ВЛИЯНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА СОСТОЯНИЕ КОРТИКО-СПИНАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ МЫШЕЧНЫМ СОКРАЩЕНИЕМ ЧЕЛОВЕКА
ФОМИН Роман Николаевич
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма (РГУФКСиТ), Россия, Москва
Заведующий лабораторией нервно-мышечной физиологии НИИ спорта РГУКФСиТ, к.б.н., доцент
E- mail: romanfominvl@gmail.com,
тел. +7-916-639-79-80ЖЕРНОСЕК Анна Михайловна
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма (РГУФКСиТ), Россия, Москва
Руководитель НОЦИ РГУФКСиТ, к.п.н.
E- mail: anna528@mail.ru, тел. +7-916-691-86-41
СЕРГЕЕВ Виталий Николаевич
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма (РГУФКСиТ), Россия, Москва
Лаборатория нервно-мышечной физиологии НИИ спорта РГУКФСиТ, м.н.с.
E- mail: niinst@mail.ru, тел. +7-985-960-99-90
НЕСТЕРИК Кристина Валерьевна
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма (РГУФКСиТ), Россия, Москва Лаборатория нервно-мышечной физиологии НИИ спорта РГУКФСиТ, м.н.с.
E- mail: kvn004@mail.ru, тел. +7-926-791-52-85
КОСМЫНИН Владимир Сергеевич
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма (РГУФКСиТ), Россия, Москва
Лаборант кафедры АФК
E- mail: kosmyninvladimir@inbox.ru, тел. +7-962-939-31-18
Ключевые слова: экстремальная двигательная деятельность; кортико-спинальные механизмы; магнитная стимуляция; вызванные моторные ответы.
Аннотация. Исследованы кортико-спинальные механизмы управления мышечным сокращением по параметрам вызванных моторных ответов скелетных мышц верхних и нижних конечностей при магнитной стимуляции у лиц, адаптированных к экстремальной двигательной деятельности.
INFLUENCE OF EXTREME MOTOR ACTIVITY ON THE STATE OF THE CORTICO-SPINAL MECHANISMS TO CONTROL MUSCLE CONTRACTIONS RIGHTS
FOMIN Roman
Russian State University of Physical Education, Sport and Tourism (RSUPES&T), Russia, Moscow
Head of Laboratory of Neuromuscular Physiology, Institute of Sport RGUKFSiT, PhD, Associate Professor
E-mail: romanfominvl@gmail.com, tel. 7-916-639-79-80ZHARNOSEK Anna
Russian State University of Physical Education, Sport and Tourism (RSUPES&T), Russia, Moscow
Head Nozi RGUKFS&T, PhD
E-mail: anna528@mail.ru, tel. 7-916-691-86-4SERGEEV Vitaliy
Russian State University of Physical Education, Sport and Tourism (RSUPES&T), Russia, Moscow
Laboratory of Neuromuscular Physiology, Institute of Sport RGUKFSiT, junior.
E-mail: niinst@mail.ru, tel. 7-985-960-99-90NESTERIK Cristina
Russian State University of Physical Education, Sport and Tourism (RSUPES&T), Russia, Moscow
Laboratory of Neuromuscular Physiology, Institute of Sport RGUKFSiT, junior.
E-mail: kvn004@mail.ru, tel. 7-926-791-52-85KOSMYNIN Vladimir
Russian State University of Physical Education, Sport and Tourism (RSUPES&T), Russia, Moscow
Laboratory Assistant Department of AFC
E-mail: kosmyninvladimir@inbox.ru, tel. 7-962-939-31-18Keywords: extreme motor activity; cortico-spinal mechanisms, magnetic stimulation, evoked motor responses.
Summary. The article about researching of cortico-spinal mechanisms of control muscle contractions caused by the parameters of motor responses of the skeletal muscles of the upper and lower extremities during magnetic stimulation using for persons adapted to extreme motor activity.
Актуальность. В современной литературе имеется большое количество работ, посвященных изучению влияния экстремальной двигательной деятельности на сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы организма человека [1,2,3]. С появлением метода магнитной стимуляции (МС) появилась возможность обновить данные об изменениях параметров двигательной системы человека при экстремальной двигательной деятельности [5]. Однако большинство работ с использованием метода МС посвящено в основном изучению механизмов регуляции движений [6,7], исследованию возбудимости корковых мотонейронов и их влиянию на спинальные структуры [4] и т.п. Вместе с тем остаются совершенно неисследованными механизмы кортико-спинального управления мышечным сокращением человека при экстремальной деятельности разной направленности.
Цель. Изучить влияние различной по направленности экстремальной двигательной деятельности на состояние кортико-спинальных механизмов управления мышечным сокращением человека.
Организация исследования. Исследование проводилось в лаборатории нервно-мышечной физиологии НИИ спорта РГУФКСиТ в 2009 г. Стандартизированный протокол каждого обследования состоял из 4 проб с интервалом отдыха 5 мин: 1) ТМС моторной зоны коры мышц нижних конечностей; 2) МС шейных сегментов; 3) МС поясничных сегментов; 4) МС n. tibialis. В начале каждой пробы измеряли моторный порог исследуемых мышц, а затем повышали силу стимула на 5% через 10 с до максимальной величины. Анализировали следующие параметры ВМО: амплитуду, длительность, латентный период, время центрального моторного проведения (ВЦМП).
Испытуемые. В исследованиях приняли участие 30 практически здоровых спортсменов-мужчин 18-25-летнего возраста, специализирующихся в лыжных гонках и спринтерском беге, имеющих спортивную квалификацию от II спортивного разряда до мастера спорта, и 10 практически здоровых мужчин, не занимающихся спортом.
Методы исследования. Отведение и регистрация биопотенциалов скелетных мышц осуществлялись в состоянии покоя в положении лежа на животе по общепринятой методике [1] при помощи 8-канального электронейромиографа "Нейро-МВП-8" (ООО "Нейрософт", Россия) с использованием поверхностных дисковых электродов диаметром 9 мм.
В исследованиях использовалось три вида магнитной стимуляции: ТМС моторной коры головного мозга, МС спинного мозга и МС n. tibialis. ТМС коры головного мозга осуществлялась при помощи магнитного стимулятора Magstim Rapid (Magstim Company, UK), позволяющего индуцировать импульсное магнитное поле до 4 Тесла длительностью 250 мкс через плоскую катушку с внешним диаметром 150 мм [4,5]. Центр катушки располагали на 4-6 см впереди темени и на 2-3 см контрлатерально относительно стороны регистрации для мышц нижних конечностей. При этом подбирали такое положение катушки, при котором ВМО имел постоянную амплитуду и форму. Регистрировались контрлатеральные ВМО с мышц нижних конечностей (m. gastrocnemius med. и m. soleus) правой половины тела. МС спинного мозга проводилась через плоскую катушку с внешним диаметром 100 мм, располагающуюся на уровне поясничного (L5-S1) отдела позвоночника, а МС n. tibialis - аналогичной катушкой в области подколенной ямки правой конечности [4]. ВМО регистрировались с тех же скелетных мышц, что и при ТМС.
Обсуждение результатов исследования. Анализ результатов исследования свидетельствует о зависимости параметров ВМО от локализации магнитных стимулов, направленности тренировочного процесса и уровня спортивного мастерства обследуемых лиц. Полученные в работе факты указывают на выраженные адаптивные изменения кортико-спинальных механизмов управления мышечным сокращением человека в ответ на экстремальную двигательную деятельность разной направленности.
ВМО у лиц, не занимающихся спортом. У лиц, не занимающихся спортом, максимальная амплитуда ВМО исследуемых мышц наблюдалась при стимуляции n. tibialis. Амплитуда ВМО m. gastrocnemius med. в ответ на стимуляцию моторной коры была достоверно меньше по сравнению со стимуляцией n. tibialis (p<0,05). Аналогичная динамика амплитуды ВМО при стимуляции разных структур ЦНС характерна и для m. soleus. Возбудимость моторной коры m. gastrocnemius med. была значительно меньше, по сравнению со спинным мозгом и n. tibialis.
ВМО при ТМС моторной коры спринтеров и стайеров. Направленность тренировочного процесса стайеров и спринтеров, проявляющаяся в выполнении ими разной по объёму и интенсивности мышечной деятельности, оказывала существенное влияние на параметры моторных ответов при магнитной стимуляции. На это указывает максимальная амплитуда ВМО m. gastrocnemius med. и m. soleus в состоянии покоя при ТМС моторной зоны коры нижних конечностей, которая у стайеров была существенно выше, чем у спринтеров (на 35 и 30% соответственно, p<0,05). Возбудимость моторной коры стайеров была также выше, чем у спринтеров, а латентный период, ВЦМП и длительность максимального ВМО у обследуемых были примерно одинаковыми. Возможно, большая амплитуда ВМО у стайеров объясняется наличием большего количества двигательных единиц типа S (медленные) в их мышцах [3], которые активируются при меньшей силе раздражения, чем двигательные единицы FF (быстрые, быстроутомляемые).
ВМО при МС спинного мозга спринтеров и стайеров. При МС поясничного сегмента в покое максимальная амплитуда ВМО m. gastrocnemius med. и m. soleus у стайеров, напротив, была значительно ниже, чем у спринтеров. Различия составили 100 и 110% (p<0,05). В группе спринтеров регистрировался более низкий порог возбуждения m. gastrocnemius med. (p<0,05). У обследуемых групп не выявлено значимых различий в величинах латентных периодов и длительности максимальных ВМО исследуемых мышц.
ВМО при МС n. tibialis спринтеров и стайеров. При МС n. tibialis значения максимальной амплитуды ВМО m. soleus в среднем по группе у стайеров на 35% (p<0,05) превышали значения спринтеров. Возбудимость n. tibialis была значительно выше у стайеров по сравнению со спринтерами: моторный порог m. soleus у стайеров на 25% меньше, чем у спринтеров (p<0,05).
ВМО стайеров в зависимости от спортивной квалификации. Выполняемые высококвалифицированными (ВС) лыжниками-гонщиками более значительные по объёму и интенсивности мышечной нагрузки по сравнению с низкоквалифицированными (НС) спортсменами существенно влияют на состояние кортико-спинальных механизмов управления мышечным сокращением. При ТМС моторной зоны коры максимальная амплитуда ВМО m. gastrocnemius med. и m. soleus у ВС была на 50 и 55% больше (p<0,01) в сравнении с НС. Возбудимость моторной коры мышц нижних конечностей была также значительно выше у ВС. Моторный порог m. gastrocnemius med. и m. soleus у ВС соответственно на 15 и 10 % меньше (p<0,05), чем у НС.
При МС спинного мозга возбудимость спинальных нейронов была значительно выше у ВС по сравнению с НС. Моторный порог m. soleus и m. gastrocnemius med. у ВС на 25 и 30% ниже, чем у НС (p<0,05). Максимальная амплитуда ВМО m. soleus и m. gastrocnemius med. у ВС была больше.
При МС n. tibialis максимальная амплитуда ВМО m. gastrocnemius med. и m. soleus в среднем по группе у ВС превышала на 45 и 60% величины НС (p<0,05). Возбудимость n. tibialis была также выше у ВС по сравнению с НС: моторный порог этих мышц у ВС был на 20 и 25% меньше, чем у НС (p<0,05). Длительность максимального ВМО m. gastrocnemius med. у ВС превышала величины НС в среднем по группе на 40% (p<0,01). Латентный период ВМО m. gastrocnemius med. у ВС на 30% меньше значения, зарегистрированного в группе НС (p<0,05).
Таким образом, под влиянием специфической экстремальной двигательной деятельности происходят значительные изменения в функционировании моторных нейронов коры мозга, что находит отражение в повышении их возбудимости и увеличении максимальной амплитуды ВМО, которая определяется усиленным нисходящим эфферентным притоком к спинальным структурам и соответственно активируемым мышцам. С другой стороны, результаты, полученные при МС спинного мозга, свидетельствуют также о повышенной возбудимости спинальных мотонейронов в группе квалифицированных спортсменов, но в то же время максимальная амплитуда ВМО исследуемых мышц достоверно не увеличилась. Можно предположить, что корковые структуры, которым принадлежит главенствующая роль в осуществлении произвольных движений, подвергаются преобразованиям в большей мере, чем спинальные механизмы. Это согласуется с результатами исследований других авторов [1,3,4].
Выводы
Протекающие в процессе многолетней экстремальной двигательной деятельности адаптационные процессы специфически влияют на кортико-спинальные механизмы управления мышечным сокращением, что находит отражение в изменении параметров ВМО скелетных мышц при МС коры головного мозга, спинномозговых сегментов и периферического нерва. Для спортсменов, адаптированных к длительной сравнительно малоинтенсивной мышечной работе, при ТМС характерна более значительная максимальная амплитуда ВМО скелетных мышц и более высокая возбудимость моторной коры, чем для спринтеров. Лыжники-гонщики высокой спортивной квалификации отличаются от менее квалифицированных значительными по величине ВМО скелетных мышц и низкими моторными порогами возбуждения.
Список литературы
1. Городничев Р.М. Спортивная электронейромиография. Великие Луки: ВЛГАФК, 2005. 229 с.
2. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. М.: ФиС, 1988. 208 с.
3. Мак-Комас A.Д. Скелетные мышцы. Киев: Олимпийская литература, 2001. 408 с.
4. Никитин С.С., Куренков А.Л. Магнитная стимуляция в диагностике и лечении болезней нервной системы. Руководство для врачей. М.: САШКО, 2003. 378с.
5. Barker A.T., Jalinous R. and Freeston I.L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. // Lancet. 1985. V.1. P.1106.
6. Gruber M., Bruhn S., Gollhofer A. Specific adaptations of neuromuscular control and knee joint stiffness following sensorimotor training. Int J. Sports Med. 2006, Aug; 27 (8): 636-41.
7. Taube W. et al. Direct corticospinal pathways contribute to neuromuscular control of perturbed stance. J. Appl. Physiol. 2006, Aug; 101 (2): 420-9.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и
науки РФ
(НК-116П/6, П444)
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме