ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 3, с. 73-85
УДК 612.832
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ СПИННОМОЗГОВЫХ НЕРВНЫХ ЦЕПЕЙ НА ФОНЕ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ СПОРТИВНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ © 2014 г. Е. Ю. Андриянова, О. В. Ланская
ФГБОУВПО "Великолукская государственная академия физической культуры и спорта"
E-mail: vlgafc@mail.ru Поступила в редакцию 04.05.2013 г.
Изучали зависящие от двигательной активности механизмы функциональных изменений в спинномозговых нервных цепях по результатам исследования лиц, длительное время занимающихся спортом. Представлены новые сведения о функциональной пластичности шейных и пояснично-крестцовых спинальных систем двигательного контроля в результате долговременной спортивной деятельности различной направленности. В частности, показано, что по сравнению с лицами, не адаптированными к спортивной деятельности, у лыжников-гонщиков и баскетболистов в спинном мозге увеличена площадь представительства альфа-мотонейронов мышц верхних и нижних конечностей с высокой рефлекторной возбудимостью. Причем направление расширения во всех случаях происходило за счет вовлечения вышележащих сегментов. Кроме того, ряд выявленных признаков функциональной пластичности шейного и поясничного отделов спинного мозга у лыжников, длительно выполняющих циклическую работу умеренной мощности, по степени выраженности превышал таковые у баскетболистов, для которых характерны нагрузки переменной мощности со смешанной структурой движений.
Ключевые слова: долговременная спортивная деятельность, механизмы функциональной двигательной пластичности спинного мозга, заднекорешковые мышечные ответы, чрезкожная электрическая стимуляция спинного мозга.
Б01: 10.7868/80131164614030023
Для лиц, занимающихся спортом, характерен режим повышенной двигательной активности, что существенно изменяет деятельность и функциональные возможности нервной системы человека. Специфика спортивной деятельности определяет характер сенсорной информации, поступающей в центральную нервную систему (ЦНС), и инициирует функциональные и морфологические перестройки в головном и спинном мозге. Подобные трансформации лежат в основе пластических изменений в ЦНС, дающих возможность человеку осваивать новые навыки, обучаться новым движениям, делать их выполнение безупречным. Следовательно, понимание механизмов зависящей от двигательной активности функциональной пластичности нервной системы является важным для разработки путей совершенствования двигательной функции, например, при занятиях спортом.
Термин "зависящая от двигательной активности пластичность" используется для описания изменений в ЦНС, ассоциированных с двигательной активностью [1]. Пластические изменения, происходящие под действием двигательной дея-
тельности, характерны как для головного, так и для спинного мозга. Реорганизация в ЦНС в ответ на движение и активацию наблюдается на разных уровнях — это касается связей между головным мозгом и спинальными нейронами, соединений между чувствительными нейронами и мотонейронами спинного мозга, имеют место изменения аксональной скорости проведения, а также размеров самих мотонейронов, их устойчивости к входным сигналам [1, 2].
В процессе адаптации организма к воздействию физических нагрузок выделяют два этапа — срочный и долговременный [3]. Хорошо известно существование кратковременных модуляций спинальных рефлексов при выполнении определенной двигательной задачи, которые не предполагают никаких структурных или долговременных функциональных изменений в спинномозговых рефлекторных дугах [1]. В таких экспериментах первоначально запущенные изменения являются обратимыми и будут отменены, если тренинг не продолжается. Представляется, что главным механизмом такой кратковременной пластичности является синаптическая сила, эф-
фективность которой изменяется в зависимости от специфики выполняемой задачи [1]. Выполнение той же двигательной задачи в течение продолжительного периода времени может приводить к долговременным структурным изменениям в спинномозговых цепях. Точные механизмы долговременных, зависящих от двигательной активности изменений в спинномозговых рефлекторных дугах недостаточно хорошо изучены. Однако установлено, что при продолжении тренинга изменения в амплитуде рефлексов станут постоянными [4, 5]. В основе этого лежат морфологические, молекулярные и структурные изменения мотонейронов, к которым приводят длительные специфические условия функционирования.
Спортивная тренировка является одним из важнейших средств "изменения собственной природы" [6]. Существуют различные классификации видов спорта. Они отличаются критериями, лежащими в основе соответствующего разделения. Например, В.С. Фарфель [7] классифицировал движения, совершаемые в спорте, на две группы: стереотипные и ситуационные. Управление первой группой сводится к точному воспроизведению заранее известной формы движений, а выполняемое движение представляет собой некий стандарт, в котором предписаны его основные параметры (бег на длинные дистанции, лыжные гонки и т.п.). Ситуационные же движения отличаются своей нестандартностью, непредвиденностью, а характер выполняемого действия зависит от сложившейся ситуации (спортивные игры, единоборства). Существуют классификации видов спорта и по другим признакам и особенностям. Динамика конкретных физиологических процессов, отражающих состояние тех или иных функциональных систем спортсменов в ходе адаптации к мышечной деятельности разного характера, описана в многочисленных публикациях [8—12]. Очевидно, что в процессе регулярной спортивной деятельности в нейронных контурах спинного мозга происходят определенные изменения.
Цель настоящей работы заключалась в выявлении механизмов функциональной пластичности спинного мозга и периферического отдела нейромоторного аппарата под влиянием долго -временной двигательной активности различного характера.
МЕТОДИКА
В настоящем исследовании использовалась чрезкожная сегментарная электростимуляция спинномозговых корешков шейного и пояснич-но-крестцового утолщений спинного мозга, приложенная со стороны остистых отростков последовательно на уровнях позвонков с С2 по С7 и с
Т11 по L3, для получения вызванных моторных ответов (ВМО) соответственно с билатеральных мышц плеча (двуглавых и трехглавых), предплечья (плече-лучевых и разгибателей II—V пальцев кисти), а также бедра (двуглавых), голени (медиальных икроножных и камбаловидных) и стопы (коротких сгибателей пальцев).
За основу была взята и адаптирована для решения поставленных нами задач техника регистрации "заднекорешковых мышечных ответов" (pos-terior root-muscle reflexes — PRMs), вызываемых посредством чрезкожной стимуляции спинного мозга. Методика была предложена группой авторов [13], которые показали, что при поверхностной стимуляции дорсальной поверхности спинного мозга на уровне между спинномозговыми позвонками 711—712 в симметрично расположенных мышцах нижних конечностей регистрируются двигательные ответы. Как было показано нами ранее [14], характеристики таких синхронизированных ответов, в частности, их подавление при предъявлении кондиционирующего стимула и при вибрации сухожилия, указывают на их эквивалентность ^-рефлексу скелетных мышц.
Для записи ВМО с мышц верхних и нижних конечностей использовался восьмиканальный "Мини-электромиограф" (АНО "Возвращение", Санкт-Петербург, 2003). Обработка полученных данных осуществлялась в режиме off-line в специальной компьютерной программе "Муо" (АНО "Возвращение", Санкт-Петербург, 2003). Исследование проводилось в положении испытуемых лежа на спине, в состоянии относительного мышечного покоя, в помещении с температурой 25— 30°C.
Для получения ВМО с мышц верхних конечностей биполярные накожные электроды с межэлектродным расстоянием 2 см устанавливались поверх 8 билатеральных мышц плеча и предплечья, на брюшках мышц примерно посередине между началом и местом прикрепления. Стимулирующий катод позиционировали со стороны остистых отростков поверх кожи, поочередно на уровнях позвонков С2—С7, и два больших анода — билатерально в области ключицы.
Для регистрации ВМО с мышц нижних конечностей биполярные накожные электроды с межэлектродным расстоянием 2 см были установлены поверх 8 билатерально расположенных мышц бедра, голени и стопы — на брюшках мышц примерно посередине между началом и местом прикрепления. Со стороны остистых отростков устанавливали катод поверх кожи, последовательно в точках на уровнях позвонков 711— L3, и два боль-
ших анода — билатерально по передней поверхности подвздошных гребней.
Для снижения болезненности ощущений во время электростимуляционного раздражения спинномозговых структур пояснично-крестцо-вой и, в особенности, шейной областей, устанавливали длительность стимула 0.5 мс. Изучали электронейромиографические (ЭНМГ) параметры: латентность ВМО, пороги ВМО, максимальную амплитуду ВМО. В итоге, осуществлялось построение и анализ карт данных ЭНМГ-показа-телей при стимуляции на уровне шейных, а также нижнегрудных и верхнепоясничных позвонков. В картах пороговых величин и амплитудных характеристик рефлекторных ответов отмечалась позиция (или позиции), на уровне которой(ых) при стимуляции регистрировались одновременно наименьшие величины порогов ВМО и наибольшие значения амплитуды ВМО тестируемых мышц верхних и нижних конечностей, которые, в свою очередь, могут свидетельствовать об активации спинальных сегментов шейной и пояснично-крестцовой области с наибольшей рефлекторной возбудимостью мотонейронов, иннервирующих избранные для исследования мышцы.
Следует отметить, что данный методический прием широко используется и при проведении соматотопического картирования моторной коры головного мозга с использованием метода магнитной стимуляции, что позволяет определять границы локализации коркового представительства скелетных мышц, а также при сегментарной магнитной стимуляции с целью вызова двигательных ответов с мышц туловища для изучения при определенных условиях уровня возбудимости спинальных нейронов, относящихся к мышцам-мишеням [15].
В исследовании принимали участие 44 мужчины в возрасте 18—22 года.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.