Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Утомление является основным фактором, лимитирующим осуществление двигательной деятельности человека. Помимо общего положительного эффекта, заключающегося в предупреждении истощения систем организма под действием физических нагрузок, превышающих его физиологические возможности, утомление может негативно сказываться на уровне работоспособности человека [2, 7], так как приводит к увеличению физиологической стоимости выполнения работы и снижению физиологических резервов организма [5]. Неполноценное восстановление ресурсов организма в периоды отдыха может вызвать более серьезные последствия в виде перенапряжения и переутомления, которые плохо поддаются коррекции и в свою очередь могут стать причиной развития заболеваний [2]. Процесс утомления сопровождается снижением сократительной способности мышц, изменениями их биомеханических свойств и биоэлектрической активности [4]. О возникновении процессов утомления свидетельствуют изменения в составе крови и динамика показателей состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем [6]. Ранняя диагностика вышеописанных изменений, характеризующих утомление, может способствовать предотвращению его дальнейшего развития в переутомление и перенапряжение. Тем не менее мониторинг состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем не всегда информативен и объективен, а анализ динамики биохимических маркеров интенсивной мышечной деятельности требует инвазивных манипуляций под контролем медицинского персонала, что является существенным ограничением для повсеместного использования данного метода. Учитывая это, диагностически эффективными могут быть процедуры, касающиеся регистрации изменений биомеханических свойств скелетных мышц. Наиболее распространенными методами оценки состояния скелетной мускулатуры являются: мануальное тестирование (пальпаторное определение мышечного тонуса), динамометрия (определение силы и выносливости мышц) и электромиография (ЭМГ) (определение биоэлектрической активности мышц) [3]. Помимо этого, в последние годы начинают использовать тензомиографические и ультразвуковые методы оценки состояния скелетной мускулатуры [8, 14, 17]. На данный момент ведутся исследования по определению возможности их широкого применения, а также разрабатываются конкретные методики для решения задач различных областей медицины. Использование ультразвуковых методов часто затруднено ввиду габаритных особенностей оборудования и невозможности проведения исследований в «полевых» условиях. Тензомиографический метод предусматривает проведение электрической стимуляции мышц, что на практике оказывается не всегда приемлемо. На этом фоне наиболее доступным методом является миотонометрия - метод исследования функционального состояния мышц путем измерения мышечного тонуса [21]. Новейшим прибором, позволяющим проводить миотонометрические измерения, является устройство для неинвазивной цифровой пальпации MyotonPRO (Myoton AS, Эстония). В основе принципа определения параметров мышечного тонуса с помощью данного устройства лежит функциональная модель мышцы, предложенная Вайном в 1990 году [1]. Помимо определения тонуса мышцы, с помощью данного прибора можно получить информацию о биомеханических и вязкоупругих характеристиках мышечной ткани [27]. Имеющиеся теоретические данные [1, 27] об информативности значений биомеханических и вязкоупругих свойств мышцы при развитии в ней процессов утомления подтверждаются результатами экспериментальных работ по исследованию свойств мышц после выполнения физических нагрузок у спортсменов [10, 11, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 23]. В то же время все больше исследований направлено на определение надежности использования MyotonPRO, и только за последний год количество публикаций, содержащих результаты испытаний по изучению повторяемости результатов миотонометрии с использованием данного устройства, составляет не менее девяти [9, 12, 14, 17, 21, 25, 25, 27, 29]. При этом, несмотря на то, что число подобных работ растет, а также увеличивается количество и расширяется профиль специалистов, использующих миотонометрию в своей клинической и научно-исследовательской практике, все еще не доказана возможность использования данной методики в целях диагностики мышечного утомления при локальных мышечных нагрузках. Целью данного исследования является изучение изменения тонуса, биомеханических и вязкоупругих характеристик скелетных мышц при локальном мышечном утомлении. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ К участию в исследовании были привлечены 13 лиц мужского и женского пола (6 мужчин и 7 женщин) в возрасте 32,5 ± 10,6 лет. Каждому добровольцу предлагалось выполнить две серии упражнений, вызывающих локальное мышечное утомление. Упражнения выполнялись с кистевым эспандером (со степенью сопротивления 20 кг): первая серия выполнялась до момента возникновения у добровольца субъективного ощущения утомления (нагрузка «до утомления»), вторая - до его отказа от продолжения работы, связанного с чрезмерным утомлением мышц кисти (нагрузка «до отказа»). Упражнения выполнялись правой рукой (рис. 1). Ключевым фактором, лимитирующим выполнение упражнения, являлось развитие мышечного утомления. Число сжимающих движений и их темп не регистрировались и были индивидуальны для каждого добровольца. Для объективного подтверждения развития мышечного утомления на каждом этапе исследования проводилось динамометрическое тестирование в соответствии с принятыми стандартами физиологии труда [4, 7]. Для проведения динамометрических измерений использовали комплекс психофизиологического тестирования «НС-Психотест» («Нейрософт» г. Иваново, диапазон измерения силы 0 ÷ 100 кг, погрешность измерений 0,05 кг). До начала выполнения упражнений регистрировали максимальную сжимающую силу правой кисти. С помощью данного оборудования также регистрировали показатели выносливости по следующей методике: доброволец должен был как можно дольше сжимать электронный кистевой динамометр таким образом, чтобы сила сжатия не опускалась ниже уровня 70 % от максимального показателя силы кисти этого добровольца. При этом регистрировалось время, в течение которого доброволец мог осуществлять сжатие динамометра в указанном диапазоне (рис. 2). Рис. 1. Выполнение упражнений по сжатию кистевого эспандера. Точки приложения прибора для проведения миотонометрии отмечены значками черного цвета Рис. 2. Измерение выносливости правой кисти добровольца. На заднем плане отображено значение показателя силы сжатия кисти, выход за пределы зеленого диапазона означает прекращение тестирования Для проведения миотонометрических измерений использовали устройство неинвазивной цифровой пальпации MyotonPRO. Данный прибор позволяет одномоментно регистрировать 5 параметров [19]: · максимальная частота колебаний (F, Гц), характеризующая тонус мышцы в состоянии покоя; · динамическая жесткость (S, Н/м), характеризующая сопротивление сокращению или внешней силе; · логарифмический декремент (D) естественных колебаний мышечной ткани, характеризующий её эластичность или, другими словами, рассеяние механической энергии в колебательном цикле, когда ткань восстанавливает свою форму после деформации; · отношение времени деформации и релаксации (C), характеризующее ползучесть (число Деборы); · время релаксации механического напряжения (R, мс), т.е время, за которое мышца восстанавливает свою форму от деформации после произвольного сокращения или снятия внешней силы. Измерения проводились на локтевом и лучевом сгибателях запястья, а также на короткой мышце, отводящей большой палец. Миотонометрию проводили в положении добровольца сидя, его правая рука при этом была согнута в локтевом суставе и находилась на поверхности стола в расслабленном состоянии. Точки приложения прибора выбирались в области брюшка мышцы в соответствии с методикой, рекомендованной производителем устройства [19]. Следует заметить, что проведение измерений на мышцах, имеющих сравнительно длинное брюшко без четко определенной наиболее выступающей точки, сопряжено с трудностями при выборе места приложения прибора к мышце. Поэтому измерения миотонометрических параметров локтевого сгибателя запястья проводились в нескольких точках, что позволило исследовать влияние выбора точки приложения прибора на результаты оценки мышечного тонуса. Местами приложения прибора при проведении измерений для данной мышцы были выбраны три точки (в соответствии с продольным расположением мышечных волокон): - центральная, располагающаяся в предполагаемом центре брюшка; - проксимальная, располагающаяся проксимально на 2 см от центральной; - дистальная, располагающаяся дистально на 2 см от центральной (рис. 3). Рис. 3. Схематичное изображение расположения точек, в которых проводилась миотонометрия: 1 - проксимальная точка в проекции локтевого сгибателя запястья; 2 - центральная точка в проекции локтевого сгибателя запястья; 3 - дистальная точка в проекции локтевого сгибателя запястья; 4 - точка в проекции мышцы, отводящей большой палец; 5 - точка в проекции лучевого сгибателя запястья Тестирование проводили в следующем порядке: перед началом выполнения силовых упражнений (тестирование 0, фоновое), после нагрузки до ощущения утомления (тестирование 1) и после нагрузки «до отказа» (тестирование 2, контрольное) (рис. 4). Рис. 4. Схема проведения исследования Полученные экспериментальные данные подвергали статистическому анализу. Нормальность распределения данных оценивали с помощью критерия Шапиро-Уилка. Все данные имели нормальное распределение, что позволило использовать параметрические методы статистического анализа. Данные, полученные в различных тестированиях, подвергались попарному анализу с использованием парного t-критерия Стьюдента, так как задача состояла в определении различий между двумя конкретными группами. Различия в значениях показателей между тремя точками измерения, полученных в результате миотонометрии локтевого сгибателя запястья, оценивались с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA). Помимо этого, проводили корреляционный анализ данных, полученных при измерении силы и в ходе миотонометрии, с использованием критерия Спирмена. Во всех случаях нулевая гипотеза отклонялась при уровне значимости более или равном 0,05. Числовое описание результатов осуществляли с помощью средних значений и стандартного отклонения. РЕЗУЛЬТАТЫ В результате анализа данных, полученных в ходе динамометрического тестирования, было выявлено статистически значимое снижение силы правой кисти после первой серии упражнений на 19,8 и на 34,5% после второй серии упражнении (табл. 1). Кроме того, имело место статистически значимое уменьшение времени удержания нагрузки на 30,4% после выполнения упражнений «до отказа» по сравнению с показателями, полученными после первых признаков утомления. Результаты миотонометрии представлены в табл. 2. Таблица 1 Динамика показателей динамометрии добровольцев, M ± SD, n = 13 Показатель, ед. изм. Тестирование p-value 0 1 2 (0-1) (1-2) (0-2) Максимальная произвольная сила, кг 36,9 ± 12,4 29,6 ± 10,3 24,2 ± 7,9 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Время удержания нагрузки, с 10,7 ± 5,2 11,5 ± 6,4 8,0 ± 5,2 0,454 0,024 0,133 Примечания: n - количество добровольцев; 0 - фоновое тестирование до начала выполнения упражнения; 1 - тестирование после возникновения субъективного ощущения утомления; 2 - тестирование после выполнения упражнения «до отказа». Таблица 2 Динамика показателей миотонометрии добровольцев, M ± SD, n = 13 Исследуемая мышца Тестирование p-value 0 1 2 (0-1) (1-2) (0-2) F, Гц Лучевой сгибатель запястья 16,4±1,2 17,1±1,8 17,2±1,8 0,030 0,663 0,015 Локтевой сгибатель запястья, точка 1 14,8±1,4 15,4±1,4 15,8±1,7 0,008 0,081 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 2 14,8±1,3 15,7±1,4 16,1±1,9 <0,001 0,057 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 3 14,8±1,3 15,7±1,2 16,3±1,6 0,002 0,005 <0,001 Мышца, отводящая большой палец 18,3±1,7 18,1±1,3 18,0±1,4 0,599 0,447 0,393 S, Н/м Лучевой сгибатель запястья 290,9±35,7 312,9±49,4 322,0±55,2 0,017 0,238 0,004 Локтевой сгибатель запястья, точка 1 254,5±37,5 266,1±35,9 276,4±42,0 0,119 0,146 0,032 Локтевой сгибатель запястья, точка 2 252,8±33,9 274,8±37,5 284,7±48,8 <0,001 0,156 0,007 Локтевой сгибатель запястья, точка 3 260,6±31,1 275,1±33,5 292,8±39,8 0,019 0,007 0,005 Мышца, отводящая большой палец 305,7±43,8 294,4±31,3 293,4±32,8 0,102 0,860 0,056 D Лучевой сгибатель запястья 0,98±0,09 0,94±0,10 0,93±0,09 0,106 0,228 0,024 Локтевой сгибатель запястья, точка 1 0,91±0,14 0,91±0,12 0,91±0,16 0,948 0,905 0,896 Локтевой сгибатель запястья, точка 2 0,99±0,15 0,94±0,14 0,92±0,16 0,033 0,404 0,033 Локтевой сгибатель запястья, точка 3 1,10±0,20 0,99±0,13 0,96±0,14 0,012 0,106 0,008 Мышца, отводящая большой палец 1,50±0,14 1,51±0,21 1,48±0,22 0,936 0,479 0,590 C Лучевой сгибатель запястья 0,98±0,07 0,93±0,10 0,91±0,10 0,004 0,234 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 1 1,16±0,13 1,09±0,14 1,03±0,12 <0,001 0,003 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 2 1,20±0,13 1,09±0,15 1,05±0,14 <0,001 0,122 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 3 1,20±0,14 1,09±0,15 1,03±0,14 <0,001 0,006 <0,001 Мышца, отводящая большой палец 0,97±0,10 0,98±0,08 0,98±0,09 0,495 0,312 0,721 Окончание табл. 2 Исследуемая мышца Тестирование p-value 0 1 2 (0-1) (1-2) (0-2) R, мс Лучевой сгибатель запястья 16,6±1,4 15,7±1,9 15,3±1,9 0,005 0,197 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 1 19,4±2,8 18,4±2,6 17,5±2,3 0,061 0,010 0,005 Локтевой сгибатель запястья, точка 2 20,3±2,3 18,4±2,6 17,5±2,7 <0,001 0,018 <0,001 Локтевой сгибатель запястья, точка 3 20,1±2,4 18,3±2,6 17,3±2,6 0,001 0,007 <0,001 Мышца, отводящая большой палец 16,0±1,8 16,3±1,5 16,3±1,4 0,307 0,980 0,331 Примечания: точка 1 - проксимальная точка; точка 2 - центральная точка; точка 3 - дистальная точка (рис. 3); 0 - фоновое тестирование; 1 - тестирование после возникновения субъективного ощущения утомления; 2 - тестирование после выполнения упражнения «до отказа» (рис. 4); F - максимальная частота колебаний; S - динамическая жесткость мышцы; D - логарифмический декремент; C - отношение времени деформации и релаксации (число Деборы); R - время релаксации (в соответствии с [19]). Сравнительный анализ данных показал, что ни один показатель состояния короткой мышцы, отводящей большой палец, статистически значимо не изменялся. Вероятнее всего, это связано с тем, что данная мышца не принимала активного участия в выполнении упражнения (см. рис. 1). Вместе с тем, выявлено наличие статистически значимых различий между значениями практически всех показателей лучевого и локтевого сгибателей запястья, зарегистрированных в разных тестированиях, при этом наибольшее количество таких изменений (по 10 из 12) было обнаружено в динамике значений времени релаксации (R) и характеристики ползучести (C), а наименьшее (5 из 12) - в динамике логарифмического декремента (D). При этом, несмотря на одинаковые тенденции к увеличению или уменьшению значений показателей, не все сдвиги были статистически значимы: их наибольшее количество выявлено при сравнении с фоновым тестированием, что указывает на существенное влияние предъявляемой физической нагрузки на исходное состояние исследуемых мышц. Результаты однофакторного дисперсионного анализа, проводимого для сравнения значений, полученных в различных точках измерения локтевого сгибателя запястья, представлены в табл. 3. Проведенный анализ показал, что практически все значения показателей, зарегистрированных в различных точках брюшка локтевого сгибателя запястья, статистически значимо не отличаются, за исключением значений логарифмического декремента, в фоновом тестировании. В результате корреляционного анализа, проведенного между показателями силы мышц правой руки и показателями миотонометрии, была установлена сильновыраженная положительная связь между тонусом лучевого сгибателя запястья и силой правой кисти в фоновом (r = 0,8, p = 0,003) и контрольном (r = 0,7, p = 0,015) тестированиях. Также была установлена средневыраженная положительная связь Таблица 3 Различия в результатах миотонометрии локтевого сгибателя запястья, полученные при проведении измерений в трех точках, M ± SD, n = 13 Тестирование Показатель, ед. изм. Точка 1 Точка 2 Точка 3 p-value До начала выполнения упражнения (фоновое) F, Гц 14,8 ± 1,4 14,8 ± 1,3 14,8 ± 1,3 0,9995 S, Н/м 254,5 ± 37,5 252,8 ± 33,9 260,6 ± 31,1 0,8289 D 0,91 ± 0,14 0,99 ± 0,15 1,10 ± 0,20 0,0184 C 1,16 ± 0,13 1,20 ± 0,13 1,20 ± 0,14 0,6687 R, мс 19,4 ± 2,8 20,3 ± 2,3 20,1 ± 2,4 0,6429 После возникновения субъективного ощущения утомления F, Гц 15,4 ± 1,4 15,7 ± 1,4 15,7 ± 1,2 0,8139 S, Н/м 266,1 ± 35,9 274,8 ± 37,5 275,1 ± 33,5 0,7658 D 0,91 ± 0,12 0,94 ± 0,14 0,99 ± 0,13 0,2869 C 1,09 ± 0,14 1,09 ± 0,15 1,09 ± 0,15 0,9941 R, мс 18,4 ± 2,6 18,4 ± 2,6 18,3 ± 2,6 0,9943 После выполнения упражнения «до отказа» (контрольное) F, Гц 15,8 ± 1,7 16,1 ± 1,9 16,3 ± 1,6 0,7628 S, Н/м 276,4 ± 42,0 284,7 ± 48,8 292,8 ± 39,8 0,6345 D 0,91 ± 0,16 0,92 ± 0,16 0,96 ± 0,14 0,6929 C 1,03 ± 0,12 1,05 ± 0,14 1,03 ± 0,14 0,9236 R, мс 17,5 ± 2,3 17,5 ± 2,7 17,3 ± 2,6 0,9706 Примечания: точка 1 - проксимальная точка; точка 2 - центральная точка; точка 3 - дистальная точка (рис. 3); F - максимальная частота колебаний; S - динамическая жесткость мышцы; D - логарифмический декремент; C - отношение времени деформации и релаксации (число Деборы); R - время релаксации (в соответствии с [19]) между показателями силы и динамической жесткостью данной мышцы в фоновом (r = 0,6, p = 0,047) и контрольном (r = 0,6, p = 0,040) тестированиях. В остальных случаях связи между показателями силы и характеристиками исследуемых мышц не обнаружено. Заключение Ввиду выявленного отсутствия статистически значимой динамики миотонометрических показателей мышцы, отводящей большой палец, связанной с ее малой активностью при выполнении заданного в ходе эксперимента упражнения, можно утверждать, что при локальном мышечном утомлении изменения исследуемых характеристик мышечного тонуса наблюдаются лишь в мышцах, осуществляющих активную мышечную деятельность. Наличие у мышц, активно задействованных в выполнении упражнений, статистически значимой разницы между большинством показателей, измеренных при фоновом и при контрольном тестированиях, позволяет утверждать, что миотонометрия может быть использована для диагностики мышечного утомления при локальных мышечных нагрузках. В то же время наличие статистически значимой разницы между большинством значений, измеренных при фоновом тестировании и при тестировании после выполнения упражнений «до субъективного ощущения утомления», а также отсутствие в большинстве случаев таковой разницы между тестированиями «до субъективного ощущения утомления» и тестированиями «до отказа» свидетельствует о том, что изменение мышечного тонуса может возникнуть уже при субъективном ощущении утомления. Наибольшую чувствительность к воздействию физической нагрузки показали вязкоупругие характеристики мышечной ткани. Несмотря на имеющиеся литературные данные, подтверждающие влияние физической нагрузки на вязкоупругие [21, 27] и биомеханические [19, 23] характеристики мышечной ткани, для корректной физиологической интерпретации полученных в ходе проведенного исследования результатов необходимо проведение дополнительных исследований. Вследствие чего в качестве индикаторов локального мышечного утомления считаем целесообразным использовать изменение значений тонуса и динамической жесткости мышечной ткани. Отсутствие статистически значимых различий между миотонометрическими показателями, полученными при проведении измерений в трех различных точках локтевого сгибателя запястья, можно расценивать как возможность измерения этих показателей в некоторой области брюшка данной мышцы, при условии, что расстояние от центра брюшка до крайних точек зоны проведения измерения не будет превышать ±2 см в продольном направлении мышечных волокон. Наличие корреляционных связей между показателями силы, тонуса и динамической жесткости лучевого сгибателя запястья, были обнаружены в фоновом и контрольном тестированиях, однако полученные результаты не позволяют в полной мере утверждать, что взаимосвязь между силой мышц и их биомеханическими характеристиками является универсальной. Таким образом, выявленные в ходе исследования статистически значимые изменения биомеханических и вязкоупругих характеристик мышц, возникающие при локальных мышечных нагрузках, можно рассматривать как признаки развившегося локального мышечного утомления, а миотонометрический метод исследования можно использовать для диагностики мышечного утомления. Изменения значений миотонометрических показателей активных мышц могут возникнуть уже при возникновении субъективного ощущения утомления, в то же время локальное мышечное утомление не влияет на изменение тонуса неактивных мышц.

Об авторах

Е. С Шитова

Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова

А. М Герегей

Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова

В. Г Суворов

Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова

А. В Сотин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Ю. Б Моисеев

Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил Минобороны России

Н. Г Кручинский

Полесский государственный университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 181

PDF (Russian) - 519

Ссылки

• Ссылки не определены.