Влияние кратковременной изокинетической эксцентрической силовой тренировки на нейромышечные адаптации

1.1 Введение

Вызванные физическими упражнениями нервно-мышечные и функциональные изменения специфичны для режима. Мышечные адаптации, вызванные упражнениями, могут зависеть от механического напряжения, субклеточного повреждения и метаболического стресса. Эксцентрическое (ЭКС) сокращение происходит, когда внешняя сила, действующая на мышцу, превышает мгновенную силу, генерируемую мышцей. В результате сила мышцы достаточна для преодоления нагрузки или сопротивления, что заставляет мышцу удлиняться. По сравнению с концентрическими (КОН) или изометрическими (ИЗО) сокращениями, ЭКС-тренировка вызывает большее механическое напряжение и микроповреждения в мышцах, что может привести к более выраженным мышечным адаптациям. ЭКС-упражнение традиционно выполняется против постоянной внешней нагрузки или с постоянной скоростью (изокинетическое). В зависимости от типа тренировки это создает различные механические требования, приводя к различным механизмам нервно-мышечной и мышечно-сухожильной адаптации. В отличие от ИЗО или КОН мышечных сокращений, центральная нервная система использует особую нейронную стратегию для управления сокращением скелетных мышц. Различные уровни активации среди синергических мышц во время ЭКС-сокращений по сравнению с КОН-сокращениями и преимущественное рекрутирование быстросокращающихся двигательных единиц являются двумя примерами того, как это демонстрируется.

1.2 Постановка проблемы и обоснование исследования

Новые данные свидетельствуют о том, что ожирение связано с мышечной слабостью и снижением качества мышц. Было показано, что регулярные силовые тренировки (СТ) повышают максимальную регенеративную способность мышцы. Считается, что нейронные механизмы вносят основной вклад в начальный (<2-4 недели) прирост мышечной силы во время силовых тренировок, за которым следуют адаптации в морфологии мышц (>5-8 недель). Однако эти доказательства основаны на комбинировании упражнений с ЭКС и КОН сокращениями. Исследования показали, что ЭКС-сокращение вызывает большую нервно-мышечную адаптацию, чем КОН-сокращение. Следовательно, ЭКС СТ является многообещающим подходом для людей с мышечной слабостью, таких как лица с ожирением. Таким образом, предполагается, что краткосрочная прогрессивная эксцентрическая изокинетическая силовая тренировка (ЭКСИЗО СТ) увеличит нервно-мышечные адаптации у нетренированных женщин с ожирением по сравнению с концентрической изокинетической силовой тренировкой (КОНИЗО СТ).

2.0 Обзор литературы

2.1 Введение

Более высокая распространенность скелетно-мышечной боли, механической нагрузки, плохой мышечной подготовки и других проблем опорно-двигательного аппарата связана с ожирением. Сгибатели и разгибатели нижних конечностей отвечают за равновесие, подвижность и способность выполнять повседневные задачи. Сила и выносливость скелетных мышц изменяются из-за избыточной массы жира (МЖ). Количество мышц в средней части бедра примерно в 2,5 раза превышает массу жира; однако у людей с ожирением больше внутри- и межмышечного жира, жира между мышечными клетками, что негативно влияет на производство силы и функциональную независимость. Способность скелетной мышцы производить силу может использоваться для оценки функциональной способности мышцы. Способность прилагать силу, абсолютная сила, необходима для выполнения повседневных задач. Было показано, что у людей с ожирением более высокие абсолютные максимальные произвольные контрактильные (МПК) моменты, чем у людей с нормальным весом. Тем не менее, у них также более низкая мышечная сила относительно массы тела и безжировой массы (БЖМ).

2.2 Влияние ожирения на состав и силу скелетных мышц

Хотя общая мышечная масса выше у людей с избыточным весом и ожирением, относительная мышечная сила людей с избыточным весом и ожирением значительно ниже, чем у здоровых людей, что может привести к снижению физической функции. Ожирение может увеличить абсолютную силу и мощность несущих мышц нижних конечностей из-за повышенной потребности (Marte Johannson, 2021). Однако, когда производство силы и выход мощности нормируются на общую массу тела, наблюдается снижение с более высоким ИМТ, что приводит к снижению качества мышц и устойчивости к утомлению. Более того, негативное влияние зависящих от жировой ткани метаболических адаптаций, таких как окислительный стресс, воспаление и инсулинорезистентность, вредит метаболизму мышечной массы.

Пропорция мышечных волокон отличается у людей с ожирением. Существует положительная связь между ожирением и соотношением мышечных волокон типа II, причем у людей с избыточным весом сообщается о более высоком содержании волокон типа IIX. Мышечные волокна типа II часто имеют меньшее количество митохондрий, миоглобина и капилляров, чем медленные волокна, что делает их более восприимчивыми к утомлению. Волокна типа IIX (также известные как тип IIB) генерируют максимальную силу; однако они высоко неэффективны из-за высокой активности миозиновой АТФазы, низкой окислительной способности и зависимости от анаэробного метаболизма. Волокна типа IIA, обычно называемые промежуточными мышечными волокнами, сочетают волокна типа I и IIX с эквивалентным напряжением. Эти волокна, которые могут использовать как аэробные, так и анаэробные источники энергии, имеют большую окислительную способность и утомляются медленнее, чем волокна типа IIX. Увеличенная доля мышц типа II связана с повышенным (a) инсулинорезистентностью, (b) риском гиперинсулинемии, (c) снижением устойчивости к утомлению/переносимости упражнений, (d) выносливостью и (e) подвижностью.

Как исследования на людях, так и на животных показали, что мышечные волокна типа II (особенно IIx) более подвержены повреждениям после ЭКС-активности - увеличение волокон типа IIx и малоподвижный образ жизни связаны с большим повреждением мышц среди людей с избыточным весом при ЭКС-тренировке. Единичная сессия высокоинтенсивного ЭКС-упражнения увеличивает содержание и статус активации сателлитных клеток (СК) мышечных волокон в волокнах типа II. СК необходимы для роста, восстановления и регенерации ткани скелетных мышц. Следовательно, ЭКС-тренировка является многообещающей техникой упражнений для людей с ограничениями физической функции, включая лиц с избыточным весом и ожирением.

2.3 Влияние эксцентрических силовых тренировок на нервно-мышечную адаптацию

По сравнению с традиционными (КОН) упражнениями, ЭКС-тренировка значительно увеличивает мышечную силу. Прирост мышечной силы при ЭКС-тренировке, вероятно, обусловлен комбинацией неврологических, морфологических и анатомических факторов. Исследования показали, что ЭКС-сокращение вызывает большую нервно-мышечную адаптацию, чем КОН-сокращение. Хотя недавний метаанализ не обнаружил статистически значимых различий в приросте силы между ЭКС и КОН тренировками, ЭКС-тренировка также показала тенденцию к большему улучшению КОН-силы, чем КОН-упражнения. Это демонстрирует специфичность режима нервно-мышечных и функциональных адаптаций, вызванных ЭКС-упражнениями. ЭКС-тренировка увеличивала поверхностную электромиографическую (ЭМГ) активность во время сокращений, но не во время КОН-сокращений. Однако сообщалось о противоречивых результатах. Считается, что электрическая стимуляция мышцы представлена максимальной ЭМГ (т.е. пиковыми значениями среднеквадратичного значения [СКЗ] и интегрированным напряжением от ЭМГ [иЭМГ]) после тренировки (Douglas et al., 2017). На это влияют количество и размер (т.е. волокна типа I против типа II) рекрутированных двигательных единиц, частота разряда двигательных единиц и синхронность двигательных единиц.

Несколько исследований обнаружили, что ЭКС СТ улучшает мышечную мощность, измеряемую в основном вариантами прыжков нижней части тела. Здоровые тренированные мужчины (N=24) были случайным образом распределены по группам: ЭКС СТ (n=12) и КОН СТ (n=12). Максимальное произвольное изометрическое сокращение (МПКИЗО) четырехглавой мышцы, вертикальные прыжки и многоканальные поверхностные ЭМГ-сигналы измерялись до и после СТ. Необработанные ЭМГ-сигналы использовались для расчета скорости проведения мышечного волокна (СПМВ) и среднеквадратичного значения (СКЗ). После ЭКС СТ наблюдалось статистически значимое увеличение процентов вертикальных прыжков и МПКИЗО по сравнению с КОН СТ. Аналогично, ЭКС СТ увеличивала ЭМГ СПМВ и СКЗ больше, чем концентрические упражнения.

Двадцать здоровых мужчин прошли 12 недель ЭКСИЗО СТ на изокинетическом динамометре, и нервно-мышечные оценки разгибателей колена проводились каждые 4 недели. ЭКСИЗО СТ состояла из 3 подходов по 10 повторений в течение недель 1-4, 4 подходов в недели 5-8 и 5 подходов в недели 9-12. Между подходами соблюдался период отдыха в 1 минуту. Значительные улучшения были отмечены в мышечной силе [PTECC (29%), PTISO (24%) и PTCON (15%)], электромиографической активности [ΣEMGECC (33%), EMGISO (29%)] и мышечной массе [Толщина мышцы-разгибателя колена (ΣMT 10%) и анатомическая площадь поперечного сечения прямой мышцы бедра (ACSA rf 19%)] после тренировки. Активация ЭКС и ИЗО увеличилась на 4 и 8 неделях тренировок соответственно, тогда как активация КОН не изменилась. Эти результаты предполагают, что пропорциональное увеличение нейрональной активации и мышечной массы объясняет прирост силы ЭКС и ИЗО в течение 8 недель тренировок, тогда как другие процессы, по-видимому, участвуют в приросте в последние 4 недели тренировок. Между тем, относительное увеличение PTCON было незначительным и не связано с нейронной адаптацией после ЭКСИЗО СТ.

Синергические мышцы демонстрируют различные морфологические и нейрофизиологические адаптации в ответ на ЭКСИЗО СТ. У здоровых мужчин (N=20) оценивали нейронную и мышечную адаптацию в медиальной широкой (МШ) и латеральной широкой (ЛШ) мышцах бедра после прогрессивной ЭКСИЗО СТ в течение 12 недель. Морфологические и нейронные адаптации оценивались с помощью ультразвуковых измерений толщины мышц ЛШ и МШ в покое и электромиографических измерений во время МПКИЗО. После тренировки толщина обеих мышц значительно увеличилась (ЛШ: 6,9%; МШ: 15,8%). Однако были значительные увеличения мышечной активности в МШ (47,8%; p = 0,003), но не в ЛШ (19,8%).

2.4 Заключение

Ранние неблагоприятные эффекты эксцентрических упражнений включают субклеточное повреждение мышц, дискомфорт, снижение возбудимости волокон и начальное мышечное ослабление. Эффективным стимулом для вызова физиологических и нейрональных тренировочных реакций является растяжение и перегрузка, как при эксцентрических сокращениях. Улучшение мышечной функции является результатом адаптаций, вызванных эксцентрическими упражнениями, включая рост мышц, увеличение корковой активности и модификации поведения двигательных единиц.