсменов, такие как уровень развития силы и скоростно-силовых способностей, состав мышечной ткани и спортивная подготовленность.

Следует отметить, что запрограммированные условия предваряющего нагрузку воздействия имеют первостепенное значение для получения эргогенного эффекта ППМД. Конкретное содержание этого стимулирующего воздействия специально подбирается, чтобы активировать определённые группы мышц, участвующих и обеспечивающих выполнение целевого упражнения.

Существуют три различные подхода к определению содержания предваряющих нагрузку упражнений. Один из наиболее популярных предполагает выполнение упражнения, требующего максимальных усилий соответствующих групп мышц в изометрическом или динамическом режиме, но не имеющего координационного сходства с целевым двигательным заданием. Например, приседания со штангой на плечах или жим ногами в изометрическом режиме используются для повышения эффективности прыжка с предварительным полуприседанием, спрыгивания с высоты с последующим выпрыгиванием вверх или спринтерского бега (табл. 2). Другой подход предполагает выполнение предваряющих упражнений, имеющих определённое сходство с целевым. Например, пловцы используют прыжки с предварительным полуприседанием, чтобы стимулировать более мощное отталкивание на старте плавательной дистанции (Kilduff et al, 2011). Гребцы применяют максимальную изометрическую тягу рукоятки в специфической позе гребца до начала выполнения теста на гребном эргометре (Feros et al., 2011). Третий подход требует выполнения того же упражнения, которое является целевым, но с большими усилиями или с дополнительным сопротивлением. Например, перед началом спринтерского забега выполнялся бег с дополнительным сопротивлением движению (Olesen, 2012). В другом эксперименте байдарочники использовали короткие повторные подходы на гребном эргометре перед выполнением на нём двухминутного теста (Bishop et al, 2003). Можно предположить, что предваряющие упражнения, имеющие координационное сходство с целевым, могут произвести больший стимулирующий эффект, чем упражнения, не имеющие такого сходства, хотя данные исследований не всегда подтверждают это предположение (Olesen, 2012).

Ещё одно специальное замечание нужно сделать относительно применения предваряющих изометрических и динамических сокращений. Известно, что различные типы сокращений вызывают различные потенцирующие эффекты и нервно-мышечное утомление (Babault et al., 2006; Tillin и Bishop, 2009). Предполагалось, что изометрические сокращения вызывают, в основном, центральное нервно-мышечное утомление, характеризующееся снижением передачи нервного импульса к мышце и вызывающее преимущественно периферический эффект ППМД, связанный с повышенным фосфорилированием ЛРЦМ и более благоприятной метаболической реакцией. В противоположность этому динамические сокращения вызывают периферическое нервно-мышечное утомление, для которого характерно снижение способности к развитию усилия, в то время как эффект ППМД относится главным образом к центральному механизму, связанному с улучшением прохождения афферентного сигнала в спинном мозге. Это приводит к активации большего количества двигательных единиц, участвующих в последующем двигательном действии (Linnamo et al., 1998; Taylor et al, 2000). В целом можно предположить, что максимальные изометрические сокращения обеспечивают более благоприятную предварительную стимуляцию для упражнений взрывного типа, в то время как динамические, обеспечивающие координационное сходство с целевым, могут дать больше преимуществ при выполнении более длительных циклических действий.

Широко признано, что в качестве предваряющего нагрузку воздействия следует выбирать упражнения максимальной или близкой к максимальной интенсивности. Sale (2004) указывал, что и изометрические, и динамические предваряющие воздействия должны быть выполнены на уровне не ниже 80% от индивидуального максимума. Соответственно, продолжительность таких усилий обычно не должна превышать 10 с. Такие условия
ыглядят очень разумно: очень интенсивная предваряющая нагрузка должна активировать биохимическую реакцию (фосфорилирование лёгких регуляторных цепочек миозина) и облегчить вовлечение дополнительных двигательных единиц для последующих мышечных сокращений. Краткость каждого такого усилия обеспечивает высокую интенсивность и предотвращает чрезмерное накопление утомления.

Объём предваряющего воздействия регулируется количеством высокоинтенсивных мышечных усилий, таких как изометрические, динамические или спринтерские, и, как правило, не превышает 4-5 повторений. Кроме того, интенсивность и объём предварительно выполняемого упражнения определяет величину предваряющей нагрузки и продолжительность периода утомления, диктующего организацию соответствующего периода восстановления перед началом целевого упражнения. С одной стороны, чем больше величина предваряющего воздействия, тем больший эффект можно ожидать; с другой стороны, больший объём предваряющего воздействия вызывает более выраженное утомление.

Одним из наиболее важных факторов является соответствие величины предваряющего нагрузку воздействия и продолжительности периода восстановления пос

Видео по теме

Источник: «Теория спортивной тренировки».
Учеб. для ВУЗов. Авт.: проф. В.Б. Иссурин, 2016