Воздействие комбинированных упражнений с сопротивлением низкой интенсивности и кардиоваскулярных упражнений на физическую подготовку и мышечную силу у пожилых людей
НазадЭйсуке Хирума1, Киоко Оно1, Масааки Камия1, Масато Такао1, Шидзуо Катамото2
1 Кафедра спорта и медицинских наук, факультет медицинских технологий, Университет Тейкио, Токио, Япония
2Высшая школа здравоохранения и спортивных исследований, Университет Юнтендо, Чиба, Япония
Ответственный за переписку: Эйсуке Хирума
Почтовый адрес: 359 Оцука, Хачиои, Токио, 192-0395, Япония (359 Otsuka, Hachioji, Tokyo, 192-0395, Japan)
Тел./факс: +81-42-678-3337
Резюме
Целью настоящего исследования было определить воздействие упражнений с сопротивлением низкой интенсивности и аэробных упражнений на физическую подготовку и мышечную силу пожилых людей. Восемь мужчин (в возрасте 66,9 ± 8,8 лет) и десять женщин (в возрасте 62,6 ± 5,3 лет) прошли 8-недельную программу тренировок (по два раза в неделю). Тренировки включали разминку, аэробные упражнения с велоэргометром, упражнения с сопротивлением на 50% одиночного максимального повторения (1 МП) в медленном темпе (5 сек на опускание и 5 сек на подъем) и период остывания. Первичные результаты включали антропометрические характеристики, аэробный фитнес-тест по протоколу YMCA, физические фитнес-тесты (сила хвата, подъем корпуса в положении лежа, вытягивание в положении сидя (sit-and-reach), 6-минутная ходьба, равновесие в стойке на одной ноге с открытыми глазами), тест на время «встань и иди» (up and go), 1 МП для 6 различных упражнений и анализы крови на несколько профилей. В этом исследовании для определения синдрома отсроченной мышечной болезненности (СОМБ, DOMS) оценивались угол движения коленного и локтевого суставов, данные визуальной аналоговой шкалы (ВАШ) и показатели мышечной силы до и через 24-48 часов после каждого занятия. Артериальное давление в покое в обеих группах значительно снизилось после 16 тренировочных занятий (р <0,05-0,01). В обеих группах функциональное состояние сердечнососудистой системы и анализы крови на несколько профилей не изменились, но значительно улучшились показатели физических фитнес-тестов (р <0,05-0,001), теста «встань и иди» (р <0,01) и 1 МП для 6 упражнений с сопротивлением (р <0,05-0,001). Участники исследования не испытывали СОМБ. Настоящее исследование показало, что упражнения низкой интенсивности в сочетании с аэробными упражнениями были эффективны для улучшения мышечной силы и физической подготовки и снижения артериального давления у пожилых людей после 8-недельного периода тренировок. Кроме того, эта программа «медленных» упражнений с сопротивлением низкой интенсивности не вызывает СОМБ. Данная методика тренировки с сопротивлением является безопасной, простой и эффективной в использовании в домашних условиях в пожилом возрасте, не вызывая неудобных и болезненных ощущений после тренировки.
Ключевые слова: СОМБ (синдром отсроченной мышечной болезненности, DOMS), артериальное давление; тест на время «встань и иди»; медленные упражнения
Effects of Combined Low Intensity Resistance Exercise and Cardiovascular Exercise on Physical Fitness and Muscular Strength in Older Adults
Eisuke Hiruma1, Kyoko Ono1, Masaaki Kamiya1, Masato Takao1, Shizuo Katamoto2
1 Department of Sport and Medical Science, Faculty of Medical Technology, Teikyo University, Tokyo, Japan
2 Graduate School of Health and Sports Science, Juntendo University, Chiba, Japan
Corresponding author: Eisuke Hiruma
Mailing address: 359 Otsuka, Hachioji, Tokyo, 192-0395, Japan
Tel&fax: +81-42-678-3337
Abstract
The aim of the present study was to identify effects of resistance exercise with low-intensity and aerobic exercise on physical fitness and muscular strength in older adults. Eight males (age: 66.9 ± 8.8 years) and ten females (age: 62.6 ± 5.3 years) completed an 8-week training program (two times per week). The exercise intervention consisted of warm-up, aerobic exercise with bicycle ergometer, resistance exercise with 50% of one repetition maximum (1 RM) and slow-movement (5 sec for lowering and 5 sec for lifting), and cooling down. Primary outcome measures included anthropometric characteristics, aerobic fitness test with YMCA protocol, physical fitness tests (grip strength, sit-ups, sit-and-reach, 6 minutes of walking, one-leg balance test with opened eyes), timed up and go test (UP&GO), 1RM of 6 separate exercises, and multiple analysis blood profiles. This study examined knee and elbow joint angle, visual analog scale (VAS), and muscular strength to indentify delayed onset muscle soreness (DOMS) before and 24-48 hours after each intervention. The resting blood pressures both groups were significantly decreased after 16 regimens of exercise intervention (p<0.05-0.01). Both groups did not change cardiovascular fitness and multiple analysis blood profiles, but significantly improved physical fitness tests (p<0.05-0.001), UP&GO (p<0.01), and 1RM of 6 resistance exercises (p<0.05-0.001). Subjects did not induce DOMS. The present study showed that the combined low-intensity resistance exercise with aerobic exercise in older adults was effective in increasing muscular strength and physical fitness, and decreasing blood pressure after the 8-week training period. Furthermore, this slow movement resistance program with the low intensity did not induce DOMS. This method of the resistance training is safe, easy, and effective to use as home exercise without uncomfortable and soreness following exercise in older adults.
Key words: DOMS; blood pressure; timed up and go test; slow movement
Введение
Старение связано с резким снижением максимальной аэробной производительности, что обусловлено уменьшением сердечного выброса и поступления кислорода в мышцы (36). Потеря силы с возрастом имеет серьезные последствия для здоровья, будучи связана с саркопенией. Саркопения характеризуется снижением мышечной массы и атрофией мышечных волокон. Эти структурные изменения, как правило, сопровождаются нарушениями нервных функций. У пожилых людей, выполнявших аэробные упражнения и упражнения с сопротивлением, отмечается более высокая мышечная сила, аэробная способность и плотность костной ткани по сравнению с пожилыми лицами, не занимающимися физкультурой [21-23, 40]. Фатурос и соавт. [8] исследовали три группы пожилых мужчин, выполнявших программы тренировок с сопротивлением различной интенсивности (высокой, средней и низкой) в течение 6 месяцев. В ходе программы во всех трех группах значительно увеличились показатели мышечной силы и гибкости, при этом в группе с высокой интенсивностью упражнений в период отсутствия тренировок наблюдалось меньшее снижение мышечной силы, чем у других двух групп. В другом исследовании [5], у пожилых женщин после 6 месяцев интенсивных тренировок с сопротивлением было отмечено значительное улучшение качества жизни и когнитивных функций, а также показателей равновесия и гибкости. В свою очередь, тренировки низкой интенсивности с сопротивлением не только улучшили физическую подготовку обследуемых и снизили избыточный вес, но и повысили качество жизни, когнитивные функции и степень их независимости [1]. Брейт и др. [2] сообщают, что упражнения с сопротивлением снижают артериальное давление в покое. Таким образом, тренировки с сопротивлением не только увеличивают мышечную силу и улучшают физическую форму, но и влияют на артериальное давление, качество жизни и когнитивные функции у пожилых людей.
В общем, упражнения с сопротивление высокой интенсивности (70 до 80% 1 МП) рекомендуются для увеличения мышечной силы и наращивания мышечной массы (гипертрофия). Для повышения мышечной выносливости, интенсивность тренировок на сопротивление должна составлять 50% 1 МП. Однако, насколько нам известно, имеется крайне мало исследований, изучавших воздействие упражнений с сопротивлением низкой интенсивности на увеличение мышечной силы и мышечной массы. Такарада и соавт. [34] сообщают, что упражнения с сопротивлением с ремнем КААЦУ (KAATSU) на 50% 1 МП снижают кровоток в задействованных мышцах, а также значительно увеличивают мышечную силу и объем мышц. Еще одно исследование тренировок с сопротивлением низкой интенсивности показало, что подобные тренировки с медленными эксцентрическими и концентрическими движениями (3 сек на подъем и 3 сек на опускание) увеличивают секрецию гормона роста, мышечную силу и площадь поперечного сечения [11, 35]. Гото и соавт. [11] указывают, что тренировки с сопротивлением с медленным типом движений при 40% 1 МП снижают уровень оксигенации мышц и улучшают гормональный ответ, увеличивая мышечную силу. Хирума и соавт. [17] обнаружили, что медленные упражнения с сопротивлением низкой интенсивности у молодых студенток колледжа не вызывают СОМБ, но способствуют увеличению мышечной силы разгибателей коленного сустава.
По нашим данным, воздействие комбинированного применения кардиоваскулярных тренировок и упражнений с сопротивлением низкой интенсивности ранее не исследовалась. Согласно основной гипотезе, у лиц пожилого возраста предполагались значительное увеличение мышечной силы и улучшение физической подготовки и, кроме того, изменения артериального давления, обусловленные медленными упражнениями с сопротивлением низкой интенсивности. Таким образом, целью данного исследования было изучить влияние аэробных упражнений и тренировок с сопротивлением низкой интенсивности, проводимых 2 раза в неделю в течение 8 недель, на физическую подготовку и мышечную силу у пожилых людей.
Методика
Участники и дизайн
В качестве участников исследования добровольно выступили восемь мужчин (66,9 ± 8,8 лет) и десять женщин (62,6 ± 5,3 лет), не выполнявшие каких-либо упражнений с сопротивлением и аэробных упражнений в течение как минимум 1 года. Ни у кого из участников не было диагностировано каких-либо опорно-двигательных или иных нарушений, могущих негативно повлиять на их способность пройти 8-недельный курс тренировок. Были определены критерии исключения, которые могли бы препятствовать успешному участию в программе; они включали заболевания сердца или периферической сосудистой системы, нарушения ортопедического плана и/или сахарный диабет 2 типа. Участники исследования не проходили лечения экзогенным тестостероном и не подвергались иному фармакологическому вмешательству, которое, согласно известным данным, могло бы повлиять на мышечную массу и синдром отсроченной мышечной болезненности (СОМБ). Обследуемым также было запрещено выполнять какие-либо дополнительные упражнения в течение периода исследования. Участники исследования предварительно подписали письменное информированное согласие, утвержденное этическим комитетом Медицинского университета Тейкио (TEIIRIN 08-026-2); данное исследование отвечало этическим стандартам научных исследований в области спорта и физических упражнений [14]. Все участники были обследованы квалифицированным терапевтом, подтвердившим отсутствие у них каких-либо известных рисков, которые могли бы помешать их участию в данном исследовании. Терапевт анализировал электрокардиографию в покое (ЭКГ), артериальное давление и ОГФА (Опросник готовности к физической активности, «Канадское Общество физиологии физических упражнений, Инк.») с целью выявления любых нарушений, являвшихся риском для участников. Обследуемым были проведены предварительные измерения, включая антропометрию и состав тела, субмаксимальный аэробный фитнес-тест с использованием протоколов велоэргометрии YMCA [36], физические фитнес-тесты (сила хвата, подъем корпуса, равновесие в стойке на одной ноге с открытыми глазами, 6-минутная ходьба), тест на время «встань и иди», одиночное максимальное повторение (1 МП) 6 различных упражнений и анализ крови на несколько профилей. Терапевтом были произведены заборы крови из локтевой вены до и после 8-недельной программы тренировок (10 мл х 3 пробирки). Все указанные измерения осуществлялись повторно после 8-недельной программы тренировок.
Оцениваемые параметры антропометрии и состава тела включали: рост, массу тела (МТ), процент жировой ткани в теле (% жира), тощую массу тела (ТМТ) и индекс массы тела (ИМТ). Рост измерялся с точностью до 0,1 см. Масса тела и процент жира оценивались с точностью до 0,1 кг и 0,1%, при этом использовался анализатор состава тела (Tanita Co., Inc., Токио, Япония). Тощая масса тела рассчитывалась по следующей формуле: МТ х (100% – % жира). ИМТ рассчитывался посредством деления веса (кг) на рост (м) в квадрате (кг/м2). МТ и АД измерялись до и после каждой тренировки.
Перед началом исследования участникам была проведена ЭКГ в 12 отведениях в покое (на оборудовании Fukuda Denshi Co., Ltd., Токио, Япония) в положении лежа на спине. Обследуемым также было измерено артериальное давление (на оборудовании Senoh Corp., Токио, Япония) для определения частоты сердечных сокращений (ЧСС), систолического артериального давления (САД) и диастолического артериального давления (ДАД) в покое. Участники прошли градуированный субмаксимальный велоэргометрический тест для измерения аэробной способности. Аэробное тестирование использовало протокол велоэргометрии YMCA, согласно которому начальная нагрузка составляла 50 Вт и 50 оборотов в минуту, увеличиваясь на 25 Вт каждые 3 минуты, а тестирование прекращалось при наступлении усталости и/или достижении 75% прогнозируемой максимальной частоты сердечных сокращений (прогнозируемая ЧССмакс). Субъективно воспринимаемая напряженность (СВН) определялась по шкале Борга; ЧСС замерялась в ходе последней минуты каждого этапа. Максимальное усилие определялось достижением > 16 СВН и > 75% возрастной прогнозируемой ЧССмакс. ЧСС, измеряемая в течение последней минуты каждого этапа, отмечалась на графике соответственно интенсивности нагрузки. Линии, полученные соединением точек на графике, экстраполировались на возрастную прогнозируемую ЧССмакс; на оси х пролагался перпендикулярный отрезок, чтобы оценить достигнутую интенсивность нагрузки, если участник выполнял тест на максимум.
Оценка физической подготовки
Оценка физической подготовки включала силу хвата (СХ), подъем корпуса (ПОДЪЕМ), вытягивание в положении сидя (ВЫТЯГИВАНИЕ), время удержания равновесия в стойке на одной ноге (РАВНОВЕСИЕ) и 6-минутную прогулку (ПРОГУЛКА). Изометрическая сила хвата с изометрической динамометрией (на оборудовании Takei Scientific Instruments Co., Ltd., Ниигата, Япония) оценивалась в момент максимального усилия. В качестве контрольного значения СХ записывались усредненные максимальные показатели для каждой руки. В тестах на подъем корпуса, обследуемые принимали исходное положение лежа, ноги согнуты в коленях под углом 90 градусов, руки вытянуты вперед; нижняя часть ног удерживалась у пола инструктором. Участники выполняли как можно большее число подъемов корпуса в течение 30 секунд. В тесте на вытягивание в положении сидя обследуемые размещались сидя на полу, спиной к стене, с полностью выпрямленными в коленных суставах ногами. Они помещали выпрямленные в локтях руки на измерительный прибор (Takei Scientific Instruments СО., Ltd., Ниигата, Япония) и старались как можно дальше продвинуть их вдоль измерительной шкалы.В качестве контрольного значения записывался лучший показатель для двух испытаний. В тесте на равновесие участники выполняли стойку на доминирующей ноге с открытыми глазами, положив руки на пояс. Участники удерживали данное положение как можно дольше, в качестве показателя замерялось количество времени в секундах. В качестве контрольного значения записывался лучший показатель для двух испытаний, максимальное время составило 120 секунд. В тесте ПРОГУЛКА обследуемые должны были пройти в своем обычном темпе расстояние около 20 метров (м), отмеченное двумя ориентирами, и 20-метровое расстояние, разделенное на участки по 5 м. Все пройденное за 6 минут расстояние измерялось в сантиметрах. В тесте «встань и иди», как поясняют Подсядло и Ричардсон [30], исходное положение участников было сидя на стуле, руки на подлокотниках, средство для ходьбы держится в руке. Обследуемый вставал и шел в удобном для себя и размеренном темпе до отметки, установленной в 3 метрах от стула, разворачивался, возвращался к стулу и снова садился. Общее время ходьбы измерялось с точностью до 0,01 секунды. Измерялось также одиночное максимальное повторение 6 различных упражнений с сопротивлением (разгибание ног, сгибание ног, жим ногами, грудной жим, тяга вниз и жим от плеч). Измерения проводились до и после 8 недель тренировочной программы.
Программа упражнений
Протокол тренировок включал 15-минутную разминку, 15 минут аэробных упражнений на велоэргометре, 35 минут упражнений с сопротивлением и 15-минутный период остывания. Участники проходили тренировку по утрам, 2 раза в неделю в течение 8 недель. Участники во время тренировки находились под наблюдением опытного инструктора по фитнесу и квалифицированного терапевта. Во время выполнения аэробных упражнений, участники занимались на велотренажере с интенсивностью 50% прогнозируемого МПК при 50 оборотах в минуту. После аэробных упражнений следовал период остывания длительностью 1-2 минуты.
Упражнения с сопротивлением включали разгибание ног (Н-разгиб), сгибание ног (Н-сгиб), жим ногами (Н-жим), грудной жим (Г-жим), тягу вниз (Т-вниз) и жим от плеч (П-жим). Методика тренировок с сопротивлением следовала описанной в исследовании Хирумы [17]. Участники выполняли 40-50% 1 МП в медленном темпе (5 сек на опускание и 5 сек на подъем). Было предусмотрено 10-15 повторов для каждого упражнения и 2-минутный отдых после упражнений. Участники выполняли упражнения на заданной скорости по метроному (YAMAHA Corp., Сидзуока, Япония), пока не удавалось выполнить упражнение надлежащим образом и в надлежащем темпе. Когда участники выполняли более 15 повторов в течение двух дней подряд, интенсивность увеличивалась на 5%.
Критерии измерения синдрома отсроченной мышечной болезненности (СОМБ)
Мышечная болезненность (М-БОЛ) в ходе сгибании и разгибания локтевого и коленного суставов, отдыха и ходьбы оценивалась по визуальной аналоговой шкале (ВАШ), представлявшей собой 100-миллиметровый отрезок, один конец которого (отметка 0 мм) соответствовал «отсутствию боли», а другой (отметка 10 см) – «очень сильной болезненности». Участники под руководством специалиста делали отметки на отрезке соответственно собственной субъективной оценке болезненности. Длина отрезка от 0 до отмеченной точки соответствовала числовому показателю болезненности. M-БОЛ оценивалась до тренировки, сразу после и через 1 или 2 дня спустя каждое занятие.
Измерялся диапазон движения во время произвольного сгибания (С-ДИАП) и разгибания (Р-ДИАП) локтевого сустава в положении сидя и коленного сустава в положении лежа. С-ДИАП и Р-ДИАП определялись с помощью гониометра дважды для каждого измерения. Угол, составлявший разницу между Р-ДИАП и С-ДИАП, определялся как диапазон движения (ДД). В качестве контрольного значения записывался лучший показатель.
Статистический анализ
Все показатели являются усредненными ± допустимое отклонение. Статистический анализ был выполнен с помощью системы SYSTAT (версия 11; SYSTAT Software, Inc., Ричмонд, Калифорния, США). Различия между двумя значениями в пределах одной группы анализировались с применением парного t-критерия Стьюдента. Для апостериорного анализа при наличии значимой разницы был использован критерий Тьюки достоверно значимой разницы. Статистическая значимость была установлена на уровне р <0,05.
Результаты
Интенсивность упражнений с сопротивлением
Мужские и женские группы выполняли, соответственно, 46,2-50% 1 МП и 7-12 повторов и 43-52% 1 МП и 8-13 повторов для 6 упражнений с сопротивлением в ходе первой тренировки. Нагрузка снижалась, если участники не могли выполнить более 10 повторов для каждого упражнения с сопротивлением на второй тренировке. Показатели СОМБ у участников в течение этого периода тренировок не изменились.
На Рисунке 1 представлены изменения в интенсивности нагрузок для 6 упражнений от первого до 16-го занятия у женской группы. Нагрузка для всех 6 упражнений к 16-му занятию в женской группе была значительно увеличена (р <0,05-0,01). В мужской группе нагрузки для П-жима, Г-жима, Н-разгиба и Н-сгиба к 16-му занятию были значительно увеличены по сравнению с первым занятием (р <0,05). Нагрузки для Н-жима и Т-вниз были увеличены, но не существенно (р> 0,05). Тем не менее, общий объем упражнений [нагрузка упражнения (кг) на число повторений (раз)] для 6 упражнений с сопротивлением к 16-му занятию в обеих группах был значительно увеличен по сравнению с первым занятием (р <0,05).
Физические характеристики
В Таблице 1 приведены изменения физических характеристик и артериального давления после 8 недель аэробных упражнений и тренировок с сопротивлением низкой интенсивности. Не было отмечено существенных изменений в МТ, ТМТ, и ИМТ. В обеих группах, однако, после прохождения курса тренировок значительно снизилось САД и ДАД, по сравнению с первоначальными показателями (р <0,05-0,001). В обеих группах существенно снизился процент жира в теле (р <0,05) от 20,91 ± 3,81% и 29,69 ± 4,47% до 19,69 ± 3,44% и 27,84 ± 5,97%, соответственно.
В таблице 2 представлены изменения показателей максимальных тестов произвольной мышечной силы до и после 8-недельной программы. В мужской группе значительно увеличились показатели мышечной силы для Н-разгиб, Н-сгиб, Н-пресс, Г-жим, Т-вниз и П-жим после 16 занятий на 24% (р <0,01), 12% (р <0,01), 18% (р <0,05), 37% (р <0,01), 44% (р <0,01) и 36% (р <0,05), соответственно. В женской группе также наблюдались значительно улучшения: на 16% (р <0,01), 25% (р <0,01), 15% (р <0,05), 28% (р <0,01), 29% (р <0,01) и 46% (р <0,05), соответственно. В обеих группах больше увеличилась мышечная сила нижних конечностей, чем верхних.
В Таблице 3 показаны изменения показателей физических фитнес-тестов и теста «встань и иди» после 8-недельной программы тренировок. В мужской группе наблюдалось значительное улучшение результатов ПОДЪЕМА (р <0,01), ВЫТЯГИВАНИЯ (р <0,05) и ПРОГУЛКИ (р <0,01) и значительное уменьшение показателей теста «встань и иди» (р <0,01) после 8-недельного курса тренировок. Показатели СХ и РАВНОВЕСИЯ увеличились, но не существенно. В женской группе значительно увеличились показатели СХ (р <0,01), ПОДЪЕМА (р <0,001), ВЫТЯГИВАНИЯ (р <0,01), ПРОГУЛКИ (р <0,01) и РАВНОВЕСИЯ (р <0,05) и снизились показатели теста «встань и иди» (р <0,01).
Анализ крови на несколько профилей после 8-недельной программы тренировок не выявил изменений. После прохождения курса тренировок не было обнаружено статистически значимых различий в обеих группах в анализах крови на несколько профилей, по сравнению с первоначальными показателями.
Обсуждение результатов
Цель настоящего исследования – определить воздействие упражнений с сопротивлением низкой интенсивности и аэробных упражнений на физическую подготовку и мышечную силу у пожилых людей. Восемь мужчин и десять женщин прошли 8-недельный курс тренировок (по два раза в неделю). Первичный эффект включал существенное снижение артериального давления в покое в обеих группах после курса из 16 занятий. В обеих группах в данном исследовании не изменились показатели функционального состояния сердечнососудистой системы и анализы крови на нескольких профилей, однако значительно улучшились показатели фитнес-тестов, теста «встань и иди» и 1 МП для 6 упражнений. Участники не испытывали СОМБ. Настоящее исследование показало, что комбинированные упражнения с сопротивлением низкой интенсивности и аэробные упражнения оказались эффективны для увеличения мышечной силы и улучшения физической подготовки и снижения артериального давления у пожилых людей после 8-недельного курса тренировок.
Участники
До своего участия в данном исследовании пациенты не занимались физическими тренировками на регулярной основе. У мужской и женской групп первоначально классифицировалось повышенное содержание жира в теле (20,91 ± 3,81% и 29,69 ± 4,47% жира в теле), при нормальном ИМТ (23,3 ± 1,8 кг/м2 и 22,0 ± 2,4 кг/м2 ИМТ). В мужской группе, САД и ДАД изначально составляли 145,3 ± 11,0 и 91,0 ± 10.9 мм. рт. ст., что указывало на 1 степень гипертонии. В женской группе показатели САД составляли 133,8 ± 20.0 мм рт. ст. и ДАД – 85,0 ± 11.1 мм. рт. ст. и классифицировались как предгипертоническое состояние. Показатели теста «встань и иди» в обеих группах были отнесены ко второму уровню из пяти (первый – «очень плохо»; пятый – «очень хорошо»). Показатели для 6-минутной прогулки классифицировались пятым уровнем у мужчин и четвертым у женщин. Участники обеих групп в данном исследовании были здоровыми, но имели низкий уровень физической подготовки. Обследуемые посетили более 14 занятий данного курса тренировок (90-процентная посещаемость).
Влияние упражнений на функциональное состояние кардиореспираторной системы и антропометрию
Американская коллегия спортивной медицины/Американская ассоциация сердца (АКСМ/ААС) в настоящее время рекомендуют пожилым людям выполнять аэробные упражнения умеренной интенсивности в течение как минимум 30 минут в день 5 дней в неделю или аэробные упражнения высокой интенсивности в течение как минимум 20 минут 3 раза в неделю [36]. Ряд недавних исследований показал, что аэробные упражнения для лиц с повышенным и нормальным артериальным давлением уменьшают артериальное давление в покое и при мышечной работе [1, 38, 39] и улучшают физические функции [12]. Феркетич и соавт. [9] предположили, что большее улучшение показателей силы и субмаксимального времени наступления усталости достигается при сочетании упражнений с сопротивлением и аэробных тренировок высокой интенсивности (70 до 80% МПК) у здоровых пожилых женщин. Мысливечек и соавт. [26], однако, сообщили, что ходьба низкой интенсивности (40 % ЧССпокоя) у женщин среднего возраста увеличивает вегетативную модуляцию и снижает симпатическую модуляцию. Накамура и соавт. [27] полагают, что пожилым женщинам для улучшения функционального состояния кардиореспираторной системы и физических функций нужно выполнять аэробные упражнения и упражнения с сопротивлением по крайней мере три раза в неделю. Они пришли к выводу, что для улучшения функционального состояния и изменения состава тела выполнения специальных физических упражнений один или два раза в неделю недостаточно. Участники данного исследования занимались с велоэргометром, установленным на 50% прогнозируемого МПК, в течение 15 минут два раза в неделю, что ниже по степени интенсивности и меньше по частоте, чем показатели, рекомендованные АКСМ [15] и применяемые в более ранних исследованиях [4, 7, 10, 22 – 25, 27]. Из-за этого, прогнозируемое МПК, ЧСС и СВН при определении аэробной способности в тесте на велоэргометре по протоколу YMCA не изменились после 8 недель тренировок. У обследуемых, однако, значительно снизился процент жира в теле. Тренировки с сопротивлением, проводимые 2 раза в неделю в течение 12 недель, способствовали уменьшению жира на 5% [25]. Таким образом, участникам не хватало аэробных упражнений для улучшения состояния сердечнососудистой системы, но они расходовали достаточное количество энергии для изменения состава тела.
Кроме того, через 8 недель у участников снизилось САД и ДАД в покое. По мере старения, систолическое и диастолическое артериальное давление в покое и при мышечной работе увеличивается [36]. Механизмы изменения стенок артерий обусловлены как структурными, так и функциональными факторами. Структурные и функциональные факторы связаны с относительным содержанием эластина и коллагена и сосудосуживающим тонусом клеток гладкой мускулатуры сосудов, соответственно. Брейт и соавт. [2] пришли к выводу, что сочетание аэробных упражнений и тренировок с сопротивлением более эффективно для уменьшения АД в покое, чем отдельные тренировки с сопротивлением. Кроме того, Бароне и соавт. [1] установили, что комбинированные аэробные упражнения умеренной и высокой интенсивности (60-90% ЧССмакс) и упражнения с сопротивлением низкой интенсивности в старшем возрасте снижают диастолическое АД в покое и систолическое АД при мышечной работе. Наше исследование дало аналогичные результаты, однако причина снижения САД и ДАД оказалась не такой, как в предшествующих исследованиях [1]. Претли и соавт. [31] сообщают, что тренировки с сопротивлением увеличивают уровень норадреналина в покое, являющийся суррогатным маркером симпатической нервной системы. Они поясняют, что повышенный сосудосуживающий тонус симпатической нервной системы, вероятно, будет больше для периферических мышечных артерий по сравнению с центральными эластичными артериями. Программа тренировок с сопротивлением в данном исследовании стимулировала и увеличивала стенки периферических артерий работающих мышц. Работающие мышцы сжимали периферические артерии для уменьшения кровотока [35]. Таковы механизмы изменения кровотока в периферических артериях и снижения артериального давления. Методику тренировок с сопротивлением в данном исследовании отличало то, что участники перемещали вес медленнее, чем в других исследованиях [11, 34, 35]. Непрерывное генерирование силы во время тренировки с сопротивлением подавляло как приток, так и отток крови от работающих групп мышц, что обуславливалось внутримышечным давлением в этих мышцах. Таким образом, этот механизм стимулировал кровеносные сосуды и способствовал изменению эластичности кровеносных сосудов и повышению периферического кровотока, что обеспечивало снижение артериального давления в покое.
Влияние специальных упражнений на мышечную силу
Американская коллегия спортивной медицины/Американская ассоциация сердца в настоящее время рекомендуют пожилым людям выполнять 8-10 упражнений с сопротивлением умеренной интенсивности как минимум с 10-15 повторами 2 раза в неделю [36]. В целом, высокая интенсивность (от 70 до 80% 1 МП) рекомендована для наращивания мышечной массы и силы. Было продемонстрировано, что нагрузка низкой интенсивности (50% 1 МП) может улучшить мышечную выносливость. Кампос и соавт. [4] обнаружили, что упражнения с сопротивлением очень высокой интенсивности (> 90% 1 МП) с 3-5 повторами и высокой интенсивности [75% 1 МП] с 9-11 повторами способствовали значительному увеличению мышечной массы и силы; и что упражнения низкой интенсивности [50% 1 МП] с 20-28 повторами способствовали улучшению мышечной выносливости. С другой стороны, недавние исследования показали, что упражнения с сопротивлением низкой интенсивности (50% 1 МП) были столь же эффективны для изменения мышечной силы и объема, как и упражнения высокой интенсивности (> 75% 1 МП). Тренировки с сопротивлением низкой интенсивности (<50% 1 МП) позволили увеличить мышечную силу и объем, когда обследуемый носил ремень КААЦУ (KAATSU) на верхних или нижних конечностях [34]. В других исследованиях тренировок с сопротивлением относительно низкой интенсивности (<50% 1 МП), медленные упражнения с сопротивлением (3 сек на подъем, 1 сек на отдых и 3 сек на опускание) позволили увеличить мышечную силу и мышечную массу. При этом концентрация гормона роста в плазме при выполнении упражнений низкой интенсивности была аналогична тому же показателю в ходе тренировок высокой интенсивности [11, 35]. В данном исследовании применялся протокол сопротивления низкой интенсивности (50% 1 МП) с медленным движением (5 сек на подъем и 5 сек на опускание), как и в исследовании Хирумы [17]. Наше исследование дало аналогичные результаты, согласно которым 1 МП для 6 упражнений с сопротивлением низкой интенсивности после 16 занятий значительно изменилось в обеих группах. Мышечная сила нижних конечностей, по сравнению с верхними, увеличилась больше, поскольку темпы увеличения нагрузки для нижних конечностей были выше.
Мы придерживались гипотезы, что тренировка с сопротивлением (ТС), сочетающая растяжение и сокращение мышц, оптимальным образом подходит для улучшения нервно-мышечной адаптации и увеличения мышечной силы. Концентрическая и эксцентрическая тренировка (КОН и ЭКЦ-T) оказывает большее влияние на функциональное состояние по сравнению с концентрической тренировкой (КОН-T) [13]. Хортобагий и соавт. [19] показали, что тренировки с сопротивлением с эксцентрическим мышечным сокращением (ЭКЦ-T) способствуют большей максимальной эксцентрической и изометрической силовой адаптации по сравнению с КОН-T. В свою очередь, КОН-T обуславливает значительно большие послетренировочные показатели максимальной концентрической силы и работы, чем ЭКЦ-T. Вероятно, ЭКЦ-T способствует большему увеличению мышечной силы и мышечной массы, чем КОН-T [16, 18]. На основании этих выводов, сообщается, что эксцентрические мышечные сокращения генерируют большие механические силы, чем концентрические [19]. В программу тренировок с сопротивлением в этом исследовании вошли ЭКЦ-T на опускание и КОН-T на подъем. Несмотря на то, что интенсивность и частота упражнений в настоящем исследовании была ниже, чем в прежних исследованиях [4, 7, 10, 22-25, 27] и в рекомендациях АКСМ/ААС [15], общая продолжительность и работа в КОН и ЭКЦ-T для каждого упражнения с сопротивлением были больше. Мы считаем, что именно этим обусловлено увеличение мышечной силы верхних и нижних конечностей на 15% и 30%, соответственно.
Лин и др. [24] показали, что размер мышечных волокон II типа увеличился после тренировок с сопротивлением. Снизившееся соотношение мышечных волокон II типа к мышечным волокнам I типа значительно увеличило объем мышечного волокна II типа. ЭКЦ-T способствует лучшему наращиванию мышечной массы и укреплению мышечной функции, чем КОН-T [16, 18]. ЭКЦ-T с интенсивностью в 50% максимальной изометрической силы вызывает повреждение мышц [29]. Мюллер и его коллеги [25] сообщают, что эксцентрическая эргометрическая тренировка с минимальным СОМБ в течение 12 недель привела к изменению мышечных функций, мышечных тканей, максимальной изометрической мышечной силы и эксцентрической координации. Они пришли к выводу, что эксцентрическая эргометрическая тренировка малой частоты (два раза в неделю) и низкой интенсивности (30 Вт у женщины, 50 Вт у мужчин) оказалась эффективной для уменьшения соотношения IIб типа и IIа типа мышечных волокон и увеличения доли тощей массы в составе бедра. Сочетание ЭКЦ-Т и КОН-T в данном исследовании не вызывало СОМБ, в результате чего не отмечалось никаких изменений ДД и M-БОЛ во время тренировки, хотя мышечная сила после 16 занятий значительно увеличилась без изменения ТМТ. Таким образом, рост мышечной ткани не может быть обусловлен протоколом, используемым в данном исследовании. Тому могут быть две причины. Во-первых, частота и/или общая работа в этой тренировке с сопротивлением была меньше по сравнению с предшествующими исследованиями. Во-вторых, в пожилом возрасте увеличение объемов мышечной ткани дается труднее по сравнению с более молодой возрастной категорией. Тем не менее, Гарфинкель и коллеги [10] предположили, что начальное увеличение мышечной силы и мышечной работы во многом связано с такими негипертрофическими факторами, как увеличение активации двигательных единиц, находящее отражение в повышенной активности электромиографии после тренировки. Они пришли к выводу, что одним из следствий тренировок с сопротивлением является увеличение активации двигательных единиц и/или снижение коактивации мышц-антагонистов. Де Фриде и коллеги [7] сообщают, что ведущие очень активный образ жизни пожилые люди улучшают мышечные функции и мышечную работу без увеличения мышечной силы, так что нервно-мышечная адаптация обусловлена мышечной функцией и мышечной работой. Настоящие результаты согласуются с этим предшествующим исследованием. Вполне вероятно, что в основном продемонстрированное увеличение силы мышц стало результатом коррекции нервно-мышечного рекрутмента, в результате пройденного курса тренировок с сопротивлением. Чтобы оптимизировать потенциал увеличения мышечной силы, план тренировок должен включать элементы концентрического и эксцентрического сокращения в медленном темпе. Мышечная сила нижних конечностей увеличивается больше по сравнению с верхними. Данное открытие является очень важным, особенно для пожилых людей, поскольку обычные виды повседневной активности задействуют в большей степени рабочую мышечную силу нижних конечностей, и потому пожилые люди могут вести более независимый образ жизни.
Влияние специальных упражнений на физическую подготовку и функции
Это исследование продемонстрировало положительное воздействие комбинированных аэробных упражнений и упражнений с сопротивлением на физическую подготовку и физические функции. Сила хвата связана с физической функцией и качеством жизни [32]. Ньюман и др. [28] сделали вывод, что мышечная сила хвата и сила растяжения коленного сустава как маркер качества мышц существенны в оценке риска смертности. Мышечная сила нижних конечностей определяет функциональную мобильность [3]. Прогрессивные тренировки с сопротивлением способны уменьшить возрастное снижение максимальной произвольной силы, с которым обычно сталкиваются пожилые люди [20, 37]. Мышечная сила нижних конечностей по сравнению с верхними конечностями снижается больше, независимо от пола обследуемых. Саймонс и соавт. [33] сообщили, что ЭКЦ-T, КОН-T и ИЗО-T улучшают время ходьбы в произвольном темпе и показатели ходьбы на 80 м. Это воздействие на нижние конечности привело к увеличению показателей тестов РАВНОВЕСИЕ, ПРОГУЛКА, «ВСТАНЬ И ИДИ», так как данная программа тренировок в большей степени изменила физическую подготовку нижних конечностей по сравнению с верхними. Что касается эффекта растренированности, мышечная сила после тренировок с сопротивлением высокой интенсивности снизилась в меньшей степени по сравнению с тренировками средней или низкой интенсивности [8]. У пожилых женщин тренировки с сопротивлением высокой интенсивности и большой частоты в течение 5 месяцев значительно улучшили мышечную силу, физическую подготовку, качество жизни и когнитивные функции [5]. Кроме того, участники данного исследования значительно улучшили все показатели физической подготовки и теста «встань и иди», при том что интенсивность ТС составила 50% 1 МП. Подобные изменения были связаны с увеличением мышечной силы верхних и нижних конечностей. Скорость ходьбы на расстояние 7 метров у пожилых людей, не нуждающихся в посторонней опеке, оказалась более значимым предиктором смертности по сравнению со скелетной мышечной массой [6]. Участники значительно улучшили показатели 6-минутной прогулки, что было обусловлено функциональным состоянием кардиореспираторной системы в результате увеличения мышечной силы нижних конечностей. Тощая масса тела, определяемая посредством либо компьютерной томографии (КТ), либо двойной рентгеновской абсорбциометрии (ДРА), не была тесно связана со смертностью, однако тесно связанными со смертностью оказались мышечная сила группы квадрицепсов и сила хвата [28]. Потеря максимальной произвольной силы, особенно нижних конечностей, может значительно уменьшить показатели функциональной мобильности, такие как скорость ходьбы, равновесие, подъем по лестнице и подъем со стула [3]. Важно отметить, что упражнения с сопротивлением, включающие эксцентрическую и концентрическую работу мышц в медленном темпе, были привнесены с целью улучшения физической подготовки. Кроме того, мы показали, что возрастное ухудшение физической подготовки может быть обращено вспять путем сочетания тренировок с сопротивлением и тренировок на выносливость у пожилых женщин. Таким образом, данный тип тренировки с сопротивлением эффективен для пожилых людей, способствует увеличению мышечной силы и улучшению физической подготовки, что позволяет вести более независимый образ жизни и отсрочить смерть.
Заключение
Настоящее исследование показало, что: 1) программа медленных упражнений с сопротивлением низкой интенсивности оказалась эффективной для увеличения силы у пожилых людей после 8-недельного курса тренировок по 2 раза в неделю; 2) комбинированная программа, включающая упражнения с сопротивлением и аэробные тренировки и проводимая в течение 8 недель, оказалась эффективной для улучшения физической подготовки; и 3) данная программа медленных упражнений с сопротивлением низкой интенсивности не вызывает СОМБ.
Практическое применение
С возрастом людям необходимо поддерживать или улучшать физическую форму, чтобы сохранить или обрести здоровье. АКСМ/ААС рекомендуют выполнять упражнения на сердечнососудистую выносливость, упражнения с сопротивлением, упражнения на гибкость и на равновесие 2-5 раз в неделю. Тем не менее, люди, которые не занимаются физкультурой или делают это не регулярно, испытывают синдром отсроченной мышечной болезненности после таких упражнений. Вот одна из причин того, что они не могут выполнять такие упражнения. В настоящем исследовании, у участников после 8 недель тренировок значительно улучшилась мышечная сила и физическая подготовка, в то же время после всех из тренировок, включающих медленные упражнения с сопротивлением, отмечалось отсутствие СОМБ. Также значительно снизилось артериальное давление в покое, хотя аэробная способность не изменилась. Упражнения с сопротивлением при интенсивности 50% 1 МП и частоте 2 раза в неделю могут быть достаточными для существенного улучшения мышечной силы и физической подготовки у пожилых людей, не занимающихся физкультурой регулярно.
Благодарность: Авторы благодарят профессора Джеймса Навальту за ценную помощь и рекомендации. Никто из авторов не получал каких-либо денежных вознаграждений от предприятий и производителей.
Литература
1. Barone B., Wang N.-Y., Bacher A. Decreased exercise blood pressure in older adults after exercise training: contributions of increased fitness and decreased fatness. Br. J. Sports Med. 43: 52-56, 2009.
2. Braith R., Stewart K. Resistance exercise training: its role in the prevention of cardiovascular disease. Circulation 113: 2642-2650, 2006.
3. Brown M., Sinacore D.R., Host H.H. The relatiohship of strength to function in the older adult. J. Gerontol. Biol. Sci. Med. Sci. 50A: 55-59, 1995.
4. Campos G.E., Luecke T.J., Wenden H.K. Muscular adaptation in response to three different resistance-taining regimens: specificity of repetition maximum training zones. Eur. J. Appl. Physiol. 88: 50-60, 2002.
5. Cancela Carral J., Ayan Perez C. Effects of high-intensity combined training on women over 65. Gerontology 53: 340-346, 2007.
6. Cesari M., Pahor M., Lauretani F. Skeletal muscle and mortality results from the in CHIАNTI study. J. Gerontology 64A: 377-384, 2009.
7. De Vreede P., Samson M., van Meeteren N. Functional-task execise versus resistance strength exercise to improve daily function in older women: a randomized, controlled trial. J. Am. Geriatr. Soc. 53: 2-10, 2005.
8. Fatouros I., Kambas A., Katrabasas I. Resistance training and detraining effects on flexibility performance in the elderly are intensity-dependentent. J. Strength Cond. Res. 20: 634-642, 2006.
9. Ferketich A., Kirbe T., Always S. Cardiovascular and muscular adaptations to combined endurance and strength training in elderly women. Acta. Phуsiol. Scand. 164: 259-267, 1998.
10. Garfinkel S., Cafarelli E. Relative changes in maximal force, EMG, and muscle cross-sectional area after isometric training. Med. Sci. Sports Exer. 24: 1220-1227, 1992.
11. Goto K., Takahashi K., Yamamoto M. Hormone and recovery responses to resistance exercise with slow movement. J. Physiol. Sci. 58: 7-14, 2008.
12. Green J.S., Crouse S.F. The Effects of Endurance Training on Functional Capacity in the Elderly: A Meta-analysis. Med. Sci. Sports Exerc. 27: 920-926, 1995.
13. Gur H., Cakin N., Akova B. Concentric versus concentric-eccentric isokinetic training: effects on functional capacity and symptoms in patients with osteoarthrosis of the knee. Arch. Phys. Med. Rehabil. 83: 308-316, 2002.
14. Harriss D.J., Atkinson G. International journal of sports medicine – Ethical standards in sport and exercise science research International Journal of Sports Medicne 30: 701-702, 2009.
15. Haskell W.L., Lee I.M., Pate R.R. Physical activity and public health: Updated recommendation for adults from the American College оf Sports Medicine and the American Heart Association. Med. Sci. Sports Exerc. 39: 1424-1434, 2007.
16. Hather B.M., Tesch P.B., Dudley G.A. Influence of eccentric actions on skeletal muscle adaptations to resistsnce training. Acta. Physiol. Scand. 143: 177-185, 1991.
17. Hiruma E., Nukata S., Nishinaka A. Effects of Low-Intensity with Slow Movement Resistance Exercise on Muscular Function and Muscle Damage. Med. Sci. Sports Exer. 40: S437, 2008.
18. Hortobagyi T., Barrier J., Beard D. Greater initial adaptation to submaximal muscle lengthening than maximal shortening. J. Appl. Physiol. 81: 1677-1682, 1996.
19. Hortobagyi T., De Vita P. Favorable neuromuscular and cardiovascular responses to 7 days of exercise with an eccentric overload in elderly women. J. Gerontol. Biol. Sci. Med. Sci. 55: B401-410, 2000.
20. Hortobagyi T., Tunnel D., Moody J. Low- or high-intenstiy strength training partially restores impaired quadriceps force accuracy and steadiness in aged adults. J. Gerontol. Biol. Sci. Med. Sci. 56A: B38-B47, 2001.
21. Kelley G.A., Kelley K.S., Tran Z.V. Exercise and Bone Mineral Density in Men: A Meta-Analysis. J. Appl. Physiol. 88: 1730-1736, 2000.
22. Kelley G.A., Kelly K.S., Tran Z.V. Resistance training and bone mineral density in women: a meta-analysis of controlled trials. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 80: 65-77, 2001.
23. Lemura L., von Duvillard S., Mookerjee S. The effects of physical training of function capacity in adults. Ages 46 to 90: a meta-analysis. J. Sports Med. Phys. Fitness 40: 1-10, 2000.
24. Lin J., Handschin C., Spiegelman B. Metabolic control through the PGC-1 family of transcription coactivators. Cell. Metab. 1: 361-370, 2005.
25. Mueler M., Breil F., Vogt M. Different response to eccentric concentric training in older men and women. Eur. J. Appl. Physiol. 107: 145-153, 2009.
26. Myslivecek P., Brown C., Wolfe L. Effects of physical conditioning on cardiac autonomic function in healthy middle-aged women. Can. J. Appl. Physiol. 27: 1-18, 2002.
27. Nakamura Y., Tanaka K., Yabushita N. Effects of exercise frequency on function fitness in older adult women. Arch. Gerontol. Geriatr. 44: 163-173, 2007.
28. Newman A.B., Kupelianm V., Visser M. Strength, but not muscle mass, is associated with mortality in the health, aging and body composition study cohort. J. Gerontol. Biol. Sci. Med. Sci. 61A: 72-77, 2006.
29. Nosaka K., Newton M. Difference in the magnitude of muscle damage between maximal and submaximal eccentric loading. J. Strength. Cond. Res. 16: 202-208, 2002.
30. Podsiadlо D., Richardson S. The timed “Up & Go”: A test of basic functional mobility for frail elderly persons. J. Am. Geriatr. Soc. 39: 142-148, 1991.
31. Pratley R., Nicklas B., Rubin М. Stregnth training increases resting metabolic rate and norepinephrine levels in healthy 50- to 65-yr-old men. J. Appl. Physiol. 76: 133-137, 1994.
32. Rantanen T., Guralnik J., Foley D. Midlife hand grip strength as a predictor of old age disability. JAMA 281: 558-560, 1999.
33. Symons T.B., Vandervoort A.A., Rice C.L. Effects of maximal isometric and isokinetic resistance training on strength and functional mobility in older adults. J. Gerontol. Biol. Sci. Med. Sci. 60A: 777-781, 2005.
34. Takarada Y., Nakamura Y., Aruga S. Rapid increase in plasma growth hormone after low-intensity resistance exercise with vascular occlusion. J. Appl. Physiol. 88: 61-65, 2000.
35. Tanimoto M., Ishii N. Effects of low-intensity resistance exercise with slow movement and tonic force generation on muscular function in young men. J. Appl. Physiol. 100: 1150-1157, 2006.
36. Thompson W.R., Gordon N.F., Pescatello L.S. ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription. Рhiladelphia: Wolters Kluwer Health | Lippincott Williams & Wilkins, 2010.
37. Tracy B., Ivey F., Hurlbut D. Muscle quality. II. Effects of strength training in 65- to 75-yr-old men and women. J. Appl. Physiol. 86: 195-201, 1999.
38. Wallace J. Exercise in hypertension: A clinical review. Sports Med. 33: 585-598, 2003.
39. Whelton S., Chin A., Xin X. Effects of aerobic exercise on blood pressure: a meta-analysis of randomized, controlled trials. Ann. Intern. Med. 136: 493-503, 2002.
40. Wolff I., van Croonenborg J., Kemper H. The effect of exercise training program on bone mass: a meta-analysis of published controlled trials in pre- and postmenopausal women. Osteoporos Int. 9: 1-12, 1999.