APLICATII ALE VIBRATIILOR PASIVE IN SPORT SI RECUPERAREA NEUROMOTORIE

Dr. ing. Dan BOBOC Institutul National de Cercetare pentru Sport

Cuvinte cheie: vibratii pasive, platforma vibratoare, forta musculara, control neuromuscular, electromiografie

Abstract

Pasive vibrations tend to be used more and more as a complementary training system for athlets. But what is true and what is just story about increasing performances through this method? Lots of studies, conducted on athlets, on normal healthy people or on elderly population are trying to give a straigth answer to this question. This paper enphacises the basic issues of training through Whole Body Vibration and sumarizes the efforts of home and foreign research scientists.

Vibratiile si corpul uman

Vibrarea intregului corp uman (WBV – Whole Body Vibration) reprezinta expunerea intregului ansamblu al corpului la vibratii, opusul vibratiilor locale in care un muschi izolat sau un grup de muschi este stimulat prin utilizarea unui dispozitiv vibrator. Vibrarea intregului corp se obtine folosind o platforma vibratoare, pe care se pot face o serie de exercitii, stand in picioare, sezand sau culcat pe ea. Intensitatea si directia vibratiilor generate de aparat sunt esentiale sub aspectul efectului dorit. Din acest motiv, platformele vibratoare au caracteristici diferite, lucreaza in moduri diferite si implicit, au scopuri si rezultate diferite. Platformele vibratoare pot avea trei directii de actiune: laterala (x), fata-spate (y) si sus-jos (z).

Pentru a genera si induce contractii musculare si a obtine un reflex de stretching in muschi, pe o platforma vibratoare, componenta z a miscarii este esentiala. Aceasta stimulare mecanica da nastere unor forte inertiale care lucreaza asupra intregului corp. Ele tind sa lungeasca muschii, fapt receptat de fusul muscular (grup de fibre musculare ce se contracta simultan pentru ca sunt inervate de acelasi neuron motor, are rol de receptor al gradului de contractie al muschiului), care transmite semnalul prin sistemul nervos central (SNC) la muschi. Datorita acestor contractii declansate la nivel subconstient, in muschi intra in actiune mai multe fibre decat intra pentru o miscare voluntara si constienta [Issurin & Tenenbaum 1999, pg.180], fapt confirmat de cresterea activitatii EMG [Bosco et al. 1999, pg 452, Delecluse et al 2003, pg. 1038].

Dupa cum se cunoaste, orice obiect (sau masa) are frecventa sa proprie, frecventa de rezonanta. Atunci cand obiectul este vibrat la aceasta frecventa, din exterior, amplitudinea vibratiilor creste puternic si, in functie de timpul de expunere, poate conduce la stres cronic si chiar la afectiuni importante. O harta a sistemului mecanic echivalent, simplificat, al organismului uman, cu zonele frecventelor proprii ale diferitelor organe este prezentata in figura 1 [dupa G Rasmussen, 1996, pg.5]. Aceste organe, avand frecvente de rezonanta diferite, nu vibreaza ca o singura masa, ceea ce poate duce la amplificarea sau atenuarea vibratiilor de intrare, in anumite parti ale corpului.

Se poate constata ca vibratiile induse avand frecventa cuprinsa intre 0,5 Hz si 80 Hz au efecte semnificative asupra corpului omenesc, dar impactul cel mai mare il au frecventele de 4 pana la 8 Hz. Acest lucru este valabil pe axa verticala (z) a corpului, in timp ce pe axele transversale, zona sensibila este in domeniul 1 la 2 Hz.

Vibratiile cu frecvente cuprinse intre 2,5 si 5 Hz genereaza rezonante puternice in vertebre, la nivelul gatului si al zonei lombare si pot atinge amplificari de pana la 240%; vibratiile intre 4 si 6 Hz conduc la rezonante ale trunchiului, cu amplificari de pana la 200%, in timp ce vibratiile de 20 la 30 Hz provoace rezonante in zona cap- gat- umeri, cu amplificari de pana la 350%. Acest lucru este ilustrat de figura 2 (dupa G. Rasmussen, 1996, pg.7)

Figura 1 - Sistemul mecanic echivalent, simplificat, al organismului uman si frecventele proprii ale diferitelor organe [dupa G Rasmussen, 1996, pg.5]

In functie de locul in care platforma de vibratii excita subiectul, s-au ridicat experimental curbe de atenuare, de regula, pentru un semnal la frecventa de 50 Hz [vezi figura 3 – dupa G Rasmussen, 1996, pg.9]. Cunoasterea acestor curbe de atenuare este importanta pentru a planifica corect pozitia subiectului pe platforma de vibratii, cand se cauta excitarea anumitor muschi sau grupe de muschi.

Astfel, daca subiectul sta in picioare pe platforma, se constata o prima atenuare importanta pana la jumatatea tibiei, apoi atenuarea se reia aproape liniar de la genunchi pana la gat. Daca excitatia vibratorie este indusa la nivelul mainii, curba atenuarii arata diferit, cu o scadere importanta a atenuarii in zona torsului si atenuare puternica in zona umeri si gat.

Figura 2 - Transmisibilitatea vibratiilor verticale in corpului uman, in functie de frecventa [dupa G Rasmussen, 1996, pg.7]

Figura 3 - Atenuarea vibratiilor de 50Hz in corpul uman, cu loc de aplicare la maini, respectiv la talpi [dupa G Rasmussen, 1996, pg.9]

In ultimii ani, pe plan mondial, s-a raspandit utilizarea antrenamentului cu vibratii ca metoda complementara a antrenamentului de forta clasic, in principal pentru dezvoltarea de forta. Pe de alta parte, este important controlul acestei forte si mentinerea ei constanta pe durata executiei unui anume tip de exercitiu.

Colaborarea specialistilor din INCS cu un colectiv din cadrul Facultatii de Mecanica a Universitatii Politehnica din Bucuresti a condus la realizarea unor experimente complexe in cadrul Laboratorului de Tehnologia Performantei Sportive, in ideea de a pune in aceeasi ecuatie doua elemente: dezvoltarea fortei musculare prin vibratii pasive si controlul neuromuscular al miscarii in regim vibratoriu.

Experimentul a vizat influenta vibratiilor mecanice verticale asupra semnalului electromiografic si a controlului neuromuscular la miscarea de flexie extensie a membrului inferior drept. La experiment, au participat un numar de 10 de subiecti, barbati si femei intre 24 si 50 ani, activi.

Semnalul vibratoriu utilizat a fost un semnal sinusoidal. Din cauza faptului ca sistemul vibratoriu dezvoltat nu era stabil la o frecventa mai mica de 25Hz, domeniul de frecventa utilizat pentru acest experiment a fost 25 – 45Hz.

Tabelul de mai jos prezinta o trecere in revista a elementelor principale ale studiului. [Andrei C., 2006, pg.112]

Tabel 1

Principalele elemente ale studiului [dupa Andrei C., 2006, pg.112]

Generatorul de vibratii Platforma de vibratii Numarul de probe 10 Parametrii de vibratie Testari cu :   Frecventa 25 – 30 – 35 – 40 – 45 Hz   Amplitudinea : 6,6 m/s2 Durata unei executii 20 s Pauza intre ciclurile de miscare 60 s Grupele de muschi monitorizate EMG muschi vast intern, m. tibial anterior m. gastrocnemian,  m. ischiogambier

In experiment, s-a urmarit modificarea semnalul EMG la miscarea de flexie a genunchiul in trei situatii distincte, si anume:

In ceea ce priveste controlul neuromuscular, subiectii a avut ca tema de miscare controlul unei forte de 3daN cu o amplitudine de miscare de 250 mm si o constanta de frana c 300. Aceasta constanta a fost aleasa astfel incat sa permita subiectului corectia in timpul miscarii.

Dupa o filtrare a semnalului EMG achizitionat s-au facut doua tipuri de prelucrari astfel: o prelucrare a semnalului in amplitudine (RMS) avand lungimea ferestrei de 25ms si respectiv o prelucrare in frecventa pentru determinarea anvelopei semnalului putere - frecventa (PSD). Aceste prelucrari de date au fost realizate cu ajutorul programului EMGworks^® 3.1 cu care s-a facut de altfel si achizitia de date.

Figura 4 - Executia miscarilor de flexie - extensie in cazul in care subiectul este conectat la simulatorul ERGOSIM si la electrozii EMG si la electromiograful Delsys

S-a observat ca activitatea musculara este crescuta la frecventele joase fata de frecventele inalte fapt care confirma ipoteza conform careia prin declansarea efectului tonic de vibratie datorita cresterii frecventei de vibratie induse se produce o marire a activitatii musculare si implicit o crestere a fortei musculare. [dupa G Andrei C., 2006, pg. 117]

Timpul relativ scurt pentru realizarea acestui experiment si deficientele sistemului vibrator mecanic nu au permis concluzii certe despre efectul vibratiilor mecanice asupra cresterii fortei si a controlului neuromuscular din punctul de vedere al rezultatelor obtinute cu ajutorul simulatorului ERGOSIM.

Discutii

Literatura de specialitate consemneaza o serie de efecte certe ale vibrarii pasive a intregului corp, efecte ce se pot grupa asfel:

A. Efecte imediate si pe termen scurt ale vibrarii intregului corp (WBV)

Deoarece sub influenta vibratiilor sunt activate mai multe fibre (unitati motoare) decat intr-o contractie normala, constienta, muschii sunt antrenati mai eficient (Paradisis & Zacharogiannis, 2007, pg.48; Lamont et al. 2006; Cormie et al 2006, pg.260; Bosco et al. 1999, pg 186, 2000, pg.450; Abercromby et al. 2005; Amonette et al. 2005.). Efectul imediat este ca muschii pot fi utilizati mai repede si mai eficient, fiind in acelasi timp capabili sa produca mai multa forta. Trebuie spus ca s-a dovedit ca acest proces este eficient numai daca stimulul nu este prea intens si nu dureaza prea mult, pentru ca altfel performanta va fi diminuata de instalarea oboselii.

Tabelul 2 sintetizeaza ultimele cercetari privind efectul benefic al antrenamentului cu vibratii asupra fortei musculare.

Efectele pozitive ale aplicarii programelor de vibratii s-au inregistrat si in ceea ce priveste ameliorarea flexibilitatii in articulatii (masurata prin metoda sertarului). Un studiu (Frédérica Fagnani, et al. 2006, pg. 957) de 8 saptamani pe o populatie de atlete ce au utilizat o platforma reglata la frecventa de 35Hz si amplitudinea vibratiilor de 4mm, prin comparatie cu un grup de control, certifica o crestere a flexibilitatii genunchiului cu 15%.

Un alt efect imediat este imbunatatirea circulatiei. Contractia si relaxarea rapida a muschilor, cu o frecventa de 30 la 50 cicluri pe secunda actioneaza ca o pompa asupra vaselor de sange si a vaselor limfatice, crescand viteza fluxului de sange prin corp (Lohman et al. 2007, pg.74). Subiectii acuza de multe ori o senzatie de cald si furnicaturi la nivelul pielii. Stewart (2005, pg.659) si Olivieri (1989, pg.84) descriu aparitia vasodilatarii ca rezultat al vibrarii intregului corp.

Tabelul 2

Sinteza a ultimelor cercetari privind efectul benefic al antrenamentului cu vibratii asupra fortei musculare

Nota: ISO= izometric, CON=concentric, EG=extensori genunchi, FG=flexori genunchi, CMJ=saritura verticala cu contramiscare, CMJAB=idem ajutat de brate.

B. Efecte pe termen lung ale WBV

Efectele pe termen lung apar in momentul in care diferitele aparate si sisteme ale corpului uman resimt oboseala sau orice forma de stres. Ca si in antrenamentul fizic obisnuit, atunci cand corpul este solicitat la maximum in mod repetat si regulat, apare supracompensarea, ca principiu si cauza a adaptarii corpului la sarcina si, ca urmare, performanta va creste.

Acest efect a fost probat in cateva studii stiintifice (Roelants et al. 2004, Delecluse et al 2003, pg.2-5, Verschueren et al 2004, Paradisis et al 2007).

Un studiu pe grup de control placebo (Delecluse et al 2003, pg.1037-1039) a confirmat aceasta ipoteza, ceea ce atesta faptul ca vibratiile pot adauga valoare atunci cand se lucreaza exercitii statice; acelasi studiu pare sa indice ca rezultate si mai bune se pot obtine prin WBV in domeniul puterii explozive.

Un alt efect pe termen lung al WBV este stimularea osteoblastelor (celulele ce construiesc oasele) in defavoarea osteoclastelor (celulele care diminueaza densitatea oaselor). Stimularea WBV repetata, combinata cu solicitarile crescute ale muschilor asupra oaselor duc la cresterea densitatii minerale a oaselor, in timp. La aceasta contribuie si aportul sporit de nutrieni, dat de o circulatie sangvina imbunatatita (Johmell and Eisman, 2004, pg. 1207; Rubin et al. 2004, pg. 347).

In fine, s-a observat o imbunatatire in timp a controlului postural si a echilibrului subiectilor (Roelants et al 2004, pg.4; Bogaerts et al 2007, pg314).

Efectul de inhibare a aparitiei osteoporezei, alaturi de cel de reducere a atrofiei musculare, au fost integrate in seria de contramasuri destinate protectiei astronautilor care efectueaza stagii de lunga durata in spatiu. Astfel, specialistii NASA au inclus in dotarea navetelor/statiilor platforme de vibratii reglate la 90 Hz si amplitudini foarte mici (ceea ce creaza acceleratii echivalente cu o treime din acceleratia gravitationala), pe care astronautii stau 10-20 de minute zilnic, tinuti in contact de un sistem de hamuri elastice, in timp ce desfasoara in continuare programul de lucru.

C. Efecte adverse

Intr-un comentariu din 2005 asupra teoriilor sale, Issurin remarca faptul ca sportivii bine antrenati tind sa raspunda pozitiv la antrenamentul prin vibratii, dar ca utilizarea continua a acestui tip de stimulare poate sa provoace pierderi semnificative in conditia lor fizica. Aceasta constatare se bazeaza pe studii in care s-a observat, dupa includerea stimularii vibratorii, o scadere imediata a capacitatii de a sari, ceea ce pare a fi rezultatul unei oboseli locale care afecteaza randamentul neuromuscular.

Expunerea prelungita a intregului corp sau a unor parti din corp la vibratii poate conduce la o serie de efecte adverse, care sunt sintetizate in tabelul 3.

Tabel 3

Efecte adverse ca urmare a expunerii prelungite la vibratii

Simptom Frecventa la care apare Senzatie generala de disconfort 4-9 Hz Dureri de cap 13-20 Hz Acuze la maxilarul inferior 6-8 Hz Probleme cu vorbirea 13-20 Hz Senzatia de nod in gat 12-16 Hz Dureri in piept 5-7 Hz Dureri abdominale 4-10 Hz Nevoia imperioasa de a urina 10-18 Hz Greutati la miscarile respiratorii 4-8 Hz

Continuarea expunerii la vibratii dup aparitia acestor semnale poate duce la deplasari relative ale diferitelor organe, ruperea unor ligamente si tesuturi mai putin rezistente, hemoragii pulmonare, afectiuni ale membrelor.

Bibliografie

ABERCROMBY, AMONETTE, PALOSKI and HINMAN (2005), Effect of knee flexion angle on neuromuscular responses to whole-body vibration. Abstract presented at NSCA National Conference, USA

AMONETTE, W., ABERCROMBY, A., M. HINMAN and W.H. PALOSKI (2005), Neuromuscular responses to two whole-body vibration modalities during dynamic squats. Abstract presented at NSCA National Conference, USA

ANDREI, C. (2006), Cercetari cu privire la metodele de analiza si evaluare in biomecanica membrului inferior. Teza de doctorat. Lucrare nepublicata, UPB

BOBOC D., CAPATANA, M. (2007), Studiul efectelor aplicarii unui regim de accelerari pasive asupra fortei musculare. In: Revista Stiinta Sportului, Bucuresti, nr. 56, pg. 37-50

BOGAERTS, VERSCHUEREN, DELECLUSE, CLAESSENS and BOONEN (2007), Effects of whole body vibration training on postural control in older individuals: A 1 year randomized controlled trial. In: Gait & Posture 26, pg. 309-316

BOSCO, C., et al. (2000), Hormonal responses to whole body vibration in men. In: European Journal of Applied Physiology, 81pg. 449-454

BOSCO C, CARDINALE M, COLLI R, TIHANYI J, von DUVILLARD SP, VIRU A (1999), The influence of whole body vibration on the mechanical behavior of skeletal muscle. In: Clin. Physiol, 19 pg. 183-187

COCHRANE, DJ., STANNARD, SR. (2005), Acute whole body vibration training increases vertical jump and flexibility performance in elite female field hockey players. In: British Journal of Sports Medicine, 39

CORMIE Et al. (2006), Acute effects of whole-body vibration on muscle activity, strength and power. In: Journal of Strength and Conditioning Research, 20, USA, pg. 257-261

Da SILVA, ME., et al. (2006), Effects of different frequencies of whole body vibration on muscular performance. In: Biology of Sport, Vol. 23 No3

DELECLUSE, C., ROELANTS, M., & VERSCHUEREN, S. (2003), Strength increase after whole-body vibration compared with resistance training. In: Medicine & Science in Sports & Exercise, 35 (6) pg. 1033-1041

FAGNANI Frédérica, et al. (2006), The effects of a whole Body Vibration Program on Muscle Performance and Flexibility in Female Athletes. American Journal Physical Medicine & Rehabilitation

ISSURIN,V.B., & TENENBAUM, G. (1999), Acute and residual effects of vibratory stimulation on explosive strength in elite and amateur athletes. In: Journal of Sports Sciences, 17, pg. 177-182

JOHNELL, J. & EISMAN, J. (2004), Whole lotta shakin´goin´on. Editorial Journal of Bone and Mineral Research, 04-05

KAWANABE, K., KAWASHIMA, A., SASHIMOTO, I., TAKEDA, T., SATO, Y., IWAMOTO, J. (2007), Effect of whole-body vibration exercise and muscle strengthening, balance, and walking exercises on walking ability in the elderly. In: Keio Journal of Medicine, 56(1)

LAMONT, CRAMER, GAYAUD, ACREE, and BEMBEN (2006), Effects of different vibration interventions on indices of counter movement vertical jump performance in college aged males. In: Poster presentation ACSM,

LOHMAN, Petrofsky, MALONEY-Hinds, SCHWAB, Betts and THORPE (2007), The effect of whole body vibration on lower extremity skin blood flow in normal subjects. In: Medical Science Monitor, pg. 71-76

OLIVERI, D.J., LYNN, K., HONG, C.Z. (1989), Increased skin temperature after vibratory stimulation. In: American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, 68(2)

PARADISIS, G. & ZACHAROGIANNIS, E. (2007), Effects of whole-body vibration training on sprint running kinematics and explosive strength performance In: Journal of Sports Science and Medicine, 6

RASMUSSEN, G. (1996), Human Body Vibration Exposure and its Measurement. In: Bruel & Kjaer brochure

ROELANTS, M., et al. (2004), Effects of 24 weeks of whole body vibration training on body composition and muscle strength in untrained females. In: International Journal of Sports Medicine, 25 (1)

RØNNESTAD, BR. (2004), Comparing the performance-enhancing effects of squats on a vibration platform with conventional squats in recreationally resistance-trained men. In: Journal of Strength and Conditioning Research, 18(4)

RUBIN, C. et al. (2004), Prevention of postmenopausal bone loss by low-magnitude, high-frequency mechanical stimuli: A clinical trial assessing compliance, efficacy and safety. In: Journal of Bone and Mineral Research, 19 (3)

STEWART et al. (2005), Plantar vibration improves leg fluid flow in perimenopausal women In: American Journal of Physiology – Regulatory, Integrative and Comparatory Physiology, 288

TORVINEN, S. et al. (2002), Effect of four-month vertical whole body vibration on performance and balance. In: Medicine & Science in Sports & Exercise, 34(9)

VERSCHUEREN, S.M.P.et al. (2004), Effect of 6-month whole body vibration training on hip density, muscle strength, and postural control in postmenopausal women: A randomized controlled pilot study. In: Journal of Bone and Mineral Research, 19 (3)