способ повышения работоспособности мышц, костной, сердечно-сосудистой и нервной систем и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ повышения работоспособности мышц, костной, сердечно-сосудистой и нервной систем, отличающийся тем, что используют изометрическое устройство для тренировок, выполняют комплекс упражнений на сжатие элементов тела в продольном направлении за счет максимального статического напряжения мышц спины и ног, груди и ног, правого плеча и ног, левого плеча и ног, мышц рук, ног, груди и бедер, совместно с мышцами ног, спины, шеи и головы, в поперечном направлении мышцами руки, мышцами предплечья, спины, живота, в поперечном и продольном направлениях мышцами спины и ног, в продольном направлении мышцами рук и поперечном - мышцами шеи и головы, причем максимальное статическое напряжение мышц осуществляют до 5 с.

2. Изометрическое устройство для тренировок, включающее основание, упор и подвижные средства крепления упора к основанию, отличающееся тем, что содержит динамометры, устанавливаемые на подвижных средствах крепления упора к основанию, при этом подвижные средства крепления упора к основанию выполнены с возможностью установки упора на разной высоте, основание выполнено с цифровой разметкой, а упор представляет собой перекладину с разметкой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подвижные средства крепления упора к основанию выполнены в виде перфолинеек с отверстиями, соединяемых с основанием посредством гибких тяг.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подвижные средства крепления упора к основанию выполнены в виде гибких тяг, перевязанных с образованием отдельных ячеек для установки в них упора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области спорта, в частности к спортивным тренажерам, обеспечивающим эффективное восстановление работоспособности мышц, сердечно-сосудистой системы и суставов, и может быть использовано для тренировки спортсменов, для выполнения упражнений с напряжением мышц.

Известен способ повышения физической работоспособности у спортсменов высокой квалификации (пат. РФ. №2016564, оп. 30.07.1994 г., МПК А61Н 33/04), включающий проведение скипидарных ванн из желтого раствора концентрацией 45-65 мл на 200 л воды, температурой 38-41°С после первой тренировки и за 2 ч до следующей, длительностью процедуры 15-20 мин, на курс 6-8 процедур.

Недостатком известного способа является недостаточная эффективность восстановления работоспособности мышц спортсменов, невозможность восстановления работоспособности суставов и сердечно-сосудистой системы, необходимость специально обученного персонала, невозможность применения в условиях спортивных залов.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ аппаратного массажа мышц тела (патент РФ №2035179, МПК А61Н 23/06, оп. 20.05.1995 г.), включающий вибрационное воздействие на мышцу с частотой 15-30 Гц и амплитудой 0,5-15 мА, воздействие осуществляют на дистальный конец мышцы у места ее прикрепления с ее одновременным мануальным массажем в течение 1-5 мин, после чего проводят электростимуляцию низкочастотным или интерференционным низкочастотным током с частотой 10200 Гц и амплитудой 20-100 мА; при состоянии растянутости или напряженности мышцы ее подвергают мануальной ишемической компрессии в биологически активных точках.

Недостаток известного способа заключается в необходимости сложного оборудования для восстановления работоспособности мышц и отсутствии возможности восстановления сердечно-сосудистой и суставной систем.

Известно устройство для тренировки тяжелоатлетов (а.с. РФ №1248614, МПК4 А63В 21/00, пр. 01.11.84 г., оп. 07.08.86 г., б. №29), содержащее основание с вертикальными опорами, несущими направляющие для грифа штанги, расположенные в плоскостях, перпендикулярных грифу штанги, снабженное индикатором вертикальных усилий спортсмена, выполненным в виде динамометра, связанного гибкими тягами с грифом и основанием.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет возможность тренировать и измерять только вертикальные усилия спортсмена и не оказывает восстанавливающего действия на костную, сердечно-сосудистую и нервную систему.

Известно устройство для выполнения изометрических упражнений на напряжение мышц с вращающимся верхним элементом, регулирующим длину соединительных шнуров (пат. США №3117781, НПК 272-79, дата выдачи 14.01.64 г.), содержащее пластину-основание, два неэластичных (не вытягивающихся) шнура, протянутых через отверстия в основании на противоположных его сторонах, причем нижние концы шнура закреплены с нижней стороны основания, а верхние концы шнура намотаны на штангу с небольшим отступом от ее концов. Часть шнура, находящаяся под основанием, завязана узлом, чтобы исключить проскальзывание шнура через отверстие. Вращая штангу, можно наматывать или разматывать шнур, уменьшая или увеличивая его длину между штангой и основанием. Расстояние между шнурами достаточно для того, чтобы тренирующийся мог расположиться на основании в любом, требуемом для выполнения упражнения положении.

В известном устройстве отсутствует возможность измерения напряжения мышц тренирующегося, что исключает возможность введения индивидуализированной схемы нагрузок при максимальном напряжении мышц, в связи с чем снижается эффективность достижения максимальной работоспособности организма. Изменение длины гибкого шнура путем наматывания его на штангу неудобно в процессе тренировки, т.к. возможно его разматывание.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и удобного в эксплуатации устройства для тренировок, позволяющих определить максимум напряжения мышц и проводить процесс восстановления работоспособности мышц при максимальном их напряжении по индивидуальной схеме нагрузок, что максимально эффективно сказывается на восстановлении костной, сердечно-сосудистой и нервной систем.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности тренировочного процесса, достижение эффективного восстановительного воздействия на мышечную, костную, сердечно-сосудистую и нервную систему за счет достижения максимальной работоспособности организма.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения работоспособности мышц, костной, сердечно-сосудистой и нервной систем используют изометрическое устройство для тренировок, выполняют комплекс упражнений на сжатие элементов тела в продольном направлении за счет максимального статического напряжения мышц спины и ног, груди и ног, правого плеча и ног, левого плеча и ног, мышц рук, ног, груди и бедер, совместно с мышцами ног, спины, шеи и головы, в поперечном направлении мышцами руки, мышцами предплечья, спины, живота, в поперечном и продольном направлениях мышцами спины и ног, в продольном направлении мышцами рук и поперечном мышцами шеи и головы, причем максимальное статическое напряжение мышц осуществляют до 5 с.

Изометрическое устройство для тренировок включает основание, упор и подвижные средства крепления упора к основанию, содержит динамометры, устанавливаемые на подвижных средствах крепления упора к основанию, при этом подвижные средства крепления упора к основанию выполнены с возможностью установки упора на разной высоте, основание выполнено с цифровой разметкой, а упор представляет собой перекладину с разметкой.

Подвижные средства крепления упора к основанию выполнены в виде перфолинеек с отверстиями, соединяемых с основанием посредством гибких тяг.

Подвижные средства крепления упора к основанию выполнены в виде гибких тяг, перевязанных с образованием отдельных ячеек для установки в них упора.

Заявляемый способ, реализуемый с помощью изометрического устройства для тренировок, учитывает индивидуальные особенности строения и физического развития человека, что позволяет выполнять упражнения по индивидуальным картам - заданиям с положением элементов тела в тренажере при максимальном статическом напряжении мышц в продольном и поперечном направлении.

Максимальное статическое напряжение мышц способствует одновременному напряжению максимально возможного количества двигательных единиц в работающих мышцах, проявлению максимальной статической силы, что в наибольшей степени стимулирует синтез новых сократительных элементов мышечных волокон с наибольшим увеличением силы каждого волокна, с наибольшим увеличением удельной силы мышц.

Введение динамометров позволяют контролировать нагрузки и измерять силу мышц и кратковременно при достижении мышцами максимального значения статического напряжения выполнять упражнения.

Контролирование тренировочного процесса с помощью динамометров и возможность регулирования длины средства крепления упора к основанию позволяет составить индивидуальную карту положений элементов тела с максимальной силой.

От максимального напряжения мышц в нервную систему поступает максимальная импульсация, максимально стимулирующая выброс медиаторов и гормонов, активизирующих обмен веществ. Максимальная импульсация двигательных единиц мышцы по сенсорному - чувствительному нерву поступает в спинной и головной мозг, где вырабатывается ответная реакция через двигательный нерв на максимальное сжатие этих мышц и через симпатическую нервную систему на усиленную работу мышц внутренних органов, через внутренние секреции, кровеносные и лимфатические сосуды.

Давление на диски и хрящи при максимальном напряжении мышц максимально увеличивает выработку питательной синовиальной жидкости, повышает питание костной системы, повышая ее работоспособность.

Только от максимального напряжения мышц в поперечном направлении максимально релаксируются (расслабляются) глубокие мышцы позвоночника, устраняя при этом боли и болезни в спине.

При максимальном статическом напряжении мышц максимально сдавливаются сосуды, что максимально увеличивает ударный объем сосудов, т.е. количество крови, выдавливаемой в последующие сосуды при каждом сокращении мышц, максимально увеличивается питание органов тела, максимально увеличивается эффективность (КПД) работы сердечно-сосудистой системы.

Наибольшая удельная мощность энергии мышц в течение 5 секунд максимального напряжения мышц позволяет кратковременно работать с максимальной удельной нагрузкой без утомления, с высокой эффективностью (КПД).

Введение динамометров позволяет измерять усилия элементов тела пользователя под любым углом к основанию устройства.

Цифровая разметка на основании, упоре и перфолинейках с отверстиями дает возможность точно определить положение каждого элемента тела пользователя в устройстве при максимальной статической силе в элементах тела, в продольном и поперечном направлениях.

Выполнение основания, измерительных перфолинеек с отверстиями и упора с цифровой разметкой позволяет точно определить по динамометрам положение каждого элемента тела, находящегося в устройстве, при максимальной статической силе в элементах тела не только в продольном, но и в поперечном направлении, что позволит учесть индивидуальные особенности строения и развития пользователя, составить индивидуальные карты выполнения упражнений, учитывая положения элементов тела в устройстве, при которых пользователь проявляет максимальные статические усилия в продольном и поперечном направлении. То есть тренировка проводится по индивидуальным картам с максимальным напряжением мышц, что в наибольшей степени стимулирует синтез новых сократительных элементов мышечных волокон с наибольшим увеличением силы каждого волокна, с наибольшим увеличением удельной силы мышц.

Сразу после тренировки наблюдается снижение артериального давления, снижение пульса, увеличение роста.

Старение организма человека начинается с ухудшения питания клеток в результате плохого расслабления мышц. После максимального напряжения наступает более сильное расслабление, что улучшает питание клеток и замедляет процесс старения.

Источником энергии у человека являются органические вещества. Мощность выработки энергии такова, что в первые 1-2 секунды энергии вырабатывается в 3 раза больше, чем в последующее время. Работоспособность органа и КПД его работы напрямую зависят от количества и использования вырабатываемой энергии. Кратковременная работа (1-2 секунды) с сильным напряжением мышц позволяет организму включать в работу сильные и слабые волокна мышц, проявлять максимальную силу мышц, работать с максимальным КПД.

В повседневной же жизни человек редко сильно напрягает мышцы, неиспользованные сильные волокна атрофируются, появляются перегрузки мышц и, как следствие, гипертонические заболевания.

Сильное напряжение мышц в больных местах приводит к оздоровлению больных тканей. Управляет работой мышечных волокон нервная система, посылая по двигательному нерву импульсы с разной частотой. Слабые SO - волокна включаются в работу при частоте импульсов до 20 герц. Сильные FG - волокна - при частоте около 60 герц. Тренировка нервной системы на повышенной частоте импульсации принуждает работать все органы на повышенной мощности. В медецине для повышения удельной силы мышц применяется электростимуляция с импульсацией тока, близкой к частоте импульсации двигательного нейрона.

По данным врачебного контроля признаки ослабления мышц связаны с ухудшением работы сердечно-сосудистой системы: уменьшается ударный объем сердца, повышается артериальное давление, увеличивается частота пульса. Подобные признаки наблюдались у 62% лыжников, 56% марафонцев и лишь у 7% квалифицированных тяжелоатлетов. Тяжелоатлеты регулярно сильно напрягают мышцы.

Сильное напряжение мышц происходит при сильном сопротивлении движению прилагаемой силы. Максимальное напряжение мышц происходит при изометрическом сопротивлении.

На фиг. 1 представлена схема изометрического устройства.

Устройство состоит из упора 1, динамометров 2, перфолинеек 3, гибкой тяги 4 и основания 5. Упор 1 выполнен с цифровой разметкой, отверстия перфолинеек 3 предназначены для размещения в них упора 1. Перфолинейки 3 соединены с основанием 5 посредством гибких тяг 4, обеспечивая подвижность упора 1 относительно основания 5 в разных плоскостях.

На фиг.2 схематично представлен комплекс упражнений для создания усилий мышцам на сжатие элементов тела. Человек занимает удобное положение между упором 1 и основанием 5 и создает на них усилие мышцами на сжатие элементов тела:

а) продольные усилия мышцами спины и ног; б) продольные усилия мышцами груди и ног; в) продольные усилия мышцами правого плеча и ног; г) продольные усилия мышцами левого плеча и ног; д) продольные усилия мышцами рук; е) поперечные усилия мышцами руки; ж) поперечные усилия мышцами предплечья; з) продольные усилия мышцами ног; и) поперечные усилия мышцами спины; к) продольные усилия мышцами груди и бедер; л) продольные и поперечные усилия мышцами спины и ног; м) поперечные усилия мышцами живота; н) продольные усилия мышцами рук, поперечные усилия мышцами шеи и головы; о) продольные усилия мышцами ног, спины, шеи и головы.

На фиг.3 изображена схема воздействия максимального напряжения мышц на суставы и позвоночник, где 6 - позвонок, 7 - диск, 8 - спинной мозг, 9 - глубокие мышцы, 10 - продольные нагрузки, 11 - поперечные нагрузки.

Позвоночник состоит из 24 гибко соединенных между собой позвонков 6, крестца и копчика. Подвижность позвонков по отношению друг к другу обеспечивается хрящевыми прокладками, называемыми межпозвонковыми дисками 7. Поперечные и остистые отростки позвонков соединяются друг с другом глубокими мышцами 9 спины. Глубокие мышцы спины 9 участвуют в боковых наклонах и вращательных движениях туловища, т.е. в движениях поперечного направления к позвоночнику.

Суставные концы костей покрыты гиалиновым хрящем, суставная щель и полость сустава заполнены синовиальной жидкостью. Питание суставного хряща осуществляется синовиальной жидкостью. Позвоночник и суставы питаются за счет синовиальной жидкости, вырабатываемой только при мышечной нагрузке.

При гиподинамии, отсутствии сильных напряжений и давлений диски 7 позвоночника обезвоживаются, сжимаются, разрушаются. Глубокие мышцы 9 слабеют и от слабой нагрузки спазмируются, остаются в сжатом состоянии, сжимают межпозвоночные диски 7, появляются боли и болезни.

Только способ максимального напряжения мышц создает максимальное продольное давление на позвоночник 6 и максимальное напряжение глубоких мышц 9 в поперечном направлении. Под большим давлением диск 7 захватывает питательную влагу, становится упругим амортизатором и компенсирует сильное давление. Диск 7 восстанавливает свои прежние размеры.

После максимального напряжения глубокие мышцы 9 расслабляются, восстанавливается их сила, работоспособность. После занятия на изометрическом устройстве (статической силы) рост пользователя увеличивается на 2-3 см, устраняются боли и болезни.

На фиг. 4 проиллюстрировано воздействие максимального напряжения мышц на сердечно-сосудистую систему, сдавливание кровеносных сосудов мышцами:

где п) сердце; р) перенапряжение мышц; с) динамическая работа; т) максимальное сокращение.

Во взрослом человеке около 40 тысяч километров сосудов. В стенках сосудов имеется мышечный слой, работа которого регулируется вегетативной нервной системой. При сокращении мышц сосудов просвет их уменьшается. Окружающие мышцы помогают сдавливать кровеносные сосуды, увеличивают мощность гидродинамической пульсовой волны крови. Кровеносные сосуды, не проходящие через мышцы (головного мозга, внутренних органов, кожи) массируются, тренируются гидродинамической волной. Максимальное увеличение мощности пульсовой волны крови создается увеличением объема крови в сосуде и максимальным сокращением окружающими мышцами.

Сердце имеет большие резервы. При максимальном напряжении мышц почти вдвое увеличивается ударный объем сердца, т.е. количество крови, выбрасываемой в сосуды при каждом сокращении. КПД действия сердца, измеряющийся отношением механической работы сердечной мышцы ко всей затрачиваемой энергии, увеличивается более чем в два раза (у бедных народов Азии с сильным напряжением мышц на работе атеросклеротические заболевания почти не встречаются.)

На фиг. 5 представлена динамика скорости энергопоставления в мышцах, где 12 - АТФ (аденозитрифосфат), 13 - КРФ (креатинфосфат), 14 - дыхание (окисление), 15 - гликолиз.

Непосредственным и прямым источником энергии всех биологических функций и для сокращения мышц служит АТФ - аденозитрифосфат (фиг.5). При активизации мышцы происходит усиленный гидролиз АТФ, поэтому интенсивность энергетического обмена возрастает в 1000 раз по сравнению с уровнем покоя. Запасы АТФ в мышцах невелики и их хватает на 5-6 секунд интенсивной работы. Ресинтез (восстановление) АТФ происходит с той же скоростью, с какой и расходуется. Максимальная удельная мышечной работы проявляется тоже в первые 5-6 секунд и достигает 3770 кДж/кг. Дальнейшая работа мышц проходит с увеличением утомления с снижением работоспособности, с снижением удельной мощности до 1250 кДж/кг. Утомление мышц обусловлено значительным накоплением недоокисленных продуктов распада энергетических соединений, а в нервных центрах - развитием запредельного торможения.

Выполнение упражнений на силовую выносливость (приседание, отжимание веса и т.п.) до «отказа», до полной усталости приводит к перегрузке, к ослаблению мышц, повышению артериального давления, обострению болезней.

На фиг.6 представлена зависимость КПД и удельной нагрузки мышцы от интенсивности нагрузки, где 16 - нагрузка при гиподинамии, 17 - нагрузка при ходьбе, 18 - нагрузка при медленном беге, 19 - нагрузка при интенсивном беге, 20 - нагрузка при прыжках, 21 - нагрузка при приседании с грузом, 22 - нагрузка при максимальном напряжении мышц, 23 - неподвижность.

Работоспособность - возможность выполнять работу с высокой эффективностью, высоким КПД. Физическая работоспособность циклических движений аэробной нагрузки оценивается по величине максимального потребления кислорода с выполнением работы «до отказа». Работа «до отказа» связана с накоплением усталости, понижением силы сокращения мышц, снижением эффективности работы. Эффективность аэробной работы не превышает 27% (фиг.6).

При мощной работе организм не в состоянии обеспечить кислородом происходящие процессы. Если бы такая мощность работы могла происходить за счет кислородных реакций, то органы кровообращения и дыхания должны были бы обеспечить доставку органам более 40 литров кислорода в минуту. У высококвалифицированных спортсменов максимальное потребление кислорода до 10 литров в минуту.

Физическая работоспособность ациклических движений при анаэробной работе с максимальным напряжением мышц оценивается по удельной нагрузке на мышцы и частоте сердечных сокращений.

Максимальное напряжение мышц в наибольшей степени стимулирует синтез новых миофибрилл - сократительных элементов мышечных волокон, с максимальным увеличением силы каждого волокна увеличивает удельную силу мышцы. Прирост удельной силы действительно наибольший при умеренном увеличении объема мышцы.

Неподвижность людей (например, лежание около 40 дней) приводит к атрофированию мышц, появлению заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем, происходят дегенеративные изменения в хрящевых суставах. К 40 дню практически полностью выводится кальций из костей.

На фиг.7 изображена механограмма сокращений двигательных единиц мышц. От максимального напряжения мышц в нервную систему поступает максимальная импульсация, максимально стимулирующая выброс медиаторов и гормонов, активизирующих обмен веществ.

На фиг.8 представлен график интенсивности физических нагрузок и частоты сердечных сокращений:

24 - тяжелая, 25 - средняя, 26 - легкая, 27 - при максимальном напряжении мышц.

От тяжелых циклических нагрузок (24, 25 и 26) временно снижается работоспособность, появляется утомление и т.д.

Наибольшая удельная мощность энергии мышц при максимальном их сокращении в первые 5 секунд (график 27) работы и с последующим восстановлением энергозатрат в течение 10 секунд позволяет кратковременно работать с максимальной удельной нагрузкой без утомления с высокой эффективностью (КПД).

Восстановление работоспособности мышечной, костной, сердечно-сосудистой и нервной систем с помощью изометрического устройства осуществляется следующим образом.

Цифровая разметка на основании 5, перфолинейках с отверстиями 3 и упоре 1 позволяет определить положение каждого элемента с проявлением максимальной силы в продольном и поперечном направлении. С помощью динамометров 2 измеряют максимальную силу. Упор 1 вставляется в отверстия перфолинейки 3 на разной высоте. Гибкие тяги 4 позволяют наклонять перфолинейку с отверстиями 3 с упором 1 под любым углом к основанию 5.

Усилия элементов тела, прилагаемые вдоль элементов тела - продольные, усилия, прилагаемые поперек элементов тела, - поперечные.

Динамометры наглядно показывают силу мышц при разных углах между элементами тела. Переставляя тягу по длине в перфолинейке с отверстиями на 5 сантиметров до полного диапазона движения элементов тела и устанавливая элементы тела в разных местах на упоре и основании, находим положения элементов тела с проявлением максимальной статической силы. Тренировка на устройстве СС производится по индивидуальным картам, учитывающим особенности строения и развития человека.

Максимальное напряжение мышц выполняется на полувыдохе.

Первое время упражнения выполняются с небольшим напряжением 1-2 секунды и только после месяца тренировок можно переходить к максимальным напряжениям до 5 секунд.

Отдых между подходами не менее минуты. Перед началом тренировки у занимающихся цифровым тонометром замеряется пульс, артериальное давление и рост. С артериальным давлением свыше 140 мм ртутного столба больших напряжений лучше не делать.

Выполнять упражнения на все группы мышц, особое внимание уделяется упражнениям с максимальным напряжением мышц спины, головы, шеи, живота, груди. Заниматься не менее 15 минут через два дня. Через два месяца занятий тренирующийся приподнимает веса выше, чем чемпионы силового двоеборья, штангисты. После тренировки снова замеряется пульс, давление и рост. Обычно наблюдается снижение артериального давления, урежение пульса, увеличение роста.

Использование заявляемого устройства на сжатие элементов тела позволяет безопасно максимально напрягать все мышцы (элементы на сжатие имеют наибольший запас прочности), кратковременно выполняемые упражнения, т.е. кратковременный массаж при максимальном напряжении мышц, эффективно восстанавливают работоспособность мышечной, костной, сердечно-сосудистой и нервной систем.

Способ максимального напряжения мышц позволяет максимально повысить удельную нагрузку на мышцы, снизить утомление, повысить эффективность работы до 50%.