Эффекты разминки
Часто, когда человек занимается физической деятельностью, она начинается с легких упражнений для подготовки тела к восприятию напряжения. Цель их — обеспечение эффекта разминки, включающего повышение внутренней температуры и разрушение временных связей соединительных тканей. Повышение внутренней температуры улучшает биомеханическую характеристику двигательной системы, а растягивание может уменьшить возможность деформирования мышц (Garret 1990; Stanish, Hubley-Kozey, 1984). Эффекты разминки следует отличать от эффектов упражнений, предназначающихся для повышения гибкости, т.е. увеличения диапазона движения относительно сустава.
Температура
Разминка оказывает значительное влияние на зависящие от температуры физиологические процессы. Повышение внутренней температуры в результате разминки может увеличивать диссоциацию кислорода из гемоглобина и миоглобина, мышечный кровоток, интенсифицировать метаболические реакции, снижать вязкость мышц, увеличивать растяжимость соединительной ткани и повышать скорость передачи потенциалов действия (Shellock, Рrentice, 1985). Мы наиболее заинтересованы во влиянии разминки на механическую отдачу мышцы.
Как правило, высота, которая может быть достигнута человеком в прыжке в высоту, после разминки увеличивается. Это происходит потому, что разминка увеличивает максимальную энергию, которая может быть создана мышцей (рис.8.1), а высота прыжка зависит от количества создаваемой энергии. Улучшение показателя прыжка после разминки обусловливается влиянием температуры мышц на скорость сокращения. Так, Davies, Young (1983) установили, что повышение температуры мышц на 3,1 градусов цельсия уменышает продолжительность сокращения и время полурелаксации соответственно на 7 % и 22 %, но не влияет на одиночное или тетаническое напряжение. В противоположность этому снижение температуры мышц на 8,4°С (в результате погружения ноги в ледяную ванну) увеличивало как продолжительность сокращения (38 %), так и время полурелаксации (93 %). Наблюдения, подобные этим, показывают, что релаксация в большей степени зависит от температуры мышц, чем создание усилий. С точки зрения соотношения усилия и скорости изменение температуры в пределах физиологического диапазона, влияет на максимальную скорость сокращения (12 % * С-1, но не влияет на максимальное изометрическое усилие (Binkhorst, Hoofd, Vissers, 1977). Для группы мышц с данным соотношением усилия и скорости изменение температуры мышц не влияет на величину Fm,o но сдвигает величину vmax вправо на 12% на каждый градус (°С) повышения температуры (рис.8.1). Результирующим эффектом изменения скорости сокращения является повышение пиковой энергии.
Если изменение температуры сушественно, она может повлиять на максимальное изометрическое усилие. Например, Ranatuga, Sharpe, Turnbell! (1987) установили, что максимальное изометрическое усилие мышцы кисти руки остается относительно постоянным при охлаждении до 25°С, но уменьшается примерно на 30 % при охлаждении до 12—15°С. Bergh, Ekblom (1979) также сообщили об изменении максимального изометрического вращающего момента экстензоров коленного сустава от 262 Н*м при 30,4°С до 312 Н/м при 38,5°С (2,4 % -°С-1) при измерении температуры в vastus lateralis. Эти изменения оказали влияние на показатели; спортсмены увеличили прыжок в высоту на 44 % (17 см) и максимальное создание энергии в велоспорте на 32 % (316 Вт) при повышении температуры от 30,4 до 38,5°С.
Ingier, Stromme (1979) полагают, что наилучшей стратегией обеспечения изменений температуры мышц при измерении максимального усилия в серии опытов на “бегущей дорожке” в течение 4 мин является связанная с видом деятельности разминка (см.также Shellock, 1986; Shellock, Prentice, 1985). Активной является разминка, в процессе которой изменения температуры обусловливаются работой мышц, а не пассивным внешним источником тепла, например, теплой ванной. Ingier, Stromme могли поднять внутримышечную температуру боковой части quadriceps femoris от 35,9°С до примерно 38,4°С с использованием активной, так и пассивной методик, но они привели доводы в пользу активной разминки, подтвержденные превосходными результатами во время максимального аэробного пробега по “бегущей дорожке” в течение 4 мин. Короче говоря, большая часть общей затраты энергии обеспечивается аэробными процессами, если работе предшествует активная разминка. Кроме того, эти авторы полагают, что продолжительность разминки должна превышать 5 мин и разминка должна проводиться с интенсивностью, эквивалентной темпу 7,5 мин * миля 1 для тренированного спортсмена или достаточной для потоотделения и повышения частоты сердечных сокращений у нетренированного человека. Повысившаяся в результате таких действий температура мышц снижается примерно через 15 мин после разминки; следовательно, время между разминкой и событием не должно превышать 15 мин. К тому же разминка, выполняемая для повышения внутренней температуры, необходима, вероятно, лишь в тех случаях, когда этого требует скорость выполнения задачи, и температура окружающей среды низкая.
Жесткость
Структурные элементы мышцы сопротивляются увеличению длины (растягиванию). Чем больше растягивание, тем выше пассивное сопротивление. Как отмечено в главе 6 (см.рис.6.12), между усилием мышцы и ёе длиной имеет место криволинейное соотношение, если растягивается пассивная мышца. Поскольку жесткость (Н*м-1 или Н*мм-1) определяется наклоном кривой соотношения усилие-длина, криволинейное соотношение указывает, что жесткость растягиваемой пассивной мышцы увеличивается в функции длины. На рис.8.2 показано соотношение усилие-длина для трех мышц задней конечности кошки; тремя компонентами каждого графика являются общее, пассивное и активное усилия. На каждом графике компонент зависимости пассивного усилия от длины показан линией, которая начинает повышаться при нормированной длине 1.0, компонент зависимости активного усилия от длины представлен колоколообразной кривой, соотношение общего усилия и длины показано верхней линией (сумма пассивного и активното компонентов). Форма компонента зависимости общего усилия от длины отличается для каждой мышцы из-за различий в активном и пассивном компонентах. Мышцы, которые имеют узкую кривую зависимости активного усилия от длины и крутую кривую зависимости пассивного усилия от длины, стремятся к большей площади поперечного сечения, меньшей скорости сокращения и большим углам пеннации (Gareis, Solomonov, Baratta, 1992).
У людей сопротивление пассивных мышц может характеризоваться соотношением вращающего момента и угла (рис 8.3, в). Площадь, охватываемая кривой вращающий момент—угол отражает энергию, потребляемую плантарнофлекторными мышцами во время цикла пассивного растяжения сокращения. Поскольку мышечная спастичность включает изменения в мышце, обусловливающие повышенное пассивное сопротивление угловому смещению относительно сустава, пациенты, характеризовавшиеся симптомами мышечной спастичности более одного года, имели более жесткие мышцы по сравнению со здоровыми людьми (Hufschmidt, Mauritz, 1985). Этот эффект больше для экстензорных (антигравитационных) мышц (Dietz, 1992).
Интересное свойство пассивной мышцы заключается в том, что её жесткость (наклон кривой вращающий момент-угол) увеличивается с увеличением времени между растятиваниями (рис.8.4). Это происходит в течение 30-минутного интервала покоя после возбуждения мыши (Kilgore, Mobley, 1991; Lakie, Robson, 1988). Жесткость резко увеличивается сразу же после действия, затем этот процесс становится более постепенным. Повышение жесткости можно исключить с помощью активных или пассивных движений, но не посредством изометрических сокращений (Lakie, Robson, 1988).
Этот эффект был отнесен к тиксотропному свойству мышцы. Тиксотропия — свойство, которым характеризуются различные гели, например, мышца. Гели становятся жидкими при встряхивании, перемешивании или ином возмущении и снова застывают при отстаивании. Представляется, что повышение жесткости мышцы в состоянии покоя обусловлено качественно подобным механизмом. Молекулярная перегруппировка в мышце может включать образование устойчивых связей между волокнами актина и миозина. При отсутствии действия количество связей возрастает и, следовательно, увеличивается жесткость мышцы. Однако при кратковременном растягивании или в период физической активности многие, если не все связи разрушаются и жесткость мышцы снижается (Proske, Моrgan, Gregory, 1993; Wiegner 1987).
Одна из целей разминки заключается, вероятно, в минимизации жесткости мышц посредством приведения в действие большинства основных групп мышц во всем диапазоне движения (Wiktorsson-Moller, Oberg, Ekstrand, Gillquist, 1983). Разминка разрушает актин-миозиновые связи, которые образовались, и в результате этого снижает пассивную жесткость мышцы. Поскольку мы предпочитаем начинать действие или движение с разминки, это означает, что нервная система предпочитает управлять мышцей, когда она находится в состоянии минимальной пассивной жесткости. В противоположность этому повышение жесткости вследствие бездействия снижает чувствительность мышцы к возмущениям и может облегчить управление положением тела.
Мышечный тонус. Тиксотропное свойство, мышцы обусловливает её пассивную жесткость, которая противодействует изменениям ее длины. Это сопротивление релаксированной мышцы растягиванию клиницисты называют мышечным тонусом. Сопротивление растягиванию, конечно, может, дополняться рефлексом растяжения мышцы, но это не происходит у ослабленного субъекта, когда скорость растягивания характеризуется амплитудой в пределах от малой до средней.
Изменения мышечного тонуса могут быть использованы клиницистами для идентификации патологических состояний. Понижения мышечного тонуса, известные как гипотонус, появляются у пациентов с патологическими изменениями в полушариях мозжечка и у пациентов со спинномозговыми рассечениями. Rothwell (1987) наводит на мысль о том, что гипотонус, вероятно, обусловливается пониженным уровнем возбудимости рефлекса растяжения мышцы. Повышение мышечного тонуса, называемое гипертонусом, по-видимому, обусловливается устойчивым состоянием активности двигательных нейронов. Двумя наиболее общими формами гипертонуса являются мышечная спастичность и ригидность. Мышечная спастичность — патологически индицируемос состояние повышенной возбудимости рефлекса растяжения мышцы. Рефлекс растяжения спастической мышцы более сильный, чем рефлекс нормальной мышцы. Более того, этот повышенный рефлекс растяжения мышцы увеличивается со скоростью растягивания. В основе мышечной спастичности лежат многие механизмы, включая изменения возбудимости двигательных нейронов, постсинаптическую повышенную чувствительность к нейромедиатору, увеличение участков двигательных единиц и повышение пассивных тиксотропных свойств мышцы.
Симптомы, связанные с мышечной спастичностью, включают повышенное пассивное сопротивление движению в одном направлении, повышенную активность сухожильного рефлекса, вызываемого легким ударом, принятие характерного положения соответствующей конечностью, явную неспособность релаксировать соответствующую мышцу и неспособность приводить в движение соответствующий сустав быстро или в чередующихся направлениях. Неверное представление, связанное с мышечной спастичностью, заключается в том, что изменения мышечного тонуса ухудшают способность осуществлять движение. Это неправильно. Спастичность мышцы-антагониста не является основным фактором, ухудшаюшим ее способность, осуществлять движение. Это ухудшение обусловливается неспособностью мышцы-агониста использовать достаточное количество двигательных единиц (Sahrmann, Norton, 1977; Tang, Rymer, 1981).
Другой формой гипертонуса является ригидность. Симптомы ригидности и мышечной спастичности заметно отличаются. Симптомы, связанные с ригидностью, включают двунаправленное сопротивление движению, не зависящее от его скорости, которое наблюдается при от сутствии повышенного сухожильного рефлекса, вызываемого легким ударом. Наиболее общий пример ригидности наблюдается при болезни Паркинсона и включает постоянное сокращение мышц, которое может появляться при пассивной манипуляции в виде ряда прерывистых резких движений (шестеренная ритидность).
Гибкость
Часто нельзя различить разминочные упражнения и упражнения, предназначенные для повышения гибкости. Одна из функций разминочных упражнений — снижение связанной c тиксотропностью жесткости мышц, которое отличается от увеличения диапазона движения или гибкости относительно сустава. Основное отличие заключается в продолжительности эффекта. Преимущества разминки должны сохраняться во время последующей физической деятельности, в то время как задача упражнений для повышения гибкости — индуцирование более продолжительного изменения диапазона движения.
Вообще, цель упражнений для повышения гибкости — увеличение диапазона движения путем пассивного (статического) растягивания мышц конечностей либо путем содействия растягиванию (динамическому) одной или нескольких мыши. Типичным примером статического растягивания являстся попытка увеличить диапазон сгибания тазобедренных суставов и выпрямления коленных суставов в результате наклона вперед из вертикального прямого положения тела, удерживая колени выпрямленными и пытаясь коснуться пальцами пальцев стопы. Человеку дается указание сохранять мышцы ног пассивными и удерживать позицию растяжения в течение 15—30 с. Один из вариантов этого упражнения заключается в разгибании и наклонах, с попыткой коснуться пальцев стопы, а не в выдерживании непрерывного растяжения; вариант разгибания и нагибания называется баллистическим растяжением. Аналогичное упражнение касания пальшев стопы может выполняться человеком, сидящим на полу. При выполнении данного упражнения в этой позиции сила тяжести не содействуст растягиванию мышц сухожилий, ограничивающих с боков подколенные ямки.
Хотя статическое растяжение и является наиболее общеиспользуемым упражнением, улучшающим гибкость, клиницисты склонны отдавать предпочтение упражнениям, в которых растягивание сочетается с возбуждением мышц-агонистов или мышц-антагонистов. Три этих упражнения были заимствованы из реабилитационной методики, известной в качестве улучшения нервно-мышечной передачи про-приорецептивных импульсов (Knott, Voss, 1968). Фиксационно-релаксационное растяжение включает первоначальное максимальное изометрическое сокращение мышцы, подлежащей растягиванию (антагонист), с последующими релаксацисй и растяжением мышцы до предела диапазона движения. Упражнение этого типа может выполняться при содействии партнера или терапевта (рис.8.5). Растягивание с сокращением агониста требует содействия партнера. Партнер перемещает конечность участника таким образом, чтобы сустав находился на пределе вращения. Участник сокращает мышцу агонист (например, квадрицепс феморис), в то время как партнер прилагает усилие к конечности пля растягивания мышиы-антагониста (например, сухожилий, ограничивающих с боков подколенную ямку). Фиксационно-релаксаинониая методика с сокращением агониста является комбинацией методик фиксационно-релаксационного растяжения и растягивания с сокрашением агониста.
Фиксационно-релаксационная методика предназначается для растягивания мышцы, когда двигательные альфа-нейроны наименее возбудимы, в результате чего афферентный входной сигнал от детекторов длины (мышечных верётен), вероятно, в наименьшей степени вызывает обусловливаемое растяжением возбуждение мышцы…
В процессе различных исследований сравнивалась эффективность метолик растягивания (Condon, Hutton, 1987; Enture, Abraham, 1986; Guissard et al., 1988; Wallin, Ekblom, Grabn, Nordenborg, 1985). Результаты показывают, что улучшение гибкости при статическом растягивании подобно тому, которое достигается при баллистическом растягивании, но баллистические растягивания, скорее всего, обусловливают болезненность мышц (Shellock, Prentice, 1985)…
Соединительная ткань, очевидно, играет важную роль в ограничении диапазона движения (Gebhard et al., 1993; Shellock, Prentice, 1985). Поэтому упражнения на гибкость должны быть направлены на изменение длины структур соединительной ткани. Для достижения этой цели упражнения на гибкость должны обусловливать пластичные, а не упругие изменения соединительной ткани, так как пластичные изменения обусловливают более постоянные изменения длины тканей. Относительные соотношения упругости и пластичности в пределах растягивания определяются прилагаемым усилием и продолжительностью его приложения, а также температурой тканей. Продолжительное растягивание при низком усилии оптимизирует пластичные изменения. Существует компромисс между удлинением и ослаблением: пластичные изменения, индуцируемые в ткани, обусловливают молекулярную перестройку и ослабление ткани. Тем не менее это напряжение стимулирует адаптацию ткани, и ослабление является лишь кратковременным при условии, что напряжение не слишком большое. Ткань наиболее растяжима при более высокой температуре, например, в конце тренировки, а долговременное удлинение наибольшее, если растягивание осуществляется после охлаждения ткани (Sapega а1., 1981). В некоторых случаях предлагается во время растягивания даже применение пузырей со льдом для содействия эффекту охлаждения. Следовательно, эффективное растягивание для улучшения гибкости должно предусматривать продолжительные растяжения в условиях низкого усилия и выполняться в конце тренировки.