Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИОННАЯ ТРЕНИРОВКА МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ

Коряк Ю.А. Кузьмина М.М. Бережинский И.В.

В ходе эволюции функции и системы орга­низма всего живого развивались в условиях грави­тационных сил Земли. Физическая нагрузка, в том числе и гравитационная, необходима для сохране­ния размера и силы мышц у человека [Коряк, 1994; Berg et al; 1997; Narici et al., 1998; Kubo et al., 2000]. Условия микрогравитации сопровожда­ются снижением сократительных свойств мышц и активности тонической мускулатуры [Kozlovskaya et al., 1988; Bachl et al., 1997; Koryak, 2003], разви­тием атрофических процессов [Edgerton, Roy, 1996, Shenkman et al., 2003] и дегенеративными измене­ниями [Hikida et al., 1989]. Наибольшему дейст­вию микрогравитации подвергаются антигравита­ционные мышцыразгибатели бедра и стопы [LeBlanc et al., 1998; Akima et al., 2002] и более значительно - разгибатели стопы [Григорьева, Козловская, 1983, 1987; LeBlanc et al., 1988; Bachl et al., 1997; Akima et al., 2002], вероятно изза их большей механической нагрузки их в гравитаци­онных условиях Земли. В этой связи, чтобы мини­мизировать атрофию, уменьшить потерю сократи­тельных свойств мышц и активировать тонические мышечные волокна, требуются средства, которые в условиях микрогравитации могут устранить де­фицит нагрузок и активировать деятельность во­локон тонического типа. С этой целью использу­ется физическая тренировка  ФТ [Grigoriev et al., 1999], которая занимает не только много времени, но «отрывает» космонавта от его основной опера­торской деятельности. Более того, применяемый комплекс физических тренировок полностью не предотвращает развитие изменений в регуляции минерального обмена [Моруков, 1999], массы и силы сокращения мышц [Kawakami et al., 2000, 2001; Akima et al., 2002; Koryak, 1998, 2001; Ко­ряк, 2006]. Общеизвестный факт воздействия мик­рогравитации эта непропорционально большая потеря силы сокращения мышцы по сравнению с ее размером [LeBlanc et al., 1988; Berg et al., 1997; Kawakami et al., 2001], указывая, тем самым, что кроме атрофии существенный вклад в слабость мышцы вносят и другие факторы. Важный детер­минант функциональных характеристик мышцы эта внутренняя архитектура мышцы [Gans, Bock, 1965; Alexander, Vernon, 1975; Fukunaga et al., 1992].

Ф ункциональная электромиостимуляция (ФЭМС), как метод повышения функциональных возможностей скелетных мышц у человека, занимает особое место в системе профилактики функ­ций мышц, поскольку ФЭМС давно используется в клинике [Бредикис, 1979; Mayr et al., 1993; Kern et al., 2005] и как дополнительное средство трени­ровки мышечного аппарата у спортсменов (Коц,

1971; Коряк, 1993; Koryak, 1995). Достоинством ФЭМСтренировки, как одного из физиологиче­ских методов направленного на повышение функ­циональных возможностей мышечного аппарата, является возможность избирательно воздейство­вать на отдельные группы мышц человека.

Цель настоящего исследования - изучить изменения архитектуры разных головок трехгла­вой мышцы голени [медиальной (МИМ), латеральной (ЛИМ) икроножных мышц и камбаловидной мышцы (КМ)] у здоровых лиц под влия­нием «сухой» водной иммерсии (ИМ) с примене­нием продолжительной низкочастотной ФЭМС тренировки.

В исследовании приняло участие шесть здоровых мужчиндобровольцев (22.8±0.8 года, 79±4 кг, 1.84 0.1 м) после специального медицин­ского отбора. Экспериментальные процедуры бы­ли выполнены в соответствии с Хельсинской Дек­ларацией и испытуемые после полной информации о процедурах и задачах настоящего исследо­вания дали письменное согласие на участие в нем. Программа исследований была одобрена комисси­ей по биомедицинской этике ГНЦ РФ  ИМБП

РАН.

В качестве модели, имитирующей физиологи­ческие эффекты микрогравитации, использовали ИМ [Шульженко, Виль Вильямс, 1976] длительностью 7 суток.

ФЭМС  тренировку мышц передней и задней поверхности бедра и голени каждой конечности проводили одновременно с использованием двух шестью канальными стимуляторами («СТИМУЛ НЧ01», РОССИЯ), соединенных между собой кабелем синхронизации и генери­рующих двухполярные симметричные прямо­угольные электрические импульсы длительно­стью 1 мс, частотой 25 Гц и амплитудой от 0 до 45 В. Синхронная стимуляция мышц антагони­стических конечностей предотвращала нежела­тельные движения конечностей. Длительность сокращения мышц составляла 1 с и интервал от­дыха между сокращениями 2 с. Для ФЭМС про­цедуры применялись «сухие» стимулирующие электроды (фирма «Axelgaard», USA), покрытые силиконовым токопроводящим гелем. ФЭМС тренировка мышц выполнялась на протяжении 6 дней по 3 часа/день, на протяжении которых ежедневно 5 дней подряд (от понедельника до пятницы включительно) проводилась стимуляционная процедура. Затем следовал один день от­дыха (суббота).

Для определения суставных моментов во вре­мя произвольных изометрических сокращений мышц разгибателей стопы % трехглавой мышцы голени (ТМГ) использовали изокинетический ди­намометр («Biodex 3 Quick Set», USA). Все изме­рения были выполнены на правой конечности испытуемого.

Для определения архитектуры МИМ, ЛИМ и КМ в реальном времени использовали В режим изображения универсальной системы («SonoSite MicroMaxx», USA) с электронным линейным дат­чиком 7.5 МГц. Во время измерений в условиях покоя испытуемых инструктировали  «полностью расслабить мышцу конечности». Визуализация МИМ, ЛИМ и КМ осуществлялась в условиях покоя (пассивный режим) и при выполнении уси­лия 50 % от МПС (активный режим) при ней­тральной позиции в коленном и голеностопном суставах (угловая позиция - 90).

Длина волокна (L„) определялась как расстоя­ние между местом прикрепления волокна у по­верхностного апоневроза до места его вхождения в глубокие слои апоневроза мышцы (Kawakami et al., 1993; Fukunaga et al., 1997).

Угол (0) перистости (pennation angles) волок­на определялся как линия, образованная точкой (местом) прикрепления волокна у поверхностного апоневроза и местом вхождения в глубокий апоневроз мышцы (Narici et al., 1996; Fukunaga et al., 1997).

Степень укорочения L„ мышцы (rL^^) оп­ределялась как разница между Lв и cos 0 перистости волокна при активном состоянии мышцы по сравнению с ее пассивным состоянием (Kawakami et al., 1998). Все ультразвуковые изображения обрабатывались с использованием пакета программ «Dr. Reallyvision» (ООО «Аль­янс Холдинг», РОССИЯ).

После ИМ с применением ФЭМС  трениров­кой, максимальный суставной момент, развивае­мый ТМГ после иммерсии с ФЭСТ, увеличился в среднем на 11.3 % (150 ± 17.3 против 167 ± 6.7 Н) у четырех испытуемых и незначительно умень­шился (155 против 140 Н; 9.6 %) у одного испы­туемого. Анализ ультразвуковых изображений обнаружил, что архитектура мышц значительно изменяется при переходе от пассивного к актив­ному состоянию, под влиянием ИМ и степень этих изменений в МИМ, ЛИМ и КМ была различ­ной. После ИМ в условиях пассивного состояния Lв МИМ, ЛИМ и КМ уменьшилась на 12, 13 и 13 %; при активном состоянии - на 18, 22 и 21 %; 0 перистости волокон в условиях их пассивного состояния уменьшился на 22, 20 и 16 %; а при ак­тивном состоянии - на 17, 22 и 17 % соответст­венно. rL^nnp до ИМ в МИМ составила 7,9 мм, а после ИМ уменьшилась и составила 7,8 мм, а в КМ  5,9 против 5.6 мм. Значительное увеличение г^шпщ;, отмечается в ЛИМ - 0.9 против 3.3 мм.

Таким образом, как следует из результатов полученных в настоящем исследовании, примене­ние ФЭМС тренировки мышц нижних конечностей у человека в условиях их механической раз­грузки способствует увеличению (+11 %) макси­мального суставного момента развиваемого ТМГ, тогда как отсутствие профилактических мероприя­тий приводит к снижению МПС более чем на 50 % [Григорьева, Козловская, 1984; Koryak, 2001; Ко­ряк, 2006] и Ро - более чем на 30 % [Koryak, 1998, 2001, 2003]. Увеличение максимального суставно­го момента сопровождалось изменениями внут­ренней архитектуры МИМ, ЛИМ и КМ, кото­рые были частично предотвращены профилактическими упражнениями (ФЭМС тренировка). После ИМ Lj, и 0 перистости волокон были сни­жены, что может указывать на потерю не только последовательно расположенных, но и парал­лельно расположенных саркомеров. Функцио­нальным последствием снижения Lв может быть уменьшение укорочения волокон во время сокращения мышцы, что, вероятно, отразится на взаимоотношении «сила-длина» и «сила- скорость» сокращения мышцы. Более того, уменьшение числа последовательно соединен­ных саркомеров позволяет предположить, что величина развиваемого сокращения волокна бу­дет сниженной. Эти наблюдения согласуются с результатами, полученными ранее в условиях иммобилизации конечности [Woo et al., 1982; Narici et al., 1998]. Меньший 0 перистости волок­на во время сокращения мышцы после ИМ с ис­пользованием ФЭМС тренировки, повидимому, частично компенсирует потерю силы, которая является постоянным «спутником» гравитаци­онной разгрузки опорнодвигательного, мышеч­ного, аппарата [Kozlovskaya et al., 1988; Bachl et al., 1997; Akima et al., 2000; Koryak, 19952003] изза более эффективной передачи силы, развивае­мой волокнами к сухожилию. Сниженный 0 перистости волокна после ИМ, возможно, является результатом уменьшения жесткости сухожилия или мышечно сухожильного комплекса, что нахо­дит подтверждение в значительном увеличении ймьшща ЛИМ (с 0.9 до 3.3 мм) во время сокраще­ния мышцы и подтверждается ранее полученны­ми данными [Kubo et al., 2000].

Увеличение максимального суставного мо­мента при произвольном сокращении мышцразгибателей стопы, после ИМ с применением ФЭМС  тренировка позволяет предположить, что ФЭМС  тренировка, повидимому, способствует увеличению афферентного потока [Козловская и др., 1987] в условиях его дефицита при гравитаци­онной разгрузке, вызванной продолжительным погружением, что может способствовать также определенной роли в поддержании и нормализа­ции активности систем управления произвольны­ми движениями, по принципу обратной связи [Бернштейн, 1939]. Тетаническая электрическая стимуляция, приложенная к мышце человека гене­рирует мышечное сокращения, деполяризуя мо­торные аксоны под стимулирующими электрода­ми. Однако одновременная деполяризация сенсор­ных аксонов может также внести свой вклад в со­кращения через синаптическое рекрутирование спинальных мотонейронов. После входа в спин­ной мозг, сенсорный залп рекрутирует спинальные мотонейроны, что приводит к развитию цен­трального момента. Это рекрутирование совмес­тимо с развитием постоянных внутренних токов в спинальных мотонейронах или межнейронах [Collins et al., 2001, 2002]. Постоянные внутренние токи приводят к длительной деполяризации (плато потенциалов), и вследствие этого становится все более и более ясным, что внутренние токи играют важную роль в регуляции частотных характери­стик клетки [Collins et al., 2002; Gorassin et al., 2002; Heckman et al., 2005]. Максимальная актива­ция центрального вклада может быть полезным в увеличении мышечной силы.

В заключение, как следует из настоящих ре­зультатов, вопервых, что архитектура разных головок ТМГ значительно различается, отражая, возможно, их функциональные роли, вовторых, различные изменения Lв и 0 перистости волокон между разными мышцами, возможно, связаны с различиями в способности развивать силу и упру­гих характеристиках сухожилий или мышечносухожильного комплекса и, наконец, втретьих, ФЭМС тренировка оказывает профилактическое действие на стимулируемые мышцы: частично уменьшает потерю силы сокращения мышц, вы­званной длительной разгрузкой.

Работа представлена на международную науч­ную конференцию «Современные проблемы экспе­риментальной и клинической медицины», Бангкок, Паттайа (Тайланд), 2030 декабря 2008. Поступила в редакцию 16.03.2009г.


Библиографическая ссылка

Коряк Ю.А., Кузьмина М.М., Бережинский И.В. ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИОННАЯ ТРЕНИРОВКА МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 7. – С. 103-105;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26521 (дата обращения: 20.02.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252