Изучение электронейромиографических параметров вызванных потенциалов мышц верхних и нижних конечностей у представителей видов спорта с близкой по структуре двигательной деятельностью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение электронейромиографических параметров вызванных потенциалов мышц верхних и нижних конечностей у представителей видов спорта с близкой по структуре двигательной деятельностью

Биологические науки

Ланская Елена Владимировна, аспирант

Выполнение близких по характеру физических нагрузок в большинстве случаев сопровождается рядом общих механизмов реализации двигательных рефлексов через рефлекторные цепи на уровне шейного и пояснично-крестцового утолщений спинного мозга.

Введение

Характер адаптационных изменений в организме в ответ на физические нагрузки зависит от их продолжительности, мощности, цикличности, глобальности вовлечения в работу мышечных групп и других характеристик [1]. Существуют различные классификации физических упражнений, предложенные В.С. Фарфелем, Я.М. Коцем, А.Г. Дембо и другими. В настоящее время наиболее востребованной является классификация, предложенная B.C. Фарфелем [2], который все виды спортивных упражнений разделил на позы и движения. Движения же разделены им на два класса: стандартные (стереотипные, с повторяющимся порядком действий) и нестандартные (ситуационные) [2]. Существуют классификации видов спорта и по другим признакам и особенностям.

На сегодняшний день очевидно, помимо того, что спинной мозг является довольно консервативной структурой, он обладает существенной пластичностью, причём проявление её обнаруживается даже у взрослых индивидуумов. Пластические перестройки возникают локально в структурах спинного мозга, а также проявляются через нисходящий контроль. Это видоизменяет функционирование спинномозговых цепей, позволяя, например, улучшить движения в соответствии с требованиями спортивного тренинга [3; 4; 5]. Несмотря на существенное продвижение в понимании функционирования спинного мозга, присущие внутренней организации спинальные сегментарные механизмы совершенствования двигательных навыков во взрослом состоянии остаются во многом не ясными. Тем не менее не вызывает сомнений, что в процессе регулярной спортивной деятельности в нейронных контурах спинного мозга происходят определённые изменения, а их направленность зависит от продолжительности, мощности и структуры выполняемых физических нагрузок. С учетом этих и ряда других критериев, среди которых важное значение имеет особенность переработки информации в соответствующей ситуации, необходимым является изучение механизмов функциональной пластичности нейронных популяций, формирующих спинальные моторные центры контроля активности скелетных мышц, под влиянием долговременной адаптации к выполнению стандартных и нестандартных физических упражнений (по классификации [2]). Типичными примерами видов спорта, для которых характерно выполнение стандартных (с заранее известной формой) движений являются, в частности, беговые дисциплины легкой атлетики, лыжные гонки. В свою очередь, к выполнению нестандартных движений, которые зависят от сложившейся ситуации, адаптированы, в том числе, спортсмены, специализирующиеся в различных видах спортивных игр, например, баскетболисты и волейболисты, у которых характер и мощность выполняемой работы, регламентация нагрузки и ряд других критериев существенно отличаются от легкоатлетов-бегунов и лыжников-гонщиков. адаптационный нейрофизиологический спорт игра

Настоящее исследование было направлено на изучение особенностей нейрофизиологических механизмов функциональной пластичности спинальных систем двигательного контроля у представителей спортивных игр (баскетболистов, волейболистов), с одной стороны, и циклических видов спорта (бегунов на средние дистанции, лыжников-гонщиков) - с другой.

Организация и методы исследования

Исследование проведено в лаборатории нейрофизиологии НИИ проблем спорта и оздоровительной физической культуры на базе ФГБОУ ВО «Великолукская государственная академия физической культуры и спорта». В исследовании приняли участие: спортсмены, специализирующиеся в спортивных играх (13 баскетболистов и 13 волейболистов); 13 легкоатлетов-бегунов на средние дистанции и 13 лыжников-гонщиков. Спортсмены избранных специализаций на момент исследования имели квалификацию - I взрослый разряд, кандидат в мастера спорта.

В настоящем исследовании использовалась чрескожная электростимуляция дорсальной поверхности спинного мозга шейной и пояснично-крестцовой областей, приложенная последовательно на уровнях позвонков с С2 по С7 (между остистыми отростками С1-С2, С2-С3, С3-С4, С4-С5, С5-С6, С6-С7) и с Т11 по L3 (между остистыми отростками Т10-Т11, Т11-Т12, Т12-L1, L1-L2, L2-L3), для получения вызванных моторных ответов (ВМО) соответственно с билатеральных мышц плеча (двуглавых и трехглавых) и предплечья (плечелучевых и разгибателей II-V пальцев кисти), а также бедра (двуглавых), голени (медиальных икроножных и камбаловидных) и стопы (коротких сгибателей пальцев). Для проведения собственных исследований была взята за основу и адаптирована для решения поставленных нами задач техника регистрации заднекорешково-мышечных рефлексов, вызываемых посредством чрескожной стимуляции спинного мозга [6; 7].

В результате электронейромиографических (ЭНМГ) исследований были изучены следующие параметры: пороги ВМО (минимальное значение интенсивности стимула, при котором возникает мышечный ответ, мА); максимальная амплитуда ВМО (величина от пика до пика при индивидуальных величинах раздражения каждой тестируемой мышцы, мВ); сила тока для вызова максимальных по амплитуде ВМО (мА); латентный период ВМО (соответствует времени пробегания луча от артефакта раздражения до первого отклонения от изолинии в начале ответа, мс). В итоге осуществлялось составление и анализ так называемых карт изучаемых ЭНМГ-параметров при стимуляции на уровне шейных, а также нижнегрудных и верхнепоясничных позвонков. Конкретно, в картах пороговых величин и амплитуды ВМО отмечалась оптимальная позиция (или позиции), при стимуляции на уровне которой(ых) регистрировались одновременно наименьшие величины порогов ВМО и наибольшие значения амплитуды ВМО тестируемых мышц верхних и нижних конечностей, которые, в свою очередь, могут свидетельствовать об активации спинальных сегментов шейной и пояснично-крестцовой области с более высокой возбудимостью мотонейронов, иннервирующих выбранные для исследования мышечные группы, по сравнению с другими стимулирующими точками.

Результаты исследования

Анализ полученных результатов исследования в подавляющем количестве случаев не обнаружил достоверно значимых отличий между показателями изучаемых ЭНМГ параметров тестируемых мышц при стимуляции на уровнях позвонков с С2 по С7 и с Т11 по L3 у представителей спортивных игр. Это позволяет заключить, у спортсменов, специализирующихся в баскетболе и волейболе, то есть в близких по структуре двигательной деятельности видах спорта, не выявлено существенных различий в рефлекторной деятельности шейных и пояснично-крестцовых спинальных двигательных центров и времени рефлекторных ответов билатеральных проксимальных и дистальных мышц верхних и нижних конечностей.

Вместе с тем, как у баскетболистов, так и волейболистов наиболее низкие показатели порогов, наибольшие значения амплитуды и более низкие значения силы тока максимальных по амплитуде ВМО мышц верхних конечностей регистрировались при стимуляции на уровнях позвонков с С4 по С7 по сравнению с вышележащими стимулируемыми точками. Таким образом, у всех обследованных спортсменов-игровиков обнаружена сопоставимая, практически одинаковая площадь представительства б-мотонейронов с высокой рефлекторной возбудимостью, иннервирующих билатеральные мышцы плеча и предплечья, границы которой включали участок спинного мозга на уровне позвонков с С4 по С7. У обследованных представителей спортивных игр также не обнаружено различий в сосредоточении спинальной проекционной области с высоким уровнем рефлекторной возбудимости б-мотонейронов, иннервирующих билатеральные мышцы бедра, голени и стопы, которая соответствовала уровню позвонка Т11. Об этом свидетельствует тот факт, что у баскетболистов и волейболистов самые низкие пороги, самая высокая амплитуда и наименьшие значения силы тока максимальных по амплитуде ВМО мышц нижних конечностей были получены при стимуляции на уровне Т11 позвонка по сравнению с нижележащими точками стимуляции.

Полученные данные позволяют заключить, долговременная адаптация к игровым видам деятельности обнаруживает общие механизмы пластичности рефлекторной деятельности нейронных сетей шейного и пояснично-крестцового утолщений спинного мозга, иннервирующих изучаемые билатеральные проксимальные и дистальные мышцы верхних и нижних конечностей. Физиологические характеристики данных видов игровой деятельности имеют целый ряд общих признаков, объясняющих установленный факт отсутствия различий в признаках функциональной пластичности спинально-мотонейронного представительства мышц верхних и нижних конечностей у спортигровиков. Для спортивной деятельности баскетболиста и волейболиста характерны: переменная мощность работы, сопряженная с постоянным изменением структуры двигательных действий и направления движений; изменчивость ситуации, сочетаемая с дефицитом времени. В этих видах спорта ведущая роль отводится высокой возбудимости и лабильности нервных центров, силе и подвижности нервных процессов, сенсомоторным и координационным способностям, быстроте двигательных реакций в игровых ситуациях [8; 9]. Выполнение нестандартных движений, характерных для баскетбола и волейбола, развивает высокую возбудимость, лабильность и синхронизацию скоростных возможностей многих мышечных групп как верхних, так и нижних конечностей, а также гибкость и скоростно-силовую выносливость [10]. Для изучаемых видов спортивных игр свойственна высокая точность мышечных усилий при действиях руками (например, при бросках, передачах и подачах мяча, нападающих ударах). Вместе с тем, многократное выполнение прыжков в баскетболе и волейболе оказывает значительное воздействие на нервно-мышечный аппарат, приводит к существенному увеличению динамической силы мышц нижних конечностей. С учетом вышеизложенного следует также отметить, что относительно одинаковое количество мышечных групп пояса как верхних, так и нижних конечностей, вовлекаемых в преимущественно ациклическую работу переменной мощности, выполняемую при занятиях волейболом и баскетболом, может объяснять обнаруженные в исследовании общие признаки пластических преобразований в функционировании нейронных популяций, формирующих спинальные моторные центры контроля активности мышц рук и ног у обследованных спортигровиков.

Далее были изучены ЭНМГ параметры мышц верхних и нижних конечностей у спортсменов, специализирующихся в легкой атлетике (бегунов на средние дистанции) и в лыжных гонках. В результате статистического анализа в отдельных случаях было обнаружено, что у лыжников показатели порогов ВМО левой и правой трехглавых мышц плеча при стимуляции на уровнях С3-С4, латентности билатеральных плечелучевых и разгибателей пальцев кисти при стимуляции соответственно на уровнях позвонков С4 и С3 и силы тока для вызова максимальных по амплитуде ВМО с правой трехглавой плеча и левой плечелучевой при стимуляции в точке С2 были значительно ниже, а значения максимальной амплитуды ВМО билатеральных плечелучевых мышц при стимуляции на уровне позвонка С2 выше по сравнению с группой бегунов на средние дистанции. Во всех остальных случаях у лыжников-гонщиков и легкоатлетов-бегунов показатели изучаемых параметров ВМО тестируемых мышц плеча и предплечья существенно между собой не отличались. При этом одинаково как у легкоатлетов, так и лыжников-гонщиков наиболее низкие показатели порогов, наибольшие значения амплитуды и более низкие значения силы тока максимальных по амплитуде ВМО тестируемых мышц верхних конечностей регистрировались преимущественно при стимуляции на уровнях позвонков с С4 по С7 по сравнению с вышележащими точками.

При изучении параметров ВМО мышц нижних конечностей у представителей циклических видов спорта в ряде случаев были обнаружены существенные различия в их величинах. Так, в частности, при стимуляции на уровне позвонка L1 показатели порогов ВМО левой и правой медиальных икроножных мышц у лыжников были значительно ниже, чем у бегунов (p<0,02; p<0,03). Вместе с тем было установлено, что значения максимальной амплитуды ВМО правой медиальной икроножной и левой камбаловидной мышц при стимуляции на уровне L2 позвонка у лыжников-гонщиков существенно превышали таковые у бегунов (p<0,007; p<0,006). Во всех остальных случаях у лыжников-гонщиков и легкоатлетов-бегунов показатели порогов и максимальной амплитуды ВМО тестируемых мышц бедра, голени и стопы существенно между собой не отличались. У представителей циклических видов спорта не обнаружено достоверных различий и в показателях латентности, а также силы тока максимальных ВМО тестируемых мышц нижних конечностей при стимуляции на уровнях позвонков Т11-L3. Вместе с тем, при стимуляции на уровнях позвонков Т11-L3 у бегунов на средние дистанции и лыжников-гонщиков не выявлено отличий в сосредоточении оптимальной позиции, соответствующей преимущественно позвонкам Т11 и Т12, при стимуляции на уровне которой регистрировались наиболее низкие показатели порогов, наибольшие значения амплитуды и более низкие значения силы тока максимальных по амплитуде ВМО мышц бедра, голени и стопы.

Таким образом, у спортсменов, специализирующихся в легкоатлетическом беге на средние дистанции и лыжных гонках, - видах спорта, характеризующихся непрерывной циклической деятельностью, направленной на развитие общей и специальной выносливости, и с относительно постоянной мощностью выполняемой работы в зонах субмаксимальной - при беге и умеренной - при передвижении на лыжах мощности, был обнаружен ряд отличий в величинах параметров ВМО мышц плеча и предплечья, свидетельствующий о более высокой рефлекторной возбудимости б-мотонейронов шейных спинномозговых сегментов у лыжников по сравнению с бегунами. Такой факт может объясняться различной степенью влияния деятельности мышц плечевого пояса на спортивный результат. Эффект передвижения на лыжах во многом определяется возможностью длительной и результативной активации мышечных групп пояса верхних конечностей, что необходимо для отталкивания палками, в отличие от легкоатлетического бега, где движения рук не имеют такого значения [11]. Исследования О.Л. Виноградовой, Д.В. Попова, А.С. Боровика [12], посвященные вопросам тестирования и подбора оптимальных режимов тренировки для высококвалифицированных спортсменов, подтверждают, что спортивный результат лыжника во многом зависит от функциональных возможностей мышц плечевого пояса.

Вновь стоит отметить, что при легкоатлетическом беге активно задействованы лишь мышцы нижних конечностей, в отличие от лыжных гонок, во время которых в работу вовлекаются и мышцы плечевого пояса [13]. Большие требования по выносливости к локомоторным мышцам нижних конечностей при преодолении соревновательной дистанции лыжниками-гонщиками и легкоатлетами-бегунами вероятно объясняют практически полное отсутствие у обследованных представителей циклических видов спорта различий в показателях изучаемых ЭНМГ параметров рефлекторных ответов мышц бедра, голени и стопы, а значит в уровне рефлекторной возбудимости спинальных мотонейронных ядер, иннервирующих эти мышцы.

Заключение

У спортсменов, специализирующихся в видах спорта с близкой по структуре двигательной деятельностью, отсутствуют выраженные различия ЭНМГ параметров вызванных потенциалов мышц, иннервируемых шейными и пояснично-крестцовыми сегментами спинного мозга, при условии того, что их соревновательный результат определяется сопоставимой активацией мышечных групп как верхних, так и нижних конечностей. Различный вклад в спортивный результат деятельности мышц верхних и нижних конечностей приводит к тому, что у лиц, специализирующихся в видах спорта с близкой по структуре двигательной деятельностью, обнаруживаются явные отличия указанных показателей, характеризующих функциональное состояние соответствующих спинальных двигательных структур. При этом более выраженные различия ЭНМГ параметров между такими группами спортсменов наблюдаются на уровне спинного мозга, регулирующего деятельность мышц того пояса конечностей, который дает разный вклад в спортивную результативность в одном виде спорта в сравнении с другим.

Список литературы

1. Родичкин П.Ф. Физиологическая характеристика классификаций физических упражнений // Психофармакол. и биол. наркол. - 2004. - Т. 4. - № 1. - С. 623-625.

2. Фарфель B.C. Управление движениями в спорте. - М.: Физическая культура и спорт, 1975. - 205 с.

3. Ланская О.В., Андриянова Е.Ю., Ланская Е.В. Пластичность шейных и пояснично-крестцовых спинальных нейрональных сетей двигательного контроля при занятиях спортом // Теория и практика физической культуры. -2015. - №6. - С. 14-16.

4. Андриянова Е.Ю., Ланская О.В. Механизмы двигательной пластичности спинномозговых нервных цепей на фоне долговременной адаптации к спортивной деятельности // Физиология человека. - 2014. - Т. 40, №3. - С. 73-85.

5. Ланская Е.В., Ланская О.В., Андриянова Е.Ю. Механизмы нейропластичности кортико-спинального тракта при занятиях спортом // Ульяновский медико-биологический журнал. - 2016. - №1. - С. 127-136.

6. Minassian K., Persy I., Rattay F., Dimitrijevic M.R., Hofer C., Kern H. Posterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord // Muscle Nerve. 2007;35(3):327-36.

7. Courtine G., Harkema S.J., Christine J.D., Gerasimenko Y.P., Dyhre-Poulsen P. (2007). Modulation of multisegmental monosynaptic responses in a variety of leg muscles during walking and running in humans. The Journal of Physiology. 2007;582 (3):1125-1139.

8. Фомина Е.В. Общая и спортивная психофизиология: учеб. пособие. - Омск: Изд-во СибГУФК, 2004. - 139 с.

9. Park I.S., Lee K.J., Han J.W. et al. Basketball training increases striatum volume // Hum Mov Sci. 2011 Feb;30(1):56-62.

10. Баранова Т.И. Физиологические основы физического воспитания / Тематические занятия для студентов СПбГУ по физической культуре и спорту / Отв. ред. Ш. З. Хуббиев. - СПБ : Изд-во СПбГУ, 2012. - С. 16-30.

11. Михайлов В.В., Рыбаков Ю.Ф. Дыхание лыжника-гонщика // Лыжный спорт. - 1984. - Вып. 1. - С. 28-32.

12. Виноградова О.Л., Попов Д.В., Боровик А.С. Физиологические основы повышения функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов // Управление движением (Motor control): Материалы V Российской, с международным участием, конференции по управлению движением (Петрозаводск, 3-5 февраля, 2014 г.) / Под ред. И.Б. Козловской, О.Л. Виноградовой, А.Ю. Мейгала. - Петрозаводск.: Изд-во ПетрГУ, 2014. - С. 18.

13. Лидьярд А. Бег с Лидьярдом / А. Лидьярд, Г. Гилмор; пер. с англ. В.Б. Розова. - М.: Манн, Иванов и Фербер, 2011. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru