«Ульяновский медико-биологический журнал»

PHYSIOLOGY

Download  article

DOI 10.34014/2227-1848-2019-2-95-104

MECHANISM OF VARIABILITY REDUCTION IN THE SYSTEM OF SKELETAL MUSCLE MANAGEMENT IN ATHLETES ACCORDING TO THE PRINCIPLE OF FUNCTIONAL SYNERGY FORMATION

 

S.A. Moiseev

Velikiye Luki State Academy of Physical Education and Sports, Velikiye Luki, Russia

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

The question of physiological function variability is of great theoretical interest, since it is a part of the theory of human voluntary movement control. The skeletal muscle control system should probably have a mechanism to reduce or limit the range of its possible variations. Presumably, the organization of the motor system elements according to the principle of muscular synergy is of such a nature.

The objective of the work is to study variations and signs of the coordinated bioelectric activity of skeletal muscles in one of the resulting archery phases.

Materials and Methods. The study enrolled 5 highly qualified sportsmen (Master of Sport, International Master of Sport). Archers shot 10 series of 3 shots, target distance 18 m, indoors. Simultaneous recording of electrical activity of 12 skeletal muscles of the upper limb girdle and a 3D video sequence was made. The authors analyzed indicators of distribution, descriptive and variation statistics for grouped data. Multiple regression analysis was used to identify signs of consistent muscle activity.

Results. Variability magnitudes, characterized by statistical parameters, established for the turn-off-peak characteristics of various muscles, did not have an explicit dependence. Muscles with relatively high scattering parameters in terms of the EMG average amplitude could have a small variation in the average number of EMG turns.

The radial flexor of the left hand wrist was a part of muscular synergy in 90 % of cases, the anterior part of the left limb deltoid muscle – in 80 % of cases, the lower and upper beams of the right and left cowl muscle – in 70 % of cases. Other muscles under consideration were their part in less than 60 % of cases.

Conclusion. The system of skeletal muscles that are actively involved in the resulting phases of precision movement can be controlled according to the mechanism of functional synergy formation, which probably helps to reduce the range of possible variations in the parameters of muscle electroactivity.

Keywords: variability, archery, electromyography, coordination structure, muscle synergy.

 

References

1. Tkachuk V.G. Mekhanizmy variativnosti pri upravlenii tochnostnymi dvizheniyami cheloveka [Variability mechanisms in human precision movement control]: dis. … d-ra biol. nauk. Kiev; 1986. 382 (in Russian).

2. Tkachuk V.G., Rovnyy A.S., Leus L.I. Funktsional'noe sostoyanie razlichnykh sensornykh sistem pri reproduktsii sportsmenami tochnostnykh dvizheniy [Functional state of various sensory systems in athletes during precision movements]. Pedagogika, psikhologiya i mediko-biologicheskie problemy fizicheskogo vospitaniya i sporta. 2010; 10: 77–81 (in Rusian).

3. Falaleev A.G. Stabil'nost', variativnost', vnutri- i mezhsistemnye vzaimosvyazi dvigatel'nykh i vegetativnykh funktsiy pri fizicheskikh nagruzkakh [Stability, variability, intra- and inter-system dependences of motor and vegetative functions during physical loads]: avtoref. dis. … d-ra biol. nauk. Leningrad; 1981. 41 (inRussian).

4. Newell K.E., Corcos D.M. Variability and motor control. Human Kinetics Publishers. 1993: 1–11.

5. Latash M.L., Scholz J.P., Schoner G. Motor control strategies revealed in the structure of motor variability. Exerc. Sport Sci. Rev. 2002; 30: 26–31.

6. Latash M.L. Strukturirovannaya variabel'nost' kak otlichitel'nyy priznak biologicheskikh protsessov [Structured variability as a distinguishing characteristic of biological processes]. Voprosypsikhologii. 2016; 3: 120–126 (in Russian).

7. Masal'gin N.A., Medvedev A.S., Smirnov V.E. Matematicheskiy analiz funktsional'nykh rezervov sportsmenov metodami korrelyatsii i regressii: metodicheskaya razrabotka [Mathematical analysis of athletes’ functional reserves by means of correlation and regression methods: Guidance paper]. Moscow: RGAFK; 1993. 22 (in Russian).

8. Radchenko S.G. Metodologiya regressionnogo analiza [Methodology of regression analysis]. Kiev: Korniychuk; 2011. 376 (in Russian).

9. Bernshteyn N.A. Ocherki po fiziologii dvizheniy i fiziologii aktivnosti [Essays on dynamic physiology and physiology of activity]. Moscow: Meditsina; 1966. 349 (in Russian).

10. Rokotova N.A. Myshechnaya retseptsiya i regulyatsiya dvizheniy [Muscular reception and movement regulation]. Biologiya i meditsinskaya kibernetika. 1974; 2: 138–141 (in Russian).

11. Gurfinkel' V.S., Levik Yu.S. Zavisimost' sokrashcheniya myshtsy ot posledovatel'nosti aktiviruyushchikh impul'sov [The dependence of muscle contraction on the sequence of activating impulses]. Biofizika. 1973; 18 (1): 116–121 (in Rusian).

12. Person R.S. Elektromiografiya v issledovaniyakh cheloveka [Electromyography in human studies]. Moscow: Nauka; 1969. 231 (in Rusian).

13. Gerasimenko Yu.P., Romanov S.P. Metodika issledovaniy propriotseptivnykh refleksov u cheloveka [Methods of intrinsic reflex research in humans]. In the book: Gurfinkel' V.S., ed. Problemy fiziologii dvizheniy. Leningrad: Nauka; 1980: 136–147 (in Russian).

14. Gorodnichev R.M. Sportivnaya elektroneyromiografiya [Sports electroneuromyography]. Velikie Luki; 2005. 227 (in Russian).

15. Komantsev V.N. Metodicheskie osnovy klinicheskoy elektroneyromiografii [Methodical basis of clinical electroneuromyography]. St. Petersburg; 2006. 237 (in Russian).

16. Loch J.M. A general linearizing process for non-linear control systems. In: A. Tustin (Eds.). Automatic and manual control. London: Butterworth, Inc.; 1952: 275–283.

17. Ayzerman M.A., Andreeva E.A. Prosteyshiy poiskovyy mekhanizm upravleniya skeletnymi myshtsami [The simplest search mechanism of skeletal muscle control]. Avtomatika i telemekhanika. 1968; 29 (2): 103–111 (in Russian).

18. Ayzerman M.A., Gurfinkel' V.S. Issledovanie protsessov upravleniya myshechnoy aktivnost'yu [Investigation of muscle activity control processes]. Moscow: Nauka; 1970. 203 (in Russian).

19. Gel'fand I.M., Gurfinkel' V.S., Tsetlin M.L., Shik M.L. Nekotorye voprosy issledovaniy dvizheniy [Some issues of movement studies]. In the book: Gel'fand I.M., Gurfinkel' V.S., Fomina S.V., ed. Modeli strukturno-funktsional'noy organizatsii nekotorykh biologicheskikh sistem. Moscow: Nauka; 1971: 264–276 (in Russian).

20. Gerasimenko Y., Sayenko D., Gad P., Kozesnik J., Moshonkina T., Grishin A., Pukhov A., Moiseev S., Gorodnichev R., Selionov V., Kozlovskaya I., Edgerton V.R. Electrical spinal stimulation, and imagining of lower limb movements to modulate brain-spinal connectomes that control locomotor-like behavior. Frontiers in Physiology. 2018; 19 (9): 1196. DOI: 10.3389/fphys.2018.01196.

21. Sherrington C.S. Flexion-reflex of the limb, crossed extension-reflex and reflex stepping and standing. J. Physiol. 1910; 40: 28–121.

 

Скачать статью

DOI 10.34014/2227-1848-2019-2-95-104

УДК 612.743:799.322

МЕХАНИЗМ СНИЖЕНИЯ ВАРИАТИВНОСТИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ СКЕЛЕТНЫМИ МЫШЦАМИ СПОРТСМЕНОВ ПО ПРИНЦИПУ ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИНЕРГИЙ

 

С.А. Моисеев

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная академия физической культуры и спорта», г. Великие Луки, Россия

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Вопрос вариативности физиологических функций представляет интерес в теоретическом плане, поскольку является частью теории управления произвольными движениями человека. Система управления скелетными мышцами, вероятно, должна иметь механизм, позволяющий сократить или ограничить диапазон возможных ее вариаций. Таковым, предположительно, является организация элементов моторной системы по принципу мышечных синергий.

Цель работы – изучение вариаций и признаков согласованной биоэлектрической активности скелетных мышц в одной из результирующих фаз выстрела из лука.

Материалы и методы. В исследованиях приняли участие 5 высококвалифицированных спортсменов (МС, МСМК). Лучники выполняли 10 серий по 3 выстрела с дистанции 18 м в крытом помещении. Производилась синхронная регистрация электрической активности 12 скелетных мышц верхнего плечевого пояса и 3D-видеоряда. Анализировались показатели распределения, описательной и вариационной статистики для сгруппированных данных. Для выявления признаков согласованной активности мышц применялся множественный регрессионный анализ.

Результаты. Величины вариативности, характеризуемые статистическими параметрами, установленные для турн-аплитудных характеристик различных мышц, не имели явной зависимости. Мышцы, имеющие относительно высокие параметры разброса значений по показателю средней амплитуды ЭМГ, могли иметь небольшую вариативность среднего числа турнов ЭМГ.

Лучевой сгибатель кисти левой руки являлся частью мышечной синергии в 90 % случаев, передняя часть дельтовидной мышцы левой конечности – в 80 %, нижние и верхние пучки трапециевидной мышцы правой и левой сторон – в 70 %. Другие исследуемые мышцы являлись их частью в менее чем 60 % случаев.

Выводы. Управление системой скелетных мышц, принимающих активное участие в реализации одной из результирующих фаз точностного движения, может осуществляться по механизму образования функциональных синергий, что, вероятно, способствует снижению диапазона возможных вариаций параметров электроактивности мышц.

Ключевые слова: вариативность, стрельба из лука, электромиография, координационная структура, мышечные синергии.

 

Литература

  1. Ткачук В.Г. Механизмы вариативности при управлении точностными движениями человека: дис. … д-ра биол. наук. Киев; 1986. 382.

  2. Ткачук В.Г., Ровный А.С., Леус Л.И. Функциональное состояние различных сенсорных систем при репродукции спортсменами точностных движений. Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. 2010; 10: 77–81.

  3. Фалалеев А.Г. Стабильность, вариативность, внутри- и межсистемные взаимосвязи двигательных и вегетативных функций при физических нагрузках: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Ленинград; 1981. 41.

  4. Newell K.E., Corcos D.M. Variability and motor control. Human Kinetics Publishers. 1993: 1–11.

  5. Latash M.L., Scholz J.P., Schoner G. Motor control strategies revealed in the structure of motor variability. Exerc. Sport Sci. Rev. 2002; 30: 26–31.

  6. Латаш М.Л. Структурированная вариабельность как отличительный признак биологических процессов. Вопросы психологии. 2016; 3: 120–126.

  7. Масальгин Н.А., Медведев А.С., Смирнов В.Е. Математический анализ функциональных резервов спортсменов методами корреляции и регрессии: методическая разработка. М.: РГАФК; 1993. 22.

  8. Радченко С.Г. Методология регрессионного анализа. Киев: Корнийчук; 2011. 376.

  9. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина; 1966. 349.

  10. Рокотова Н.А. Мышечная рецепция и регуляция движений. Биология и медицинская кибернетика. 1974; 2: 138–141.

  11. Гурфинкель В.С., Левик Ю.С. Зависимость сокращения мышцы от последовательности активирующих импульсов. Биофизика. 1973; 18 (1): 116–121.

  12. Персон Р.С. Электромиография в исследованиях человека. М.: Наука; 1969. 231.

  13. Герасименко Ю.П., Романов С.П. Методика исследований проприоцептивных рефлексов у человека. В кн.: Гурфинкель В.С., ред. Проблемы физиологии движений. Л.: Наука; 1980: 136–147.

  14. Городничев Р.М. Спортивная электронейромиография. Великие Луки; 2005. 227.

  15. Команцев В.Н. Методические основы клинической электронейромиографии. СПб.; 2006. 237.

  16. Loch J.M. A general linearizing process for non-linear control systems. In: A. Tustin (Eds.). Automatic and manual control. London: Butterworth, Inc.; 1952: 275–283.

  17. Айзерман М.А., Андреева Е.А. Простейший поисковый механизм управления скелетными мышцами. Автоматика и телемеханика. 1968; 29 (2): 103–111.

  18. Айзерман М.А., Гурфинкель В.С. Исследование процессов управления мышечной активностью. М.: Наука; 1970. 203.

  19. Гельфанд И.М., Гурфинкель В.С., Цетлин М.Л., Шик М.Л. Некоторые вопросы исследований движений. В кн.: Гельфанд И.М., Гурфинкель В.С., Фомина С.В., ред. Модели структурно-функциональной организации некоторых биологических систем. М.: Наука; 1971: 264–276.

  20. Gerasimenko Y., Sayenko D., Gad P., Kozesnik J., Moshonkina T., Grishin A., Pukhov A., Moiseev S., Gorodnichev R., Selionov V., Kozlovskaya I., Edgerton V.R. Electrical spinal stimulation, and imagining of lower limb movements to modulate brain-spinal connectomes that control locomotor-like behavior. Frontiers in Physiology. 2018; 19 (9): 1196. DOI: 10.3389/fphys.2018.01196.

  21. Sherrington C.S. Flexion-reflex of the limb, crossed extension-reflex and reflex stepping and standing. J. Physiol. 1910; 40: 28–121.