1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология человека
  4. T. 45, № 3, 2019

Физиология человека, 2019, T. 45, № 3, стр. 79-84

Аэробная нагрузка как фактор, влияющий на постуральный контроль высококвалифицированных биатлонистов

В. А. Драугелите *

ГКУ Центр спортивных инновационных технологий и подготовки сборных команд Москомспорта
Москва, Россия

* E-mail: draugelite@ya.ru

Поступила в редакцию 14.11.2017
После доработки 27.06.2018
Принята к публикации 01.11.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

В работе представлен анализ стабилографических показателей 29 высококвалифицированных биатлонистов. Статистически значимые отличия показателей наблюдаются между исходными данными и всеми показателями на 1-ой и 3-ей мин восстановления после тестирования с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке и не наблюдаются между исходными данными и данными качества функции равновесия (КФР) и скорости перемещения центра давления (ЦД) на 5-ой мин восстановления. Обнаружены статистически значимые отличия показателей аэробной работоспособности и скорости перемещения ЦД до нагрузки между спортсменами разного уровня (кандидаты в Мастера спорта (КМС) и Мастера спорта (МС)), однако в способности восстанавливать постуральное равновесие после аэробной нагрузки у спортсменов разного уровня статистически значимых отличий не обнаружено.

Ключевые слова: стабилография, постуральный контроль, равновесие тела, биатлон, аэробная нагрузка.

Цель данной работы – исследование эффектов физической усталости вследствие аэробной нагрузки на постуральный контроль, а также определение минимального времени восстановления показателей постуральной ориентации и постурального равновесия.

Постуральная ориентация и постуральное равновесие являются отдельными сенсомоторными процессами, лежащими в основе постурального контроля. Обеспечение этих процессов возможно благодаря динамическому и контекстно-зависимому взаимодействию всех уровней нервной системы [1]. Последнее важно в рамках изучения эффектов усталости на контроль позы, т.к. физическая усталость вызывается комбинацией физиологических процессов, как на периферическом уровне, так и на центральном [2].

В литературе есть данные, что физическая нагрузка и вызванное ею физическое утомление негативно сказываются на показателях постурального контроля, однако до сих пор нет единого мнения о скорости восстановления показателей контроля позы после нагрузки. Одни авторы указывают, что после аэробной нагрузки восстановление показателей постурального контроля происходит в течение 10–15 мин, но другие исследования показывают, что хватает 6 мин для полного восстановления [3–5]. Известно, что нагрузка имеет достаточно непродолжительное негативное влияние на контроль позы [6].

Лучшее понимание влияния нагрузки позволит снизить риск получения травм, связанных с утомлением основных антигравитационных мышц во время занятий спортом [7].

Данное исследование является одной из первых попыток оценить эффекты утомления, вызванного аэробным тестированием для определения максимального потребления кислорода (МПК), на функцию контроля позы.

В качестве испытуемых были выбраны высококвалифицированные биатлонисты, так как биатлон – это один из немногих видов спорта, в котором предъявляются повышенные требования как к аэробной работоспособности (ее вклад в пределах 85–90%), так и к стрелковой подготовке [8, 9]. Известно, что чем выше уровень постурального контроля, тем выше качество стрельбы. Однако стрельба в биатлоне существенно отличается от других видов стрельбы, ведь ей предшествует предельная аэробная нагрузка [10].

С учетом этой специфики можно предположить, что физическое утомление, вызванное длительным бегом, отрицательно скажется на показателях постурального контроля, так как локомоция предъявляет повышенные энергетические требования к поддержанию постурального равновесия. Также можно считать, что данный эффект будет краткосрочным, а восстановление быстрым, т.к. система постурального контроля является гибкой и высоко адаптивной вследствие активации различных мышечных синергий.

МЕТОДИКА

Обследования проходили с 2016 по 2017 г. на базе ГКУ “ЦСТиСК” Москомспорта. В исследовании приняли участие 29 спортсменов-биатлонистов. Испытуемые являются спортсменами высокой спортивной квалификации: КМС (n = 20), МС (n = 9).

Все спортсмены были здоровы и не имели каких-либо травм нижних конечностей в течение последних 6 мес. Все участники данного исследования были ознакомлены с протоколом эксперимента и подписали утвержденную форму информационного согласия.

Для определения МПК и анаэробного порога (АнП) использовали тест с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке “Woodway PRO XL”. Газоанализ проводили с помощью прибора Metalyzer (Германия).

Стабилографическое исследование проводили с использованием компьютерного стабилоанализатора “Стабилан-01-2” (ЗАО “ОКБ” “Ритм”, Россия). Для решения поставленных задач использовали “европейский” вариант постановки стоп испытуемого на платформу. Испытуемые проходили пробу “Мишень” до начала аэробного тестирования и после окончания на 1-ой, 3-ей и 5-ой мин восстановления. Длительность каждой записи – 20 с. Данный протокол выбрали исходя из анализа предыдущих исследований в данной области и решили не делать измерения непосредственно после нагрузки, т.к. эффект гипервентиляции на постуральные показатели составляет 30% в первые 50 с после нагрузки, однако этот эффект уже незначителен через 60 с после упражнения [11]. Отсечку в 180 с после нагрузки выбрали в соответствии с фазами восстановления постуральных настроек, выделенных в исследованиях E. Zemkova et al. Согласно исследованиям именно через 180 с после нагрузки начинает преобладать фаза восстановления, в которой ярче отражаются эффекты нарушения проприоцептивной чувствительности. Также показали, что полного восстановления постуральной функции после высоко интенсивной нагрузки не наблюдается даже в конце 4-oй мин отдыха [12], поэтому решили проверить динамику восстановления на 5-oй мин после нагрузки. Для анализа использовали следующие стабилографические показатели колебаний центра масс: площадь (EllS, мм2) и скорость перемещения центра давления (V, мм/с) и качество функции равновесия (КФР, %) [13, 14].

Анализ данных проводили при помощи программы Statistica 10. Проверку выборки на характер распределения ее значений осуществляли с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, статистическую значимость отличий выборок – с использованием Т-критерия Вилкоксона для проверки различий между двумя выборками парных измерений и U-критерия Манна-Уитни – для оценки различий между двумя независимыми выборками и корреляционный анализ по Пирсону.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В табл. 1, 2 представлены данные о влиянии квалификации на контроль вертикальной позы до и после аэробной нагрузки в тесте с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке.

Таблица 1.  

Исходные данные тестирований с учетом квалификации, среднее арифметическое (SD)

Показатель Нагрузочное тестирование Стабилографическое тестирование
МПКотн МПКабс Vmax V на АнП V, мм/с EllS, мм2 КФР, %
МС, n = 9 64.4(3.6) 4.6(0.5) 18.7(1.1) 15.3(0.9) 8.9(3.1) 54.5(22) 81(13)
КМС, n = 20 58(6)* 4.15(0.81) 17.2(1.5)* 14(0.95)* 11(3.5)* 60(21.4) 74(14)

Примечание: * – статистически значимые отличия от среднего при р < 0.05.

Таблица 2.  

Стабилографические показатели после аэробной нагрузки с учетом квалификации, среднее арифметическое (SD)

Показатель 1-я мин восстановления 3-я мин восстановления 5-я мин восстановления
V, мм/с EllS, мм2 КФР, % V, мм/с EllS, мм2 КФР, % V, мм/с EllS, мм2 КФР, %
МС, n = 9 18.8(2) 146.5(57) 44(10) 15(2.6) 114(48) 59(10) 12(2.6) 79(31) 72(10)
КМС, n = 20 19.8(7) 159.5(108) 46(19) 15.7(5.1) 106(41) 59(17) 13.5(4.5) 75.6(36) 67(16)

Для определения статистически значимых различий показателей постурального равновесия у спортсменов разной квалификации было решено разбить имеющуюся группу на КМС и МС.

В табл. 1 представлены исходные данные стабилографического обследования и усредненные данные по показателям аэробной работоспособности.

Проанализировав данные, было замечено, что такие показатели как: относительное максимальное потребление кислорода (МПКотн), абсолютное максимальное потребление кислорода (МПКабс), скорость на МПК (Vmax), скорость на анаэробном пороге (V на АнП), оценивающие аэробные способности, и скорость перемещения ЦД до аэробного тестирования, имеют статистически значимые отличия у КМС и МС, что свидетельствует о влиянии уровня квалификации на исходные данные, как нагрузочного тестирования, так и стабилографического. Однако анализ данных не выявил статистически значимых отличий в процессе восстановления постурального равновесия у представителей разной квалификации (табл. 2). Таким образом, способность восстанавливать постуральное равновесие после аэробной нагрузки у спортсменов уровня КМС и МС одинакова.

В табл. 3 представлены данные влияния аэробной нагрузки на постуральный контроль высококвалифицированных биатлонистов (КМС и МС) и процесс восстановления показателей постурального равновесия в течение пяти минут после теста с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке.

Таблица 3.  

Стабилографические показатели постурального контроля до и после нагрузочного тестирования, среднее арифметическое (SD)

Показатель V, мм/с EllS, мм2 КФР, %
Исход 10.5(3.6) 58(22) 76(14)
1-я мин восстановления 19.66(6)1 155(98)1 45(17)1
3-я мин восстановления 15.6(4.6)1, 2 107(44)1, 2 59(16)1, 2
5-я мин восстановления 13(4)1, 2 77(35)2, 3 68(15)2

Примечание: 1 – статистически значимые отличия от среднего по группе с исходными данными до нагрузки при р < 0.05; 2 – статистически значимые отличия от среднего по группе с данными после нагрузки на 1 мин восстановления при р < 0.05; 3 – статистически значимые отличия от среднего по группе с данными после нагрузки на 3 мин восстановления при р < 0.05.

Проанализировав данные, было выявлено, что: КФР, оценивающий эффективность управления траекторией центра давления, и скорость перемещения ЦД, на пятой минуте восстановления не имеют статистически значимых отличий с исходными данными до нагрузки, что свидетельствует о восстановлении постурального равновесия у биатлонистов после аэробной нагрузки в тесте с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке.

Показатели КФР и скорости перемещения ЦД на третьей и пятой минуте восстановления не имеют статистически значимых отличий, но они есть между показателями первой и третьей минут, что может свидетельствовать о том, что уже на третьей минуте начинается ускоренное восстановление показателей контроля позы.

Для определения статистической связи между показателями постурального контроля и аэробного тестирования был проведен корреляционный анализ показателей постурального контроля после нагрузки с данными теста с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке.

Как видно из табл. 4, значения достоверных коэффициентов корреляций по Пирсону были больше 0.4 и меньше 0.6, т.е. имели слабую или среднюю силу связи между представленными параметрами. Все стабилографические показатели после нагрузки имеют корреляции с Vmах, при этом для скорости и площади ЦД корреляции положительные, а для КФР – отрицательные. Также наблюдаются корреляции стабилографических показателей на первой минуте восстановления с V на АнП, положительные для скорости и площади ЦД и отрицательные для КФР.

Таблица 4.  

Корреляционный анализ1 между показателями постурального контроля после нагрузки и аэробного тестирования

Показатель 1-я мин восстановления 3-я мин восстановления 5-я мин восстановления
V, мм/с EllS, мм2 КФР, % V, мм/с EllS, мм2 КФР, % V, мм/с EllS, мм2 КФР, %
Vmax 0.5 0.5 –0.6 0.5 0.4 –0.5 0.5 0.4 –0.5
V на АнП 0.4 0.4 –0.5         0.4  

Примечание: 1 – величины корреляций по Пирсону, все корреляционные связи достоверные.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Рассматриваемые показатели постурального контроля действительно ухудшаются после тестирования с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке. Предыдущие авторы в основном указывали на то, что ухудшение связано со снижением эффективности обработки сенсорных входящих сигналов от мышечных веретен, сухожильных органов Гольджи и др. рецепторных органов, а также с замедлением нервной передачи от α-мотонейронов к мышечным волокнам антигравитационных мышц нижних конечностей [3–6]. В результате физическое утомление проявляется во временной неспособности мышц генерировать оптимальную силу [15]. Следовательно, упражнения, которые задействуют крупные антигравитационные мышцы, например бег, могут приводить к снижению эффективности поддержания оптимальной траектории перемещения центра масс. Исследования также показывают, что в зависимости от условий окружающей среды и двигательных задач, в качестве постуральных мышц могут выступать практически любые мышцы, в том числе дыхательные [1, 16]. Частота дыхания повышается во время аэробной нагрузки, но в течение 2–3 мин возвращается к норме, следовательно, во время 1-ой попытки сокращения диафрагмы могут увеличивать скорость перемещения ЦД, однако во время 2-ой попытки они приходят в норму.

Почему же тогда восстановление показателей контроля позы не происходит в течение первых 3 мин после аэробного теста до отказа, однако в промежуток между 3-ей и 5-ой мин наблюдается активное восстановление?

Следует учитывать, что во время бега тело находится в постоянном состоянии падения, т.к. центр масс двигается вперед и латерально к неопорной ноге и стремится выйти за пределы площади опоры. Центр масс находится в рамках границ опоры только тогда, когда обе ноги находятся в контакте с землей [1, 15, 17]. В этот момент центр масс находится в оптимальном положении по отношению к гравитационной вертикали, что энергетически является наиболее выгодным, но такого во время бега не происходит. Следовательно, во время быстрого бега может затрачиваться дополнительное количество энергии на поддержание вертикальной позы. Во время аэробного тестирования с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке происходит утомление не только крупных антигравитационных мышц ног, но и утомление ряда других мышц, которые включены в мышечные синергии, участвующие в поддержании позы во время бега.

В зависимости от условий окружающей среды и биомеханических требований в качестве постуральных мышц могут выступать многие мышцы, что позволяет использовать различные мышечные синергии для контроля траектории перемещения центра масс, т.е. баланса, и автоматического постурального ответа. Каждая мышечная синергия определяет то, как конкретная мышца активируется вместе с другими мышцами, т.е. каждая мышца принадлежит к нескольким синергиям [1, 7, 18–20]. При совместной активации синергий нервная регуляция движений упрощается, обеспечивая гибкий и адаптивный ответ системы контроля позы на усталость и изменение биомеханических условий. Таким образом, наличие различных синергических комбинаций позволяет включать дополнительные мышцы для контроля позы даже при сильном утомлении [21–24]. Также отметим, что система контроля позы адаптируется постепенно к изменению биомеханических условий. Так, при беге на беговой дорожке поверхность опоры нестабильна, тогда как стабилоплатформа неподвижна. Этот фактор может сказываться на показателях, т.к. человек, возможно, использует разные стратегии контроля позы на дорожке и платформе, переключаясь с использования “стратегии бедра” во время бега на неустойчивой поверхности на использование голеностопной стратегии на устойчивой опоре и ему требуется больше попыток (около 8), чем предусмотрено нашим протоколом, поэтому в ходе 3 попыток спортсмен мог не успеть переключиться на оптимальную стратегию контроля позы.

ВЫВОДЫ

1. Чем выше Vmax и V на АнП в аэробном тестировании, с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке, тем выше скорость и площадь ЦД и ниже КФР, т.е. при большей Vmax ухудшаются все показатели постурального контроля в течение пяти минут восстановления, а при большей V на АнП – в течение минуты после окончания нагрузки.

2. Восстановление постурального контроля у высококвалифицированных биатлонистов после аэробной нагрузки в тесте с постепенно повышающейся скоростью на беговой дорожке начинается на 3-ей мин и завершается на 5-ой мин.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены локальным комитетом по биоэтике при Государственном казенном учрежденим “Центр спортивных инновационных технологий и сборных команд” Москомспорта.

Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Благодарности. За помощь в работе автор благодарит А.В. Козлова, С.А. Карцева, А.А. Голова, А.А. Даяла, А.М. Андрееву.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

Список литературы

  1. Principles of neural science / Eds. Jessell T., Siegelbaum S., Hudspeth A.J. N.Y.: McGraw-hill, 2000. V. 4. P. 1227.

  2. Nardone A., Tarantola J., Giordano A., Schieppati M. Fatigue effects on body balance // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology / Electromyography and Motor Control. 1997. V. 105. № 4. P. 309.

  3. Bove M., Faelli E., Tacchino A. et al. Postural control after a strenuous treadmill exercise // Neuroscience letters. 2007. V. 418. № 3. P. 276.

  4. Mello R.G.T., de Oliveira L.F., Nadal J. Effects of maximal oxygen uptake test and prolonged cycle ergometer exercise on the quiet standing control // Gait & Posture. 2010. V. 32. № 2. P. 220.

  5. Yaggie J., Armstrong W.J. Effects of lower extremity fatigue on indices of balance // Journal of Sport Rehabilitation. 2004. V. 13. № 4. P. 312.

  6. Fox Z.G., Mihalik J.P., Blackburn J.T. et al. Return of postural control to baseline after anaerobic and aerobic exercise protocols // J. Athletic Training. 2008. V. 43. № 5. P. 456.

  7. Ting L.H., Macpherson J.M. A limited set of muscle synergies for force control during a postural task // J. Neurophysiology. 2005. V. 93. № 1. P. 609.

  8. Иткис М.А. Специальная подготовка стрелка-спортсмена. М.: ДОСААФ, 1982. Т. 128. С. 15.

  9. Плохой В.Н. Подготовка юных лыжников-гонщиков: науч.-метод. пособие. М.: Спорт: Человек, 2016. 185 с.

  10. Buchecker M., Sattlecker G., Birklbauer J. Effects of fatigue on postural control strategies during biathlon shooting – a nonlinear approach // 6 International Congress on Science and Skiing, St. Christoph, a. Arlberg, Austria. 2013. P. 80.

  11. Zemková E., Hamar D. Postural Sway Response to Exercise: The Effect of Intensity and Duration // International J. Applied Sports Sciences. 2005. V. 17. № 1. P. 1.

  12. Zemkova E., Dzurenkova D. The role of active and passive rest in post-exercise postural sway readjustment // 11th International Conference of Sport Kinetics (Chalkidiki, Kallithea) 2009. P. 209.

  13. Кубряк О.В., Гроховский С.С. Практическая стабилометрия. Статические двигательно-когнитивные тесты с биологической обратной связью по опорной реакции. М.: Маска, 2012. 88 с.

  14. Forte R., Boreham C.A., De Vito G. et al. Measures of static postural control moderate the association of strength and power with functional dynamic balance // Aging Clinical and Experimental Research. 2014. V. 26. № 6. P. 645.

  15. Hill M.W., Duncan M.J., Oxford S.W. et al. Effects of external loads on postural sway during quiet stance in adults aged 20–80 years // Applied Ergonomics. 2018. V. 66. P. 64.

  16. Иванов К.О., Кубряк О.В. Влияние ощущений от сердца и стабильности позы на точность стрельбы в представлении элитных стрелков // Вестник спортивной науки. 2011. № 5. С. 13.

  17. Cullen K.E. The vestibular system: multimodal integration and encoding of self-motion for motor control // Trends in Neurosciences. 2012. V. 35. № 3. P. 185.

  18. Brandt T. Man in motion: historical and clinical aspects of vestibular function // Brain. 1991. V. 114. № 5. P. 2159.

  19. Dietz V. Human neuronal control of automatic functional movements–interaction between central programs and afferent input // Physiol Rev. 1992. V. 72. № 1. P. 33.

  20. MacKinnon C.D., Winter D.A. Control of whole body balance in the frontal plane during human walking // J. Biomechanics. 1993. V. 26. № 6. P. 633.

  21. Maki B.E., Mcilroy W.E., Fernie G.R. Change-in-support reactions for balance recovery // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 2003. V. 22. № 2. P. 20.

  22. Ting L.H., Macpherson J.M. A limited set of muscle synergies for force control during a postural task // J. Neurophysiology. 2005. V. 93. № 1. P. 609.

  23. Paillard T. Effects of general and local fatigue on postural control: a review // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2012. V. 36. № 1. P. 162.

  24. Paillard T. Plasticity of the postural function to sport and/or motor experience // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2017. V. 72. P. 129.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология человека

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал