Неинвазивные методы оценки композиции мышечных волокон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Неинвазивные методы оценки композиции мышечных волокон

УДК 612.741.91

Самсонова А.В., Барникова И.Э., Крестинина АА.

28.08.2014

Аннотации

В статье рассмотрены неинвазивные (неповреждающие или косвенные) методы оценки композиции мышечных волокон в скелетных мышцах человека, позволяющие определить предрасположенность спортсменов к занятиям тем или иным видом спорта, разработать программу тренировки с учетом индивидуальных особенностей.

Ключевые слова: Композиция мышечных волокон, скелетные мышцы, неинвазивные методы, спортсмены различной квалификации.

Samsonova A., Barnikova I., Krestinina A.

NON-INVASIVE METHODS OF THE ASSESSMENT OF MUSCLE FIBERS COMPOSITION

The article concerns non-invasive (non-damaging or indirect) assessment methods of the muscle fibers composition in the human skeletal muscle, allowing to determine athlete's predisposition to training in one or another kind of sport (event) and to develop a training program taking into account the individual features of an athlete.

Key words: The composition of the muscle fibers, skeletal muscle, noninvasive methods, athletes of various qualifications

Введение

Постановка проблемы. Анализ последних источников и публикаций. В скелетных мышцах человека различают три типа мышечных волокон (МВ). МВ I типа (медленные, окислительные) характеризуются невысокими значениями скорости сокращения и силы, однако обладают высокой устойчивостью к утомлению. МВ IIB типа (быстрые, гликолитические) обладают высокими значениями скорости сокращения и силы, но быстро утомляются. МВ IIA типа (быстрые, окислительно-гликолитические) обладают промежуточными свойствами (Дж. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997). В русскоязычной литературе для обозначения соотношения в скелетных мышцах волокон различных типов используются словосочетания состав мышечных волокон и композиция мышц. В англоязычной литературе для обозначения соотношения различных типов МВ в скелетных мышцах применяется словосочетание композиция мышечных волокон (fiber type composition).

Установлено, что композиция МВ предопределена генетически (В.В. Язвиков, В.Г. Петрухин, 1991; Е.Б. Сологуб, В.А. Таймазов, 2000), что позволяет определить предрасположенность спортсменов к занятиям тем или иным видом спорта. Кроме того, знание композиции МВ позволяет подбирать средства и методы тренировки с учетом их индивидуальных особенностей. В связи с этим, возникает проблема выбора метода для оценки композиции МВ в скелетных мышцах человека.

По степени повреждения методы оценки композиции МВ в скелетных мышцах человека можно разделить на две группы: инвазивные (повреждающие или прямые) и неинвазивные (неповреждающие или косвенные). Наиболее точным инвазивным методом является биопсия скелетной мышцы с последующим гистохимическим анализом (Дж. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997). Однако этот метод дорогостоящий, к тому же очень болезненный. неинвазивный мышечный тренировка

Целью настоящего исследования является обзор публикаций, посвященных неинвазимным (косвенным) методам оценки композиции мышечных волокон в скелетных мышцах человека.

Результаты исследования

Неинвазивные методы оценки композиции МВ можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся методы, позволяющие оценить композицию МВ в одной мышце (селективные методы). Ко второй группе относятся методы, основанные на оценке предрасположенности нескольких мышц к быстрому или медленному типу, например мышц, входящих в состав четырехглавой мышцы бедра или мышц нижней конечности, вовлеченных в выполняемое упражнение (неселенктивные методы).

Неинвазивные селективные методы оценки композиции МВ. Оценку композиции МВ в скелетных мышцах человека можно провести на основе: М-ответа мышцы, миотонометрии, тензиомиографии.

М-ответ - суммарный электрический потенциал, регистрируемый на скелетной мышце в ответ на одиночное электрическое раздражение двигательного или смешанного нерва (Р.М. Городничев, 2005). Форма М-ответа является высокоинформативным параметром, поскольку отражает вклад в ответ разных типов ДЕ исследуемой мышцы. Установлено, что М-ответ медиальной икроножной мышцы имеет форму многофазного потенциала, в котором часто можно выделить два компонента - ранний и поздний, которые связаны с активацией двух типов ДЕ (Я.М. Коц, 1975).

Оценка композиции МВ на основе миотонометрии

В конце ХХ века в России для оценки композиции мышечных волокон была разработана методика миотонометрии (М.С. Цветков, В.В. Язвиков, 1986; Н.В. Зимкин, А.С. Мозжухин, М.С. Цветков, 1987; Н.В. Зимкин, М.С. Цветков, 1988;). Суть этой методики заключается в следующем. На скелетную мышцу посредством двух электродов подаются электрические импульсы, вызывающие ее одиночное сокращение. Посредством датчика, укрепленного на брюшке мышцы, регистрируется изменение тонуса мышцы, возникающего вследствие изменения ее формы. О процентном соотношении МВ различных типов судят по значениям соответствующей площади на кривой одиночного сокращения. Установлено, что на кривой одиночного сокращения обычно регистрируется три вершины (рис. 1). Согласно этой методике, вершины, возникающие при развитии одиночного сокращения за время до 50 мс, соответствуют активности МВ IIB типа; до 90 мс - МВ IIA типа, более 90 мс - I типа.

Установлена высокая корреляционная зависимость (М.С. Цветков, В.В. Язвиков, 1986) между площадью одиночного сокращения, соответствующей активности МВ различных типов, и показателями биопсии. Для МВ латеральной широкой мышцы бедра I типа коэффициент корреляции (r) равен 0,88; IIA типа - r = 0,85; IIB типа - r = 0,72.Оценка композиции МВ на основе тензиомиографии (ТМГ)

В конце ХХ века в Словении для оценки композиции МВ была предложена методика тензиомиографии, идея которой полностью повторяла разработки исследователей из России. В 2004 году Войко Валенчич (Valencic V., 2004) получил патент на изобретение метода и устройства селективной неинвазивной оценки контрактильных свойств мышц. При использовании тензиомиографии посредством датчика измеряется радиальное увеличение мышечного брюшка. Важнейшим параметром, оцениваемым по кривой ТМГ, является длительность сокращения мышцы.

В исследовании R. Dahmane et al. (2001), рис. 2 была сделана попытка обоснования методики ТМГ. С этой целью сравнивались результаты, полученные посредством ТМГ и биопсии. Тем не менее, было показано, что существует высокая корреляционная зависимость между временем сокращения мышцы, полученное посредством ТМГ и содержанием в мышцах МВ I типа (r=0,93). Было также показано (R. Dahmane et al., 2005), что распределение МВ различных типов внутри мышцы неоднородно. На поверхности мышцы находится преимущественно МВ IIB типа, а в более глубоких слоях мышц - МВ I типа. МВ IIA типа распределены по мышце равномерно.

Следует отметить, что в отличие от российских исследователей ученым из Словении удалось разработать компактное и удобное устройство для оценки композиции мышц, которое могло бы быть применено в тренировочном процессе и реабилитации спортсменов различной квалификации.

Рис. 1. Схема определения на кривых одиночного сокращения площадей, соответствующих МВ ІІВ типа (АБВ), МВ ІІА типа (АГД) и МВ I типа (АЕЖ). Пунктир - предполагаемая скрытая часть восходящей кривой МВ IIA типа и МВ I типа (Н.В. Зимкин, М.С. Цветков, 1988)

Рис. 2. Принцип ТМГ-методики: когда мышца сокращается, ее брюшко увеличивается; увеличение радиуса может быть измерено посредством сенсора смещения (Dahmane R.et al, 2001)

Неселективные неинвазивные методы оценки композиции МВ в нескольких скелетных мышцах. В настоящее время предложено несколько простых, неинвазивных методов оценки композиции мышц на основе измерения различных биомеханических характеристик.

P.V. Komi, P. Tesch (Komi P.V., Tesch P.A. 1979) изучали максимальные произвольные разгибания ноги в колене на изокинетическом тренажере. Было установлено, что здоровые люди, имеющие большой процент быстрых мышечных волокон демонстрировали более высокий момент силы при разгибании ноги, но быстрее утомлялись. После 100 сокращений мышцы у людей, имеющих высокий процент быстрых МВ, достоверно снижалась интегрированная ЭМГ.

Суть неинвазивного метода косвенного определения композиции МВ в мышцах-разгибателях ноги, предложенного В.Н. Селуяновым, Ю.В. Верхошанским и С.К. Сарсания (1985) заключается в следующем. Исследуемый располагается на силоизмерительной установке. Его туловище находится в вертикальном положении, угол между туловищем и бедром составляет 35 град., между голенью и бедром - 110 град. Стопа устанавливается на динамометрической площадке. После этого исследуемый выполняет два теста:

1) Тест МПС. Исследуемый с максимальной силой разгибает ногу в суставах (выполняется три попытки, выбирается лучшая).

2) Тест МБС. Исследуемый максимально быстро развивает изометрическую силу (выполняется 5-9 попыток, из них выбирается попытка, в которой достигается максимальный "градиент нарастания силы" (I)). Градиент нарастания силы вычисляется по формуле (1):

і^-300 (1)

dt

где F - максимальное значение силы в тесте, Н; dt - время проявления силы, начиная от 300 Н до максимума F, мс.

После этого рассчитывается коэффициент К, который, по мнению авторов, может характеризовать отношение в мышцах-разгибателях ноги быстрых волокон к медленным. Коэффициент К вычисляется по формуле (2):

(ОД'^шах) (2)

Дальнейшее исследование с участием спортсменов различной квалификации показало, что имеются достоверные различия между значениями К у спортсменов различных специализаций (табл. 1).

Таблица 1 Скоростно-силовые характеристики мышц-разгибателей ноги у спортсменов разной специализации (В.Н. Селуянов, М.П. Шестаков, 2000)