Системные механизмы мышечного утомления при дозированных
физических нагрузках
Д., А., А.,
НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина РАМН
Актуальность исследования
Интенсивные физические и психо-эмоциональные нагрузки в современном спорте высших достижений, без которых невозможны высокие спортивные результаты, сопровождаются напряжением различных функциональных систем организма спортсменов, сопровождающееся локальным и общим физическим утомлением. Нередко при возникновении мышечного утомления реабилитационно-восстановительные мероприятия, осуществляемые в процессе тренировочной и соревновательной деятельности подчас мало эффективны. При этом сроки восстановления спортсменов неоправданно затягиваются.
Неадекватные нагрузки в ходе тренировочного процесса и соревновательной деятельности спортсменов приводят не только к накоплению молочной и фосфорной кислоты, сопровождающиеся мышечной болью, но и к микротравмированию мышечных волокон в работающих мышцах.
Феномен отсроченной мышечной боли (ОМБ) после интенсивных спортивных тренировок в настоящее время ещё недостаточно изучен. По-видимому, ОМБ является одним из проявлений мышечного утомления после интенсивной спортивной тренировки. У начинающих молодых спортсменов появление устойчивого болевого синдрома свидетельствует о неправильном построении тренировочного процесса. ОМБ длительное время объяснялась как эффект накопления молочной и фосфорной кислот мышцах. Эти продукты метаболизма всегда считались основным фактором мышечного утомления, сопровождающегося болевыми синдромами. Вместе с тем, мышечное утомление возникает не только благодаря изменениям метаболических процессов, сопровождающихся накоплением молочной и фосфорной кислот, оно также связано с метаболическим ацидозом, снижением уровня гликогена, дисбалансом электролитов, изменением возбудимости мышечных мембран, нарушением сократительной способности мышц вследствие увеличения концентрации Н+, и мн. др.
Современные представления о мышечном сокращении и роли мышечных метаболитов в этом процессе основаны на современных радиоизотопных и биохимических методах исследования. Датские ученые под руководством доктора Томаса Педерсена (Pedersen, T. H., 2004) сообщили, что высокий уровень кислотности в интенсивно работающих мышцах поддерживает мышечный отклик, несмотря на высокий уровень калия. Повышенная кислотность в мышцах (обеспечиваемая молочной кислотой) защищает их от утомления. Исследователи показали, что во время физических упражнений использование мышцами молочной кислоты возрастает до 300-500% (Gladden L. B. 2004).
Доктор Джордж Брукс (George Brooks), профессор кафедры Общей Биологии Университета Калифорнии в Беркли, в своей "Теории оборота лактата" описал динамику производства и использования молочной кислоты. Автор в своих исследованиях показывает центральную роль молочной кислоты в метаболизме углеводов и ее важность в сократительной способности мышечных волокон. Молочная кислота быстро эвакуируется из мышечных волокон, оказывается в кровотоке и возвращается в печень, где используется для формирования гликогена (Brooks G. A., et all, 1994, 1998, 2005).
Ряд авторов считает, что молочная кислота е не вызывает мышечной болезненности или судорог, которые рассматриваются как один из видов утомления. Считается, что по большей части спонтанные мышечные судороги вызываются мышечными нервными рецепторами, которые перевозбуждаются на фоне утомления мышц. При умеренных и длительных физических нагрузках концентрация молочной кислоты в мышцах быстро стабилизируется, но утомление возникает в отставленное время, не связанное с динамикой накопления молочной кислоты. Процессы мышечного утомления и мышечной болезненности требуют комплексного исследования, так как результаты дают возможность повысить работоспособность спортсменов процессе тренировочной и соревновательной деятельности.
Цели и задачи исследования
1. Выделение отдельных фаз утомления, возникающих при циклической работе, с помощью анализа изменения поверхностной электромиограммы (ЭМГ) мышц спортсмена при выполнении дозированных физических нагрузок.
2. Выявить с помощью регистрации поверхностной электромиограммы (ЭМГ) изменения физиологического состояния мышц при утомлении во время длительной и кратковременной физической нагрузок, вызывающих эффект отсроченной мышечного утомления, сопровождающегося болевым синдромом.
3. Поиск критерия достижения спортивного результата на фоне анализа физиологических параметров функциональных систем организма при длительных и кратковременных физических нагрузках.
Методы исследования.
В обследованиях принимали участие 15 практически здоровых мужчин - добровольцев в возрасте от 19 до 26 лет, занимавшимся физической культурой и спортом. Отдельно исследовали электрическую активность мышц голени, бедра на велоэргометре и мышцы бицепса при поднятии ганкг). Электрическую активность регистрировали с помощью оригинального 8-ми канального компьютерного электромиографа. При этом электрическая активность измерялась как сумма площадей всех электрических колебаний поверхностной ЭМГ за единицу времени равную одной двенадцатой от длительности одного оборота педалей велоэргометра. Время одного цикла составляло 1 сек. на велоэргометре и 2 сек. – время поднятия гантели. Электроды для регистрации ЭМГ мышц бедра и голени представляли собой 8 пар металлических пластинок длиной 15 мм., расположенных параллельно друг другу вдоль мышцы на расстоянии 30 мм друг от друга. Регистрировалась поверхностная ЭМГ латеральной головки икроножной мышцы, медиальной головки икроножной мышцы, камбаловидной мышцы и четырёх главой мышцы бедра. Электроды для регистрации ЭМГ мышцы бицепса представляли собой цепочку из 7 металлических пластинок длиной 15 мм., расположенных параллельно друг другу вдоль мышцы на расстоянии 30 мм друг от друга. Каждому каналу регистрации соответствовал один участок между двумя ближайшими электродами.
Результаты исследования.
Одновременно исследовалась электрическая активность мышц голени – латеральная головка икроножной мышцы, медиальная головка икроножной мышцы, камбаловидная мышца четырёхглавая мышца бедра при дозированной физической нагрузке на велоэргометре при мощности 130 Вт и длительности 30 мин.
Исследовалась электрическая активность мышцы бицепса при циклической работе до отказа (подъём гантели 6 кг.). Была измерена электрическая активность мышц в зависимости от развиваемой ей силы. Во всех случаях измерялась электрическая активность мышцы в зависимости от развиваемой ею силой. Эта зависимость в неутомлённой мышце оказалась практически линейная (рис. 1).
Во время начального этапа работы на велоэргометре электрическая активность мышц соответствовала фазе включения в работу всех исследуемых мышц (рис.2). При развитии утомления у 3-х испытуемых были обнаружены эпизоды исчезновения электрических колебаний в ЭМГ мышц в фазе их максимального напряжения как в мышцах голени, так и в мышцах бедра (отмечены стрелками на рис. 2). При этом усилие, развиваемое этими мышцами (давление на педаль), сохранялось постоянным. В последствие, именно у этих испытуемых возникало отсроченное мышечное утомление, сопровождавшееся болевым синдромом, что сопровождалось снижением работоспособности.
Рис. 1. графики зависимости электрической активности мышцы голени, вычисленной по поверхностной электромиограмме для трёх испытуемых.
Рис. 2. Вид электромиограммы мышц голени (3 верхних записи) и бедра (3 следующие записи) при циклической работе на велоэргометре (7-я запись – актограмма цикла). Стрелками показаны эпизоды спастических состояний мышц.
На трёх испытуемых были проведены исследования на фоне нарастающего утомления в мышце бицепс при подъёме 6 кг. гантели в ритме один подъём за 2 с. При работе до отказа. ЭМГ бицепса во время начального этапа работы содержала равномерную мышечную активность, пропорциональную развиваемому усилию (рис. 3). При развитии утомления у всех 3-х испытуемых были обнаружены эпизоды исчезновения электрических колебаний в ЭМГ мышц в фазе их максимального напряжения на фоне неравномерной электрической активности при сохранении развиваемой мышцей силы (отмечены стрелками на рис.4).
 |
 |
Рис. 3. ЭМГ бицепса в норме. Рис. 4. ЭМГ бицепса в состоянии утомления.
Обсуждение.
Как показали наши собственные исследования электрическая активность мышц, регистрируемая по поверхностной ЭМГ, соответствует включению (напряжению) групп моторных единиц в области установки поверхностных электродов.
При физической работе на велоэргометре на уровне субпредельной физической нагрузки после наступления медленно развивающегося утомления (30 мин) мы наблюдали эпизоды кратковременного исчезновения электрической активности. Так как отдельные электрические колебания в мышцах являются проявлением включения в работу групп моторных единиц, то эти эпизоды следует расценивать как выключение из работы отдельных групп мышечных волокон. При этом конечность продолжала оказывать давление на педаль велоэргометра. Такое состояние мышц, когда имеется физическое напряжение, а электрическая реакция отсутствует, соответствует кратковременному спастическому состоянию мышц.
Эти эпизоды одновременно возникали в четырёх мышцах голени – латеральная головка икроножной мышцы, медиальная головка икроножной мышцы и камбаловидная мышца и четырёхглавой мышце бедра. Характерно, что эти эпизоды наблюдались в различные фазу циклического движения в моменты максимального напряжения каждой из мышц. Это наводит на мысль, что на мышцы действует общий фактор – изменение в составе крови. Это могут быть: изменение ионного состава крови, понижение уровня глюкозы, накопление метаболитов в тканях мышц из-за недостаточной скорости эвакуации или недостаток кислорода. Этот вопрос требует дополнительных исследований.
Физиологические механизмы быстрого утомления мы изучали на мышце бицепс при циклическом поднятии 6 кг. гантели. При изучении процессов, сопровождающих быстро наступающие утомление, выполненного на мышце бицепса, мы обнаружили множественные эпизоды снижения электрической активности мышцы при сохранении силы физического напряжения. Эти эпизоды также соответствовали возникновению спастических состояний в отдельных группах мышечных волокон. Так как утомление мышцы развивалось в течение 2 минут, то за этот период изменения в составе крови незначительны. Наиболее вероятным условием возникновения спастических состояний было изменение ионного состава в мышцах и накопление молочной и фосфорной кислот.
Возникновение спастических состояний в крупных мышечных структурах при дозированных физических нагрузках возникало только при состоянии утомления. Из спортивной практики известно, что растяжение напряженных мышечных волокон закономерно приводит к разрывам отдельных мышечных волокон. Возникновение спастических состояний в мышцах в фазе их максимального напряжения является тем самым фактором, который приводит к микротравмированию мышц и вызывает отсроченную боль в мышцах, состояние перетренированности и снижение спортивных показателей. Периодическое тестирование спортсменов на велоэргометре с контролем ЭМГ может определить предельную величину физических нагрузок, не вызывающую потерюработоспособности, оценить динамику роста предельных нагрузок в ходе тренировок и спланировать тренировочный процесс для достижения максимального индивидуального уровня тренированности.
Выводы.
1. Эффект отсроченной мышечный боли с большой степенью вероятности вызывается микротравмированием мышечных волокон.
2. Использование метода контроля спастических состояний в мышцах с помощью регистрации поверхностной ЭМГ при тестировании на велоэргометре позволит объективно контролировать тренировочный процесс у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, предотвращая состояния перетренированности.
Литература:
1. Brooks, G A and J Mercier. The balance of carbohydrate and lipid utilization during exercise: the crossover concept. J Appl Physiol, 80:2253-2261, 1994.
2. Brooks, G A. Mammalian fuel utilization during sustained p Biochem Physiol, 120:89-107, 1998.
3. Brooks, G A, TD Fahey, and К Baldwin. Exercise Physiology: Human Bioenergetics and its Applications. New York: McGraw Hill, 2005 (4th edition)
4. Gladden, L. B. Lactate metabolism: a new paradigm for the third millennium. J Physiol, 558: 5-30, 2004.
5. Pedersen, TH, О В Nielsen, G D Lamb, and D G Stephenson. Intracellular acidosis enhances the excitability of working muscle. Science, 305: 1145-1147, 2004.
Основные порталы (построено редакторами)