ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2011, том 37, № 2, с. 86-91
УДК 612.741/.743+612.128
Авторы посвящают статью кандидату биологических наук O.K. Химичу, работавшему в Санкт-Петербургском научно-исследовательском Институте физической культуры и внесшему большой вклад в становление данного научного направления.
СРОЧНЫЕ И ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРЕДЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ
© 2011 г. А. Д. Минигалин1, А. Р. Шумаков2, Т. И. Баранова1, М. А. Данилова2,
М. И. Калинский3, В. И. Морозов4
1 Санкт-Петербургский государственный университет 2 Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры 3 Kent State University (Kent, OH, USA) 4 Учреждение РАН Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург
Поступила в редакцию 14.04.2010 г.
Исследовали влияние предельной физической нагрузки (ФН) на динамику физиологических и биохимических показателей, характеризующих функциональное состояние скелетных мышц. Выполнение ФН, акцентированной на мышцы поверхности бедра, вызвало значительное увеличение концентрации лактата, что указывает на преобладание анаэробного пути энергообеспечения мышечного сокращения. Сразу после ФН выявили уменьшение амплитуды и частоты сигнала поверхностной электромиограммы (ЭМГ), снижение тонуса напряжения и повышение тонуса расслабления m. rectus femoris. По истечении 1 суток амплитуда, а равно и частота электромиографического сигнала возросли. На 3-и сутки значительно увеличилась активность креатинкиназы (КК — маркер повреждения мышц), тогда как амплитуда и частота ЭМГ в этот период уменьшились. К 9-м суткам происходила нормализация физиологических показателей. Корреляционный анализ выявил наличие значимых коррелятивных связей между концентрацией лактата после ФН и активностью КК на 3-и сутки с показателями ЭМГ и тонуса m. rectus femoris в те же сроки. Полученные данные показывают, что ФН вызывает фазовые изменения электрической активности и тонуса мышцы, которые, по-видимому, сопряжены как со снижением рН вследствие накопления лактата в саркоплазме, так и с развивающимся далее каскадом реакций повреждения мышечной ткани.
Ключевые слова: силовая нагрузка, сыворотка крови, лактат, креатинкиназа, m. rectus femoris, элек-тромиограмма, тонус.
Изучение физиологических и биохимических механизмов, определяющих утомление скелетной мышцы под действием физической нагрузки (ФН), — одна из важных проблем физиологии спорта. По мере развития утомления происходит нарушение кинематики мышц, техники и эффективности движения, снижается величина максимального произвольного сокращения, которое способна развить мышца [1, 2]. Решающее значение для нормальной работы мышцы в процессе интенсивной ФН имеет адекватное энергообеспечение [3]. В условиях гипоксии, развивающейся из-за недостаточного поступления кислорода в работающую мышцу, в ней повышается концентрация лактата вследствие преобладания гликолиза в механизме энергопродукции. Снижение рН в миоцитах создает неблагоприятные условия
для функционирования ферментов, что приводит к уменьшению продукции АТР и снижению работоспособности [4]. В процессе восстановления имеет место еще один период, связанный со снижением работоспособности мышцы, известный как DOMS (delayed onset muscle soreness) — синдром отставленной мышечной болезненности [5, 6]. Считают, что в основе DOMS лежит воспалительная реакция, развивающаяся в мышце с участием лейкоцитов [7, 8]. В ряде работ показано, что интенсивная ФН меняет электрические характеристики мышцы [9, 10]. Вместе с тем вопрос о том, как развивается процесс утомления мышцы, сопровождающийся появлением болей, во времени и как при этом изменяются физиологические (электромиограмма и тонус) и биохимические ха-
рактеристики ее функционального состояния, изучен недостаточно.
Цель настоящей работы состояла в исследовании влияния предельной силовой ФН на многодневную динамику биохимических показателей крови и физиологических показателей скелетных мышц, характеризующих их функциональное состояние.
МЕТОДИКА
В исследовании приняли участие 10 здоровых мужчин 21—25 лет, которые заранее были ознакомлены с содержанием эксперимента и дали добровольное согласие на участие в нем. В ходе исследования использовали тренажер для тренировки мышц-разгибателей бедра, сидя (VasilNeo-Gym 8.901). Тип тренажера — грузоблочный, габариты: длина — 150 см; ширина — 101 см; высота — 170 см; вес — 305 кг; вес отягощений — до 120 кг (Украина). До нагрузки на тренажере участники исследования проводили разминку в течение 5 мин, которая включала 10—15 приседаний и наклонов туловища. Далее, сидя на тренажере (исходное положение — ноги расслаблены, угол в коленном суставе 90 градусов, валик тренажера поверх голеностопного сустава), испытуемые получали задание разогнуть ноги максимальное количество раз и по сигналу начинали упражнение, состоявшее в разгибании обеих ног (конечный угол в коленном суставе 170—180 градусов). Стабильность позы контролировали визуально. Выполнение упражнения останавливали, если испытуемый не мог 3 раза разогнуть ноги в коленном суставе до 170—180 градусов. По прошествии 30-секундного перерыва, в течение которого меняли вес отягощений, испытуемые продолжали работу. Вес груза изменяли методом "лестница вниз" — 40, 35, 30, 25, 20, 15 и 10 кг. Определенную частоту подъемов груза не задавали, испытуемым было предложено выполнение нагрузки в индивидуальном ровном темпе. Средний объем работы, выполненный испытуемыми, составил 3018 ± ± 992 кГм (1610—4991 кГм), а ее длительность — 6.85 ± 2.01 мин (3.9—10.87 мин). Периферическую кровь для анализа отбирали из пальца до, сразу и через 1 ч после нагрузки, а также через 1, 3, 6 и 9 суток восстановления. В период восстановления кровь у испытуемых отбирали утром. Образцы крови оставляли на 1 ч при комнатной температуре для образования сгустка, а затем центрифугировали, чтобы отделить сыворотку, которую далее собирали и хранили при — 20°С до проведения анализа.
В тех же точках эксперимента регистрировали электромиограмму (ЭМГ) с помощью поверхностного отведения и тонус m. rectus femoris. Показатели ЭМГ включали максимальную амплитуду, среднюю амплитуду в мкВ, частоту в Гц, а то-
нуса — тонус напряжения, тонус расслабления и разность между тонусом напряжения и тонусом расслабления (дельта) в мтн (миотон). Для регистрации электрической активности m. rectusfemo-tis использовали электронейромиограф "Нейро-МВП-4" (Россия), тонус той же мышцы измеряли с помощью механического пружинного миотоно-метра "Сирмаи" (Венгрия).
Испытуемые на протяжении всего исследования вели дневники наблюдений за своим состоянием. Оценку болевых ощущений проводили в спокойном состоянии, при спуске по лестнице, однократном приседании, пальпации мышц бедра, а также оценивали угол, на который было возможно сгибание ноги в колене в положении стоя. Каждый критерий подлежал субъективной оценке по 10-балльной шкале. На основе этих оценок была описана усредненная динамика болевых ощущений. Все испытуемые — студенты СПбГУ, проживающие в общежитии и имеющие сходные условия жизни. По оговоренным условиям исследования его участники избегали значительных ФН на протяжении всего периода наблюдения.
Для определения биохимических показателей (креатинкиназа, лактат, мочевина) в сыворотке крови использовали наборы реагентов фирмы "Ольвекс" (Санкт-Петербург), выполняя анализы согласно приложенным инструкциям.
Статистическую обработку данных выполняли по программе Statistica 6.0, вычисляя средние значения показателей, стандартные отклонения, ранговые коэффициенты корреляции. Для оценки достоверности различий использовали непараметрический критерий Вилкоксона.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Оценка болевых ощущений. По единодушной оценке всех испытуемых, болевые ощущения возникали по истечении 1 суток после ФН (6.5 балла), максимум их приходился на 2-3-и сутки после ФН (10 баллов). Далее все испытуемые отмечали снижение болевых ощущений в мышцах. На 6-е сутки в спокойном состоянии большинство испытуемых практически не испытывали боли, болезненные ощущения возникали лишь при ФН (2.5 балла). На 9-е сутки испытуемые не ощущали боли ни при каких нагрузочных тестах.
Результаты биохимического исследования. Концентрация лактата по завершении нагрузки составила 8.68 ± 1.78 ммоль/л (7.3—11.2 ммоль/л) и оказалась примерно в 2.5 раза выше исходного уровня (3.29 ± 0.55 ммоль/л), что позволяет квалифицировать данную ФН как преимущественно анаэробную. Индивидуальные различия изменений концентрации лактата в сыворотке крови, вероятно, связаны как с разной интенсивностью работы, выполненной испытуемыми, так и с инди-
МЕ
6000 Г
5000 - *
4000 -3000 -2000 -
1000 - т Т I
0 _I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
До ФН После Через Через Через Через Через ФН 1 ч 1 сут 3 сут 6 сут 9 сут
Рис. 1. Активность креатинкиназы (МЕ) в сыворотке крови.
По оси абсцисс — время измерения: до физической нагрузки (ФН), после ФН, через 1 час после ФН, через 1 сутки после ФН, через 3 суток после ФН, через 6 суток после ФН, через 9 суток после ФН. *р < 0.05.
видуальными особенностями энергообеспечения скелетных мышц.
Для оценки переносимости ФН в течение эксперимента контролировали концентрацию мочевины в сыворотке крови. Существенных индивидуальных изменений концентрации этого метаболита в течение всего эксперимента не было выявлено, что указывает на хорошую переносимость участниками эксперимента предложенной ФН. Минимальная и максимальная концентрации мочевины в рамках индивидуальных кривых составили 1.49 и 5.14 ммоль/л, а в рамках средних значений — 3.10 ± 1.26 ммоль/л и 3.70 ± 0.87 ммоль/л, соответственно.
ФН не привела к изменению активности креа-тинкиназы (КК) в сыворотке крови испытуемых,
и через 1 ч после окончания ФН активность фермента оставалась на том же уровне (рис. 1). Заметная тенденция к возрастанию активности КК в сыворотке крови проявилась через 1 сутки после ФН (+130%), а наиболее значительное увеличение активности КК (более чем в 11 раз) было зафиксировано спустя 3 суток после ФН. Даже через 6—9 суток активность КК пре
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.