stringtranslate.com

Мышечная усталость

Мышечная усталость — это когда мышцы, которые изначально генерировали нормальное количество силы , затем испытывают снижение способности генерировать силу. Это может быть результатом энергичных упражнений , но аномальная усталость может быть вызвана барьерами или помехами на различных стадиях сокращения мышц . Существует две основные причины мышечной усталости: ограничения способности нерва генерировать устойчивый сигнал (нервная усталость); и сниженная способность мышечного волокна сокращаться (метаболическая усталость).

Мышечная усталость — это не то же самое, что мышечная слабость, хотя слабость является начальным симптомом. Несмотря на нормальное количество силы, генерируемой в начале активности, как только мышечная усталость наступает и постепенно ухудшается, если человек продолжает выполнять упражнение, он в конечном итоге теряет хватку руки или становится неспособным поднимать или толкать руками или ногами, или становится неспособным поддерживать изометрическое положение (например, планку ). Могут сопровождаться и другими симптомами, такими как миалгия (мышечная боль), одышка, фасцикуляции (мышечные подергивания), миокимия (мышечная дрожь) и мышечные спазмы во время упражнений; после этого может возникнуть болезненность мышц. [1] Может наблюдаться неадекватная быстрая реакция сердечного ритма на упражнения, например, при метаболической миопатии болезни Мак-Ардла (GSD-V), когда сердце пытается компенсировать дефицит АТФ в клетках скелетных мышц (метаболическая усталость) путем увеличения частоты сердечных сокращений, чтобы максимизировать доставку кислорода и переносимого кровью топлива к мышцам для окислительного фосфорилирования. [2] Сочетание неадекватной быстрой реакции сердечного ритма на физическую нагрузку с тяжелым или учащенным дыханием известно как чрезмерная кардиореспираторная реакция на физическую нагрузку. [3]

Из-за путаницы между мышечной усталостью и мышечной слабостью были случаи, когда аномальную мышечную усталость описывали как мышечную слабость, вызванную физическими упражнениями. [4] [5] [6]

Сокращение мышц

Мышечные клетки работают, обнаруживая поток электрических импульсов из мозга , который сигнализирует им о сокращении посредством высвобождения кальция саркоплазматическим ретикулумом . Усталость (снижение способности генерировать силу) может возникнуть из-за нерва или внутри самих мышечных клеток. [ необходима цитата ]

Нервная усталость

Нервы отвечают за управление сокращением мышц, определяя количество, последовательность и силу мышечного сокращения. Большинство движений требуют силы, намного ниже той, которую мышца может потенциально генерировать, и нервное утомление редко является проблемой. Но во время чрезвычайно мощных сокращений, которые близки к верхнему пределу способности мышцы генерировать силу, нервное утомление (нервация) — при котором нервный сигнал ослабевает — может быть ограничивающим фактором у нетренированных людей. [ необходима цитата ]

У начинающих силовых тренеров способность мышц генерировать силу сильнее всего ограничена способностью нерва поддерживать высокочастотный сигнал. После периода максимального сокращения частота сигнала нерва снижается, а сила, генерируемая сокращением, уменьшается. Ощущения боли или дискомфорта нет, мышца, кажется, просто «перестает слушаться» и постепенно перестает сокращаться, часто двигаясь в обратном направлении . Часто наблюдается недостаточная нагрузка на мышцы и сухожилия, чтобы вызвать отсроченную болезненность мышц после тренировки. [ требуется цитата ]

Частью процесса силовой тренировки является увеличение способности нерва генерировать устойчивые высокочастотные сигналы, которые позволяют мышце сокращаться с максимальной силой. Эта нейронная тренировка может вызвать несколько недель быстрого прироста силы, которая выравнивается, как только нерв генерирует максимальные сокращения, а мышца достигает своего физиологического предела. После этой точки тренировочные эффекты увеличивают мышечную силу за счет миофибриллярной или саркоплазматической гипертрофии , а метаболическая усталость становится фактором, ограничивающим сократительную силу. [ необходима цитата ]

Метаболическая усталость

Хотя этот термин не используется повсеместно, он является общепринятым термином, описывающим снижение сократительной силы из-за прямого или косвенного воздействия двух основных факторов:

  1. Нехватка или неспособность метаболизировать топливо ( субстраты ) в мышечных волокнах, что приводит к низкому уровню запасов АТФ.
  2. Накопление веществ ( метаболитов ) внутри мышечных волокон, которые препятствуют либо высвобождению кальция (Ca2 + ), либо способности кальция стимулировать сокращение мышц.

Субстраты

Субстраты внутри мышцы служат для питания мышечных сокращений. Они включают такие молекулы, как аденозинтрифосфат (АТФ), гликоген и креатинфосфат . АТФ связывается с головкой миозина и вызывает «храповой механизм», который приводит к сокращению в соответствии с моделью скользящей нити . Креатинфосфат хранит энергию, поэтому АТФ может быстро восстанавливаться в мышечных клетках из аденозиндифосфата (АДФ) и ионов неорганического фосфата, что позволяет поддерживать мощные сокращения, которые длятся от 5 до 7 секунд. Гликоген — это внутримышечная форма хранения глюкозы , используемая для быстрого получения энергии, поскольку внутримышечные запасы фосфокреатина истощаются, производя молочную кислоту в качестве побочного продукта метаболизма.

Дефицит субстрата является одной из причин метаболической усталости. Субстраты истощаются во время упражнений или не могут быть метаболизированы (например, метаболические миопатии ), что приводит к отсутствию внутриклеточных источников энергии для питания сокращений. По сути, мышца перестает сокращаться, потому что у нее нет энергии для этого.

Метаболиты

Метаболиты — это вещества (обычно отходы), которые образуются в результате мышечного сокращения. К ним относятся хлорид , калий , молочная кислота , АДФ , магний (Mg2 + ), активные формы кислорода и неорганический фосфат . Накопление метаболитов может напрямую или косвенно вызывать метаболическую усталость в мышечных волокнах за счет вмешательства в высвобождение кальция (Ca2 + ) из саркоплазматического ретикулума или снижения чувствительности сократительных молекул актина и миозина к кальцию.

Хлористый

Внутриклеточный хлорид частично подавляет сокращение мышц. А именно, он предотвращает сокращение мышц из-за «ложных тревог», небольших стимулов, которые могут заставить их сократиться (похоже на миоклонус ).

Калий

Высокие концентрации калия (K + ) также вызывают снижение эффективности мышечных клеток, вызывая спазмы и усталость. Калий накапливается в системе t-трубочек и вокруг мышечного волокна в результате потенциалов действия . Сдвиг K + изменяет мембранный потенциал вокруг мышечного волокна. Изменение мембранного потенциала вызывает снижение высвобождения кальция (Ca 2+ ) из саркоплазматического ретикулума . [7]

Молочная кислота

Когда-то считалось, что накопление молочной кислоты является причиной мышечной усталости. [8] Предполагалось, что молочная кислота оказывает «маринующее» действие на мышцы, подавляя их способность сокращаться. Хотя влияние молочной кислоты на производительность в настоящее время не определено, она может способствовать или препятствовать мышечной усталости.

Молочная кислота , образующаяся как побочный продукт ферментации , может повышать внутриклеточную кислотность мышц. Это может снизить чувствительность сократительного аппарата к Ca 2+ , но также приводит к повышению концентрации цитоплазматического Ca 2+ за счет ингибирования химического насоса , который активно транспортирует кальций из клетки. Это противодействует ингибирующему воздействию калия на мышечные потенциалы действия. Молочная кислота также оказывает отрицательное воздействие на ионы хлора в мышцах, снижая их ингибирование сокращения и оставляя ионы калия единственным ограничивающим влиянием на мышечные сокращения, хотя воздействие калия намного меньше, чем если бы не было молочной кислоты для удаления ионов хлора. В конечном счете, неясно, снижает ли молочная кислота усталость за счет увеличения внутриклеточного кальция или увеличивает усталость за счет снижения чувствительности сократительных белков к Ca 2+ .

Молочная кислота теперь используется как мера эффективности тренировок на выносливость и максимального потребления кислорода (VO2 max) . [9]

Патология

Мышечная усталость может быть вызвана проблемами с иннервацией , нервно-мышечными заболеваниями (такими как миастения гравис ), врожденными нарушениями метаболизма (такими как метаболические миопатии ) или проблемами с самими мышцами. Последняя категория включает полимиозит и другие мышечные расстройства .

Молекулярные механизмы

Мышечная усталость может быть вызвана точными молекулярными изменениями, которые происходят in vivo при длительных упражнениях. Было обнаружено, что рианодиновый рецептор , присутствующий в скелетных мышцах, претерпевает конформационные изменения во время упражнений, что приводит к «протекающим» каналам, которые не в состоянии высвобождать кальций . Эти «протекающие» каналы могут быть причиной мышечной усталости и снижения физической работоспособности. [10]

Влияние на производительность

Было обнаружено, что усталость играет большую роль в ограничении производительности практически каждого человека в каждом виде спорта. В ходе исследований было обнаружено, что участники демонстрировали снижение произвольного производства силы в утомленных мышцах (измеренное с помощью концентрических, эксцентрических и изометрических сокращений), высоты вертикального прыжка, других полевых испытаний мощности нижней части тела, снижение скорости броска, снижение силы и скорости удара ногой, меньшую точность в метательных и бросковых действиях, выносливость, анаэробную емкость, анаэробную мощность, умственную концентрацию и многие другие параметры производительности при исследовании специфических для спорта навыков. [11] [12] [13] [14] [15]

Электромиография

Электромиография — это метод исследования, позволяющий исследователям изучать набор мышц в различных условиях, количественно оценивая электрические сигналы, посылаемые мышечным волокнам через двигательные нейроны. В целом, протоколы усталости показали увеличение данных ЭМГ в ходе протокола утомления, но снижение набора мышечных волокон в тестах мощности у утомленных людей. В большинстве исследований это увеличение набора во время упражнений коррелировало со снижением производительности (как и следовало ожидать от утомленного человека). [16] [17] [18] [19]

Медианная частота мощности часто используется как способ отслеживания усталости с помощью ЭМГ. Используя медианную частоту мощности, необработанные данные ЭМГ фильтруются для снижения шума, а затем соответствующие временные окна преобразуются Фурье. В случае усталости при 30-секундном изометрическом сокращении первым окном может быть первая секунда, вторым окном может быть секунда 15, а третьим окном может быть последняя секунда сокращения (секунда 30). Каждое окно данных анализируется, и находится медианная частота мощности. Как правило, медианная частота мощности со временем уменьшается, что свидетельствует об усталости. Некоторые причины, по которым обнаруживается усталость, связаны с потенциалами действия двигательных единиц, имеющими схожий рисунок реполяризации, активацией быстрых двигательных единиц, а затем быстрой дезактивацией, в то время как более медленные двигательные единицы остаются, и скоростью проводимости нервной системы со временем уменьшается. [20] [21] [22] [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Усталость мышц". Physiopedia . Получено 2023-11-19 .
  2. ^ Люсия, Алехандро; Мартинуцци, Андреа; Ногалес-Гадеа, Гизела; Куинливан, Рос; Разум, Стейси; Бали, Дикша; Годфри, Ричард; Халлер, Рональд; Кишнани, Прия; Лафоре, Паскаль; Лёккен, Николин; Мусумечи, Олимпия; Санталла, Альфредо; Тарнопольский, Марк; Тоскано, Антонио (декабрь 2021 г.). «Руководство по клинической практике болезней накопления гликогена V и VII (болезнь МакАрдла и болезнь Таруи) от международной исследовательской группы». Нервно-мышечные расстройства . 31 (12): 1296–1310. дои : 10.1016/j.nmd.2021.10.006 . ISSN  0960-8966. PMID  34848128.
  3. ^ Нури, Жан-Батист; Заньоли, Фабьен; Пети, Франсуа; Маркорель, Паскаль; Ранну, Фабрис (29 мая 2020 г.). «Нарушение эффективности физических упражнений при метаболических миопатиях». Научные отчеты . 10 (1): 8765. Бибкод : 2020NatSR..10.8765N. doi : 10.1038/s41598-020-65770-y. ISSN  2045-2322. ПМК 7260200 . ПМИД  32472082. 
  4. ^ "#254110 - МЫШЕЧНАЯ ДИСТРОФИЯ, ПОЯСНО-КОНЕЧНОСТНАЯ, АУТОСОМНО-РЕЦЕССИВНАЯ 8; LGMDR8". www.omim.org . Получено 19.11.2023 .
  5. ^ "#300559 - БОЛЕЗНЬ НАКОПЛЕНИЯ ГЛИКОГЕНА IXd; GSD9D". www.omim.org . Получено 19.11.2023 .
  6. ^ Das, Anibh M.; Steuerwald, Ulrike; Illsinger, Sabine (2010). «Врожденные ошибки энергетического метаболизма, связанные с миопатиями». Journal of Biomedicine & Biotechnology . 2010 : 340849. doi : 10.1155/2010/340849 . ISSN  1110-7251. PMC 2877206. PMID 20589068.  Существует три фенотипа дефицита CPT2: «классическая мышечная форма» (OMIM 255110) встречается наиболее часто и проявляется в детстве или во взрослом возрасте с мышечной слабостью, вызванной физическими упражнениями, и рабдомиолизом. 
  7. ^ Ди Унглауб Сильверторн (2009). Физиология человека: комплексный подход (5-е изд.). Пирсон. стр. 412. ISBN 978-0321559807.
  8. ^ Салин К (1986). «Мышечная усталость и накопление молочной кислоты». Acta Physiol Scand Suppl . 556 : 83–91. PMID  3471061.
  9. ^ Lundby C, Robach P (июль 2015 г.). «Повышение производительности: каковы физиологические пределы?». Physiology . 30 (4): 282–92. doi :10.1152/physiol.00052.2014. PMID  26136542. S2CID  36073287.
  10. ^ Bellinger AM, Reiken S, Dura M, Murphy PW, Deng SX, Landry DW, Nieman D, Lehnart SE, Samaru M, LaCampagne A, Marks AR (февраль 2008 г.). «Ремоделирование комплекса рецепторов рианодина вызывает «протекающие» каналы: молекулярный механизм снижения физической работоспособности». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 105 (6): 2198–202. Bibcode :2008PNAS..105.2198B. ​​doi : 10.1073/pnas.0711074105 . PMC 2538898 . PMID  18268335. 
  11. ^ Knicker AJ, Renshaw I, Oldham AR, Cairns SP (апрель 2011 г.). «Интерактивные процессы связывают множественные симптомы усталости в спортивных соревнованиях» (PDF) . Sports Med . 41 (4): 307–28. doi :10.2165/11586070-000000000-00000. PMID  21425889. S2CID  20840531.
  12. ^ Монтгомери ПГ, Пайн ДБ, Хопкинс WG, Дорман ДжК, Кук К, Минахан КЛ (сентябрь 2008 г.). «Влияние стратегий восстановления на физическую работоспособность и кумулятивную усталость в соревновательном баскетболе». J Sports Sci . 26 (11): 1135–45. doi :10.1080/02640410802104912. PMID  18608847. S2CID  37412777.
  13. ^ Linnamo V, Häkkinen K, Komi PV (1998). «Нервно-мышечная усталость и восстановление при максимальной нагрузке по сравнению с взрывной силой». Eur J Appl Physiol Occup Physiol . 77 (1–2): 176–81. doi :10.1007/s004210050317. PMID  9459539. S2CID  27621985.
  14. ^ Смилиос И, Хаккинен К, Токмакидис СП (август 2010 г.). «Выходная мощность и электромиографическая активность во время и после сеанса умеренной нагрузки на мышечную выносливость». J Strength Cond Res . 24 (8): 2122–31. doi : 10.1519/JSC.0b013e3181a5bc44 . PMID  19834352. S2CID  25256350.
  15. ^ Girard O, Lattier G, Micallef JP, Millet GP (июнь 2006 г.). «Изменения в характеристиках упражнений, максимальном произвольном сокращении и взрывной силе во время длительной игры в теннис». Br J Sports Med . 40 (6): 521–6. doi :10.1136/bjsm.2005.023754. PMC 2465109. PMID  16720888 . 
  16. ^ Карнейро Дж.Г., Гонсалвес Э.М., Камата ТВ, Алтимари Х.М., Мачадо М.В., Батиста А.Р., Герра Жуниор Дж., Мораес AC, Альтимари Л.Р. (2010). «Влияние пола на сигнал ЭМГ четырехглавой мышцы бедра и работоспособность при кратковременных нагрузках высокой интенсивности». Электромиогр Клиника Нейрофизиол . 50 (7–8): 326–32. ПМИД  21284370.
  17. ^ Clark BC, Manini TM, Thé DJ, Doldo NA, Ploutz-Snyder LL (июнь 2003 г.). «Гендерные различия в утомляемости скелетных мышц связаны с типом сокращения и спектральной компрессией ЭМГ». J. Appl. Physiol . 94 (6): 2263–72. doi :10.1152/japplphysiol.00926.2002. PMID  12576411. S2CID  16202462.
  18. ^ Beneka AG, Malliou PK, Missailidou V, Chatzinikolaou A, Fatouros I, Gourgoulis V, Georgiadis E (2013). «Работа мышц после острого периода плиометрических тренировок в сочетании с силовыми упражнениями низкой или высокой интенсивности». J Sports Sci . 31 (3): 335–43. doi :10.1080/02640414.2012.733820. PMID  23083331. S2CID  31326593.
  19. ^ Pincivero DM, Aldworth C, Dickerson T, Petry C, Shultz T (апрель 2000 г.). «ЭМГ-активность четырехглавой мышцы бедра во время функциональных упражнений с закрытой кинетической цепью до утомления». Eur. J. Appl. Physiol . 81 (6): 504–9. doi :10.1007/s004210050075. PMID  10774875. S2CID  9033212.
  20. ^ Jakobsen MD, Sundstrup E, Andersen CH, Zebis MK, Mortensen P, Andersen LL (сентябрь 2012 г.). «Оценка мышечной активности во время стандартизированной тренировки плеч с отягощением у новичков». J Strength Cond Res . 26 (9): 2515–22. doi : 10.1519/JSC.0b013e31823f29d9 . PMID  22067242. S2CID  17445280.
  21. ^ Sundstrup E, Jakobsen MD, Andersen CH, Zebis MK, Mortensen OS, Andersen LL (июль 2012 г.). «Стратегии активации мышц во время силовых тренировок с большой нагрузкой против повторений до отказа». J Strength Cond Res . 26 (7): 1897–903. doi : 10.1519/JSC.0b013e318239c38e . PMID  21986694. S2CID  5587233.
  22. ^ Cardozo AC, Gonçalves M, Dolan P (декабрь 2011 г.). «Усталость мышц-разгибателей спины при субмаксимальных рабочих нагрузках, оцененная с использованием частотного диапазона электромиографического сигнала». Clin Biomech (Бристоль, Эйвон) . 26 (10): 971–6. doi :10.1016/j.clinbiomech.2011.06.001. PMID  21696871.
  23. ^ Hollman JH, Hohl JM, Kraft JL, Strauss JD, Traver KJ (май 2013 г.). «Влияет ли длина окна быстрого преобразования Фурье на наклон графика медианной частоты электромиограммы во время утомительного изометрического сокращения?». Gait Posture . 38 (1): 161–4. doi :10.1016/j.gaitpost.2012.10.028. PMID  23211923.

Внешние ссылки