Биомеханика управления мышечной активностью в односуставных движениях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.08 ВАК РФ

РГ Б ОД

1 РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

2 2 МАЙ 1385 ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ

На правах рукописи

ГРИГОРЕНКО АНАТОЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

БИОМЕХАНИКА УПРАВЛЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ В ОДНОСУСТАВНЫХ ДВИЖЕНИЯХ

01.02.08. - Биомеханика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Российской государственной академии физической культуры.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат педагогических наук, профессор Ан.А.Шалманов

доктор медицинских наук, профессор В.И. Тхоревский кандидат педагогических наук, доцент А.Н.Фураев

Ведущее учреждение - Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры.

ЗР

Защита состоится "./г>."............ 1995г. в./г!____часов

на заседании Специализированного Совета Д.046.01.01. при Российской государственной академии физической культуры, Москва. Сиреневый бульвар. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российской государственной академии физической культуры.

Автореферат разослан "....."............. 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат педагогических наук.

профессор М.Е.Кутепов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Изучение механизмов управления мышечной активностью в движениях человека тесно связано с исследованием последовательности биологических и механических явлений, происходящих в скелетных мышцах во время возбуждения и сокращения. Несмотря на то. что в этом направлении выполнено большое количество работ, остаются малоизученными процессы, протекающие в мышце в промежутке времени между возникновением электрической активности в мышце и ее механическим ответом. Этот показатель получил название - электромеханический интервал (ЭМИ).

С биомеханической точки зрения изучение влияния различных факторов на изменение этого временного интервала позволит лучше понять биомеханические свойства мышц и уточнить элементный состав существующих механических моделей мышцы. В этом в значительной степени состоит теоретическое значение настоящей работы. Количественные данные о величине запаздывания механического ответа мышцы -по отношению к электрическому особенно важны в тех случаях, когда механическое действие мышц оценивается по интегрированной электромиограмме (ИЭМГ). Это связано с тем. что выбор постоянной времени интегрирования основан на величине ЭМИ. Примером использования ИЭМГ может быть изучение проблемы распределения активности между мышцами синергиста-ми для создания необходимого момента силы в суставе. Эта проблема возникает вследствие избыточности числа мышц, обеспечивающих движение относительно той или иной степени свободы. Для ее решения используют скелетно-мышечные модели разной степени сложности, а проверка адекватности модели требует сопоставления рассчитанных на ее основе сил мышечной тяги с интегрированной электромиограммой.

Особенно много приложений проблема изучения обсуждаемой временной задержки имеет в спорте. Известны попытки некоторых исследователей использовать этот показатель для косвенной оценки мышечной композиции, что имеет немаловажное значение при выборе спортивной специализации. Результаты исследования временной задержки могут послужить основой для разработки тестов для контроля за состоянием нервно-мышечного аппарата у спортсменов, а также для более глубокого понимания природы такого двигательного качества как быстрота.

Объектом исследования является трехглавая мышца голени спортсменов разной спортивной специализации.

Предмет исследования - закономерности изменения временного интервала между моментом возникновения электрической активности и началом механического ответа мышц.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Выявить влияние некоторых факторов на величину электромеханического интервала трехглавой мышцы голени в одно-суставном движении.

ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ. Предполагается, что изучение закономерностей изменения электромеханического интервала позволит:

- уточнить последовательность механических явлений в мышце, предшествующих возникновению ее силы тяги, и в начальный период мышечного сокращения. Это даст возможность глубже изучить фундаментальные вопросы теории мышечного сокращения;

- оценить возможность использования данного показателя для контроля за состоянием нервно-мышечного аппарата у спортсменов и мышечной композиции;

- наконец оценить вероятность использования этого показателя для изучения процессов управления мышечной активностью, что представляет интерес как для фундаментальной науки, так и для практики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Получены количественные данные о зависимости электромеханического интервала от условий регистрации ЭМГ. изменения угла в суставе, величины внешнего сопротивления и скорости односуставного движения. Исследованы внутри и межиндивидуальные закономерности изменения ЭМИ у спортсменов разных спортивных специализаций.

Уточнена механическая модель мышцы за счет введения в ее состав дополнительной компоненты, которая играет роль связующего звена между сократительной и последовательной упругой компонентами.

Показано, что величина электромеханического интервала существенно зависит от скорости односуставного движения и отражает тип мышечных волокон, обеспечивающих его выполнение.

С практической точки зрения полученные результаты могут служить основой для разработки методов тестирования состояния нервно-мышечного аппарата спортсменов и при обработке электромиограммы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, выносимые на защиту.

1. При измерении электромеханического интервала мышц следует учитывать чувствительность аппаратуры, регистрирующей ЭМГ и силу.

2. Величина ЭМИ мышц существенно изменяется с изменением угла в суставе, что вызвано изменением длины мышцы. Объяснение данного факта возможно лишь при введении дополнительной (связующей) компоненты в существующую трехкомпонентную модель мышцы.

3. Между величиной ЭМИ мышц и градиентом силы, обусловленным ее сокращением при разной скорости односуставного движения, имеет место обратная нелинейная зависимость, индивидуальная для каждого спортсмена и мышцы. В этой зависимости находит свое отражение тип мышечных волокон, обеспечивающих движение с заданной скоростью.

4. При максимальной скорости односуставного движения связь меж-

ду ЭМИ мышцы и градиентом силы отсутствует. Это справедливо как при межиндивидуальном, так и при внутрииндивидуальном рассмотрении данной зависимости. Таким образом, абсолютная величина ЭМИ не может быть использована для косвенной оценки мышечной композиции.

5. При обработке (интегрировании) электромиограммы нельзя использовать фиксированное значение постоянной времени интегрирования, поскольку при разной скорости движения ЭМИ изменяется в очень больших пределах.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА работы. Работа изложена на страницах машинописного текста, включая таблицы и рисунки, и состоит из введения, 4 глав и выводов. Библиографический указатель насчитывает 131 источника в том числе 98 работ зарубежных авторов. Работа иллюстрированна 12 таблицами и 15 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ЗАДАЧИ. МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В представленной работе решались следующие задачи:

1) Выявить влияние условий регистрации электрической активности мышц на величину ЭМИ.

2) Исследовать внутрииндивидуальные и межиндивидуальные особенности изменения ЭМИ трехглавой мышцы голени у спортсменов.

3) Изучить зависимость ЭМИ от угла в суставе.

4) Изучить зависимость ЭМИ от скорости односуставного движения. Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

1. Анализ научно-методической литературы.

2. Инструментальные методы (электромиография и тензодинамомет-рия).

3. Методы математической статистики.

Экспериментальная установка для определения ЭМИ состояла из электромиографа "Medlcor MG-440", тензометрированной пластины, тен-зоусилителя ТУП-12, платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера IBM PC/AT.

Электромиограмма регистрировалась поверхностными биполярными электродами. Межэлектродное расстояние составляло 25 мм и было постоянным. Чувствительность усилителя со входа составляла 50 мкВ. Верхняя граница полосы пропускаемых частот соответствовала 10 кГц. нижняя - 50 Гц.

Для косвенного измерения силы тяги икроножной мышцы за пяточную кость использовали тензометрированную пластину. Пластина находилась под пяткой испытуемого и позволяла регистрировать изменение силы, действующей на нее.

Обработка данных осуществлялась с помощью специальной программы. позволяющей представлять данные в графическом виде на экране монитора персонального компьютера (рис.1) и записывать результаты в файл данных для последующей статистической обработки.

Определение ЭМИ осуществлялось автоматически. Отклонение электрического сигнала от изолинии принималось за начало электромеханического интервала. Окончание ЭМИ соответствовало моменту начала изменения силы, действующей на тензометрированную пластину. Чувствительность, с которой аппаратура позволяла определить момент изменения силы, составляла 0.5 Н.

Измерение ЭМИ проводилось при преодолевающем режиме сокращения трехглавой мышцы голени. Испытуемый сидел на стуле, углы в тазобедренном и коленном суставах составляли 90 градусов. Пятка находилась на тензометрированной пластине, а плюстнофаланговые суставы опирались на платформу, высоту которой можно было изменять. После подачи

звукового сигнала испытуемому необходимо было выполнить сгибание стопы, т.е. оторвать пятку от опоры. Начало падения силы под пяткой принималось за окончание ЭМИ. От момента окончания ЭМИ до отрыва пятки от опоры также проходит время, которое мы условно назвали -время разгрузки. В течение этого временного интервала уменьшается сила давления на опору. При обработке данных, помимо электромеханического интервала мышц, программа рассчитывала время разгрузки и градиент силы.

Организация исследования.

Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе изучали влияние условий регистрации электрической активности мышц на величину ЭМИ. В ходе этих экспериментов было рассмотрено влияние следующих факторов: - положение электродов на мышце; - чувствительность биоусилителя; - полоса пропускаемых частот биоусилителя.

При проверке влияния полосы частот биоусилителя на электромеханический интервал были выбраны следующие диапазоны частот: 50-20000 Гц, 10-10000 Гц. 2-10000 Гц. 200-10000 Гц.

При изучении влияния чувствительности биоусилителя на величину ЭМИ выбирались следующие значения этого параметра: 20, 50, 100 и 200 мкВ. Испытуемые выполняли по 10 попыток на каждом из режимов измерения. В этих экспериментах приняло участие 4 испытуемых, средний возраст которых равен 27,3 ±5,8 года, длина тела 180,6 + 4.7 см и вес 78,7 + 10,6 кг.

Следующий этап исследования проводился с целью изучения зависимости ЭМИ от угла в суставе и величины внешней нагрузки. . В эксперименте приняло участие 5 испытуемых (средний возраст - 25,7 +6.3 лет, рост - 178 + 5.3 см и вес -77,8+9.4 кг). Изменение угла в голеностопном суставе задавалось двумя способами. В первом случае

Рис. I. Данные представляемые на экране компьютера; П - электромеханический интервал. Ь - время разгрузки

угол изменяли от 90 до 150 градусов (в зависимости от подвижности в суставе) с дискретностью 10 градусов. Во втором случае изменяли положение (высоту) носка стопы в диапазоне от максимально возможного для каждого испытуемого тыльного сгибания стопы до ее наибольшего подошвенного сгибания. Высота изменялась так. чтобы угол в голеностопном суставе изменялся с дискретностью около 5 градусов. Угол измерялся гониометром перед каждой серией попыток (п=10). Угол измеряли между продольной осью голени и линией, соединяющей голеностопный сустав и плюстнофаланговый сустав большого пальца.

Изучение влияния внешней нагрузки на величину ЭМИ проводилось на тех же испытуемых и при тех же условиях, что и в предыдущем эксперименте. В первом эксперименте угол в голеностопном суставе не менялся и был равен 100 градусам. Дополнительные грузы (9.6; 19,2; 28,8; 38,8 и 48,0 кг) в случайном порядке закрепляли на колене и испытуемые выполняли по 10 попыток с каждым весом. Во втором эксперименте исследовалось влияние угла в голеностопном суставе на величину ЭМИ при двух дополнительных нагрузках (19.2 и 38.8 кг).

Для изучения внутри- и межиндивидуальных закономерностей изменения изучаемых показателей был проведен эксперимент, в котором 25 спортсменов разной квалификации (спринтеры- 11, борцы -.6, представители игровых видов спорта - 8) выполняли подошвенное сгибание стопы. Средние данные испытуемых: возраст - 21,2+5.3 лет; рост -180,4+6,1 см; вес - 78.1+7,9 кг. Стаж занятий спортом, в среднем составил 5,3+2,1 лет. Каждый спортсмен выполнял по 30 попыток с установкой выполнить движение как можно быстрее. Угол в голеностопном суставе перед началом движения был выбран 100 градусов, в коленном и голеностопном - 90 градусов.

Последний этап исследования направлен на изучение зависимости

ЭМИ от скорости односуставного движения. Условия эксперимента заключались в том, что испытуемому необходимо было выполнять сгибание стопы в соответствии с заранее поставленной задачей (установкой) -выполнять движение быстро, медленно или средне. На каждой из скоростей испытуемый выполнял 10 серий по пять попыток, а в общей сложности 50 сгибаний стопы.

В эксперименте приняло участие 23 спортсмена разных специализаций и квалификации. Средние характеристики испытуемых были следующими: возраст - 24.3+4,3 года; вес - 72.8+7,8 кг и рост - 176.8+7.8 см.

Методы математической статистики.

При обработке результатов рассчитывались основные показатели вариационного ряда: среднее арифметическое и среднее квадратическое отклонение. Для проверки достоверности различий средних арифметических и влияния различных факторов на измеряемый признак использовали однофакторный дисперсионный анализ. Проверка достоверности различия дисперсий проводилась по Е-критерию Фишера.

Кроме того, были использованы методы регрессионного и корреляционного анализа. Для оценки тесноты связи использовали линейные и нелинейные коэффициенты корреляции, а при описании зависимости градиента силы от величины электромеханического интервала использована нелинейная модель регрессионного анализа.

Зависимость электромеханического интервала мышц от условий регистрации ЭМГ, внешней нагрузки и угла в суставе.

Исследуя влияние расположения электродов на величину ЭМИ было выявлено, что данный фактор не оказывает влияния на ЭМИ.

При проверке влияния полосы пропускаемых частот на ЭМИ было выявлено что данный фактор практически не влияет на величину ЭМИ. Исключение составляет диапазон частот от 200 до 10000 : ц. Для проведе-

ния дальнейших исследований мы выбрали полосу пропускаемых частот от 50 до 10000 гц.

Влияние чувствительности биоусилителя на величину ЭМИ изучали при следующих значениях этого параметра: 20. 50. 100 и 200 мкв.

С изменением чувствительности усилителя ЭМИ также изменяется. Результаты дисперсионного анализа, проведенного для каждого испытуемого, показали существование статистически значимого влияния обсуждаемого фактора на величину ЭМИ. При экстраполяции значений ЭМИ для »чувствительности усилителя, равной нулю величины обсуждаемого показателя для первого и второго испытуемого соответственно равны 33 и 42 мс. Во всех дальнейших исследованиях мы устанавливали величину чувствительности биоусилителя равную 50 мкВ.

Влияние внешнего сопротивления и угла в' суставе на величину электромеханического интервала. Результаты статистической обработки показали, что с увеличением угла в голеностопном суставе при подошвенном сгибании стопы ЭМИ трехглавой мышцы голени увеличивается. Влияние данного фактора на величину ЭМИ для разных мышц и испытуемых находится в пределах от 57,8 до 95% (Р<0,001). Причем, изменение среднего ЭМИ и ЭМИ каждой из головок этой мышцы имеет существенные индивидуальные особенности.

Во-первых, статистически значимое увеличение ЭМИ у разных испытуемых начинается при разных углах в голеностопном суставе.

Во-вторых, у разных испытуемых при равных приращениях угла в суставе (в области больших углов) прирост величины ЭМИ разный. Иными словами, испытуемые отличаются быстротой нарастания величины электромеханического интервала при углах близких к максимальному подошвенному сгибанию стопы.

И, наконец, в-третьих, диапазон изменения ЭМИ разных мышц для

разных испытуемых был не одинаков.

На рисунке 2 показан график изменения ЭМИ для латеральной икроножной мышцы, в котором наблюдаются отмеченные выше закономерности. Из графика также видно, что изменение ЭМИ от угла в суставе в большинстве случаев имеет нелинейный характер. Полученные результаты заставляют несколько по новому взглянуть на характер изменения механического состояния мышцы в процессе возбуждения.

Полученные данные указывают на то, что в традиционную трехком-понентную модель мышцы необходимо добавить еще одну компоненту, которая по своей природе не является ни упругой, ни сократительной. Назовем ее - связующая компонента. Ее можно уподобить нити постоянной длины, но изменяющейся формы, которая служит передатчиком силы тяги контрактильной компоненты на последовательную упругую компоненту. Исходя из этой модели величина ЭМИ включает в себя две составляющие - время активации мышцы и время необходимое для исключения провисания (деформации) связующей компоненты. Отсюда, наблюдаемое изменение ЭМИ мышцы с изменением ее длины (угла в суставе) в первую очередь определяется состоянием связующей компоненты. Схематически это показано на рисунке 3.

Если мышца растянута и в ней отсутствует провисание связующей компоненты,' то после возникновения электрической активности (ЭМГ) в контрактильной компоненте изменяется ее длина и возникает сила тяги. Эта сила начинает растягивать последовательную упругую компоненту. Начало изменения длины последовательной упругой компоненты, а значит и появление силы тяги на ее конце, свидетельствует об окончании электромеханического интервала.

Если мышца находится в укороченном состоянии, то связующая компонента деформирована и в начале возбуждения контрактильная компо-

--♦•-Ж-а -П-Г-ко -Д-Л-ов —в— Ш-ов —Ж— Б-ов

угол в суставе (градусы)

Рис. 2. ЗависимостьЭМИ латеральной икроножной мышцы от угла в голеностопном суставе

ч 'ч

о

тА/^Г

I—

Рис. 3. Фрагмент механической модели мышцы. 1 - контрактильная компонента, 2 - связущая компонента, 3 - последовательная упругая компонента

нента должна ликвидировать деформацию (натянуть) связующей компоненты и лишь потом начать растягивать последовательную упругую компоненту. Вследствие этого электромеханический интервал увеличивается и при наибольшем укорочении мышцы имеет наибольшую величину.

Исходя из сказанного, наблюдающиеся различия в приростах ЭМИ у разных испытуемых при увеличении угла в голеностопном суставе от значений, соответствующих наименьшей величине ЭМИ, до углов, при которых ЭМИ максимально, можно объяснить различной длиной связующей компоненты. Нелинейный характер увеличения ЭМИ трехглавой мышцы голени с увеличением угла в голеностопном суставе объясняется нелинейной связью между изменением длины этой мышцы и изменением угла в голеностопном суставе.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что величина ЭМИ мышцы определяется состоянием контрактильной и связующей компоненты, а не последовательной упругой компоненты, как это полагали ранее.

Перейдем к рассмотрению влияния внешней нагрузки на величину электромеханического интервала. В первом эксперименте изучалось влияние дополнительной нагрузки, прикладываемой к коленному суставу при фиксированном положении угла в голеностопном суставе. Величина нагрузки изменялась от 9.6 кг до 48 кг, стопа располагалась горизонтально.

В результате дисперсионного анализа было установлено, что у четырех испытуемых не обнаружено достоверного влияния нагрузки на величину ЭМИ. Степень влияния этого фактора для разных испытуемых и мышц была не достоверной и находилась в пределах от 2,4 до 4,3 % (р>0,05). Время разгрузки достоверно возрастало с увеличением внешнего сопротивления. Лишь у одного испытуемого отмечено достоверное влияние нагрузки на ЭМИ.

Был проведен второй эксперимент для исследования обсуждаемой зависимости при разных углах в голеностопном суставе. У всех испытуемых наблюдается достоверное различие между величинами ЭМИ при нагрузках 19.2 кг и 38.4 кг. но только при углах, близких к максимальному подошвенному сгибание стопы. В диапазоне углов от минимального до 130 - 140 градусов (индивидуально для каждого испытуемого) различия в величинах электромеханического интервала при сравниваемых нагрузках были в большинстве случаев не значимы. Исключение составляет лишь один испытуемый, у которого почти во всем диапазоне углов ЭМИ при нагрузке в 38.4 кг был достоверно больше, чем при 19,2 кг (р<0.05).

Между изменением ЭМИ и градиента силы при разных углах существует определенная связь.

Зависимость электромеханического интервала икроножной мышцы от скорости односуставного движения.

При максимальной скорости выполнения задания средние значения электромеханического интервала латеральной икроножной мышцы находились в пределах от 18 до 34 мс. Для медиальной икроножной и камбало-видной мышц они составили от 15,8 до 36.12 мс и от 14,6 до 39,6 мс соответственно. Достоверных различий в величинах ЭМИ разных мышц обнаружено не было. Время разгрузки находилось в пределах от 25 до 83 мс, а величины градиента силы - от 13,4 до 41,8 условных единиц/мс.

Электромеханические интервалы различных мышц (латеральной, медиальной икроножной и камбаловидной мышц) коррелировали между собой.

Для изучения межиндивидуальных закономерностей использовались два пути. В первом случае испытуемые были разделены на три группы в соответствие со специализацией. После этого проводилось сравнение этих трех групп по обсуждаемым показателям. Не было выявлено статис-

тических различий между группами в средних значениях ни по одному из показателей.

Кроме того, для изучения межиндивидуальных закономерностей был проведен корреляционный анализ обсуждаемых ранее показателей для всех испытуемых. В итоге были получены результаты, которые показывают, что коэффициент корреляции между латеральной и медиальной головками был выше, чем коэффициенты между каждой из названных мышц и камбаловидной мышцы (г=0,87 - для латеральной / медиальной; г=0,62 -для латеральной / камбаловидной и г=0,55 - для медиальной / камбаловидной). Эти результаты могут быть обусловлены различиями в характеристиках мышц. Не выявлено никаких статистических взаимосвязей между величинами электромеханического интервала и показателями градиента силы и времени разгрузки для группы испытуемых и для каждого испытуемого.

В результате проведенных экспериментов, направленных на изучение зависимости электромеханического интервала от скорости движения, были получены следующие результаты. Величины ЭМИ существенно различались в зависимости от скорости выполнения движения, а значит и силы сокращения мышц. В таблице 1 . представлены средние данные 23 испытуемых о величинах ЭМИ трехглавой мышцы голени и градиента силы.

Особый интерес представляют данные о вариативности обсуждаемых показателей. Из таблицы 1 видно, что с увеличением скорости движения для всех мышц происходит достоверное (Р<0,01) уменьшение стандартного отклонения величины ЭМИ. т.е. разброс этого показателя от попытки к попытке уменьшается. И наоборот, величина стандартного отклонения градиента силы с ростом скорости движения увеличивается. Аналогичная закономерность наблюдается при сопоставлении средних величин и стандартных отклонений обсуждаемых показателей у каждого испытуемого при

Таблица 1.

Градиент силы и электромеханический интервал трехглавой мышцы голени при разной скорости сгибания стопы (п=23).

1 1 - - | 1 Градиент I 1 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ИНТЕРВАЛ (МС) |

1 УСТАНОВКА

1 1 1

1 (ед/с) ! латеральн. 1 медиальн. камбаловидн. I

1 БЫСТРО 1 18.9 I 23,6 1 21,6 21,6 1

1 ±6,6 1 ±6,5 1 ±6, 1 ±6,1 -1

1 СРЕДНЕ 1 5,7 I 32,8 1 32,2 36,3 |

1 ±2,6 1 ±11.3 1 ±9,6 ±12,2 |

1 МЕДЛЕННО 1 2.0 1 52,6 1 52.4 57, 1 |

1 1 ±1,1 1 | | ±15,3 1 ±16,9 г ±16,6 | | |

многократном (50 попыток) выполнении ими сгибания стопы с разными скоростями. То есть, при быстром выполнении задания наблюдается небольшая вариативность электромеханического интервала, в то время как диапазон изменения градиента силы имеет наибольшую величину.

Корреляционный анализ позволил более детально изучить зависимость между ЭМИ и градиентом силы. Сравнивались корреляционные зависимости, полученные на всей группе испытуемых и для каждого испытуемого отдельно, то есть межиндивидуальные и внутрииндивидуальные закономерности.

Выявлена обратная зависимость между градиентом силы и электромеханическим интервалом (рис.4). Зависимость эта нелинейная и может быть описана уравнением У = аХлЬ. Коэффициент корреляции градиента силы и ЭМИ (для всех испытуемых) составил г=-0, 57,' г=-0.6; г=-0,68

Град.силы(ус.ед./мс)

Рис. 4. Корреляционные зависимости между

градиентом силы и ЭМИ для двух испитуемых.

для латеральной, медиальной и камбаловидной мышц соответственно.

Коэффициент корреляции этих показателей у разных испытуемых находился в пределах от -0,65 до -0,92 для латеральной, от -О, 7 до -0,92 для медиальной и от -0,7 до -0,94 для камбаловидной мышц. Лишь у нескольких испытуемых были отмечены слабые взаимосвязи для разных мышц (от -0,3 до -0,5).

На рисунке 4 представлены корреляционные поля и линии регрессии между градиентом силы и электромеханическим интервалом камбаловидной мышцы для двух испытуемых. У первого коэффициент корреляции был высоким (г=-0.93), а у второго низким (г=-0,48). Из рисунков заметно, что у испытуемого 2 (с низкой взаимосвязью обсуждаемых показателей) форма поля существенно отличается от испытуемого 1.

ВЫВОДЫ

1. Среди факторов, относящихся к условиям отведения ЭМГ сигнала. существенное влияние на величину ЭМИ оказывает чувствительность усилителя биопотенциалов. Степень влияния этого фактора по данным дисперсионного анализа для разных мышц и испытуемых находится в пределах от 26.1 до 54.(Р<0.001). Поэтому при сравнении результатов исследования ЭМИ необходимо указывать уровень чувствительности биоусилителя. То же самое касается.чувствительности приборов, используемых для определения момента окончания ЭМИ (например, тензоусилите-ля). Достоверного влияния изменения положения электродов на мышце и полосы частот биоусилителя на ЭМИ не обнаружено.

2. Изменение угла в голеностопном суставе изменяет величину ЭМИ трехглавой мышцы голени. . С увеличением угла в суставе (уменьшение длины икроножной мышцы) ЭМИ увеличивается. Степень влияния данного фактора у разных испытуемых и разных мышц изменяется в пределах от

57,6 до 95% (РС0.001). В характере изменения ЭМИ у разных испытуемых наблюдаются следующие различия:

- статистически значимое увеличение ЭМИ начинается при разных значениях угла в голеностопном суставе:

- прирост ЭМИ в большинстве случаев имеет нелинейный характер:

- диапазон изменения ЭМИ не одинаковый. Например, у одного спортсмена этот показатель увеличивается на 54,8 мс, а у другого только на 22.2 мс.

3. Изменение электромеханического интервала при изменении угла в суставе дает основание полагать, что в механическую модель мышцы наряду с сократительной и упругими элементами следует добавить еще одну компоненту. Она играет роль связующего звена между сократительной и последовательной упругой компонентой и изменяет свою форму (деформируется или провисает) при укорочении мышцы сверх длины, индивидуальной для каждой мышцы. Изменение формы связующей компоненты у мышц разных испытуемых выражено в разной степени, о чем свидетельствуют разные диапазоны изменения ЭМИ при одинаковом изменении длины (угла в суставе) мышцы.

4. Обнаружены достоверные различия в величинах ЭМИ икроножной мышцы при разных скоростях односуставного движения. Например, при установке выполнить сгибание стопы с максимально возможной скоростью, средняя величина ЭМИ камбаловидной мышцы у 40 испытуемых равна 21,6+6.3 мс, а при средней и медленной скорости выполнения этого движения - соответственно 36,3+12.2 мс и 57.1+16,6 мс (Р<0.001). Аналогичные закономерности получены при изучении данного вопроса у каждого испытуемого при многократном выполнении ими движения с разными скоростями.

Если предположить, что градация мышечного усилия (скорости дви-

жения) осуществляется по правилу размерности Хеннемана. то ЭМИ при разных скоростях движения в суставе отражает тип мышечных волокон, обеспечивающих его выполнение. При медленном движении включаются в действие медленные мышечные волокна. ЭМИ которых большое, при быстром - быстрые, с малым ЭМИ. При выборе величины постоянной времени интегрирования ЭМГ сигналов следует учитывать, что временная задержка между электрической активностью мышц и их механическим ответом не постоянна, а зависит от силы (скорости) мышечного сокращения и изменяется в широких пределах.

5. Получена обратная нелинейная корреляционная зависимость между электромеханическим интервалом и градиентом силы мышц сгибателей стопы при выполнении односуставного движения с разной скоростью. Коэффициенты корреляции между этими показателями для 23 испытуемых составили -0.57, -0,60 и -0,68 - соответственно для латеральной медиальной и камбаловидной мышц..

Коэффициенты корреляции мевду градиентом силы и ЭМИ у разных испытуемых находились в пределах от -0,63 до -0,92 для латеральной, от -0,70 до -0.92 для медиальной и от -0.70 до -0,94 для камбаловидной мышц. Лишь у нескольких испытуемых взаимосвязи были слабые.

Взаимосвязи между ЭМИ и градиентом силы при максимальной скорости односуставного движения практически отсутствуют: Причина состоит в том, что движение в этом случае обеспечивается быстрыми мышечными волокнами. Отсюда следует - ЭМИ мышцы отражает тип мышечных волокон, обеспечивающих ее сокращение и его величина сама по себе не может быть использована в качестве косвенного показателя мышечной композиции. Связь между ЭМИ и процентным соотношением быстрых и медленных мышечных волокон следует искать не в величине ЭМИ. а в характере изменения этого показателя при разных условиях его измерения.

6. Получены противоречивые данные о влиянии внешней нагрузки на величину ЭМИ практически во всем диапазоне углов в голеностопном суставе. Лишь при максимальном сгибании стопы, соответствующем наибольшему укорочения трехглавой мышцы голени. ЭМИ при большей нагрузке у всех испытуемых*достоверно больше, чем при меньшей нагрузке. Можно предположить, что увеличение ЭМИ является результатом либо процессов "преднастройки". происходящих на супраспинальном уровне и приводящих к изменению порядка включения в работу двигательных единиц. либо вытормаживанием активности быстрых двигательных единиц по механизму обратной связи.

7. Не найдено статистически значимых различий в величинах ЭМИ икроножных и камбаловидной мышц при разных скоростях сгибания стопы. Более того, обнаружена достаточно высокая корреляционная связь между ЗМЙ икроножных и камбаловидной мышц, что свидетельствует об их одновременной активации. Взаимосвязь между икроножными мышцами " более тесная, чем икроножных с камбаловидной.

8. Не обнаружено статистически значимых различий в величинах ЭМИ трехглавой мышцы голени у спортсменов разной специализации.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Методика измерения электромеханического интервала. Труды ученых ГЦОЛИФКа. Ежегодник Москва, - 1993. - С. 272-277.

2. Влияние скорости одаосуставного движения на величину электромеханического интервала. Традиционные и нетрадиционные методы оздоровления детей. Тезисы Ш международной практической конференции. Москва - Дубна. - 1994. - с. 57.

Подписано к печати Л—

Поч. л. Тираж 11/С' Заказ зЫЬ

Типография МЭИ, Красноказарменная. 13.