Абстракт
Влияние 4-х месяцев тренировок вибрацией всего тела на физическую форму и чувство равновесия.
Цель:
Настоящее импирическое контролируемое исследование было запланировано для того, чтобы проверить влияние 4-х месяцев тренировок вибрацией всего тела на тонус мышц и чувство равновесия среди молодых людей, не являющихся спортсменами.
Методы:
56 добровольцев (21 мужчина и 35 женщин в возрасте 19 – 38 лет) были разделены случайным образом на 2 группы – группу занятий вибрацией всего тела и контрольную группу. Тренировки вибрацией проводились в течение 4-х месяцев (4 минуты в день, 3-5 раз в неделю) в положении стоя на вибрационной платформе. 5 тестов были проведены до начала занятий, спустя 2 месяца и спустя 4 месяца – после завершения эксперимента:
прыжки в высоту, изометрическая сила растяжки нижних конечностей, сила захвата, тест на скорость реакции shuttle-run и тест на чувство равновесия postural sway (проверяющий приспособление организма к смещениям центра тяжести вперед-назад и из стороны в сторону) на статичной платформе.
Результаты:
4 месяца тренировок вибрацией всего тела привели к улучшению на 8,5% (95%CL, 3,7 – 13,5%, P 0,001) в высоте прыжков. Сила растяжки нижних конечностей возросла спустя 2 месяца упражнений вибрацией на 3,7% (95%CL, 0,3 – 7,2%, P 0,034). Вместе с тем, этот результат снизился по завершению 4-месячного срока занятий. Проверки силы захвата, скорости реакции shuttle-run и равновесия не показали, что вибрация повлияла на результаты каким-либо образом.
Выводы:
4 месяца тренировок вибрацией всего тела улучшили высоту прыжка у молодых субъектов, что свидетельствует о нейромускулярном приспосабливании организма к раздражениям, которые вызывались вибрацией. С другой стороны, было обнаружено, что тренировки вибрацией не повлияли на показатели статического или динамического равновесия субъектов. Рекомендуем в будущем провести исследование, чтобы сравнить эффект воздействия вибрации всего тела с конвенциональными тренировками сопротивлением. И с более глубокой научной перспективой исследовать возможное влияние вибрации всего тела на структуру и прочность костных тканей, а также на частоту падений (у пожилых людей).
В последнее время механические колебания привлекают к себе все больший интерес, и уже высказываются научные гипотезы, что низкоамплитудные и высокочастотные колебания всего тела положительно повлиять на целый ряд факторов риска, связанных с падениями и переломами (особенно среди пожилых людей). Это положительное влияние объясняется, главным образом, укреплением мышц, улучшением чувства равновесия и механической прочностью костных тканей. Вместе с тем, мы пока не располагаем достаточными научными доказательствами о влиянии вибрации всего тела на эти параметры. Научная группа Боско (Bosco et al.) показали, что вибрационные тренировки привели к временному, но существенному, возрастанию силы мышц нижних конечностей и трицепсов рук. Помимо этого, исследователи рассматривали влияние 10-дневных тренировок на вибрационных тренажерах на результативность профессиональных спортсменов и доказали, что 10-минутный ежедневный сеанс на вибрационном тренажере приводит к улучшению силы рывка. Научная группа Ранджа (Runge et al.) показала, что вибрация всего тела может улучшить тонус мышц у пожилых людей (2-месячная программа включала 3 тренировки в неделю на вибрационном тренажере с частотой 27 Гц). Есть также первые научные подтверждения, что вибрационные нагрузки могут быть превентивным средством против снижения плотности костной ткани у женщин в результате удаления яичников или климакса.
Несмотря на все эти положительные результаты, упомянутые выше, несмотря на растущее использование спортсменами вибрационных тренажеров, все еще у нас недостаточно однозначных выводов относительно эффективности и безопасности тренировок вибрацией. Особенно не хватает свидетельств и данных о влиянии вибрации в долгосрочной перспективе. Поэтому наша цель проверить влияние 4-х месяцев тренировок вибрацией всего тела на тонус мышц и чувство равновесия среди молодых людей при помощи импирического контролируемого исследования.
Материалы и методы
Субъекты и система эксперимента
56 молодых добровольцев, которые не являются профессиональными спортсменами (21 мужчина и 35 женщин в возрасте 19 – 38 лет), принимали участие в нашем исследовании. Половина субъектов были отобраны случайным образом в группу, которая проходила тренировки вибрацией, вторая половина не тренировалась и являлась контрольной группой. Мужчины и женщины распределялись по группам случайным образом, поэтому в каждой группе оказалось примерно равное число мужчин и женщин. План тренировок состоял из 4-х месяцев занятий на тренажере вибрации всего тела (объяснения см. ниже). Результаты проверок сравнивались с базовыми показаниями (at baseline – до рандомизации), после 2-х и 4-х месяцев тренировок.
Критериями исключения из общей базы данных были: сердечно-васкулярные заболевания, заболевания дыхательных путей, проблемы с желудком, мочеточниками, гинекологические, неврологоические проблемы, проблемы позвоночника, любые виды хронических заболеваний. А также беременность, протезы или импланты, медикаментозное лечение, которое может повлиять на костно-мышечную систему, расстройства менструального цикла, регулярные занятия спортом (более 3 раз в неделю), во время которых организм и опорно-двигательная система подвергаются силовым нагрузкам.
Субъекты заполняли подробную анкету, где указывались вид и интенсивность их спортивных занятий, а также потребление кальция (7-дневный дневник потребления кальция). Мы проделывали это перед началом исследования, спустя 2 и потом 4 месяца. Все субъекты дали письменное согласие до начала эксперимента. Настоящее исследование было утверждено контрольной комиссией и комиссией по этике Финляндского Центра продвижения исследований в области здравоохранения (UKK).
Вибрационные нагрузки
Вибрационные тренировки проводились в положении стоя на платформе WBV (вибрации всего тела), субъекты совершали эти тренировки 3 – 5 раз в неделю. Длительность ежедневных занятий на вибрационном тренажере составляла 4 минуты. Субъекты поднимались на платформу 4 раза по 60 секунд в соответствии с нашими инструкциями. Рационал такой программы занятий состоял в том, чтобы воздействие вибрации всего тела было более разноплановым, и стояние на платформе было менее монотонным, что облегчит проведение тренировок в течение долгого времени. Сначала субъекты становились на платформу, слегка согнув колени (первые 10 секунд), потом стояли, полностью выпрямившись, с выпрямленной спиной (10 – 20 секунды), потом расслабленная поза со слегка согнутыми коленями (20 – 30 секунды), легкие подпрыгивания (30 – 40 секунды), перемещение центра тяжести с одной ноги на другую (40 – 50 секунды) и стояние на пятках (50 – 60 секунды).
В течение ежедневных 4 минут воздействия вибрации частота повышалась каждую минуту. В течение первых двух недель субъекты стояли на вибрационных тренажерах по 2 минуты в день, первую минуту частота была 25 Гц, вторую минуту – 30 Гц. В течение последующих полутора месяцев ежедневная длительность вибрации была повышена до 3 минут, первая – 25 Гц, вторая – 30 Гц, третья – 35 Гц. Последние два месяца субъекты находились на вибрационном тренажере по 4 минуты в день, как было сказано выше, первая минута – 25 Гц, вторая – 30 Гц, третья – 35 Гц и четвертая – 40 Гц. Амплитуда вертикальных колебаний составляла 2 мм. Учитывая амплитуду и синусоидальных характер нагрузок, теоретически максимальное ускорение составляло примерно 2,5 g (g – ускорение свободного падения, гравитация нашей планеты, которое равно 9,81 м/сек2) при частоте 25 Гц, 3,6 g – при 30 Гц, 4,9 g при 35 Гц и 6,4 g при 40 Гц.
Проверки результатов
В начале каждого теста проводилась 4-минутная тренировка для разогрева на эргометрическом велотренажере (нагрузка 40 W – для женщин и 50 W – для мужчин). Субъекты были в той же спортивной обуви на всех трех тестах, порядок тестов сохранялся постоянным (см. ниже). Субъектам было запрещено употреблять алкоголь или подвергаться физическим нагрузкам как в день проведения теста, так и за день до этого. Перед каждым тестом каждый субъект должен был 1-2 раза выполнить не интенсивно упражнение, чтобы понять процесс прохождения теста. Проверка высоты прыжка нужна была нам для того, чтобы оценить рывковое усилие нижних конечностей. Субъекты держали руки на поясе. Тест проводился на платформе, которая измеряла время "полета", то есть длительность прыжка с момента отрыва ног от платформы и до "приземления". Время "полета" t служило нам для определения высоты h подъема центра тяжести тела субъектов (h=gt2/8, где g = 9,81 м/сек2). Эти 3 параметра служили нам индикацией результатов эксперимента.
Платформа postural sway (сдвиг равновесия) служила нам для оценки статического равновесия. Субъекты стояли обеими ногами на нестабильной платформе с открытыми глазами, руки вдоль туловища. Платформа регулируемая, с 8-ю разными режимами стабильности (8-й режим – полная стабильность, 1-й режим – самая сильная неустойчивость). Для теста мы использовали протокол из 40 секунд, который составлен из возрастающих 10-секундных интервалов (5-й режим – первые 10 секунд, 4-й – в 10 – 20 секунды, 3-й режим – в 20 – 30 секунды, 2-й режим – в 30 – 40 секунды). Этот метод дает нам количественный индекс устойчивости, который отражает изменения колебаний тела вокруг центра тяжести. Чем ниже этот индекс, тем выше чувство равновесия.
Все координаты положения ног субъектов на платформе регистрировались нами после первого теста равновесия (как "исходные данные" или "основная линия"). Эти координаты мы использовали во время последующих тестов, чтобы пятки субъекта на платформе были в том же положении. Это создает последовательность всех тестов. Средние значения двух индексов равновесия мы использовали как окончательный результат теста.
Силу захвата мы измеряли при помощи стандартного динамометра, который работает на сжатие. Среднее арифметическое трех замеров динамометром служили нам результатом теста.
Максимальная изометрическая сила мышц, отвечающих за растяжку ног, мы измеряли при помощи ножного динамометра. Субъекты садились на динамометрический стул, колени и лодыжки под углом 90 градусов, и давили изо всей силы на педаль динамометра у них под ступнями. Изометрическая сила регистрировалась после трех замеров максимальной силы, средней показатель стрелки динамометра за три измерения служил окончательным результатом теста.
Тест shuttle run (быстрые изменения направления для проверки скорости реакции), длившийся 30 минут, служил нам для оценки чувства динамического равновесия или скорости реакции. Субъекты должны были бегать с максимальной скоростью между двумя точками на расстоянии 4 метра друг от друга, всего 6 пробежек, после каждых 4 метров дотрагиваться до пола, и потом пробежать еще 6 метров до финишной прямой. Тест регистрировался с одной попытки, мы регистрировали время всего упражнения при помощи фотоэлементов.
Меры безопасности
Члены группы, которая занималась упражнениями на вибрационном тренажере, каждый месяц отвечали на наши вопросы о самочувствии, возможных побочных явлениях или негативных реакциях организма. Участники контрольной группы проходили такой же опрос раз в 2 месяца. Помимо этого, все участники эксперимента имели право обращаться к врачу, ответственному за наше исследование, в любое время и по любому вопросу.
Статистический анализ и погрешности измерений
Средние значения и отклонения от нормы представлены как наглядная статистика
Влияние вибрации всего тела на физические показатели и чувство равновесия спустя 2 и 4 месяца было определено нами, как разница абсолютных и относительных показателей (доверительный интервал на уровне 95%) между экспериментальной и контрольной группами. Относительную разницу мы получали при помощи логарифмической трансформации переменных. Временной эффект после 2-х и 4-х месяцев определялся при помощи одностороннего ковариационного анализа (ANCOVA – анализ общих отличий) при использовании основной линии как общей переменной. Во всех тестах Р=0,05.
Результаты
26 субъектов в экспериментальной группе и 26 субъектов в контрольной группе завершили эксперимент без каких-либо побочных эффектов или негативных явлений. Двое участников контрольной группы ушли во время экспериментов из-за потери интереса, и двое субъектов покинули экспериментальную группу из-за проблем в опорно-двигательной системе, которые не были связаны с вибрационными тренировками в рамках нашего эксперимента (перелом ребер и в связи с ортопедической операцией). Основные характеристики 52-х участников представлены в таблице 1. Средняя частота вибрационных тренировок составляла 3,1 (+- 0,9) раз в неделю. Поскольку не было отличий по полу, временной эффект в тестах спустя 2 месяца и спустя 4 месяца, данные женщин и мужчин были собраны в общей базе данных и обрабатывались совместно.
Равновесие и работа мышц
Силовые тесты
Высота прыжка улучшилась в среднем на 2,0 см после 2-х месяцев вибрационных тренировок, при этом в контрольной группе наблюдалось снижение на 0,6 см, что означает очевидное улучшение на 10,2% в экспериментальной группе (95% Cl, 5,6 – 15,1%, P=0,000). Тест спустя 4 месяца показал улучшение высоты прыжка на 2,5 см (по сравнению с основной линией) в экспериментальной группе и на 0,3 см (по сравнению с основной линией) в контрольной группе, это показывает очевидное улучшение на 8,5% в экспериментальной группе (95% Cl, 3,7 – 13,5%, P=0,001). См. Таблицу 2 и иллюстрацию 1А.
Изометрическая сила растяжения ног улучшилась в среднем на 11,2 кг спустя 2 месяца вибрационных тренировок, при этом в контрольной группе наблюдался рост на 4,8 кг, то есть очевидное статистическое улучшение на 3,7% в экспериментальной группе (95% Cl, 0,3 – 7,2%, P=0,034). В тесте спустя 4 месяца это улучшение снизилось до 2,5% (Р=0,25) (таблица 2 и иллюстрация 1В). В этом контексте следует отметить, что сила растяжки нижних конечностей одного из субъектов контрольной группы существенно увеличилась по сравнению с остальными представителями этой группы, что повысило отклонение от нормы в контрольной группе (таблица 2). Вместе с тем, это не повлияло на среднюю абсолютную или относительную разность между группами. Как и ожидалось, ни в одной из групп не было замечено изменений в силе захвата, и в тестах спустя 2 месяца, и спустя 4 месяца (таблица 2 и иллюстрация 1С).
Проверки равновесия и исполнение
Во ходе тестов shuttle run (проверка скорости реакции и изменения направления) спустя 2 месяца и 4 месяца мы не заметили значительной разницы между экспериментальной и контрольной группами (средняя разность между результатами двух групп 0,5% в обоих тестах Р=0,52 и Р=0,57 соответственно) (таблица 2 и иллюстрация 1D). Не замечено влияния на равновесие (postural sway) на тестах спустя 2 и 4 месяца (таблица 2 и иллюстрация 1Е).
Диспут
Настоящее контролируемое импирическое исследование показало, что 4 месяца вибрационных нагрузок всего тела были абсолютно безопасны для здоровья и привели к очевидному среднему улучшению на 8,5% высоты прыжка среди здоровых молодых людей. Это улучшение появилось фактически после первых двух месяцев тренировок. Также сила растяжки нижних конечностей возросла спустя 2 месяца. Вместе с тем, этот прогресс замедлился в последующие 2 месяца, и на момент завершения эксперимента разность между экспериментальной и контрольной группами не была существенной со статистической точки зрения, главным образом на фоне улучшения силы растяжения нижних конечностей в контрольной группе (эффект обучения).
Во всем, что касается равновесия, как статичного, так и динамического, на протяжении 4-х месяцев не наблюдалось влияния вибрации. Влияние тренировок сопротивления на нейро-мускулярные свойства костных мышц было доказано давно, и эти знания могут помочь расшировать и понять данные, полученные в ходе тренировок вибрацией. Во-первых, структуральные изменения костных мышц имеют важное значение в процессе адаптации к силовым тренировкам. Вместе с тем, силовые тренировки на сознательном уровне определяются не только внутримышечными факторами, но и возможностями взаимодействия нервных клеток, поскольку изменения в нервной системе (нервная адаптация) позволяет более полное задействование нервных клеток и главных мышц, отвечающих за то или иное движение. Кроме того, нервная адаптация приводит к более эффективной координации при задействовании соответствующих мышц. Два эти последствия нервной адаптации приводят к задействованию большей силы, когда мы сознательно включаем те или иные мышцы. Первичный механизм адаптации костных мышц к тренировкам сопротивлением происходит в нервных клетках. Изменение этого фактора под воздействием тренировок можно наблюдать через несколько месяцев, а изменение морфологического строения мышц требует большего времени (от нескольких месяцев до нескольких лет). Специфическая адаптация к тренировкам в большой степени зависит от используемого плана тренировок. Помимо максимальной силы, усилие рывка является еще одним важным фактором в определенных видах спортивной деятельности, и некоторые упражнения SSC (например, прыжки) служат для улучшения соответствующих показателей. Точный механизм, из-за которого тренировка силового рывка способна улучшить функционирование нерво-мускулярной системы, пока не понятен. Но есть несколько убедительных гипотез. Например, адаптация определенных рефлексивных реакций, улучшение синхронизации моторных единиц, одновременное сокращение синергичных мышц, или улучшение ингибиции антагонистичных мышц. Силовые тренировки могут также улучшить возможности отдельных моторных единиц в мгновенном реагировании и скорости реакции, это может улучшить темп развития силы, даже если максимальная сила при этом не возрастает.
Было доказано, что улучшение показателей работы мышц после тренировок вибрацией всего тела напоминает (и, кстати, происходит по тем же мезанизмам) прогресс после нескольких недель тренировок сопротивлением. При воздействии вибрации всего тела в мышцах скелета происходят незначительные изменения длины. По всей видимости, это объясняется тем, что механическая вибрация может влиять на активацию и укрепление мышц. То есть колебания вызывают реакцию, которая называется Tonic Vibration Reflex (TVR) – это рефлекс сокращения мышцы под воздействием вибрации. Этот рефлекс подразумевает также активацию мышечных веретен (нервные датчики мышцы), посредством которых передаются нервные сигналы (afferents), и, в конечном итоге, активируются мышечные волокна посредством крупных моторных нейронов.
Рефлекс TVR способен также привести к улучшению мобилизации моторных единиц посредством активации мышечных веретен и мультисинаптических эффектов. В настоящем исследовании мы не могли проверить непосредственным образом, какие улучшения на почве нервной активации, а какие следует отнести на счет морфологических изменений строения мышц, поскольку протокол нашего исследования не включал в себя ни показаний EMG, ни биопсии мышц. Вместе с тем, на основании имеющихся в нашем распоряжении доказательств, логично предположить, что тренировка вибрацией всего тела активирует нервную адаптацию. Это предположение поддерживают результаты нашего исследования, а именно: быстрое и не вызывающее сомнений увеличение высоты прыжка доказывает, что нервная адаптация произошла, как реакция на вибрацию всего тела. Кроме того, сила растяжки нижних конечностей возросла лишь спустя 2 месяца вибрационных тренировок, что свидетельствует о росте интенсивности нервной деятельности. Вместе с тем, показатель роста силы растяжки нижних конечностей и разность между показателями двух групп сократились по истечении 4-месячного срока. Это можно объяснить общей адаптацией мышц к программе вибрационных тренировок. Чтобы добиться дальнейших улучшений показателей растяжки нижних конечностей, нужно было, наверное, внести существенные изменения в план тренировок. Анализируя результаты настоящего исследования (увеличение высоты прыжка), вы не должны забывать, что даже экспериментальная группа проходила очень легкие тренировки в течение 4-х месяцев (см. «Материалы и методы»), и рост высоты прыжка, как можно предположить, был результатом этих тренировок. С другой стороны, невероятно предположить, что резкий рост высоты прыжка произошел под воздействием столь слабых упражнений.
Учитывая влияние вибрации всего тела на падения среди пожилых людей и переломы, вызванные этими падениями, наше исследование показало, что вибрационные тренировки не имели прямого влияние на чувство равновесия. Вместе с тем, тонус и укрепление мышц также являются важными параметрами, от которых зависит функционирование и вероятность падений пожилых людей. Поэтому вибрация всего тела действительно может быть эффективной и полезной для этой категории. Рекомендуется в будущих исследованиях сравнить эффект улучшения функционирования под воздействием вибрации с аналогичным прогрессом в результате обычных тренировок сопротивлением, и, как более широкая научная задача, исследовать возможное влияние вибрации всего тела на структуру и силу костей, и, возможно, даже на частоту падений среди пожилых людей.
