ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2015, том 41, № 1, с. 89-98
УДК 612.741/.743+612.128
ВЛИЯНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА МАКСИМАЛЬНУЮ ИЗОМЕТРИЧЕСКУЮ СИЛУ, ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, МЫШЕЧНЫЕ БОЛИ И БИОХИМИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ*
© 2015 г. А. Д. Минигалин1, А. Р. Шумаков2, А. В. Новожилов2, А. В. Самсонова3, Е. А. Косьмина3, М. И. Калинский4, Т. И. Баранова1, И. В. Кубасов2, В. И. Морозов2
1 Санкт-Петербургский государственный университет 2 ФГБУНИнститут эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург 3 Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья им. П.Ф. Лесгафта,
Санкт-Петербург 4Murray State University, Murray KY, USA E-mail: wolverine.surgut@mail.ru Поступила в редакцию 14.01.2013 г.
Исследовали влияние предельной силовой физической нагрузки (ФН) на динамику работоспособности мышц-разгибателей колена в сочетании с измерением физиологических и биохимических показателей в процессе выполнения упражнения. В начале ФН происходило снижение объема выполняемой работы, который стабилизировался при уменьшении веса поднимаемого груза до 50%. Максимальная амплитуда поверхностной электромиограммы m. rectus femoris имела стойкую тенденцию к повышению в первой половине ФН, сменившуюся стабилизацией показателя в конце нагрузки. ФН вызвала значительное увеличение концентрации лактата в плазме крови, вдвое выросла концентрация миоглобина, активность креатинкиназы (КК) осталась неизмененной. В основе снижения работоспособности в процессе ФН лежит, вероятно, постепенный "отказ от работы" быстрых двигательных единиц (ДЕ) и выполнение ее за счет более слабых, промежуточных и медленных ДЕ. Отсутствие изменений активности КК и незначительный прирост миоглобина в плазме крови позволяют предполагать и не слишком значительные повреждения мембран миоцитов у испытуемых под влиянием данной истощающей нагрузки.
Ключевые слова: силовая нагрузка, m. rectus femoris, работоспособность, электромиограмма, плазма крови, креатинкиназа, миоглобин.
Б01: 10.7868/80131164614060083
Утомление, развивающееся при выполнении физической нагрузки (ФН), вызывает изменения физиологических и биохимических характеристик мышечной ткани и проявляется в нарушении кинематики, техники и эффективности движения, снижении величины максимального произвольного сокращения [1, 2]. В условиях напряженной работы, вследствие недостаточного притока кислорода, в мышце развиваются гипо-ксические условия, что вызывает активацию гликолиза и способствует накоплению молочной кислоты. "Закисление" саркоплазмы снижает эффективность функционирования ферментов гликолиза, ухудшает продукцию аденозинтри-
* Авторы посвящают статью доктору биологических наук В.И. Морозову, внесшему неоценимый вклад в становление данного научного направления.
фосфорной кислоты (АТФ) и ведет к снижению сократительной функции [2—4]. В отставленный период восстановления после ФН высокой интенсивности, в основном эксцентрического характера, могут развиваться мышечные боли (delayed onset muscle soreness — DOMS), которые также связывают со снижением силы мышечного сокращения [5—7]. Полагают, что в основе DOMS лежит комплекс реакций повреждения, включающий отек и воспалительную реакцию, которая развивается в мышце с участием лейкоцитов [8— 11]. В исследованиях, выполненных на людях [2, 12—16] и на животных [17], показано, что DOMS приводит к ухудшению электрических характеристик мышцы, свидетельствующему о снижении функционального состояния и уменьшению максимальной силы сокращения. Наряду с DOMS, отставленный период восстановления характери-
зуется утечкой мышечных белков в кровоток вследствие повреждения мембран миоцитов [18]. Вместе с тем, по данным авторов работы [19], DOMS слабо отражает повреждение мышцы, вызванное эксцентрическим упражнением, и изменения непрямых маркеров этого повреждения могут не сопровождаться DOMS [19].
Следовательно, имеющиеся данные, описывающие взаимоотношения силы сокращения, DOMS, биохимических маркеров повреждения мышц при ФН, содержат противоречия, что может быть связано с применением различных моделей ФН и наблюдений разной длительности. В ранее выполненной работе мы описали влияние предельной силовой нагрузки на динамику восстановления физиологических (амплитуда и частота интерференционной электромиограммы — иЭМГ, тонус, уровень DOMS) и биохимических (лактат, креатинкиназа — КК) показателей, характеризующих состояние мышц [20]. Были обнаружены снижение частоты иЭМГ сразу и через 3 суток после ФН, появление мышечных болей и утечка в кровоток мышечной КК в отставленный период восстановления. Вместе с тем остался невыясненным вопрос о влиянии ФН на интегральный показатель функционального состояния мышц — максимальную силу сокращения.
Цель настоящей работы состояла в исследовании срочного и отставленного влияния предельной силовой работы мышц-разгибателей коленного сустава на максимальную изометрическую силу (МИС), в сопоставлении с электромиографическими характеристиками функционального состояния мышцы, DOMS и биохимическими маркерами повреждения мышц.
МЕТОДИКА
В исследовании приняли участие 9 здоровых мужчин в возрасте 19—23 лет (20.1 ± 1.45; Х± SD), которые заранее были ознакомлены с содержанием эксперимента и дали добровольное письменное согласие на участие в нем. Экспериментальные процедуры были одобрены этическим комитетом Санкт-Петербургского государственного университета и не противоречили Хельсинкской декларации о правах человека. До начала эксперимента все его участники были осмотрены врачом-терапевтом, который не нашел противопоказаний для их участия в эксперименте.
В ходе исследования использовали тренажер для тренировки мышц-разгибателей коленного сустава, сидя — Leg Extension model (Technogym, Italy). Для расчета нагрузки методом подбора проводили измерение "пробного максимума" — 1RM (one repetition maximum) — это масса отягощения, которую человек может поднять на данном тренажере только один раз. Определение 1RM проводилось за 14 дней до начала эксперимента.
Далее рассчитывали вес грузов, составляющих 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10% 1RM. Началу упражнения предшествовала 5-минутная разминка, включавшая приседания и наклоны. При выполнении упражнения испытуемый, сидя на тренажере (исходное положение — ноги расслаблены, угол в коленном суставе 90 градусов, валик тренажера поверх голеностопных суставов), разгибал ноги в коленях до конечного угла в коленном суставе 170—180 градусов. Упражнение состояло в работе до отказа с каждым грузом. Работу останавливали, если испытуемый не мог 3 раза выполнить разгибание ног до 170—180 градусов. По истечении 1 мин отдыха, в течение которого меняли вес отягощения, упражнение было продолжено. Испытуемые выполняли нагрузку, осуществляя в среднем 25—30 разгибаний в минуту. Величину отягощения изменяли методом лестницы вниз, от 80 до 10% 1RM. Выполнение нагрузки было построено таким образом, чтобы вызвать наиболее полное утомление работавших групп мышц.
Периферическую кровь для анализа отбирали из пальца до и сразу после нагрузки и далее через
1 час, 1, 2, 3, 5, 7, и 9 суток после ФН в пробирки с антикоагулянтом Microvette 500 EDTA (Sarstedt, Германия). После центрифугирования плазму и эритроциты аликвотировали и хранили при —80°C до проведения анализа.
Максимальная изометрическая сила (МИС) мышц-разгибателей коленного сустава была измерена с помощью динамометра ДОР-3 (ПетВес, Санкт-Петербург) до и сразу после ФН и далее через 1 час, 1, 2, 3, 5, 7, и 9 суток после ФН. Предварительное измерение МИС проводили за 1 час до начала упражнения. Испытуемый, сидя на тренажере в исходном положении, напрягал мышцы-разгибатели коленного сустава, прилагая максимальное усилие к стальному тросу фиксированной длины, одним концом жестко закрепленному на раме тренажера, другим концом связанному с динамометром и тензиометром, на электронной панели которого высвечивалась величина развиваемой изометрической силы. Перед измерением, с помощью лазерного уровня контролировался угол 90°C в коленном суставе. Так как изменение длины растягиваемого датчика не превышало
2 мм, и изменением длины стального троса в данном случае можно пренебречь, мы рассматриваем данное сокращение мышцы как изометрическое, так как значимого изменения длины мышцы не происходит (и не происходит движения в коленном суставе).
Поверхностную иЭМГ регистрировали с помощью электромиографа "МИОКОМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ", Таганрог). Применяли клеящиеся концентрические накожные хлор-серебряные электроды (d = 10 мм). Перед наклеиванием электродов волосяной покров сбривали и кожу обрабатывали спиртом. Использовали монополярное отведение, размещая регистрирующий электрод
ВЛИЯНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ
91
над моторной точкой m. vastus lateralis, индифферентный электрод наклеивали на костный выступ голени той же ноги. Технические характеристики электромиографа: максимальное входное напряжение — 2 мВ; частотный диапазон входных сигналов (по уровню — 3 дБ) от 20 до 500 Гц; уровень внутренних шумов, приведенных к входу — не более 0.3 мкВ эффективного значения; время усреднения огибающих электромиограммы — 10 мс; частота дискретизации в каждом канале — 200 Гц; разрядность аналого-цифрового преобразования — 16. Полученные записи обрабатывали в программной среде StabMed 2, вычисляя значения максимальной амплитуды (МА) иЭМГ.
Для оценки уровня болезненности мышц испытуемые описывали свои ощущения на протяжении всего времени исследования. Оценку болезненности мышц-разгибателей коленного сустава проводили с помощью набора моторных тестов (однократное приседание, спуск вниз по лестнице (10 шагов), пальпация мышцы). Уровень болей в каждом тесте оценивали по модифицированной 10-балльной шкале Борга, после чего подсчитывали усредненные значения уровня болей для каждого из испытуемых.
Концентрацию лактата и активность КК измеряли с помощью наборов фирмы Ольвекс (Olvex Diagnosticum, Санкт-Петербург), концентрацию миоглобина определяли, используя наборы фирмы DRG (DRG Instruments GmbH, Marburg, Germany) в соо
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.