Według autorów badania to pierwsze badanie które pokazuje efekty skurczów izometrycznych nałożonych na trening wibracyjny. Jest to również próba zrozumienia wpływu różnych częstotliwości i amplitud drgań, w przypadku gdy stopniowane poziomy skurczu nakładają się na wibracje. Unikalnym aspektem tego doniesienia jest zbadanie koaktywacji mięśnia agonisty / antagonisty w kończynach dolnych w trakcie  stopniowego izometryczngo ćwiczenia nałożonego na wibroterapię. Celem tego badania było określenie ilościowe i analiza wpływu zmian parametrów drgań i poziomów skurczu na odpowiedź nerwowo-mięśniową przy skurczu izometrycznym nałożonym na stymulację za pomocą drgań mechanicznych.

• Stymulacja drgań nałożona na skurcz izometryczny prowadzi do wyższej aktywności nerwowo-mięśniowej w porównaniu do samego skurczu izometrycznego. 
• Trening wibracyjny z niższym poziomem maksymalnego dobrowolnego skurczu (od 20 do 60%) generuje wyższą aktywację nerwowo-mięśniową niż aktywacja na poziomie od 80 do 100% maksymalnego dobrowolnego skurczu w mięśniach agonistycznych.
• W mięśniach antagonistach wyższe poziomy skurczu od 80 do 100% wywołują równą lub większą aktywność nerwowo-mięśniową w porównaniu z niższymi poziomami skurczu.
• Bodziec wibracyjny 50 Hz – 0,5 mm generował najwyższą odpowiedź nerwowo-mięśniową niezależnie od grupy mięśni i / lub poziomu skurczu.
• Częstotliwość 50 Hz, jak i 30 Hz, prowadziły do wyższej aktywności nerwowo-mięśniowej, jednak dopiero połączenie częstotliwości z amplitudą i napięciem mięśni razem daje odpowiedź o końcowej sile nerwowo-mięśniowej.
• Bodziec wibracyjny doprowadził do wyższej koaktywacji agonisty-antagonisty we wszystkich warunkach i poziomach wysiłku, z wyjątkiem 20% maksymalnego dobrowolnego skurczu.

Opracowano na podstawie 

The Effects of Different Vibration Frequencies, Amplitudes and Contraction Levels on Lower Limb Muscles during Graded Isometric Contractions Superimposed on Whole Body Vibration Stimulation N. Pujari, Richard D. Neilson,Marco Cardinale. Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering

Badana populacja

W badaniach uczestniczyło 6 kobiet i 6 mężczyzn w wieku średnio 28 lat ± 7,24, i masie ciała 73,16 kg ± 11,19. Uczestnicy deklarowali różnorodną aktywnością fizyczną od siedzącego trybu życia do sportu amatorskiego. Kryteria wykluczenia z badań obejmowały: historię bólu pleców, ostre stany zapalne miednicy i / lub kończyny dolnej, ostrą zakrzepicę, guzy kości, świeże złamania, implanty, kamienie żółciowe, kamienie nerkowe lub pęcherzowe, wszelkie choroby kręgosłupa, choroby naczyń obwodowych lub ciąża.

Procedura badawcza

Każdemu uczestnikowi projektu przydzielono losowo wcześniej zaplanowane sekwencje interwencji składającej się z określonej częstotliwości, amplitudy i wielkości (%) dobrowolnego skurczu maksymalnego. Podczas pierwszej wizyty każdy uczestnik zapoznał się z urządzeniem wibracyjnym, a następnie wykonał ćwiczenia ze skurczem izometrycznym kończyn dolnych o różnej intensywności w stosunku do podnóżka urządzenia wibracyjnego z kolanami zgiętymi pod kątem 90°. Po takiej rozgrzewce dla każdego uczestnika ustalono dobrowolny skurcz maksymalny. W tym celu uczestnik wykonał maksymalny wysiłek przez 40 sekund. Procedurę tę podjęto 3 razy przy każdym wysiłku oddzielonym 5-minutowym okresem odpoczynku. Średnia z trzech wysiłków została użyta jako wyjściowa wartość maksymalnego dobrowolnego skurczu dla tego uczestnika badań. Podczas kolejnych spotkań uczestnicy wykonywali zaplanowane interwencje ćwiczeniowe i wibracyjne przy sile docelowej przez 60 sekund. Pomiędzy dwoma kolejnymi pomiarami był 5 minutowy odpoczynek. Podczas każdego pomiaru rejestrowano aktywację nerwowo-mięśniową wyznaczonych mięśni (mięsień obszerny boczny, mięsień obszerny przyśrodkowy, mięsień dwugłowy uda) w warunkach skurczu i nałożonej wibracji i w warunkach skurczu i bez nałożonej wibracji. Pomiędzy dwiema sesjami testowymi wprowadzono 72 godzinną regenerację. Ponadto prowadzono ogólną rejestrację codziennej aktywności fizycznej każdego uczestnika, każdą formę regularnego/ nieregularnego wysiłku fizycznego, takiego jak bieganie, trening siłowy itp.

Wykorzystanie wibroterapii w badaniu

Suwnica do nóg została przekształcona w urządzenie wibracyjne, które umożliwiło zastosowanie różnych poziomów skurczów izometrycznych podczas stymulacji wibracyjnej w pozycji siedzącej. Płyta wibracyjna została przymocowana bezpośrednio do płyty podstawy suwnicy którą naciskał użytkownik. To doprowadziło do sinusoidalnego ruchu płyty stopy w kierunku strzałkowym, w kierunku i od użytkownika. Badany siedział, z nogami na wpół zgiętymi (kąt kolan 90◦) i z stopami dociśniętymi do płyty wibracyjnej. Urządzenie wibracyjne generowało drgania sinusoidalne o częstotliwości 30 Hz lub 50 Hz z amplitudami od 0,5 mm lub 1,5 mm.

Wyniki

Dla mięśnia obszernego bocznego, mięśnia dwugłowego uda skurcz izometryczny nałożony na stymulację drgań wytworzył wyższą średnią aktywność niż sam skurcz izometryczny (kontrola). Mięsień obszerny przyśrodkowy nie wykazał żadnego wzrostu aktywności nerwowo-mięśniowej w warunkach drgań, a jego średnie wartości EMG były podobne do warunków kontrolnych, a w niektórych przypadkach niższe. Jako główny agonista w ćwiczeniu nóg, mięsień obszerny boczny wykazywał wyższą aktywność nerwowo-mięśniową niż badanie kontrolne. Procentowy wzrost średnich wartości EMG przy drganiach był bardzo zmienny w zależności od częstotliwości, amplitudy i poziomu skurczu i wahał się od 5% do 165%. Jako antagonista mięsień dwugłowy uda wydawał się bardzo aktywny i wykazywał wyższy poziom aktywności EMG pod wpływem wibracji w porównaniu z badaniem kontrolnym. Podobnie jak w przypadku mięśnia obszernego bocznego, procentowy wzrost średnich wartości EMG był zmienny i zależał od częstotliwości, amplitudy i poziomu skurczu mięśni. W porównaniu z badaniem kontrolnym, średni wzrost siły mięśnia dwugłowego uda  w badaniu wahał się od 28% do 206%. Stymulacja 50 Hz – 0,5 mm wywołała największą aktywność nerwowo-mięśniową w mięśniach obszernym bocznym (165%) i dwugłowym uda (206%). Mięsień obszerny boczny nie wykazywał istotnie wyższych wartości amplitudy EMG przy stymulacji wibracyjnej wyższego poziomu 50 Hz – 1,5 mm, podczas gdy rejestrował istotnie wyższą aktywność EMG poniżej 30 Hz – 1,5 mm zarówno przy 20%, jak i 60% % dobrowolnego skurczu maksymalnego. W oparciu o procentowy wzrost średnich wyników aktywności nerwowo mięśniowej stymulacja wibracyjna 50 Hz – 0,5 mm wywołała największą odpowiedź nerwowo-mięśniową. W następnej kolejności największe pobudzenie nerwowo mięśniową wywołała aktywność wibracyjna 50 Hz – 1,5 mm i 30 Hz – 1,5 mm, jednak amplitudy EMG przy stymulacji 50 Hz – 1,5 mm i 30 Hz – 1,5 mm nie różniły się znacząco od siebie. Poziomy wysiłku 80% i 100% dobrowolnego maksymalnego skurczu doprowadziły do ​​najwyższych współczynników aktywacji mięśniowej w porównaniu z badaniem kontrolnym, niezależnie od warunków wibracji. Im wyższy jest bodziec drgań (tj. 50 Hz – 0,5 mm), tym wyższa jest koaktywacja wymagana do stabilizacji obrotu stawu podczas wibracji. Dla wszystkich poziomów wysiłku i warunków wibracji koaktywacja mięśnia dwugłowego uda i mięśnia obszernego przyśrodkowego była wyższa w warunkach wibracji.

Podsumowanie

Skurcz izometryczny z nałożoną stymulacją drgań wywołuje wyższą aktywność nerwowo-mięśniową w mięśniach kończyn dolnych. Sama częstotliwość lub amplituda wibracji nie decyduje o poziomie indukowanej aktywności nerwowo-mięśniowej. Należy użyć kombinacji częstotliwości i amplitudy wraz z poziomem napięcia mięśniowego  aby odnaleźć najkorzystniejszą odpowiedź na stymulację wibracyjną. Zarówno częstotliwości 30 Hz jak i 50 Hz wywołują wyższą aktywność nerwowo-mięśniową w porównaniu z badaniem kontrolnym w mięśniach obszernym bocznym i dwugłowym uda. Jednak częstotliwość 50 Hz okazała się bardziej skutecznym bodźcem aktywującym mięśnie w kończynach dolnych niż częstotliwość 30 Hz. Inne badania potwierdzają wpływ wibracji na odpowiedź nerwowo-mięśniową. Prace badawcze sugerowały, że wyższe amplitudy mogą być skuteczne tylko w skurczach submaksymalnych. Jednak z wyników tego badania nie wynikają wyraźne trendy wskazujące że wyższe amplitudy (tj. 1,5 mm w porównaniu do 0,5 mm), prowadzą do wyższych odpowiedzi nerwowo-mięśniowych w przypadku skurczów poniżej maksymalnych (tj. 20% do 40% MVC w porównaniu z 80 do 100% MVC).  Koaktywacja mięśni agonistycznych i antagonistycznych w stawie jest wykorzystywana do stabilizacji stawu. Pośrednia stymulacja wibracyjna wywołuje zaburzenia w stawie i doprowadza do lepszej koaktywacji pary agonista-antagonista w celu stabilizacji stawu. Dzięki stymulacji wibracji koaktywacja była wyższa przy wszystkich kombinacjach wibracji i wysiłku. Podobne wyniki odnotowano w badaniu dotyczącym drgań kończyn górnych. Autorzy tego badania (Mischi i Cardinale 2009) argumentowali, że gdy agonista bierze udział w wytwarzaniu mniejszej siły, rotacja stawów jest przede wszystkim kontrolowana przez antagonistę, co prowadzi do wyższej koaktywacji.

Badacze sugerują, że mięśnie są aktywowane w celu osłabienia działania wibracji. Wyższe poziomy aktywacji nerwowo-mięśniowej obserwowane w tym badaniu sugerują, że aktywacja tkanek miękkich w celu tłumienia oscylacji mogła przyczynić się do obserwowanego wzrostu aktywności nerwowo-mięśniowej. Wzrost amplitudy EMG oznacza również modulację jednostek motorycznych. Wibracje mogą potencjalnie modyfikować wysokoprogowe jednostki motoryczne prowadzące do zwiększenia odpowiedzi nerwowo-mięśniowych. 

Więcej w:

Autor opracowania: dr Monika Bigosińska, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nowym Sączu