Зміни довжини скелетних м’язів людини під час стимульованих ексцентричних м’язових дій
Анотація
Після ексцентричних вправ збільшення довжини м’язів змінює співвідношення довжина-напруга скелетних м’язів. Однак незрозуміло, чи відбувається ця зміна під час ексцентричних вправ. Тому було проведено 70 ексцентричних дій розгиначів коліна однієї ноги (з накладеною електричною стимуляцією) при 100 °/с, від повного розгинання до повного згинання. Всюди реєстрували специфічну для кута ексцентричну силу. Сила зменшувалася на всі кути, хоча це було неоднорідно. При 70 ° сила зусилля зменшилася на 25%, тоді як при 130 ° сила знизилася на 41%. Початкова пікова сила була зафіксована при 100 ° (590 ± 232 Н); сутичка вправи спричинила зниження пікової сили на 21% та зміщення положення пікової сили на 10 ° до 90 °. Таким чином, зсув праворуч відношення довжини м’яза до напруги стався під час ексцентричних вправ, де більші втрати сили при короткій довжині м’язів свідчать про ексцентричне індуковане надмірне розтягування саркомерів.
Вступ
Незвичні ексцентричні дії м’язів можуть спричинити пошкодження скелетних м’язів [1, 2]. Початкове порушення міофібрили після ексцентричних м’язових дій пояснюється м’язовою силою [3], високими напруженнями при розтягуванні [4] або дисбалансом напруги сусіднього саркомеру [5]. Існує припущення, що сусідні саркомери можуть не мати однакового співвідношення швидкості сили, і при певних швидкостях подовження потенційний дисбаланс між сусіднім саркомером може призвести до зсувних сил в активному волокні [5]. Під час ексцентричних м’язових дій сили зсуву між саркомерами можуть надати пояснення зриву Z-диска, який спостерігається відразу після вправи [5].
Напруга, яку створює саркомер, критично залежить від довжини саркомера. Існує припущення, що через випадкові зміни довжин серійних саркомерів розтягування, що виникають під час ексцентричних м'язових дій, відбуваються нерівномірно за допомогою швидкого і неконтрольованого подовження саркомерів за межі перекриття міофіламента [6]. Таким чином, саркомери з здатністю генерувати розтяг, яка зменшувалась із збільшенням довжини (тобто ті, що знаходяться на низхідній кінцівці їх кривої довжини-натягу), були б схильні до нестабільності під час ексцентричної дії; це може призвести до «надмірно розтягнутих» саркомерів. Зменшене перекриття міофіламентів і, отже, зменшення напруги в саркомерах на низхідній кінцівці їх відношення довжина-натяг може ще більше зменшитися за рахунок більш високих напружень, що створюються серійними саркомерами на плато або висхідною кінцівкою їх відносин довжини-напруги. Такий випадковий розподіл довжини саркомеру всередині міофібрили може частково пояснити фокусний характер пошкодження, спричиненого скороченням [5, 6].
Експерименти на сегментах м’язових волокон [7] продемонстрували, що діапазон довжин саркомерів збільшувався під час максимального правця, а ті ділянки, які містили найдовші довжини саркомерів (ті, що знаходяться на нижній кінцівці їх відношення довжини і напруги), містили більшість пошкоджених саркомерів після одноразове розтягування 40% деформації відносно оптимальної довжини. Наслідком цих спостережень є те, що відбувається зміщення співвідношення сили та довжини м’яза, пошкодженого під час ексцентричних м’язових дій [8].
Повідомлялося як про перехідні, так і про хронічні зміни довжини м’язів після ексцентричних м’язових дій скелетних м’язів ссавців. Наприклад, слідом за ексцентричними м’язовими діями людини трицепс сура, спостерігався зсув кривої крутного моменту, що відповідає збільшенню довжини м’язів [8]. Подібним чином, тимчасова зміна ізометричного зусилля скорочення, що відповідає збільшенню людської сили biceps brachii також повідомляється про довжину м’язів [9], що також повідомляється про розгиначі колін людини [10]. Інші показали зміщення вправо кривої ізометричної довжини-напруги ексцентрично вправлених скелетних м’язів, хоча величина зсуву залежала від величини як пошкодження, так і втоми, спричиненої вправою [11–13]. Було висловлено припущення [14], що ексцентричний навантажений серійний саркомерогенез захищає м’яз від подальших ексцентричних пошкоджень, спричинених фізичними вправами [15], і це впливає на збільшення довжини м’язів.
Незмінною особливістю цих попередніх досліджень є відсутність ексцентричних вимірювань сили довжини м’язів, про які повідомлялося під час вправи. Крім того, є обмежені повідомлення, в яких використовується електрична стимуляція, накладена на максимальну добровільну дію - ця техніка має перевагу, мінімізуючи вплив добровільного недостатнього набору рухових одиниць під час ексцентричного вправи. Отже, метою цього дослідження було вимірювання специфічної для кута ексцентричної м’язової сили під час сутички максимально добровільних ексцентричних м’язових дій із накладеною міостимуляцією у людей. Було висловлено гіпотезу, що зміна довжини м'язів, яку спостерігали попередні автори, розвивається під час вправи, і це було б засвідчено зрушенням суглобового кутово-м'язового зусилля вправо до вищих відносних сил при більшій довжині м'язів.
Методи
З відповідного схвалення комітету з етики вісім випробовуваних (чотири чоловіки, чотири жінки; віковий діапазон 21–31 рік) виконали один прийом із 70 ексцентричних м’язових дій за допомогою розгиначів коліна однієї ноги.
Ексцентрична сутичка вправ
Випробовувані виконували ексцентричну вправу в лежачому положенні лежачи на ізокінетичному динамометрі (Kin-Com, Chattecx, TN, США). Фіксуючі ремінці були розміщені по всій тазовій області та попереку верхньої частини ноги як вправних, так і не вправних кінцівок. Протягом усього поєдинку регулярно перевіряли фіксацію предмета, а приблизний центр повороту коліна кінцівки, що здійснює, завжди тримався на одній лінії з центром обертання руки динамометра. Кожне ексцентричне дію виконувалось зі швидкістю 100 °/с через діапазон від майже повного розгинання (170 °) до майже повного згинання (50 °), де повне згинання відповідало довжині довжини розгинального м'яза коліна, а повне розгинання відповідало «коротка» довжина м’яза. Частота відбору проб динамометра навантажувальної комірки становила 200 Гц. Для діапазону стиснення руху від 170 ° до 50 °, при 100 °/с, сила динамометра відбиралася 250 разів. Отже, 250 точок даних для кожного скорочення 1,2 с дозволили ідентифікувати пікову силу з розумною точністю, принаймні з двома значеннями сили, виміряними для кожного кута з'єднання 1 °.